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¿QUÉ ES EL ACERO INOXIDABLE?

La mayoría de los metales se oxidan, por ejemplo la plata se pone negra, el aluminio cambia a blanco, el cobre cambia a verde y ordinariamente el acero cambia a rojo. En el caso de acero, el hierro presente se combina con el oxígeno del aire para formar óxidos de hierro o “herrumbre”. A principios del siglo XX algunos metalurgistas descubrieron que adicionando poco más de 10% de cromo al acero, éste no presentaba herrumbre bajo condiciones normales; la razón de ello es que el cromo suele unirse primeramente con el oxígeno del aire para formar una delgada película transparente de óxido de cromo sobre la superficie del acero y excluye la oxidación adicional del acero inoxidable.

Esta película se llama capa pasiva. En el caso de que ocurra daño mecánico o químico, esta película es auto reparable en presencia de oxígeno. El acero inoxidable es esencialmente un acero de bajo carbono, el cual contiene como mínimo un aproximado 10.5% de cromo en peso, lo que le hace un material resistente a la corrosión.
Los aceros inoxidables son aleaciones ferro-cromo con un mínimo de 11% de cromo.

El agregado de otros elementos a la aleación permite formar un amplio conjunto de materiales, conocidos como la familia de los aceros inoxidables. Entre los elementos de aleación, dos se destacan: el cromo, elemento presente en todos los aceros inoxidables por su papel en la resistencia a la corrosión y el níquel por la memoria en las propiedades mecánicas otro elemento aleante principal es el molibdeno

La característica fundamental de los aceros inoxidables es su excelente comportamiento frente a la corrosión, tanto atmosférica, como de otros agentes y medios que puedan ser más agresivos y que constituyan el ambiente de trabajo de los aceros. La resistencia a la corrosión que muestran los aceros inoxidables se basa en la presencia en su composición química de un componente, el cromo (Cr). De esta manera, para que esta resistencia a la corrosión empiece a ser efectiva su porcentaje deberá ser superior al 10,5% en peso, con un máximo del 1,2% de porcentaje en peso de carbono (C).

Este contenido mínimo en cromo es fundamental para que un acero pueda ser considerado como inoxidable. De hecho, los fenómenos de corrosión de aquellos aceros situados en ambientes rurales e industriales desaparecen prácticamente cuando la proporción de cromo como elemento de aleación supera el 12%, mientras que para contenidos de cromo superiores al 15% el acero ya es resistente a la corrosión en contacto incluso con atmósferas marinas.

Esta capacidad protectora que el cromo confiere a los aceros se basa en la gran afinidad que muestra el cromo por el oxígeno. De esta manera, un acero que posea un alto contenido en cromo al entrar en contacto con un medio oxidante (por ejemplo, la atmósfera) produce la formación de una finísima capa superficial de óxido de cromo (Cr2O3), que es impermeable e invisible y que cubre homogéneamente a toda la pieza de acero, impidiendo que el proceso corrosivo sobre el acero siga progresando. Este fenómeno se conoce como pasivación del acero.

La pasivación del acero inoxidable es un fenómeno automático y espontáneo que ocurre siempre que exista oxígeno suficiente en contacto con la superficie de los aceros que contienen suficiente cromo como elemento aleante en su composición. De esta manera, aunque la pieza de acero inoxidable sufra algún rasguño o un proceso de mecanizado, el cromo presente en el acero volverá a crear esta capa protectora de óxido de cromo que la protegerá de la corrosión.

No obstante, habrá situaciones donde el acero pueda perder su estado pasivo y pueda sufrir procesos de corrosión, volviéndose activo a efectos de corrosión. Suelen producirse en zonas pequeñas donde el porcentaje de oxígeno presente sea pequeño, tales como en esquinas compactas, en soldaduras incompletas o mal acabadas, o incluso en el interior de uniones mecánicas donde al no haber suficiente oxígeno no se puede generar esta capa protectora de óxido de cromo.

TIPOS DE ACEROS INOXIDABLES


Como se ha visto, los aceros inoxidables son aleaciones de hierro (Fe), cromo (Cr) en un porcentaje en peso >10,5%, y de carbono (C) cuyo porcentaje debe ser <1,2%. A parte de estos componentes, a los aceros inoxidables se les complementan con otros elementos aleantes que les confiere distintas propiedades que serán útiles según el uso a que se destine el acero.

Entre estos nuevos elementos que se añaden a la composición de los aceros inoxidables se encuentra fundamentalmente el níquel (Ni), aunque también se suelen emplear el molibdeno (Mo), nitrógeno (N) o el titanio (Ti), entre otros. Con ellos se podrá conseguir mejorar las prestaciones de los aceros inoxidables en aspectos tales como su conformabilidad, mejorar su resistencia mecánica o su resistencia térmica (mejorar su comportamiento frente a temperaturas elevadas).

De esta manera, los aceros inoxidables se van a clasificar en función de los distintos elementos y de las cantidades relativas de cada uno de ellos que intervienen en su composición. De forma general se consideran cuatro familias básicas de aceros inoxidables: martensíticos, ferríticos, austeníticos y dúplex. A continuación se describirá la clasificación de los aceros inoxidables según normas AISI

Clasificación de los aceros inoxidables según las normas AISI (American Iron & Steel Institute)


ACEROS INOXIDABLES AUSTENITICOS


Los aceros inoxidables austeníticos constituyen la familia con el mayor número de aleaciones disponibles, integra las series 200 y 300 AISI

Esta familia se divide en dos categorías:


SERIE 300 AISI.- Aleaciones cromo-níquel
SERIE 200 AISI.- Aleaciones cromo-manganeso-nitrógeno

Dentro de los aceros inoxidables, los aceros austeníticos son los que más aplicaciones han tenido, empleándose ampliamente en sectores como la industria alimentaria y farmacéutica, la industria química y petroquímica, en calderería y fabricación de tubos, en la fabricación de electrodomésticos, de componentes de la industria aeronáutica, así como material para la fabricación de elementos decorativos arquitectónicos o de componentes del automóvil, etc. El acero que caracteriza a este grupo es el AISI 304 y será el que más citado en este pequeño artículo que brinda ULINOX para información general.

Los aceros inoxidables austeníticos se caracterizan por una adición importante de níquel (Ni) y/o también de manganeso (Mn), que son elementos gammágenos, cuyo efecto es contrario al del cromo, es decir, que la adición de níquel aumenta el rango térmico de estabilidad del acero según la forma austenítica.

La austenita, o acero gamma (γ), es una forma de ordenamiento de la estructura cristalina del acero por parte de los átomos de hierro (Fe) y carbono (C). La estructura cristalina austenítica que resulta es del tipo cúbica centrada en las caras (FCC), donde los átomos de hierro ocupan los vértices del retículo cúbico y el centro de las caras, mientras que los átomos de carbono, en un porcentaje máximo de carbono (C) del 2,11%, se presentan como elemento intersticial, ocupando los huecos internos que dejan dentro de la estructura los átomos de hierro.

Las formas austeníticas son en general de naturaleza dúctil, blanda y tenaz. 

Los aceros inoxidables austeníticos son amagnéticos y mantienen unas buenas propiedades mecánicas a temperaturas criogénicas. Asimismo, los aceros inoxidables austeníticos no sufren ninguna transformación desde su solidificación hasta temperatura ambiente por lo que no pueden ser endurecidos por tratamiento térmico.
Como se dijo anteriormente, el acero inoxidable austenítico clásico que representa esta familia de aceros es el AISI 304. Luego aparecieron otros aceros más resistentes a la corrosión mediante la adición de molibdeno (316 y 317). También están los aceros de muy bajo contenidos en carbono, que se crearon para evitar el fenómeno de corrosión intergranular (304 L, 316 L). Por otro lado están los grados aleados con nitrógeno para aumentar su resistencia mecánica (304N, 316N), así como los grados estabilizados con titanio o con niobio (321, 347). Por último están también los grados resistentes a la oxidación en base a su mayor contenido en cromo (308, 309, 310), a los que también habrá que añadir más proporción de níquel para asegurar la microestructura austenítica.

En general, los aceros inoxidables austeníticos son aceros muy dúctiles que se pueden endurecer por deformación en frío. Este proceso de endurecimiento por deformación en frío es mucho más acusado en el 301 debido a su menor contenido en níquel. Este bajo contenido en níquel del 301 provoca que la estructura austenítica sea menos estable a temperatura ambiente que la de otros acero con mayor contenido en níquel, transformándose parcialmente la asutenita en martensita durante el proceso de deformación en frío.

 

PRINCIPALES CARATERISTICAS

• Excelente resistencia a la corrosión
• Endurecidos por trabajo en frío y no por tratamiento térmico
• Excelente soldabilidad
• Excelente factor de higiene y limpieza
• Formado sencillo y de fácil transformación
• Tienen la habilidad de ser funcionales en temperaturas extremas
• Son no magnéticos

 

ACEROS INOXIDABLES FERRITICOS

GENERALIDADES

Los aceros inoxidables ferríticos se caracterizan porque pueden presentar un contenido en cromo superior al de otros tipos de familias de acero, combinado a la vez con una baja presencia en porcentaje de carbono (de hecho son conocidos como los aceros inoxidables de cromo directo). Así en esta familia de aceros el contenido en cromo ocupa un ancho margen que puede variar desde el 10,5% (AISI 409) a porcentajes del 30% (AISI 448), mientras que el contenido de carbono queda limitado a un máximo del0, 12%, que hace que la ferrita sea la única fase estable en todo el rango de temperaturas.

La ferrita, o acero alfa (α) , cristaliza en una red cúbica centrada en el cuerpo (BCC), donde los átomos de hierro ocupan los vértices y también el centro del retículo cúbico, siendo la máxima solubilidad de carbono en el hierro alfa del 0,02% a 723 °C. La ferrita es la fase más blanda y dúctil de los aceros, a la vez que tiene propiedades magnéticas.

El cromo es un elemento alfágeno, de tal manera que cuando el contenido de cromo en el acero supera el 13%, la ferrita es la única fase estable desde la solidificación de la aleación hasta la temperatura ambiente.

En general, los aceros inoxidables ferríticos presentan una soldabilidad mayor que los tipos martensíticos, aunque menor que los grados austeníticos, debido a que los aceros inoxidables ferríticos son magnéticos y pueden provocar una desviación del arco (soplo magnético).

En cuanto a su resistencia a la corrosión, en general es buena y está ligada a la alta presencia de cromo en su composición. Los aceros con un 17% de cromo (430, 434, 436) tienen, en general, una excelente resistencia a la corrosión, de modo que son ampliamente utilizados en la fabricación de utensilios domésticos y de cocina, mientras que los grados de mayor contenido en cromo (442, 446) son ya aceros refractarios, que se utilizan en servicios a alta temperatura en virtud de su gran resistencia a la oxidación.

Aunque una mayor presencia de cromo puede aumentar la resistencia a la corrosión de estos aceros, ésta también se puede ver un poco contrarrestada debido a la ausencia de níquel (Ni) en los aceros inoxidables ferríticos. De hecho en los tipos con menor contenido de cromo (10,5%) se les llama inoxidables sólo al agua, porque no resisten otros medios más agresivos. No obstante cuando el contenido en cromo se sitúa del orden del 25-30% entonces sí presentan buena resistencia a la corrosión, como ya se ha dicho, incluso en atmósferas tan agresivas como las sulfurosas en caliente.

Asimismo, los aceros inoxidables ferríticos presentan una buena resistencia a la corrosión bajo tensión (lo que se conoce como Stress Corrosión Cracking, SCC), especialmente en medios que contienen cloruros, incluso también a altas temperaturas.

Los aceros inoxidables ferríticos muestran una buena ductilidad inicial debido a su estructura ferrítica, y no son endurecibles baja tratamiento térmico. Sólo pueden ser endurecidos por deformación plástica en frío, pero con tasas de endurecimiento menor que los austeníticos y con una pérdida de la ductilidad inicial mucho más significativa.

La estructura ferrítica disminuye la dureza en estos aceros, que también presentan una menor tenacidad que otros tipos de aceros. De esta manera los aceros inoxidables ferríticos ofrecen una menor resistencia al impacto a temperaturas criogénicas, presentando un comportamiento frágil que aumenta con el espesor de la pieza. Entre las formas más efectivas de aumentar la tenacidad de estos aceros cabe citarse el afino de grano, la disminución del contenido en intersticiales (carbono y nitrógeno) y la eliminación de fases secundarias.

Otro de los problemas que presentan los aceros ferríticos es su susceptibilidad al crecimiento de grano con el aumento de la temperatura. El grano ferrítico no puede ser afinado más que por deformación en frío y recocido posterior para recuperar la ductilidad. El aumento del tamaño de grano de estos aceros se traduce en una disminución de su tenacidad. Por ello, a estos aceros se les prefiere por su aceptable comportamiento en cuanto a resistencia a la corrosión y bajo costo más que por sus propiedades mecánicas.
El acero que caracteriza a este grupo es el AISI 430


PRINCIPALES CARACTERISTICAS


• Resistencia a la corrosión de moderada a buena, la cual se incrementa con el contenido de cromo y algunas aleaciones de molibdeno
• Endurecidos moderadamente por trabajo en frío: no pueden ser endurecidos por tratamiento térmico
• Son magnéticos
• Su soldabilidad es pobre por lo que generalmente se eliminan las uniones por soldadura a calibres delgados
• Usualmente se les aplica un tratamiento de recocido con lo que obtienen mayor suavidad, ductilidad y resistencia a la corrosión
• Debido a su pobre dureza, el uso se limita generalmente a procesos de formado en frío

 

ACERO INOXIDABLE MARTENSITICO
GENERALIDADES


La familia de los aceros inoxidables martensíticos está constituida por unos aceros susceptibles de ser endurecidos por tratamiento térmico de temple y revenido, alcanzando unas buenas propiedades mecánicas y una aceptable aunque moderada resistencia a la corrosión (inferior a la de los aceros austeníticos y ferríticos).

La martensita, como constituyente de los aceros templados, se trata de una solución sólida sobresaturada de carbono en ferrita. Esta estructura se obtiene mediante un enfriamiento rápido de los aceros desde su estado austenítico a altas temperaturas. Estos aceros templados resultan ser muy duros, pero también muy frágiles. Por ello, a este tipo de acero se le suele someter a un posterior proceso de revenido, que consiste en calentar al acero a una temperatura por debajo de la crítica inferior (723 ºC), dependiendo de la dureza que se quiera obtener, enfriándolo luego al aire.

Los aceros inoxidables martensíticos, aunque de excelente resistencia mecánica, tienen una baja soldabilidad, variando ésta con el contenido de carbono. A mayor contenido de carbono, mayor será la necesidad de precalentar y realizar tratamientos térmicos posteriores, para producir soldaduras libres de defectos. Además, como estos aceros son bastante magnéticos, al igual que los aceros inoxidables ferríticos, están sujetos a que pueda producirse desvío del arco durante la soldadura.
El acero que caracteriza a este grupo es el AISI 420 

Los aceros inoxidables martensíticos poseen una alta templabilidad de manera que admiten el temple en aceite o al aire, con lo que puede conseguirse una dureza en torno a 40 HRC. Por ello, estos aceros se utilizan muy comúnmente como aceros de cuchillería.

La serie de aceros 440 se corresponde con el diagrama hierro-carbono modificado por la adición de un 17% de cromo, que al ser altamente alfágeno, se hace necesario aumentar el contenido de carbono (gammágeno) por encima del 0,4% para así lograr austenizar el acero. Con ello se consiguen aceros mucho más duros dado que la dureza de la martensita depende casi exclusivamente de su contenido en carbono. Así se logran durezas superiores a 60 HRC en la estructura de temple. Las aplicaciones más importantes de los aceros de la serie 440 incluyen la fabricación de material quirúrgico, hojas de afeitar, instrumental dental, muelles, válvulas, etc.

La serie 416 es similar al 410 con la salvedad de incorporar unas pequeñas adiciones de azufre o selenio con el propósito de mejorar su maquinabilidad, mientras que los aceros de las series 414 y 431 incorporan en torno a un 2% de níquel con objeto de aumentar su templabilidad. Por otro lado, a la serie 422 se le añade molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosión. Este último acero se emplea en aplicaciones a alta temperatura, como pueda ser para la fabricación de las aspas de turbinas de vapor o de gas, o como revestimiento de los asientos para válvulas.


PRINCIPALES CARATERISTICAS


• Moderada resistencia a la corrosión
• Endurecibles por tratamiento térmico y por lo tanto se pueden desarrollar altos niveles de resistencia mecánica y dureza
• Son magnéticos
• Debido al alto contenido de carbono y a la naturaleza de su dureza, es de pobre soldabilidad


PRINCIPALES APLICACIONES

 

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