ACEROS INOXIDABLES

Los aceros inoxidables son aleaciones a base de hierro, cromo, carbono y otros elementos, principalmente, el níquel, el molibdeno, el manganeso, el silicio y el titanio, que les confieren una resistencia particular a algunos tipos de corrosión.

Esta característica de buena resistencia a la corrosión se debe a la propiedad de estas aleaciones de pasivarse en un ambiente oxidante (por ejemplo, el aire), por medio de la formación de una película superficial de oxígeno absorbido (óxidos de cromo). En estas condiciones se habla de acero inoxidable en estado “pasivo”.

La película pasiva vuelve a reconstruirse cuando se la daña si el ambiente es suficientemente oxidante y el oxigeno entra en contacto con la aleación. Dicha película protege el material subyacente del ataque corrosivo.

AUSTENITA

Ferrita+Austenita

Residual

DIAGRAMA HIERRO-CARBONO

Austenita: Es una fase del hierro, no magnética con dureza de 300 a 400 HB estable a temperaturas entre 723 y 1142 °C. Martensita: Es un producto de la transformación de la austenita debido a un enfriamiento rápido de la misma; estructura dura, frágil y magnética. La dureza depende del porcentaje de carbono. Perlita: Es un constituyente compuesto por dos fases (Ferrita y Cementita), al microscopio se ve en placas como una huella dactilar. Su dureza depende del espaciamiento entre placas, Magnética. Ferrita: Es la fase más blanda del hierro (90 HB) es magnética.

SE DISTINGUEN ESENCIALMENTE TRES FAMILIAS DE ACEROS

INOXIDABLES:

Los martensíticos, endurecibles con tratamiento térmico

Los ferríticos de estructura ferrítica estable independiente de la temperatura. No endurecibles con tratamiento térmico.

Los austeníticos de estructura austenítica estable independiente de la temperatura.

LOS TIPOS O FAMILIAS DE ACEROS

INOXIDABLES EN FUNCIÓN DEL CONTENIDO DE

CROMO Y NÍQUEL.

LOS TIPOS O FAMILIAS DE ACEROS INOXIDABLES EN FUNCIÓN DEL CONTENIDO

DE CROMO Y CARBONO.

DESIGNACIÓN DE ACROS INOXIDABLES

Según la AISI (American Iron and Steel Institute)

Aceros austeníticos al cromo-manganeso-níquel, designados por un número de tres cifras que comienza con la cifra 2, como por ejemplo 2xx, en las que las dos últimas cifras (indicadas con xx) carecen de referencia al análisis del material; se utilizan para distinguir un tipo de otro.

Aceros austeníticos al cromo-níquel, designados siempre por un número de tres cifras que comienza con la cifra 3, como por ejemplo 3xx.

Aceros ferríticos y martensíticos al cromo solo, designados

igualmente por un número de tres cifras, que comienza con

la cifra 4, como por ejemplo 4xx.

ACEROS INOXIDABLES

MARTENSÍTICOS SERIE 4XX *Son aceros al cromo (11÷18%) que contienen pequeñas cantidades de otros elementos de aleación.

*Níquel nunca superior al 2.5%

*carbono 0.08% hasta un máximo de 1.20%.

*poseen puntos de transformación y por lo tanto se pueden elevar sus caracteristicas mecánicas de resistencia y dureza mediante un tratamiento térmico de temple.

*Las mejores condiciones de resistencia a la corrosión de estos aceros son las correspondientes al estado templado y de eliminación de tensiones alrededor de aproximadamente 150÷200°C.

*Las características mecánicas a temperaturas inferiores a 0°C de los aceros martensíticos, presentan una brusca reducción de la tenacidad, por ello cuando se emplean a temperaturas bajas es preciso que hayan sufrido rápidamente un tratamiento de bonificación, es decir, que presenten una estructura martensítica revenida.

RELACIÓN ENTRE ACEROS

MARTENSÍTICOS

Son aleaciones de hierro-cromo-carbono, ocasionalmente con leves aportes de otros elementos, como el molibdeno

carecen de puntos de transformación lo que acarrea la imposibilidad práctica de mejorar las características mecánicas mediante tratamientos térmicos.

Las propiedades mecánicas se pueden mejorar practicando en estos aceros trabajos de deformación en frío (trefilado, laminación, etc) capaces de producir “acritud”

ACEROS INOXIDABLES FÉRRITICOS

SERIE 4XX

Las características mecánicas a temperaturas elevadas no son particularmente brillantes y por ello los valores de las cargas de roturay de fluencia resultan más bien bajos.

Estos aceros presentan un fenómeno de fragilización, en el intervalo de temperaturas 400÷600°C, denominado fragilidad de revenido. Asimismo, si bien en permanencias muy prolongadas (muchos millares de horas), en el intervalo 550÷850°C se verifica la formación de fase “sigma” con tanta mayor facilidad cuanto más elevado sea su contenido en cromo; este fenómeno también comporta una reducción de la tenacidad.

RELACIÓN ENTRE ACEROS

FERRÍTICOS

ACEROS INOXIDABLES AUSTENÍTICOS: AL

CROMO-NÍQUEL, SERIE 3XX

Es el grupo al que pertenecen la mayor parte de los aceros

inoxidables comúnmente empleados, y está compuesto por

aleaciones hierro-carbono-cromo-níquel con aporte ocasional de

otros elementos, como el molibdeno, el titanio, el niobio, etc

Se diferencian entre sí por las diversas cantidades de níquel que

contiene. A medida que su cantidad aumenta, estos aceros

presentan una menor acritud.

Poseen características mecánicas no muy elevadas a

temperatura ambiente, y óptimas a temperaturas incluso muy

bajas, en particular la resiliencia, además de elevada resistencia a

la fatiga con escasa sensibilidad a las entalladuras.

Las características mecánicas son análogas a la de los aceros

martensíticos, pero resultan mejores en el caso de temperaturas

medianamente elevadas.

•Los aceros AISI 304 L y AISI 316 L. Son dos variantes de AISI 304 y AISI 316 en las que el carbono está muy reducido, en cantidades no superiores al 0.03%, (la designación L ó LC refleja el término inglés low-carbon es decir “bajo carbono”), para evitar la precipitación de los carburos de cromo.

•Los aceros resistentes a temperaturas elevadas son esencialmente los AISI 309, AISI 309S, AISI 310S, AISI 314, denominados a veces también “refractarios”, para indicar las elevadas características de resistencia a la corrosión y mecánica que demuestran en caliente

•Ello es consecuencia de los elevados contenidos de cromo y de níquel presentes en la aleación que permite obtener valores de fluencia relativamente elevados.

RELACIÓN DE ACEROS

INOXIDABLES AUSTENÍTICOS

ACEROS AUSTENÍTICOS AL CROMO-

MANGANESO-NÍQUEL SERIE 2XX (201-202)

·En estos aceros parte del níquel (aproximadamente el 4%) se

sustituye por otros elementos austenitizantes, como el manganeso

•Estos por deformación en frio se endurecen más que los de cromo-

níquel, en general su limite elástico es mayor.

•En cuanto a la características en frío, no son sustancialmente distintas de las de la “serie 300”, su comportamiento es bueno.

•Las características mecánicas a temperaturas elevadas son generalmente superiores a las de las correspondientes tipos austeníticos al cromo-níquel.

•Presentan la particularidad de no ser sensibles al ataque por azufre debido a su bajo contenido del níquel (4 a 6%). Además por se aceros austeníticos es menos probable la presencia de fase sigma.

FASE SIGMA 1. Se genera por la precipitación de carburos de cromo a la superficie de los granos, que empobrecen de tal elemento las zonas inmediatamente adyacentes.

2. Esta fase ocasiona una disminución de la tenacidad incluso en caliente, de la resistencia a la corrosión y de la resistencia a la fluencia.

3. Ocurre en los aceros de estructura ferrítica en el rango de 400 a 600 °C ó en permanencias prolongadas en el rango de 550 a 850°C, se facilita cuanto más sea el contenido de cromo.

4. Ocurre en los aceros de estructura autentica con contenidos elevados de cromo en el rango de 800 a 900 °C.

5. Se evita con enfriamientos rápidos desde temperaturas elevadas que no permitan la migración de los carburos de cromo o con la disminución del porcentaje de carbono (series terminadas en L o S).

MICROGRAFÍA (X500) DE UN ACERO

INOXIDABLE DEL TIPO AISI 304,

SENSIBILIZADO Y PRESENTADO

CORROSIÓN INTERGRANULAR

CORROSIÓN POR AZUFRE

El azufre está presente en la mayoría de los sistemas de

combustión donde se emplean carbón o aceites

combustibles, los aceros refractarios poseen cromo y

níquel como sus principales elementos de aleación, para

resistir altas temperaturas. Las atmósferas ricas en

compuestos sulfurosos son perjudiciales a temperaturas

elevadas para todos los aceros inoxidables austeníticos

ya que el azufre a elevadas temperaturas ataca

directamente al níquel formando compuestos de azufre y

níquel que al tener una temperatura de fusión

relativamente baja funden, se escurren y vuelven a dejar

al descubierto otra vez el material, que vuelve ha ser

atacado. Por esta razón para altas temperaturas se deben

emplear aceros inoxidables con bajo níquel.

Norma AISI Número DIN Resistencia

a la

tracción

N/mm2

Mín

Límite

elástico

N/mm 2.

Min

Alargamiento

en 2"

% Min

Reducción

de área.

% Min

Servicio

continuo

°C

Servicio

Intermitente

°C

202 1,4371 515 275 40 45 845 815

302 1,6900 515 205 40 50 925 870

304 1,4301 515 205 40 50 925 870

304L 1,4306 485 170 40 50 925 870

309 1,4828 515 205 30 40 1095 980

310 1,4841 515 205 30 40 1150 1035

310S 1,4845 515 205 30 40 1100 1035

316 1.4401/1.4436 515 205 30 40 925 870

316L 1.4404/1.4435 485 170 40 50 925 870

321 1,4541 515 205 30 40 925 870

347 1,4550 515 205 30 40 925 870

403 1,4000 690 550 12 40 705 815

410 1,4006 690 550 12 40 705 815

420 1,4021 800-950 550 15 50 620 735

430 1,4016 415 207 20 45 815 870

446 1,4762 450 275 20 45 1095 1175

1020 lam en cal. 1,0402 392 303,8 21 45

1045 lam en cal 1,1191 588 372,4 16 40

4140 lam en cal 1,7225 588 - 686 392 22 50

ACEROS INOXIDABLES MARTENSITICOS

ACEROS INOXIDABLES FERRITICOS

ACEROS AL CARBÓN Y ALEADOS

PROPIEDADES MECÁNICAS NORMA ASTM A 276 TEMPERATURAS DE

SERVICIO MÁXIMAS

ACERO

ACEROS INOXIDABLES AÚSTENITICOS

LA RESISTENCIA A LA CORROSIÓN DE

UN ACERO INOXIDABLE DEPENDE DE:

El Sitio

El Medio: Es elemento solido, líquido o gaseoso que entra en contacto con el material.

La Concentración y la Temperatura.

A mayor concentración se corresponde una mayor corrosión.

Cuando se trata de ácidos y si entendemos “ácido concentrado” en el que no hay disolución en agua, una mayor concentración disminuye su efecto agresivo sobre el acero inoxidable.

Depende de los tipos de ácidos, pero por lo general, los ácidos son más

agresivos cuando están diluidos entre un 40% y un 80%.

La temperatura también influye en la corrosión. A más temperatura

se aceleran las reacciones químicas y electroquímicas y por lo tanto se

incrementa toda la actividad que acelera la corrosión.

¿RESISTE MÁS A LA CORROSIÓN

UN 304L QUE UN 304?

Si nos referimos en particular a la corrosión intergranular

motivada por soldeo o efectos sobre los materiales a

temperaturas de 700°C a 900°C, si que podemos decir que el

AISI 304L resiste mejor a esta corrosión que el AISI 304.

Precisamente el 304L se invento para ello: bajo contenido en

carbono para evitar la formación de los carburos de cromo

intergranulares.

Sin embargo para otro tipo de corrosión como puede ser por

picaduras, por efectos del calor, por tensiones, etc., ambos

materiales presentan una resistencia a la corrosión semejante.

Además, cuando hay esfuerzos mecánicos importantes, se

aconseja el AISI 304, ya que presenta mayor resistencia.

RESISTENCIA A LA CORROSIÓN PARA

ALGUNAS SUSTANCIAS

¿QUE ES UN ACERO INOXIDABLE

REFRACTARIO? *El acero inoxidable tiene toda su superficie recubierta de óxido de cromo que conserva el mismo color que el cromo: blanco-metálico. Además es un óxido muy compacto, protector, que defiende al acero de las agresiones externas (corrosión).

*Pero a partir de los 400°C este óxido de cromo comienza a oscurecerse y a perder sus propiedades protectoras. Los materiales ya aparecen totalmente oxidados (como si fuera hierro) y la capa de óxido se hace cada vez más gruesa a expensas del material.

*Si queremos que un acero inoxidable dure más trabajando a altas temperaturas, debemos reforzar la capa de óxido de cromo añadiendo más cromo a la aleación. El material estándar es el AISI 310S: el cromo se incrementa hasta un 24-26% y el níquel 19-22%

*Esto no evita que el material se oxide completamente cuando trabaje en caliente. Lo que se consigue es que el espesor de esa capa de óxido crezca más lentamente y por lo tanto el material estará más tiempo en servicio.

* En hornos donde se desprendan gases sulfurosos (compuestos de azufre) no debe utilizarse acero inoxidable austenítico, pues el azufre ataca directamente al níquel.