Acero Inoxidable

¿Qué es el acero inoxidable?

En metalurgia, el acero inoxidable se define como una aleación de acero con un mínimo de 10% de cromo contenido en masa.1 El acero inoxidable es resistente a la corrosión, dado que el cromo, u otros metales que contiene, posee gran afinidad por el oxígeno y reacciona con él formando una capa pasivadora, evitando así la corrosión del hierro. Sin embargo, esta capa puede ser afectada por algunos ácidos, dando lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas. Algunos tipos de acero inoxidable contienen además otros elementos aleantes; los principales son el níquel y el molibdeno.

Familias de los aceros inoxidables

Siguientes aleaciones de acero inoxidable que se comercializan:

Acero inoxidable extrasuave: contiene un 13% de Cr y un 0,15% de C. Se utiliza en la fabricación de: elementos de máquinas, álabes de turbinas, válvulas, etc. Tiene una resistencia mecánica de 80 kg/mm² y una dureza de 175-205 HB.

Acero inoxidable 16Cr-2Ni: tiene de 0,20% de C, 16% de Cr y 2% de Ni; resistencia mecánica de 95 kg/mm² y una dureza de 275-300 HB. Se suelda con dificultad, y se utiliza para la construcción de álabes de turbinas, ejes de bombas, utensilios de cocina, cuchillería, etc.

Acero inoxidable al cromo níquel 18-8: tiene un 0,18% de C, un 18% de Cr y un 8% de Ni Tiene una resistencia mecánica de 60 kg/mm² y una dureza de 175-200Hb, Es un acero inoxidable muy utilizado porque resiste bien el calor hasta 400 °C

Acero inoxidable al Cr- Mn: tiene un 0,14% de C, un 11% de Cr y un 18% de Mn. Alcanza una resistencia mecánica de 65 kg/mm² y una dureza de 175-200HB. Es soldable y resiste bien altas temperaturas. Es amagnético. Se utiliza en colectores de escape.

La forma original del acero inoxidable todavía es muy utilizada, los ingenieros tienen ahora muchas opciones en cuanto a los diferentes tipos. están clasificados en diferentes “familias” metalúrgicas.

Cada tipo de acero inoxidable tiene sus características mecánicas y físicas y será fabricado de acuerdo con la normativa nacional o internacional establecida.

TIPOLOGÍAS DE ACEROS INOXIDABLES

1. Acero Inoxidable Duplex/Súper Duplex

1.1. Alloy 2304

La Aleación 2304 (UNS S32304) es un acero inoxidable duplex con un 23% de cromo, 4% de

níquel y libre de molibdeno. La Aleación 2304 tiene propiedades de resistencia a la corrosión

similares a la 316L. Además, sus propiedades mecánicas, es decir, rendimiento en resistencia

mecánica, es el doble que el de los grados austeníticos 304L/316L. Esto permite al diseñador

ahorrar peso, particularmente para aplicaciones de recipientes presurizados diseñados

apropiadamente.

El acero SAF 2304 es un acero inoxidable dúplex (austeno-ferrítico) con bajo contenido en carbono. Se caracteriza por las siguientes propiedades:

Muy buena resistencia a la corrosión bajo tensión. Buena resistencia a la corrosión generalizada y a la corrosión por picaduras. Alta resistencia mecánica. Buena tenacidad. Buena soldabilidad.

- Composición química:

GRADO C Mn Si P S Cr Ni Otros

SAF 2304min -- -- -- -- -- 21.5 3 N: 0,05-0,2;Mo: 0,05-0,6

max 0,03 2,5 1 0,04 0,04 24,5 5,5

 

- Propiedades mecánicas:

GRADOResistencia mecánica(MPa)

Límite elástico 0,2%(MPa)

Dureza Rockwell (HRC)

SAF 2304

600 (valor mínimo) 400 (valor mínimo) 30,5 (valor máximo)

 

- Propiedades físicas:

Densidad*[kg/dm3]

Módulo de elasticidad*[kN/mm2]

Coeficiente medio de dilatación térmica[10-6*1/K]20°C-100°C

Conductividad térmica*[W/(m*K)]

Capacidad térmica específica*[J/(kg*K)]

Resistividad eléctrica*[(Ohm*mm2)/m]

7,9 200 13,5 16 500 0,73

* a 20ºC

- Correspondencia EN/AISI:

NORMA ASTM NORMA UNE 10088

Designación SAF 2304Designación simbólica X2CrNiN 23-4

Designación numérica 1.4362

 

- Otras características:

Si el acero SAF 2304 se expone a altas temperaturas (> 280ºC) durante largos periodos de tiempo, se produce un cambio en su microestructura, que da lugar a una reducción de su resistencia al impacto.

Debido a su alto contenido en cromo, posee una excelente resistencia a la corrosión en ambientes ácidos.

Debido a su microestructura bifásica, posee una excelente resistencia a la corrosión bajo tensión.

En general posee una resistencia mecánica y a la corrosión mayores que las de los aceros inoxidables austeníticos.

Aplicaciones

-Tubos intercambiadores de calor-Evaporadores-Digestores-Cañería para agua-Calentadores de agua-Tanques para agua caliente

-Contenedores de carga

1.2. Alloy 2205

Pertenece al grupo de los aceros dúplex 22Cr con un 3% de molibdeno y un 0.17% de nitrógeno.El contenido de cromo, níquel y molibdeno le confiere una gran resistencia a la corrosión uniforme y corrosión por picadura y grietas, en ambientes de cloruro, con un número PREN = 35,8. Muy superior a un 316 o 317. También presenta una gran resistencia a la corrosión bajo tensión en ambientes de sulfuro de hidrógeno.

El contenido de nitrógeno mejora la resistencia a la corrosión de las soldaduras, no siendo necesario el tratamiento térmico después de soldar.

Su resistencia mecánica(S=90 ksi) es aproximadamente el doble de la de un acero inoxidable austenítico, lo que permite utilizar menores espesores y economizar en material. Posee una buena soldabilidad y mayor dureza (247 Brinell).

Se puede utilizar las mismas técnicas de soldadura de los aceros austeníticos(SMAW, TIG, MIG, plasma) pero con ciertas precauciones como:

No precalentar la pieza, dejar enfriar por debajo de 150ºC entre cada pasada, ajustar la energía aplicada al rango 1.0-2.5 kJ/mm para mantener el equilibrio ferrita/austenita de la aleación.

Puede ser formado en caliente(950- 1150ºC). Estando expuesto a 700-975ºC forma fase sigma, de 450-800ºC precipitan carburos y de 350-525ºC se vuelve quebradizo. Después de formado en caliente debe ser sometido a un recocido(1020-1100ºC) y templado.

También puede ser trabajado en frío, pero con mayor dificultad que un acero austenítico por su mayor límite elástico. Si una deformación en frío excede el 10% se recomienda un recocido.

Se puede aplicar un tratamiento térmico para liberar tensiones en el rango 550-600ºC.

Como acero dúplex es relativamente más fácil de maquinar con herramientas de acero rápido que con herramientas de carburo cementado en relación a un acero inoxidable austenítico de similar contenido de aleación.

Corrosión bajo tensión

Mientras los aceros inoxidables ferríticos son prácticamente inmunes al cracking causado por cloruros, los aceros inoxidables austeníticos que contienen níquel son muy susceptibles a este tipo de corrosión. Los aceros dúplex se comportan en forma intermedia. Es la fase ferrita en el 2205 que contiene menor cantidad de níquel que la fase austenítica, la que le confiere la resistencia a la corrosión bajo tensión por cloruro, siendo substancialmente superior a la serie 300 de los inoxidables austeníticos. Por ejemplo con una disolución de cloruro de litio 33% a ebullición el 304L falló a las 96 Hrs, el 439 pasó las 2000 hrs y el 2205 pasó las 1000 hrs

Corrosión uniforme

Es resistente a ácidos reductores diluidos (ác.sulfúrico) y a ácidos oxidantes en concentración media a alta. Resiste ácidos orgánicos diluidos pero a mayores concentraciones y altas temperaturas se debe tener precaución.

Corrosión intergranular

Por su bajo contenido de carbono el riesgo de precipitación de carburos y nitruros de cromo es mínimo pòr lo que tiene una gran resistencia a la corrosión intergranular. La composición de la aleación asegura que la austenita se restituye después de la soldadura. Un test (ASTM A262B) comparativo para corrosión intergranular da velocidades de corrosión de 1.16 mm/año para 316, 2.08 mm/año para el 3RE60 y sólo 0.52 mm/año para el 2205.

Corrosión por picadura

La resistencia a la corrosión por picaduras y por grietas aumenta al aumentar el contenido de cromo, molibdeno y nitrógeno del acero. En pruebas con cloruro de sodio 58.5 g/L la temperatura crítica de picaduraes de 50ºC muy superior a los 26ºC del acero inoxidable 316.

Aplicaciones

-Tubos en plantas desalinizadoras.-Intercambiadores de calor.-Cañerías en industria de petróleo y gas.-Tanques presurizados y cañerías en industria química.-Estanques para transporte de químicos.

1.3. Alloy 2507

Pertenece al grupo de los aceros dúplex 25Cr o superdúplex con un 4% de molibdeno y un 0.27% de nitrógeno. El mayor contenido de cromo, níquel y molibdeno le confiere una mayor resistencia a la corrrosión uniforme y corrosión por picadura y grietas, en ambientes de cloruro, con un número PREN = 42.5 superior al dúplex 2205, al 316 y 317. Su resistencia mecánica también es superior (S=108 ksi).

Si es recocido (1050-1125ºC) y templado la aleación contiene 30-50% de fase ferrita y el resto es austenita. Los aceros dúplex son más susceptibles a la precipitación de carburos, entre granos de la aleación, que los aceros austeníticos. Sometido a un calentamiento de 700-1000ºC puede haber formación de fase sigma y en el rango 325-520ºC se puede tornar quebradizo. Sin embargo en las operaciones normales de soldadura y calentamiento la microestructura no forma ningún precipitado o fase que pueda producir fragilidad.

Se puede formar en caliente (1025-1200 ºC) seguido de un recocido y templado. Para el formado en frío se requiere más esfuerzo que para los aceros austeníticos normales. Si una deformación en frío excede el 10% se recomienda un recocido.

Un recocido para disolución de precipitados se debe aplicar como mínimo a 1050ºC.

Tiene buena soldabilidad con las técnicas SMAW, TIG, PAW, SAW. Como material de relleno debe usarse un metal que preserve la estructura dúplex.

Corrosión uniforme

Tiene excelente resistencia a la corrosión por ácidos inorgánicos y ácidos orgánicos como ácido fórmico y ácido acético.En ácido sulfúrico diluido, contaminado con 2000 ppm de cloruro, el dúplex 2507 tiene mayor resistencia a la corrosión(hasta 20% de ácido) que el aceroo 904L especialmente diseñado para el ácido sulfúrico puro y es superior al acero 254SMO, hasta 17% de ácido, como se ilustra en la curva de isocorrosión a 0.1 mm/año adjunta.

Corrosión por picadura

En pruebas con una disolución agresiva de 58.5 g/L de cloruro de sodio, la temperatura crítica de picadura CPT es para el acero 2507 de 90ºC(igual que para el acero 254SMO) superior a los 60ºC del 904L, 50ºC del 2205 y 18ºC del 316L. Esta mayor resistencia a las picaduras por cloruro se debe al mayor nivel de cromo, molibdeno y nitrógeno.

Corrosión por grietas

En pruebas con una disolución de cloruro férrico 10% la temperatura crítica de corrosión por grieta CCT es para el acero 2507 de 43ºC(igual que para el acero 254SMO) superior a los 25ºC del 2205, 18ºC del 904L y 0ºC del 316L

Corrosión bajo tensión

El cloruro puede producir corrosión bajo tensión especialmente a alta temperatura en los aceros inoxidables austeníticos. El acero 2507 por su estructura dúplex es mucho más resistente a este tipo de ataque que un acero austenítico. Las pruebas de laboratorio someten la muestra de material mantenida a 100ºC y tensionada, a un constante goteo y evaporación de una disolución

de cloruro de sodio. Aquél valor de tensión(L) que produce una falla del material a las 500 horas se registra y expresa como un porcentaje de la tensión de ruptura a 200ºC del acero. En estas pruebas el 2507 resulta muy superior al acero 2205 (L=41%), al acero 316L (L=8%) y del mismo orden que el 904L (L=75%).

Cracking por sulfuro

La combinación de cloruro con súlfuro de hidrógeno es especialmente agresiva y conduce a corrosión bajo tensión o cracking en los aceros ferríticos y en ciertos aceros austeníticos. Este tipo de ambiente se encuentra en la producción de petróleo y gas natural. El acero dúplex 2507 tiene suficiente resistencia a este tipo de ataque si se cumplen ciertas condiciones: estado recocido hasta disolución, dureza por debajo de 32 HRC(Rockwell escala C), temperatura por debajo de 232ºC y presión de súlfuro de hidrógeno por debajo de 1.5 psi (100 mbar).

Aplicaciones

-Plantas petroquímicas-Plantas desalinizadoras-Industria de petróleo y gas-Intercambiadores de calor-Estructuras en ambientes marinos-Equipos para purificación de gases de combustión-Sistemas de agua contra incendio en plataformas de perforación.

2. Acero Inoxidable Austenítico Serie 300

2.1. Aleación 303

Sandmeyer Steel ofrece la Aleación 303 en espesores desde 3/16" hasta 2".

La Aleación 303 (UNS S30300) es un acero inoxidable austenítico no magnético para maquinado libre que es una modificación del acero inoxidable básico de 10% cromo 8% níquel diseñado especialmente para una mejor maquinabilidad al tiempo que mantiene sus buenas propiedades mecánicas y unaresistencia a la corrosión.

Características:

Excelente resistencia a la corrosión a las atmósferas corrosivas suaves. Resistente a la corrosión en servicio intermitente hasta 760º C (1400º F) y hasta 870º C (1600º F) en servicio continuo. No se recomienda soldar; en caso de necesidad, usar electrodos 308, 310 ó 312, y recocer para tener una máxima resistencia a la corrosión.

Estos aceros se maquinan fácilmente: 60% del acero 1212, se recomiendan velocidades de 85 a 120 pies de superficie / min.

Aplicaciones:

Se emplean en partes que requieran alta maquinabilidad y buena resistencia a la corrosión; en piezas que trabajan a temperaturas relativamente elevadas. Estos aceros sirven para fabricar birlos, pernos, flechas y partes de maquinaria.

2.2. Alloy 304

La aleación de acero inoxidable 304 (UNS S30400) es una variación de la aleación austenítica

con 18% de cromo y 8% de níquel, que es la aleación más conocida y más frecuentemente

usada dentro de la familia de los aceros inoxidables. Esta aleación de acero inoxidable puede

considerarse para una amplia variedad de aplicaciones y presenta una buena resistencia a la

corrosión, facilidad de maquinado, excelente formabilidad, y alta resistencia con bajo peso.

Características:

Excelente resistencia a la corrosión a una amplia variedad de medios corrosivos, incluyendo

productos de petróleo caliente y gases de combustión. Resistente a la corrosión en servicio

intermitente hasta 871ºC (1600º F) y hasta 926º C (1700º F) en servicio continuo. Excelente

soldabilidad, utilizar electrodos tipo 308S. Poco maquinable: 45% del acero 1212, se

recomiendan velocidades de 40 a 85 pies de superficie / min.

Aplicaciones:

Se utiliza en la industria química, alimenticia, textil y petrolera, para piezas varias y partes

que requieran ser soldadas; para fabricar flechas, tuercas, birlos, tornillos, partes para

válvulas, cuchillería, artículos domésticos, etc..

2.3. Alloy 316/316L

Las aleaciones 316 (UNS S31600) y 316L (UNS S3 1603) son aceros inoxidables austeníticos

que contienen molibdeno y que son más resistentes a la corrosión general y a la corrosión por

picaduras / grietas que los aceros inoxidables austeníticos convencionales con cromo – níquel,

como la Aleación 304. Estas aleaciones también ofrecen mayor resistencia a la fractura bajo

tensión (creep), resistencia a la ruptura, y resistencia a la tensión a temperaturas elevadas.

Además de su excelente resistencia a la corrosión y resistencia mecánica, las Aleaciones 316

y 316L Cr-Ni-Mo ofrecen también las excelentes características de maquinabilidad y

formabilidad, que son típicas de los aceros inoxidables austeníticos.

Características:

Es un acero más resistente a la corrosión que otros aceros al cromo-níquel cuando se expone a muchos tipos de corroentes químicos y atmósferas marinas. Maquinabilidad: 45% del 1212; velocidad de 40-60 pies / min. Soldabilidad: Adecuado para todos los métodos ; utilizar electrodos tipo 316.

Aplicaciones:

Se utiliza ampliamente en la fabricación de equipo para pulpa y papel, cambiadores de calor, equipos de desarrollo fotográfico y flechas para propelas entre otros.

2.4. Aleación 317L

La Compañía Sandmeyer Steel tiene el mayor y más pesado inventario de placa de acero

inoxidable en la Aleación 317, en espesores desde 3/16" hasta 3".

La Aleación 317L (UNS S31703) es un acero inoxidable austenítico que lleva molibdeno con

una resistencia mucho mayor a los ataques químicos en comparación con los aceros

inoxidables austeníticos convencionales de níquel-cromo tales como la Aleación 304.

Además, la Aleación 317L ofrece una mayor resistencia al alargamiento lateral, tensión a la

ruptura, y a la tensión a temperaturas elevadas que los aceros inoxidables convencionales. Es

un acero al bajo carbono o grado "L" que proporciona resistencia a la sensibilización durante

el soldado y otros procesos térmicos.

2.5. Aleación 317LMN

La Compañía Sandmeyer Steel tiene el único inventario en América del Norte de placa

de acero inoxidable 317LMN, en espesores desde 3/16" hasta 1/2".

La Aleación 317LMN (UNS S41726) es un acero inoxidable austenítico que lleva molibdeno

con una resistencia mucho mayor a los ataques químicos. Además, la Aleación 317LMN

ofrece una mayor resistencia al alargamiento lateral, a la tensión y resistencia a la tensión a

temperaturas elevadas que los aceros inoxidables convencionales. Es un acero al bajo carbono

o grado "L" que proporciona resistencia a la sensibilización durante el soldado y otros

procesos térmicos. Las designaciones "M" y "N" indican que la composición contiene niveles

incrementados de molibdeno y nitrógeno respectivamente. La combinación de molibdeno y

nitrógeno es particularmente efectiva para mejorar la resistencia a las picaduras y la corrosión

de las hendiduras, especialmente en corrientes de proceso que contienen ácidos, cloruros, y

compuestos de azufre a temperaturas elevadas. El nitrógeno también sirve para incrementar la

resistencia de estas aleaciones. Esta aleación de acero inoxidable tiene la mayor resistencia a

la corrosión acuosa de todos los aceros inoxidables estándares.

3. Placa de Acero Inoxidable Resistente al Calor Serie 300

3.1. Aleación 304H

La aleación 304H (UNS S30409) de acero inoxidable es una variación de la Aleación 304

austenítica con 18% de cromo y 8% de níquel, en la que el contenido de carbono se controla

dentro de un rango de 0.04 a 0.10 para proporcionar una mayor resistencia a las altas

temperaturas a las partes expuestas a temperaturas superiores a los 800€ F. Esta aleación

puede considerarse para una amplia variedad de aplicaciones y presenta una combinación

excelente de resistencia a la corrosión y maquinabilidad.

3.2. Aleación 321/321H

La Aleación 321 (UNS S32100) es un acero inoxidable estabilizado que ofrece como su

ventaja principal una resistencia excelente a la corrosión intergranular después de la

exposición a temperaturas del rango de precipitación de carburo de cromo desde 800 hasta

1500°F (de 427 a 816°C). La Aleación 321 de acero inoxidable está estabilizada contra la

formación de carburos de cromo por la adición de titanio.

La Aleación 321 de acero inoxidable también tiene ventanas por su servicio a altas

temperaturas debido a sus buenas propiedades mecánicas. La Aleación 321 de acero

inoxidable ofrece una mejor resistencia al desplazamiento longitudinal y las rupturas por

tensión que la Aleación 304 y en particular la Aleación 304L, que también podrían

considerarse para exposiciones donde se tiene preocupación por la sensibilización y la

corrosión intergranular.

La aleación 321 es un acero inoxidable austenítico de uso general con una estructura cúbica

de caras centradas. Es esencialmente no magnético en estado recocido y sólo puede

endurecerse en frío. Se añade titanio para suprimir la precipitación de carburo de cromo en las

juntas intergranulares y reducir la susceptibilidad de corrosión intergranular.

3.3. Alloy 347/347H

La Aleación 347 (S34700) es un acero inoxidable estabilizado que ofrece, como su principal

ventaja, una excelente resistencia a la corrosión intergranular subsecuente a la exposición en

el rango de precipitación de carburo de cromo de 800 a 1500Ä F (427 a 816Ä C). La Aleación

347 se estabiliza agregándole colombio y tantalio.

El acero inoxidable de Aleación 347 también ofrece ventajas para servicio a altas

temperaturas debido a sus buenas propiedades mecánicas. El acero inoxidable Aleación 347

ofrece propiedades superiores de resistencia a la fractura bajo tensión (creep) y resistencia a la

ruptura que la Aleación 304 y, particularmente, que la Aleación 304L, por lo cual también

puede considerarse para exposiciones donde la sensibilización y la corrosión intergranular son

de interés.

Está disponible una versión alta en carbono, la Aleación 347H. Este grado tiene una

designación UNS S34709.

3.4. Aleación 309/309S

El acero inoxidable austenítico de Aleación 309 / 309S (UNS S30900 / S30908) se usa

típicamente para aplicaciones de temperaturas elevadas. Su alto contenido de cromo y níquel

ofrece una resistencia a la corrosión comparable a la de Aleación 304 austenítica, así como

una resistencia superior a la oxidación y la retención de una mayor fracción de resistencia a

temperatura ambiente en comparación con dicha aleación.

3.5. Aleación 310/310S

La Aleación 310/310S (UNS S31000/S31008) de acero inoxidable austenítico típicamente se

usa para aplicaciones de temperatura elevada. Su alto contenido de cromo y níquel

proporciona una resistencia a la corrosión comparable, una resistencia superior a la oxidación

y la retención de una mayor fracción de resistencia a la temperatura ambiente que la Aleación

austenítica 304 común.

4. Acero Inoxidable Martensítico

4.1. Alloy 410

La Aleación 410 es el acero inoxidable martensítico básico, para uso general, que puede

endurecerse. Se usa para partes sometidas a grandes esfuerzos con buena resistencia a la

corrosión y resistencia mecánica. La Aleación 410 resiste la corrosión en atmósferas

ligeramente corrosivas, vapor, y en muchos ambientes químicos leves. La aleación puede

tratarse térmicamente para obtener una alta resistencia con buena ductilidad.

Características:

Resistente a la corrosión en atmósferas seca, agua, ácidos y álcalis suaves, vapor y gases calientes. Debe templarse para que tenga la máxima resistencia al calor y a la corrosión, Buena resistencia a 815º C (1500º F) en servicio intermitente y a 700º C (1300º F) en servicio continuo. Fácilmente soldable para todos los métodos; pero se recomienda calentar a 150-260º C (300-500º F) antes y después de soldar, para evitar que se agriete el acero. Utilizar electrodos 410 cuando las partes se vayan a templar y del tipo 308 ó 309 cuando las partes se usen sólo soldadas. Maquinabilidad regular: 54% del acero 1212; utilizar velocidades de 80 a 115 pies / min..

Aplicaciones:

Pernos, tuercas, tornillos, flechas y partes de bombas, partes para turbinas de vapor y gas, válvulas y cuchillería entre otros.

5. Endurecimiento por Precipitación

5.1. Alloy 17-4PH

La Aleación 17-4PH es una acero inoxidable martensítico endurecido por precipitación al que se ha agregado Cu, así como Nb/Cb. Este grado combina una alta resistencia mecánica, dureza (hasta 572í F / 300í C), y resistencia a la corrosión. Las propiedades mecánicas pueden

optimizarse mediante tratamiento térmico. Puede lograrse un muy alto rendimiento en resistencia mecánica de hasta 1100 – 1300 MPa (160-190 ksi).

Características:

Aplicaciones: