ACEROS INOXIDABLES -- Una familia de aleaciones que contiene cromo.

> 11 a 12 % Cr.

PROPIEDAD FUNDAMENTAL -- Resistencia a la corrosión húmeda y seca.

+ Propiedades secundarias múltiples

El amplio rango de propiedades presentes en los Aceros Inoxidables comunes, hacen de ellos materiales muy versátiles.

LOS ACEROS INOXIDABLES -- ¿Cuál es el propósito de los Aceros Inoxidables?

El acero es solamente inoxidable si tiene un contenido mínimo de 11 a 12% de Cromo (Cr).
El cromo forma una película de óxido en la superficie extremadamente delgada, continua y estable. Esta película deja la superficie inerte a las reacciones químicas y por lo tanto pasivo. Esta es la característica fundamental de resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables.
Su propiedad fundamental es la resistencia a la corrosión húmeda y seca, además de una amplia gama de propiedades secundarias. El extenso rango de propiedades presentes en los aceros inoxidables, hacen de ellos, un grupo de materiales muy versátiles.

INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACION

Cromo (Cr) = Acero Inoxidable
Formador de ferrita
+ Resistencia a la oxidación
+ Resistencia a la corrosión
El Cromo, principal elemento de la aleación, permite que se forme en la superficie del material una película de óxido, favorece la formación de ferrita. Incrementa la resistencia a la oxidación y a la corrosión.

Níquel (Ni)
Formador de austeníta
+ Resistencia a temperaturas altas y criogénicas
+ Resistencia a la corrosión
+ Ductilidad
El Níquel, favorece la formación de austeníta. Incrementa la resistencia a temperaturas elevadas y criogénicas, aumenta la resistencia a la corrosión y la ductilidad.

Molibdeno (Mo)
Formador de ferrita
+ Resistencia a temperaturas elevadas
+ Resistencia a la corrosión
El Molibdeno, favorece la formación de ferrita. Mejora notablemente la resistencia a altas temperaturas y la resistencia a la corrosión.

Carbón (C)
Formador de austeníta
+ Resistencia mecánica
Carbón, fuerte formador de austeníta, mejora las propiedades mecánicas pero puede causar corrosión intergranular por los carburos que forma con el cromo.

Manganeso (Mn)
Formador de austeníta
Manganeso, estabiliza la austeníta a temperatura ambiente pero forma ferríta a temperaturas elevadas. Inhibe la fisuración en caliente.

Titanio, favorece la formación de ferrita, actúa como refinador de grano, pues se combina con el carbono reduciendo la susceptibilidad a la corrosión intergranular.

Otros elementos que forman parte de la aleación son: el Niobio (Nb), Fósforo (Pi), Azufre (Si), Selenio (Se), Silicio (Si), Nitrógeno (N); cada uno de ellos tiene diferente influencia en las características físicas, químicas y mecánicas de los aceros inoxidables.

SELECCION DE LOS ACEROS INOXIDABLES

La selección del tipo de acero inoxidable adecuado, requiere una evaluación basada en las siguientes características. Se listan en orden de importancia :

* Resistencia a la corrosión y a la oxidación a altas temperaturas.
Es la principal razón para seleccionar aceros inoxidables. El diseñador debe conocer el medio bajo el cual será sometido el material.

* Propiedades mecánicas.
La resistencia mecánica a bajas y altas temperaturas es muy importante.
Generalmente la combinación de resistencia a la corrosión y mecánica, es la base para la selección.

* Características de transformación del producto.
Cómo se fabrica el producto, es la tercer consideración, incluyendo todos los procesos a los que será sometido el material.

*Costo total.
Un análisis del Costo del Ciclo de Vida es recomendable, así podremos evaluar no solo los costos del material, sino también aquellos relativos al mantenimiento, reemplazo, vida en servicio, etc.

* Disponibilidad.
Finalmente es necesario tomar en cuenta la disponibilidad del material.

ACEROS INOXIDABLES MARTENSITICOS

Especificaciones comunes:
AISI (*) 410, 420, 431

Las especificaciones comunes AISI son el 410, 420 y 431.

Composición química básica:
Cromo (+ - 12 a 18% Cr)
Alto contenido de carbón (0.2 a 1.2% C)

Los aceros inoxidables Martensíticos son la primera rama de los aceros inoxidables simplemente al Cromo. Fueron los primeros aceros inoxidables desarrollados industrialmente (acero inoxidable para cuchillería). Tienen relativamente un alto contenido de Carbón (C) y un contenido del 12 al 18% de Cromo (Cr).

Propiedades básicas:
Resistencia mecánica y dureza excelente (endurecimiento por tratamiento térmico)
Resistencia a la corrosión - moderada
Soldabilidad - muy pobre
Magnéticos

" Resistencia moderada a la corrosión
" Endurecibles por tratamiento térmico y por tanto, se pueden desarrollar altos niveles de resistencia mecánica y dureza.
" Debido al alto contenido de Carbón (C) y a la naturaleza de su dureza, es de pobre soldabilidad.

Usos y aplicaciones comunes:
Hojas de cuchillos, tijeras e instrumental quirúrgico

Los usos comunes incluyen aquellas aplicaciones en donde se necesitan dureza y resistencia mecánica tal, como en hojas de cuchillos y tijeras, instrumental quirúrgico, pernos, ejes toberas, flejes, resortes, alabes de turbinas y abrazaderas

Tipos y formas fabricadas (1):
Barra, placa y lámina

NOTAS :
(1) Las formas de fabricación son aquellas usualmente en inventario. Esto no impide la existencia de otras presentaciones. (La nota anterior, se aplica con todo lo relacionado a formas disponibles).
(*) Designación de acuerdo a la composición química del material según American lron and Steel Institute. (La nota anterior, se aplica con todo lo relacionado a especificaciones comunes).

ACEROS INOXIDABLES FERRITICOS

Especificaciones comunes:
AISI (*): 430, 409, 434

Las especificaciones más comunes son. AISI 430, 409 y 434

Composición química básica
Cromo (+ - 12 a 18% Cr)
Bajo carbón > 0.2 % C

Estos son aceros inoxidables al Cromo. Tienen un contenido de Cromo que varia
del 12 al 18% Cr. Pero un bajo contenido de carbón (C) en relación con los
martensíticos.

Propiedades básicas:
- Resistencia a la corrosión - de moderada a buena se incrementa con el contenido de Cr y en algunas aleaciones de Mo
- Resistencia mecánica - buena, no endurecible (siempre en la condición de recocido)
- Soldabilidad - de pobre a moderada (componentes soldables en calibres delgados)
- Resistencia a la corrosión húmeda por abrasión y herrumbre

" Resistencia a la corrosión de moderada a buena, la cual se incrementa con el contenido de Cromo y en algunas aleaciones de Molibdeno,
" Magnético, no endurecible y siempre usado en condiciones de recocido.
" Su soldabilidad es pobre por lo que generalmente se limitan las uniones por soldadura a calibres delgados. En el caso de 409 se adiciona titanio como estabilizador, mejorando su facilidad de soldado

Usos y aplicaciones comunes:
Equipos y utensillos domésticos, cuchillería
Arquitectónicos
Usos industriales - líneas de alivio, andadores, extractores
de humos y polvos y convertidores catalíticos

Los usos comunes incluyen: equipo y utensilios domésticos como cuchillería,
utensilios de cocina, adornos, despenseros, etc, En la arquitectura se utilizan
como revestimiento en interiores y en ambientes poco agresivos.

En aplicaciones industriales se encuentran en líneas de alivio, líneas de conducción,
mesas de trabajo, silos, vertederos, componentes para bandas transportadoras,
tanques, andadores, lavaderos, equipo para el manejo y lavado de minerales,
equipo de transporte, extractores de humos y polvos, tubo calibrado para
evaporadores, convertidores catalíticos, etc.

Tipos y formas fabricadas (1):
Barra, rollo, lamina y tubería con costura.

ACEROS INOXIDABLES AUSTENITICOS

Especificaciones comunes:
AlSl (*): 304, 304L, 321, 316, 316L, 316 T1, 317L

Las especificaciones comunes incluyen AISI 304, 304L, 321, 316, 316L, 316Ti, y 317L

Composición química básica
Cromo + Níquel + (Molibdeno)
18% Cr 8% Ni (2-3 %Mo)

Carbón Bajo Carbón Estabilizador
0.08% max 0.03% max Titanio(ti)

Cuando agregamos Níquel (Ni) al acero inoxidable en cantidades suficientes, la estructura cristalina se transforma en austeníta, de aquí el término de acero Austenítico, La composición química básica del acero inoxidable austenítico es de 18% Cromo y 8% Níquel denominado 18/8 Si se requiere incrementar la resistencia a la corrosión agregamos de 2 a 3% de Molibdeno (Mo), denominado 18/8/3 El contenido de carbón es bajo, 0,08% C máx. También los hay de "bajo carbón" o "grados L" (0,03% C máx.) y grados estabilizados aleados con Titanio (ti) o Niobio (Nb), para prevenir en las estructuras soldadas la corrosión en la región cercana a la soldadura

Propiedades básicas:

- Resistencia a la corrosión - excelente (mejorada con la adición de molibdeno)
- Soldabilidad - excelente (todos los procesos)
- Propiedades de fabricación y formado - excelentes
- Factor de higiene y limpieza - excelente (Pureza del producto)
- Resistencia mecánica y dureza - buena, Alta si es trabajado en frío Buena a altas temperaturas
- Servicio criogénico - (304 excelente)
- Resistencia a la escamación - buena (+ - 925°C)
- No magnético
- Resistencia a la corrosión húmeda por abrasión y herrumbre

" Excelente resistencia a la corrosión
" Excelente factor de higiene y limpieza
" Formado sencillo y de fácil transformación
" Excelente soldabilidad
" Endurecido por trabajo en frío, no por tratamiento térmico
" Su uso es en la condición de recocido, en la cual son no magnéticos
" Tienen la habilidad de ser funcionales en temperaturas extremas, bajas temperaturas (criogénicas) previniendo la fragilización y altas temperaturas (hasta 925°C).

Usos y aplicaciones comunes:
- Equipo doméstico, cubiertos, mesas para legumbres, equipo para producción y proceso de alimentos y bebidas
- Equipamiento hospitalario y farmacéutico
- Temperatura elevada - intercambiadores de calor, equipos para la prevención y control de la contaminación
- Fabricación de tanques, tuberías, recipientes a presión y mallas

Los usos y aplicaciones comunes cubren un rango muy extenso en equipo y mobiliario doméstico como estantería, cubiertos, mesas para legumbres, mingitorios, así como aplicaciones arquitectónicas y mobiliario urbano. En el proceso de alimentos el equipo requiere de propiedades de resistencia a la corrosión, higiene y limpieza, en las industrias de lácteos, cervezas, vinos, bebidas, procesadoras y empacadoras de alimentos, así como en la preparación y servicio de los mismos, son indispensables.

Son usados a muy bajas temperaturas (criogénicas) para el almacenamiento de gases licuados; a altas temperaturas para intercambiadores de calor, componentes de hornos, para equipos de prevención y control de la contaminación, extracción de humos y plantas para el tratamiento de aguas residuales. La excelente resistencia a la corrosión húmeda y su soldabilidad, los hacen ideales para la fabricación de componentes tales como tuberías, tanques, recipientes a presión y de proceso para las industrias química, petroquímica, del petróleo, extracción de minerales, papel y pulpa, etc, en conexiones, válvulas, abrazaderas, mallas, cribas

Tipos y formas fabricadas (1):
Placa, rollo, lámina, fleje, tubería calibrada y de cédula con o sin costura, barra, varilla y alambre.

LIMITACIONES DE LOS ACEROS INOXIDABLES AUSTENITICOS

Alta temperatura
< + - 925 °C
- Condiciones oxidantes

Ácidos reductores y mezclas de ácidos reductores:
-Bajas temperaturas y sólo bajas concentraciones
-Ruptura de la película pasiva
-Corrosión general

Áreas cubiertas blindadas y/o hendiduras:
-Deficiencia de Oxigeno
-Corrosión por cavitación

Iones haluros:
Particularmente CL .
-Ataca puntos débiles localizados en la película pasiva
-Corrosión por picaduras
-Corrosión de fractura bajo tensión

Los aceros inoxidables austeníticos tienen algunas limitaciones.

" La temperatura máxima a la cual operan funcionalmente es de + - 925ºC en condiciones oxidantes

" Son sólo convenientes para bajas concentraciones de ácidos reductores o mezclas de ácidos reductores a bajas temperaturas. Los ácidos reductores rompen la película de óxido y esto conduce a la corrosión general de estos aceros.

" En áreas cubiertas (blindadas) o con hendiduras, la cantidad disponible de oxigeno es insuficiente para mantenerla película de óxido, esto provoca la corrosión por cavidades.

" Los iones haluros, especialmente el ión cloruro (CL-) tiene la capacidad de romper la película pasiva en los aceros inoxidables austeníticos. Esta es a menudo una forma de ataque localizada muy severa, denominada corrosión por picaduras la cual tiene una pérdida de metal significativa. Otra forma de corrosión provocada por el ión cloruro (CL-) es la corrosión de fractura bajo tensión, la cual se asocia con las picaduras.

ACEROS INOXIDABLES AUSTENITICOS RESISTENTES A ALTAS TEMPERATURAS

Especificaciones comunes:
AISI(*): 309,310

Especificaciones comunes son el AISI 309 y 310

Composición química básica:
Cromo + Níquel
24%Cr 14.22%Ni

Carbón 0 2% C
Grados <S> < 0,08%C

Los aceros inoxidables resistentes a altas temperaturas fueron desarrollados para operar satisfactoriamente a altas temperaturas bajo condiciones oxidantes. El contenido básico de Cromo se incrementa a 24% Cr y el Níquel varia de 14 a 22% Ni.

Propiedades básicas:
Resistencia a la oxidación (escamas) a altas temperaturas (condiciones oxidantes)
Resistencia mecánica a altas temperaturas

Usos y aplicaciones comunes:
Componentes de hornos y tubos para radiadores

Los usos comunes incluyen aplicaciones a temperaturas de 950° C a 1100°C, como en panes y cubiertas de hornos, tubos para radiadores de calor y líneas de escape, intercambiadores de calor.

Tipos y formas fabricadas (1): Placa

OTROS FACTORES A CONSIDERAR

Conductividad térmica
Martensíticos y ferríticos 33% menor que Acero al carbón
Austeníticos 25% menor que Acero al carbón

Todos los aceros inoxidables tienen una conductividad térmica mucho menor a la de los aceros al carbón. Los aceros al cromo + - 1/3 y los austeníticos + - 1/4. Esto lo debemos tener en cuenta para cualquier operación que se relacione con altas temperaturas, ej., efecto durante la soldadura (control del calor de entrada), se requiere de un mayor tiempo de calentamiento para obtener una temperatura uniforme.

Coeficiente de expansión
Martensíticos y ferríticos = Acero al carbón
Austeníticos 25% mayor que Acero al Carbón

Los aceros al cromo tienen un coeficiente de expansión similar a los al carbón, pero en los aceros inoxidables austeníticos es + - 1 1/4 veces mayor. La combinación de un alto coeficiente de expansión y una baja conductividad térmica, significa que debemos tener precauciones con los efectos colaterales, ej., durante la soldadura usar un calor de entrada bajo, disipando el calor por medio de una barra de cobre. Este factor es muy importante cuando se utilizan materiales de diferente tipo.

Pasivación
Evitar contaminación

Es vital mantener y presentarla integridad de la película de óxido que mantiene pasivo al material.
" Evitar el daño mecánico y la contaminación.
" Reparar cualquier área afectada (ej., el óxido que se forma por las altas temperaturas en la zona adyacente a la soldadura) pasivando o decapando y pasivando según sea necesario.
" Asegurar el acceso constante y suficiente de oxigeno en la superficie del material.

CONDICIONES FAVORABLES PARA EL USO DE ACEROS INOXIDABLES

" Ambientes corrosivos
" Temperaturas muy bajas (criogénicas)
" Temperaturas elevadas
" Alta resistencia mecánica Vs. poca masa
" Si se requieren condiciones higiénicas gran facilidad de limpieza
" Apariencia estética no se oxida y no requiere pintura
" Resistencia a la abrasión húmeda
" Las propiedades no-magnética de los inoxidables austeníticos
" No contamina previene reacciones catalíticas.

Consideraciones clave para trabajar con aceros inoxidables

" Conocer los materiales
El conocimiento de los materiales nos ayuda a mejorar la selección, evitar problemas y abatir costos.

" Conocer el diseño
El buen diseño asegura la facilidad de transformación y el óptimo desempeño en servicio para el usuario.

" Conocer el tipo de material
Seleccionar el tipo correcto de material, el riesgo asumido significa costo.

LOS ACEROS INOXIDABLES - CONCLUSION

- Una familia de aleaciones
- Sencilla y lógicamente agrupados dentro de 4 ramas básicas, martensíticos, ferríticos, austeníticos y dúplex
- Para la gran mayoría de aplicaciones, se usan sólo dos de las clasificaciones de los aceros inoxidables.
" Los aceros inoxidables ferríticos
" Los aceros inoxidables austeníticos

Condiciones de proceso - selección de material
' Uso de grados más comunes
' Beneficio en disponibilidad
' De fácil mantenimiento
' Mejor eficiencia en costos

LOS ACEROS INOXIDABLES NO SON INDESTRUCTIBLES NI INMUNES

La familia de los aceros inoxidables puede ser sencilla y lógicamente desglosada dentro de ramas básicas sin confusión acerca de especificaciones y terminologías.
La selección de un tipo especifico de acero inoxidable se determina por la aplicación y condiciones bajo las cuales estará sometido.
Aproximadamente todas las aplicaciones finales pueden ser cubiertas por dos tipos básicos, los aceros inoxidables ferríticos y los austeníticos. Se estima que el 95% de las aplicaciones finales del acero inoxidable caen dentro de estas dos clasificaciones.
La familia de los aceros inoxidables puede ser sencilla y lógicamente desglosada dentro de ramas básicas sin confusión acerca de especificaciones y terminologías.
La selección de un tipo especifico de acero inoxidable se determina por la aplicación y condiciones bajo las cuales estará sometido.
Aproximadamente todas las aplicaciones finales pueden ser cubiertas por dos tipos básicos, los aceros inoxidables ferríticos y los austeníticos. Se estima que el 95% de las aplicaciones finales del acero inoxidable caen dentro de estas dos clasificaciones.
Los aceros inoxidables martensíticos , súper ferríticos, duplex, altamente aleados y los inoxidables austeníticos cumplen un papel necesario si sus propiedades especificas y superiores son esenciales. Para mejorar eficiencias y rendimientos, las condiciones de procesos han sido forzadas con atas temperaturas y elevadas presiones. Modificaciones menores de las condiciones de proceso hacen posible el uso de los grados más comunes, resultando una mayor disponibilidad, facilidad de mantenimiento y mayor efectividad de costos
Los aceros inoxidables no son materiales indestructibles, tampoco inmunes a todos los ataques corrosivos, y sin embargo con una selección cuidadosa y adecuada fabricación, la gran mayoría de las condiciones corrosivas pueden ser manejadas por alguno de los integrantes de la familia de los aceros inoxidables Cuando son consideradas las propiedades secundarias se pueden manejar en una amplia variedad de aplicaciones, estos materiales son muy versátiles.