¿Qué es el acero inoxidable?

El acero inoxidable es una aleación de hierro con un mínimo de 10.5% de cromo. El cromo produce una capa delgada de óxido en la superficie del acero conocida como la “capa pasiva” . Esto evita cualquier corrosión adicional de la superficie. El aumento de la cantidad de cromo da una mayor resistencia a la corrosión.

El acero inoxidable también contiene cantidades variables de carbono, silicio y manganeso. Otros elementos, como el níquel y el molibdeno, pueden agregarse para impartir otras propiedades útiles, como una mejor conformabilidad y una mayor resistencia a la corrosión.

 

¿Cuándo se descubrió el acero inoxidable?

Existe una opinión generalizada de que el acero inoxidable fue descubierto en 1913 por el metalúrgico de Sheffield Harry Brearley. Estaba experimentando con diferentes tipos de acero para armas y notó que un acero al 13% de cromo no se había corroído después de varios meses. Sin embargo, la imagen es mucho más compleja que esta. Para una vista completa, lea El descubrimiento del acero inoxidable .

 

¿Para qué se utiliza el acero inoxidable?

Los aceros inoxidables de varios tipos se utilizan en miles de aplicaciones. Lo siguiente da un sabor de la gama completa:

  • Doméstica – cubiertos, fregaderos, sartenes, tambores de lavadora, revestimientos de hornos microondas, hojas de afeitar, equipos de restaurantes y cocina industrial
  • Arquitectura / Ingeniería Civil – accesorios de revestimiento, barandillas, puertas y ventanas, mobiliario urbano, perfiles estructurales, barras de refuerzo, columnas de iluminación, dinteles, albañilería apoya
  • Transporte – sistemas de escape, molduras / rejillas de automóviles, camiones cisterna, contenedores de buques, buques cisterna para productos químicos, vehículos de desecho
  • Químicos / farmacéuticos : recipientes a presión, tuberías de proceso.
  • Petróleo y gas : plataforma de alojamiento, bandejas de cables, tuberías submarinas.
  • Médico – Instrumentos quirúrgicos, implantes quirúrgicos, escáneres de resonancia magnética.
  • Alimentos y bebidas : equipos de restauración, elaboración de cerveza, destilación, procesamiento de alimentos.
  • Agua : tratamiento de agua y aguas residuales, tuberías de agua, tanques de agua caliente.
  • General : resortes, sujetadores (pernos, tuercas y arandelas), alambre.

 

¿Se corroe el acero inoxidable?

Aunque el acero inoxidable es mucho más resistente a la corrosión que los aceros al carbono o aleados comunes, en algunas circunstancias puede corroerse. Es ‘sin manchas’ no ‘manchas imposibles’. En ambientes atmosféricos o a base de agua normales, el acero inoxidable no se corroe, como lo demuestran las unidades de fregadero doméstico, cubiertos, cacerolas y superficies de trabajo.

En condiciones más agresivas, los tipos básicos de acero inoxidable pueden corroerse y se puede usar un acero inoxidable más altamente aleado. Ver Mecanismos de Corrosión en Acero Inoxidable.

 

¿Qué formas de corrosión pueden ocurrir en los aceros inoxidables?

Las formas más comunes de corrosión en acero inoxidable son:

Corrosión por picadura : la capa pasiva del acero inoxidable puede ser atacada por ciertas especies químicas. El ion cloruro Cl- es el más común de estos y se encuentra en los materiales cotidianos como la sal y el blanqueador. La corrosión por picadura se evita al asegurarse de que el acero inoxidable no entre en contacto prolongado con productos químicos dañinos o al elegir un grado de acero que sea más resistente al ataque. La resistencia a la corrosión por picadura puede evaluarse utilizando el Número equivalente de resistencia de picadura calculado a partir del contenido de aleación.

Corrosión por hendidura : el acero inoxidable requiere un suministro de oxígeno para garantizar que la capa pasiva se pueda formar en la superficie. En grietas muy apretadas, no siempre es posible que el oxígeno tenga acceso a la superficie de acero inoxidable, lo que hace que sea vulnerable al ataque. Se evita la corrosión en hendiduras sellando grietas con un sellador flexible o usando un grado más resistente a la corrosión.

Corrosión general : normalmente, el acero inoxidable no se corroe uniformemente como lo hacen los aceros normales de aleación y carbono. Sin embargo, con algunos químicos, notablemente ácidos, la capa pasiva puede ser atacada uniformemente dependiendo de la concentración y la temperatura y la pérdida de metal se distribuye sobre toda la superficie del acero. El ácido clorhídrico y el ácido sulfúrico en algunas concentraciones son particularmente agresivos con el acero inoxidable.

Agrietamiento por corrosión por tensión (SCC) : esta es una forma de corrosión relativamente rara que requiere una combinación muy específica de tensión de tracción, temperatura y especies corrosivas, a menudo el ion cloruro, para que ocurra. Las aplicaciones típicas donde pueden ocurrir SCC son los tanques de agua caliente y las piscinas . Otra forma conocida como craqueo por corrosión bajo tensión de sulfuro (SSCC) está asociada con el sulfuro de hidrógeno en la exploración y producción de petróleo y gas.

Corrosión intergranular : esta es ahora una forma bastante rara de corrosión. Si el nivel de carbono en el acero es demasiado alto, el cromo se puede combinar con el carbono para formar carburo de cromo. Esto ocurre a temperaturas entre aproximadamente 450-850 grados centígrados. Este proceso también se denomina sensibilización y generalmente ocurre durante la soldadura. El cromo disponible para formar la capa pasiva se reduce efectivamente y puede producirse corrosión. Se evita eligiendo un grado bajo en carbono, los denominados grados “L” o utilizando un acero con titanio o niobio que se combina preferentemente con carbono.

Corrosión galvánica : si dos metales diferentes están en contacto entre sí y con un electrolito, por ejemplo, agua u otra solución, es posible configurar una celda galvánica. Esto es más bien como una batería y puede acelerar la corrosión del metal menos noble. Se puede evitar separando los metales con un aislante no metálico como el caucho.

 

¿Cuántos tipos de acero inoxidable hay?

El acero inoxidable se divide generalmente en 5 tipos:

Ferrítico : estos aceros se basan en cromo con pequeñas cantidades de carbono, generalmente menos del 0,10%. Estos aceros tienen una microestructura similar a los aceros al carbono y de baja aleación. Por lo general, su uso está limitado a secciones relativamente delgadas debido a la falta de tenacidad en las soldaduras. Sin embargo, donde no se requiere soldadura, ofrecen una amplia gama de aplicaciones. No pueden ser endurecidos por tratamiento térmico. Los aceros con alto contenido de cromo con adiciones de molibdeno se pueden usar en condiciones bastante agresivas, como el agua de mar. Los aceros ferríticos también se eligen por su resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión. No son tan conformables como los aceros inoxidables austeníticos. Son magneticos.

Austenítico – Estos aceros son los más comunes. Su microestructura se deriva de la adición de níquel, manganeso y nitrógeno. Es la misma estructura que ocurre en los aceros comunes a temperaturas mucho más altas. Esta estructura le da a estos aceros su combinación característica de soldabilidad y conformabilidad. La resistencia a la corrosión se puede mejorar agregando cromo, molibdeno y nitrógeno. No se pueden endurecer con el tratamiento térmico, pero tienen la propiedad útil de poder endurecerse en el trabajo a niveles de alta resistencia, al tiempo que conservan un nivel útil de ductilidad y dureza. Los aceros austeníticos estándar son vulnerables al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Los aceros austeníticos con mayor contenido de níquel tienen mayor resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión.

Martensítico : estos aceros son similares a los aceros ferríticos al estar basados ​​en cromo, pero tienen niveles de carbono más altos hasta un 1%. Esto les permite ser endurecidos y templados al igual que el carbono y los aceros de baja aleación. Se utilizan donde se requiere alta resistencia y resistencia a la corrosión moderada. Son más comunes en productos largos que en hojas y placas. Generalmente tienen una soldabilidad y formabilidad bajas. Son magneticos.

Dúplex : estos aceros tienen una microestructura que es aproximadamente 50% ferrítica y 50% austenítica. Esto les da una mayor resistencia que los aceros ferríticos o austeníticos. Son resistentes al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Los denominados aceros “dúplex magros” están formulados para tener una resistencia a la corrosión comparable a la de los aceros austeníticos estándar pero con mayor resistencia y resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Los aceros “superduplex” tienen una mayor resistencia y resistencia a todas las formas de corrosión en comparación con los aceros austeníticos estándar. Son soldables pero necesitan cuidado en la selección de consumibles de soldadura y entrada de calor. Tienen formabilidad moderada. Son magnéticos pero no tanto como los grados ferríticos, martensíticos y de pH debido a la fase austenítica del 50%.

Endurecimiento por precipitación (PH) : estos aceros pueden desarrollar una resistencia muy alta al agregar elementos como cobre, niobio y aluminio al acero. Con un tratamiento térmico adecuado de “envejecimiento”, se forman partículas muy finas en la matriz del acero que imparte resistencia. Estos aceros se pueden mecanizar para obtener formas bastante complejas que requieren buenas tolerancias antes del tratamiento de envejecimiento final, ya que el tratamiento final produce una distorsión mínima. Esto contrasta con el endurecimiento y el temple convencionales en los aceros martensíticos, donde la distorsión es más problemática. La resistencia a la corrosión es comparable a los aceros austeníticos estándar como 1.4301 (304).

 

¿Cómo elijo qué acero inoxidable usar?

La mayoría de las decisiones sobre qué acero usar se basan en una combinación de los siguientes factores:

¿Cuál es el ambiente corrosivo? – Atmosférica, agua, concentración de sustancias químicas en particular, contenido de cloruro, presencia de ácido.

¿Cuál es la temperatura de operación? – Las altas temperaturas generalmente aceleran las tasas de corrosión y, por lo tanto, indican una mayor ley. Las bajas temperaturas requerirán un acero austenítico resistente.

¿Qué fuerza se requiere? – Se puede obtener una mayor resistencia de los aceros austenítico, dúplex, martensítico y PH. Otros procesos tales como la soldadura y la formación a menudo influyen en cuál de estos es el más adecuado. Por ejemplo, los aceros austeníticos de alta resistencia producidos por el endurecimiento por trabajo no serían adecuados cuando fuera necesario soldar, ya que el proceso ablandaría el acero.

¿Qué soldadura se llevará a cabo? – Los aceros austeníticos son generalmente más soldables que los otros tipos. Los aceros ferríticos son soldables en secciones delgadas. Los aceros dúplex requieren más cuidado que los aceros austeníticos, pero ahora se consideran completamente soldables. Los grados martensíticos y de pH son menos soldables.

¿Qué grado de formación se requiere para hacer el componente? – Los aceros austeníticos son los más formables de todos los tipos que pueden experimentar un alto grado de embutición profunda o formación de estiramiento. Generalmente, los aceros ferríticos no son tan formables, pero aún pueden ser capaces de producir formas bastante intrincadas. Los grados dúplex, martensítico y de pH no son particularmente conformables.

¿Qué forma de producto se requiere? – No todos los grados están disponibles en todas las formas y tamaños de productos, por ejemplo, hoja, barra, tubo. En general, los aceros austeníticos están disponibles en todas las formas de productos en una amplia gama de dimensiones. Es más probable que los ferríticos estén en forma de lámina que la barra. Para los aceros martensíticos, lo contrario es cierto.

¿Cuáles son las expectativas del cliente sobre el rendimiento del material? – Esta es una consideración importante que a menudo se pierde en el proceso de selección. En particular, ¿cuáles son los requisitos estéticos en comparación con los requisitos estructurales? La vida del diseño a veces se especifica pero es muy difícil de garantizar.

También puede haber requisitos especiales, como propiedades no magnéticas para tener en cuenta.

También debe tenerse en cuenta que el tipo de acero por sí solo no es el único factor en la selección del material. El acabado de la superficie es al menos tan importante en muchas aplicaciones, particularmente cuando hay un fuerte componente estético. Ver Importancia del acabado superficial .

Disponibilidad. Puede haber una elección técnica del material perfectamente correcta que no se puede implementar porque no está disponible en el tiempo requerido.

Costo. A veces, la opción técnica correcta no se elige finalmente solo por el costo. Sin embargo, es importante evaluar el costo en la base correcta. Se ha demostrado que muchas aplicaciones de acero inoxidable son ventajosas sobre la base del costo del ciclo de vida en lugar del costo inicial. Ver Costeo del ciclo de vida.

La elección final estará casi seguramente en manos de un especialista, pero se puede ayudar a su tarea recabando tanta información sobre los factores anteriores. La información faltante a veces es la diferencia entre una aplicación exitosa y una incorrecta. Ver también Principios generales para la selección de aceros inoxidables.