Los metales rara vez se utilizan en su forma pura. Se añaden elementos de aleación para cambiar sus propiedades. Los aceros inoxidables son aleaciones a base de hierro que cumplen con la definición ASTM A941 para esta familia de aleaciones, específicamente un acero que cumple con una especificación que requiere, en porcentaje en masa, un contenido mínimo de cromo de 10.5 y un contenido máximo de carbono de 1.20.
Existen más de 150 aceros inoxidables diferentes con combinaciones únicas de elementos de aleación. Estas adiciones de aleación mejoran la resistencia a la corrosión en diferentes ambientes de servicio y determinan los niveles de resistencia, formabilidad, maquinabilidad y otras características deseables.
Carbono
El carbono siempre está presente en el acero inoxidable. La cantidad de carbono es clave. En todas las categorías excepto en los grados martensíticos, el nivel se mantiene bastante bajo. En los grados martensíticos, el nivel se aumenta deliberadamente para obtener alta resistencia y dureza. El tratamiento térmico mediante calentamiento a alta temperatura, enfriamiento rápido y luego revenido desarrolla la fase martensítica.
El carbono puede afectar la resistencia a la corrosión. Si se permite que el carbono se combine con el cromo (para formar carburos de cromo), puede tener un efecto perjudicial en la capacidad de formación de la capa “pasiva”. Si, en áreas localizadas, el cromo se reduce por debajo del 10.5%, la capa no se formará.
Cromo
El cromo es un elemento altamente reactivo y es responsable de la naturaleza “pasiva” de todos los aceros inoxidables. La resistencia a los efectos químicos de la corrosión y la típica “oxidación” (oxidación) que ocurre con el acero al carbono sin protección, es el resultado directo de la presencia de cromo.
Una vez que la composición contiene al menos un 10.5% de cromo, se forma instantáneamente una película superficial adherente e insoluble que evita la difusión adicional de oxígeno en la superficie y previene la oxidación del hierro en la matriz. Cuanto mayor es el nivel de cromo, mayor es la protección.
Níquel
El níquel es el elemento de aleación esencial en los grados de acero inoxidable de la serie 300. La presencia de níquel resulta en la formación de una estructura “austenítica” que proporciona a estos grados su resistencia, ductilidad y tenacidad, incluso a temperaturas criogénicas. También hace que el material no sea magnético.
Si bien el papel del níquel no tiene una influencia directa en el desarrollo de la capa superficial “pasiva”, resulta en una mejora significativa en la resistencia al ataque ácido, especialmente con ácido sulfúrico.
Molibdeno
La adición de molibdeno a la matriz Cr-Fe-Ni agrega resistencia al ataque localizado por picaduras y una mejor resistencia a la corrosión en rendijas (especialmente en los grados ferríticos Cr-Fe).
Ayuda a resistir los efectos perjudiciales de los cloruros (se prefiere el 316 con un 2% de molibdeno sobre el 304 en situaciones costeras y de sal para deshielo). Cuanto mayor es el contenido de molibdeno (hay aceros inoxidables con un 6% de molibdeno), mejor es la resistencia a niveles más altos de cloruro.
Manganeso
Generalmente, se agrega manganeso a los aceros inoxidables para ayudar en la desoxidación durante la fusión y prevenir la formación de inclusiones de sulfuro de hierro que pueden causar problemas de agrietamiento en caliente.
También es un estabilizador de “austenita” y, cuando se agrega en niveles más altos (del 4 al 15%), reemplaza parte del níquel en los grados de acero inoxidable de la serie 200.
Silicio y Cobre
Pequeñas cantidades de silicio y cobre se agregan generalmente a los aceros inoxidables austeníticos que contienen molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosión por ácido sulfúrico.
El silicio también mejora la resistencia a la oxidación yAlloying elements play a crucial role in determining the properties of stainless steel. Here’s a paraphrased version of the content:
Elementos de aleación en el acero inoxidable
Los metales rara vez se utilizan en su forma pura, ya que se añaden elementos de aleación para modificar sus propiedades.
Los aceros inoxidables son aleaciones a base de hierro que cumplen con la definición ASTM A941 para esta familia de aleaciones, lo que implica que deben contener al menos un 10.5% en masa de cromo y un máximo de 1.20% de carbono.
Cromo
El cromo es un elemento altamente reactivo que confiere a los aceros inoxidables su naturaleza “pasiva”. Su presencia en una composición de acero inoxidable de al menos un 10.5% permite la formación instantánea de una capa superficial adherente e insoluble que evita la oxidación y la difusión de oxígeno en la matriz del acero. Cuanto mayor es el contenido de cromo, mayor es la protección contra la corrosión.
Níquel
El níquel es un elemento esencial en los grados de acero inoxidable de la serie 300. Su presencia promueve la formación de una estructura “austenítica” que confiere resistencia, ductilidad y tenacidad a estos grados, incluso a temperaturas criogénicas. Además, el níquel mejora la resistencia a los ácidos y confiere propiedades no magnéticas al material.
Molibdeno
La adición de molibdeno a la matriz de acero inoxidable de cromo-hierro-níquel mejora la resistencia a la corrosión localizada, como la corrosión por picaduras y la corrosión en rendijas. También proporciona una mayor resistencia a los efectos perjudiciales de los cloruros. Cuanto mayor es el contenido de molibdeno, mayor es la resistencia a niveles más altos de cloruro.
Cobre
Pequeñas cantidades de cobre se añaden a los aceros inoxidables austeníticos que contienen molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosión por ácido sulfúrico.
Manganeso
El manganeso se utiliza en los aceros inoxidables para ayudar en la desoxidación durante la fusión y prevenir la formación de inclusiones de sulfuro de hierro que pueden causar problemas de agrietamiento en caliente. Además, actúa como estabilizador de la fase “austenítica” y, en niveles más altos, puede reemplazar parte del níquel en ciertos grados de acero inoxidable.
Silicio
El silicio se añade a los aceros inoxidables austeníticos con molibdeno para mejorar la resistencia a la oxidación a altas temperaturas. También puede estabilizar la fase “ferrítica”. En los aceros inoxidables austeníticos, un contenido elevado de silicio mejora la resistencia a la oxidación y evita la carburización a temperaturas elevadas.
Resumen
Los elementos de aleación tienen un impacto significativo en las propiedades del acero inoxidable:
- El cromo forma una capa pasiva que evita la corrosión.
- El níquel aumenta la ductilidad, la tenacidad y la resistencia a los ácidos.
- El molibdeno mejora la resistencia a la corrosión por picaduras y a los cloruros.
- El cobre aumenta la resistencia a la corrosión por ácido sulfúrico.
- El manganeso estabiliza la estructura y previene problemas de agrietamiento en caliente.
- El silicio mejora la resistencia a la oxidación y estabiliza las fases ferrítica y austenítica.
