Acero inoxidable

El acero inoxidable se utiliza para el equipo industrial cuando es importante que el equipo dura y se puede mantener limpio

El acero inoxidable es una aleación de hierro resistente a la oxidación y la corrosión. Contiene al menos un 11% de cromo y puede contener elementos como carbono, otros no metales y metales para obtener otras propiedades deseadas. La resistencia del acero inoxidable a la corrosión resulta del cromo, que forma una película pasiva que puede proteger el material y autocurarse en presencia de oxígeno.

Las propiedades de la aleación, como el brillo y la resistencia a la corrosión, son útiles en muchas aplicaciones. El acero inoxidable se puede enrollar en láminas, placas, barras, alambres y tubos. Estos se pueden usar en utensilios de cocina, cubiertos, instrumentos quirúrgicos, electrodomésticos grandes, vehículos, material de construcción en grandes edificios, equipos industriales (por ejemplo, en fábricas de papel, plantas químicas, tratamiento de agua) y tanques de almacenamiento y camiones cisterna para productos químicos y alimentos.

La capacidad de limpieza biológica del acero inoxidable es superior tanto al aluminio como al cobre, y comparable al vidrio. Su capacidad de limpieza, resistencia y resistencia a la corrosión han impulsado el uso de acero inoxidable en plantas de procesamiento de alimentos y farmacéuticas.

Los diferentes tipos de acero inoxidable están etiquetados con un número AISI de tres dígitos. La norma ISO 15510 enumera las composiciones químicas de los aceros inoxidables de las especificaciones de las normas ISO, ASTM, EN, JIS y GB existentes en una útil tabla de intercambio..

Propiedades

Conductividad

Al igual que el acero, los aceros inoxidables son conductores de electricidad relativamente malos, con conductividades eléctricas significativamente más bajas que el cobre. En particular, la resistencia de contacto eléctrico (ECR) del acero inoxidable surge como resultado de la densa capa protectora de óxido y limita su funcionalidad en aplicaciones como conectores eléctricos. Las aleaciones de cobre y los conectores recubiertos de níquel tienden a exhibir valores de ECR más bajos y son los materiales preferidos para tales aplicaciones. Sin embargo, los conectores de acero inoxidable se emplean en situaciones donde ECR plantea un criterio de diseño más bajo y se requiere resistencia a la corrosión, por ejemplo, en altas temperaturas y entornos oxidantes.

Punto de fusión

Al igual que con todas las demás aleaciones, el punto de fusión del acero inoxidable se expresa en forma de un rango de temperaturas, y no de una sola temperatura. Este rango de temperatura va de 1.400 a 1.530 °C (2.550 a 2.790 °F) dependiendo de la consistencia específica de la aleación en cuestión.

Magnetismo

Los aceros inoxidables martensíticos, dúplex y ferríticos son magnéticos, mientras que el acero inoxidable austenítico no suele ser magnético. El acero ferrítico debe su magnetismo a su estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo, en la que los átomos de hierro están dispuestos en cubos (con un átomo de hierro en cada esquina) y un átomo de hierro adicional en el centro. Este átomo de hierro central es responsable de las propiedades magnéticas del acero ferrítico. Esta disposición también limita la cantidad de carbono que el acero puede absorber a alrededor del 0,025 %. Se han desarrollado grados con bajo campo coercitivo para electroválvulas utilizadas en electrodomésticos y para sistemas de inyección en motores de combustión interna. Algunas aplicaciones requieren materiales no magnéticos, como las imágenes por resonancia magnética. Los aceros inoxidables austeníticos, que generalmente no son magnéticos, pueden volverse ligeramente magnéticos mediante el endurecimiento por trabajo. A veces, si el acero austenítico se dobla o se corta, se produce magnetismo a lo largo del borde del acero inoxidable porque la estructura cristalina se reorganiza.

Corrosión

La adición de nitrógeno también mejora la resistencia a la corrosión por picaduras y aumenta la resistencia mecánica. Por lo tanto, existen numerosos grados de acero inoxidable con diferentes contenidos de cromo y molibdeno para adaptarse al entorno que debe soportar la aleación. La resistencia a la corrosión se puede aumentar aún más por los siguientes medios:

• creciente contenido de cromo a más de 11%
• añadir níquel al menos 8%
• añadiendo molibdeno (que también mejora la resistencia a la corrosión de apuros)

Usar

La excoriación, a veces llamada soldadura en frío, es una forma de desgaste adhesivo grave que puede ocurrir cuando dos superficies metálicas están en movimiento relativo entre sí y bajo una fuerte presión. Los sujetadores de acero inoxidable austenítico son particularmente susceptibles a la excoriación de roscas, aunque también son susceptibles otras aleaciones que autogeneran una película protectora de óxido en la superficie, como el aluminio y el titanio. Bajo deslizamiento de alta fuerza de contacto, este óxido puede deformarse, romperse y eliminarse de partes del componente, exponiendo el metal reactivo desnudo. Cuando las dos superficies son del mismo material, estas superficies expuestas pueden fusionarse fácilmente. La separación de las dos superficies puede provocar el desgarro de la superficie e incluso el agarrotamiento total de los componentes metálicos o sujetadores. La excoriación se puede mitigar mediante el uso de materiales diferentes (bronce contra acero inoxidable) o el uso de diferentes aceros inoxidables (martensítico contra austenítico). Además, las juntas roscadas se pueden lubricar para proporcionar una película entre las dos partes y evitar la excoriación. Nitronic 60, fabricado mediante aleación selectiva con manganeso, silicio y nitrógeno, ha demostrado una tendencia reducida a la irritación.

Densidad

La densidad del acero inoxidable puede oscilar entre 7500 kg/m³ y 8000 kg/m³, según la aleación.

Historia

Un anuncio, como apareció en el 1915 New York Times, del desarrollo de acero inoxidable en Sheffield, Inglaterra.

La invención del acero inoxidable siguió a una serie de desarrollos científicos, comenzando en 1798 cuando Louis Vauquelin mostró por primera vez el cromo a la Academia Francesa. A principios del siglo XIX, los científicos británicos James Stoddart, Michael Faraday y Robert Mallet observaron la resistencia de las aleaciones de cromo-hierro ("aceros al cromo") a los agentes oxidantes. Robert Bunsen descubrió la resistencia del cromo a los ácidos fuertes. La resistencia a la corrosión de las aleaciones de hierro-cromo pudo haber sido reconocida por primera vez en 1821 por Pierre Berthier, quien notó su resistencia contra el ataque de algunos ácidos y sugirió su uso en cuchillería.

En la década de 1840, tanto la siderúrgica británica de Sheffield como la alemana Krupp producían acero al cromo y esta última lo empleaba para cañones en la década de 1850. En 1861, Robert Forester Mushet obtuvo una patente sobre acero al cromo en Gran Bretaña.

Estos eventos llevaron a J. Baur de Chrome Steel Works de Brooklyn a la primera producción estadounidense de acero con contenido de cromo para la construcción de puentes. En 1869 se emitió una patente estadounidense para el producto. Esto fue seguido por el reconocimiento de la resistencia a la corrosión de las aleaciones de cromo por parte de los ingleses John T. Woods y John Clark, quienes notaron rangos de cromo del 5 al 30%, con tungsteno y &# 34;carbono medio". Persiguieron el valor comercial de la innovación a través de una patente británica para "Aleaciones resistentes a la intemperie".

A fines de la década de 1890, el químico alemán Hans Goldschmidt desarrolló un proceso aluminotérmico (termita) para producir cromo sin carbono. Entre 1904 y 1911, varios investigadores, en particular Leon Guillet de Francia, prepararon aleaciones que hoy se considerarían acero inoxidable.

En 1908, la firma de Essen Friedrich Krupp Germaniawerft construyó el yate de vela de 366 toneladas Germania con un casco de acero al cromo-níquel, en Alemania. En 1911, Philip Monnartz informó sobre la relación entre el contenido de cromo y la resistencia a la corrosión. El 17 de octubre de 1912, los ingenieros de Krupp, Benno Strauss y Eduard Maurer, patentaron como Nirosta el acero inoxidable austenítico conocido hoy como 18/8 o AISI Tipo 304.

Desarrollos similares estaban ocurriendo en los Estados Unidos, donde Christian Dantsizen de General Electric y Frederick Becket (1875-1942) en Union Carbide estaban industrializando acero inoxidable ferrítico. En 1912, Elwood Haynes solicitó una patente estadounidense sobre una aleación de acero inoxidable martensítico, que no se concedió hasta 1919.

Harry Brearley

Monumento a Harry Brearley en el antiguo Laboratorio de Investigación Brown Firth en Sheffield, Inglaterra

Mientras buscaba una aleación resistente a la corrosión para los cañones de las armas en 1912, Harry Brearley del laboratorio de investigación Brown-Firth en Sheffield, Inglaterra, descubrió y posteriormente industrializó una aleación de acero inoxidable martensítico, hoy conocida como AISI Tipo 420. El descubrimiento fue anunciado dos años después en un artículo periodístico de enero de 1915 en The New York Times.

Más tarde, el metal se comercializó bajo la marca "Staybrite" marca de Firth Vickers en Inglaterra y se usó para la nueva marquesina de entrada del Hotel Savoy en Londres en 1929. Brearley solicitó una patente estadounidense durante 1915 solo para descubrir que Haynes ya había registrado una. Brearley y Haynes unieron sus fondos y, con un grupo de inversionistas, formaron la American Stainless Steel Corporation, con sede en Pittsburgh, Pensilvania.

Acero inoxidable

Brearley inicialmente llamó a su nueva aleación "acero inoxidable". La aleación se vendió en los EE. UU. con diferentes marcas, como "Allegheny metal" y "acero Nirosta". Incluso dentro de la industria metalúrgica, el nombre permaneció sin resolver; en 1921, una revista comercial lo llamó "acero instainable". Brearley trabajó con un fabricante local de cubiertos, quien le dio el nombre de "acero inoxidable". Todavía en 1932, Ford Motor Company continuó llamando acero inoxidable a la aleación en los materiales promocionales de automóviles.

En 1929, antes de la Gran Depresión, se fabricaban y vendían más de 25 000 toneladas de acero inoxidable al año en EE. UU.

Los grandes avances tecnológicos de las décadas de 1950 y 1960 permitieron la producción de grandes tonelajes a un coste asequible:

• Proceso de AOD (decarburación de oxígeno argón), para la eliminación de carbono y azufre
• Montaje continuo y rodaje de tira caliente
• El molino Z-Mill o Sendzimir en frío
• El Creusot-Loire Uddeholm (CLU) y procesos relacionados que utilizan vapor en lugar de todo el argón

Tipos

Hay cinco familias principales, que se clasifican principalmente por su estructura cristalina: austenítico, ferrítico, martensítico, dúplex y de endurecimiento por precipitación.

Austenítico

El acero inoxidable austenítico es la familia más grande de aceros inoxidables y representa alrededor de dos tercios de toda la producción de acero inoxidable. Poseen una microestructura austenítica, que es una estructura cristalina cúbica centrada en las caras. Esta microestructura se logra aleando acero con suficiente níquel y/o manganeso y nitrógeno para mantener una microestructura austenítica a todas las temperaturas, desde la región criogénica hasta el punto de fusión. Por tanto, los aceros inoxidables austeníticos no son templables por tratamiento térmico ya que poseen la misma microestructura a todas las temperaturas.

Subgrupos de aceros inoxidables austeníticos, serie 200 y serie 300:

• 200 series son aleaciones cromo-manganeso-nkel que maximizan el uso de manganeso y nitrógeno para minimizar el uso de níquel. Debido a su adición de nitrógeno, poseen aproximadamente un 50% de mayor resistencia al rendimiento que 300 hojas de acero inoxidable serie.
  • El tipo 201 es resistente mediante el trabajo en frío.
  • El tipo 202 es un acero inoxidable de uso general. Disminuir el contenido de níquel y aumentar los resultados de manganeso en la resistencia a la corrosión débil.
• 300 series son aleaciones cromo-níquel que logran su microestructura austenitica casi exclusivamente por aleación de níquel; algunos grados muy aleados incluyen algunos nitrógeno para reducir los requisitos de níquel. La serie 300 es el grupo más grande y el más utilizado.
  • Tipo 304: El grado más conocido es el tipo 304, también conocido como 18/8 y 18/10 por su composición de 18% de cromo y 8% o 10% de níquel, respectivamente.
  • Tipo 316: El segundo acero inoxidable austrítico más común es Tipo 316. La adición del 2% de molibdeno proporciona mayor resistencia a los ácidos y la corrosión localizada causada por iones de cloruro. Las versiones bajas de carbono, como 316L o 304L, tienen contenido de carbono por debajo del 0,03% y se utilizan para evitar problemas de corrosión causados por la soldadura.

Ferrítico

Los aceros inoxidables ferríticos poseen una microestructura de ferrita como el acero al carbono, que es una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo, y contienen entre un 10,5 % y un 27 % de cromo con muy poco o nada de níquel. Esta microestructura está presente a todas las temperaturas debido a la adición de cromo, por lo que no son endurecibles por tratamiento térmico. No pueden ser reforzados por trabajo en frío en la misma medida que los aceros inoxidables austeníticos. son magneticos Las adiciones de niobio (Nb), titanio (Ti) y circonio (Zr) al Tipo 430 permiten una buena soldabilidad. Debido a la casi ausencia de níquel, son menos costosos que los aceros austeníticos y están presentes en muchos productos, que incluyen:

• Tubos de escape de automóviles (Tipo 409 y 409 Cb se utilizan en América del Norte; grado estabilizado Tipo 439 y 441 se utilizan en Europa)
• Aplicaciones arquitectónicas y estructurales (Tipo 430, que contiene 17% Cr)
• Componentes de construcción, como ganchos de pizarra, tejados y conductos de chimenea
• Placas de potencia en células de combustible de óxido sólido que operan a temperaturas alrededor de 700 °C (1,300 °F) (feríticos de alto cromo que contienen 22% Cr)

Martensita

Los aceros inoxidables martensíticos tienen una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo y ofrecen una amplia gama de propiedades y se utilizan como aceros inoxidables de ingeniería, aceros inoxidables para herramientas y aceros resistentes a la fluencia. Son magnéticos y no tan resistentes a la corrosión como los aceros inoxidables ferríticos y austeníticos debido a su bajo contenido de cromo. Se dividen en cuatro categorías (con cierta superposición):

• Fe-Cr-C. Estos fueron los primeros grados utilizados y siguen siendo ampliamente utilizados en aplicaciones de ingeniería y resistencia al desgaste.
• Fe-Cr-Ni-C. Algo de carbono es reemplazado por níquel. Ofrecen mayor dureza y mayor resistencia a la corrosión. Grado EN 1.4303 (Casting grade CA6NM) con 13% Cr y 4% Ni se utiliza para la mayoría de las turbinas Pelton, Kaplan y Francis en centrales hidroeléctricas porque tiene buenas propiedades de fundición, buena soldabilidad y buena resistencia a la erosión de la cavitación.
• Niveles de endurecimiento de la precipitación. Grado EN 1.4542 (también conocido como 17-4 PH), el grado más conocido, combina endurecimiento martensiático y endurecimiento de precipitación. Consigue alta resistencia y buena dureza y se utiliza en aeroespacial entre otras aplicaciones.
• Clases resistentes a los golpes. Pequeñas adiciones de niobio, vanadio, borón y cobalto aumentan la fuerza y la resistencia del arroyo hasta alrededor de 650 °C (1,200 °F).

Los aceros inoxidables martensíticos se pueden tratar térmicamente para proporcionar mejores propiedades mecánicas. El tratamiento térmico normalmente implica tres pasos:

1. Austenitizante, en la que el acero se calienta a una temperatura en el rango 980–1,050 °C (1,800–1,920 °F), dependiendo del grado. El austenito resultante tiene una estructura de cristal cúbico centrada en la cara.
2. Quenching. El austenito se transforma en martensita, una estructura de cristal tetragonal centrada en el cuerpo. La martensita apagada es muy dura y demasiado frágil para la mayoría de las aplicaciones. Algunos austenitos residuales pueden permanecer.
3. Tempering. El martensito se calienta a unos 500 °C (930 °F), mantenido a temperatura, luego refrigerado por aire. Las temperaturas templadas más altas disminuyen la fuerza de rendimiento y la fuerza de tracción máxima, pero aumentan la resistencia al al alargamiento y al impacto.

Reemplazar algo de carbono en los aceros inoxidables martensíticos por nitrógeno es un desarrollo reciente. La solubilidad limitada del nitrógeno aumenta mediante el proceso de refinación por electroescoria a presión (PESR), en el que la fusión se lleva a cabo a alta presión de nitrógeno. Se ha logrado un acero que contiene hasta un 0,4% de nitrógeno, lo que conduce a una mayor dureza y resistencia y una mayor resistencia a la corrosión. Como PESR es caro, se han logrado contenidos de nitrógeno más bajos pero significativos utilizando el proceso AOD estándar.

Dúplex

Los aceros inoxidables dúplex tienen una microestructura mixta de austenita y ferrita, siendo la proporción ideal una mezcla de 50:50, aunque las aleaciones comerciales pueden tener proporciones de 40:60. Se caracterizan por un mayor contenido de cromo (19-32 %) y molibdeno (hasta un 5 %) y un menor contenido de níquel que los aceros inoxidables austeníticos. Los aceros inoxidables dúplex tienen aproximadamente el doble de límite elástico que el acero inoxidable austenítico. Su microestructura mixta proporciona una mayor resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión de cloruro en comparación con los tipos de acero inoxidable austenítico 304 y 316. Los grados dúplex generalmente se dividen en tres subgrupos en función de su resistencia a la corrosión: dúplex pobre, dúplex estándar y súper dúplex. Las propiedades de los aceros inoxidables dúplex se logran con un contenido de aleación más bajo en general que los grados súper austeníticos de rendimiento similar, lo que hace que su uso sea rentable para muchas aplicaciones. La industria de la pulpa y el papel fue una de las primeras en utilizar ampliamente el acero inoxidable dúplex. Hoy en día, la industria del petróleo y el gas es el mayor usuario y ha presionado por grados más resistentes a la corrosión, lo que ha llevado al desarrollo de grados superdúplex e hiperdúplex. Más recientemente, se ha desarrollado el dúplex delgado menos costoso (y un poco menos resistente a la corrosión), principalmente para aplicaciones estructurales en edificación y construcción (barras de refuerzo de hormigón, placas para puentes, obras costeras) y en la industria del agua.

Endurecimiento por precipitación

Los aceros inoxidables endurecidos por precipitación tienen una resistencia a la corrosión comparable a las variedades austeníticas, pero pueden endurecerse por precipitación a resistencias aún mayores que otros grados martensíticos. Hay tres tipos de aceros inoxidables de endurecimiento por precipitación:

• Martensitic 17-4 PH (AISI 630 EN 1.4542) contiene aproximadamente 17% Cr, 4% Ni, 4% Cu y 0,3% Nb.

El tratamiento de solución a aproximadamente 1040 °C (1900 °F) seguido de enfriamiento da como resultado una estructura martensítica relativamente dúctil. El tratamiento de envejecimiento posterior a 475 °C (887 °F) precipita fases ricas en Nb y Cu que aumentan la resistencia hasta más de 1000 MPa de límite elástico. Este excelente nivel de resistencia se utiliza en aplicaciones de alta tecnología, como la industria aeroespacial (normalmente después de volver a fundirse para eliminar las inclusiones no metálicas, lo que aumenta la vida útil a la fatiga). Otra gran ventaja de este acero es que el envejecimiento, a diferencia de los tratamientos de templado, se lleva a cabo a una temperatura que se puede aplicar a piezas (casi) acabadas sin distorsión ni decoloración.

• Semi-austenitic 17-7 PH (AISI 631 EN 1.4568) contiene alrededor del 17% Cr, 7,2% Ni y 1,2% Al.

El tratamiento térmico típico implica el tratamiento de solución y el enfriamiento. En este punto, la estructura permanece austenítica. La transformación martensítica se obtiene luego mediante un tratamiento criogénico a -75 °C (-103 °F) o mediante trabajo en frío severo (más del 70% de deformación, generalmente por laminación en frío o trefilado). El envejecimiento a 510 °C (950 °F), que precipita la fase intermetálica de Ni₃Al, se lleva a cabo como se indicó anteriormente en piezas casi terminadas. Entonces se alcanzan niveles de estrés de rendimiento superiores a 1400 MPa.

• Austenitic A286(ASTM 660 EN 1.4980) contiene alrededor de Cr 15%, Ni 25%, Ti 2,1%, Mo 1,2%, V 1,3%, y B 0.005%.

La estructura permanece austenítica a todas las temperaturas.

El tratamiento térmico típico implica un tratamiento de solución y enfriamiento rápido, seguido de un envejecimiento a 715 °C (1319 °F). El envejecimiento forma precipitados de Ni₃Ti y aumenta el límite elástico a aproximadamente 650 MPa (94 ksi) a temperatura ambiente. A diferencia de los grados anteriores, las propiedades mecánicas y la resistencia a la fluencia de este acero siguen siendo muy buenas a temperaturas de hasta 700 °C (1300 °F). Como resultado, el A286 se clasifica como una superaleación a base de Fe, que se utiliza en motores a reacción, turbinas de gas y piezas de turbo.

Calificaciones

Hay más de 150 grados de acero inoxidable, de los cuales 15 son los más utilizados. Hay varios sistemas para clasificar acero inoxidable y otros aceros, incluidos los grados de acero SAE de EE. UU. El Sistema de Numeración Unificado para Metales y Aleaciones (UNS) fue desarrollado por la ASTM en 1970. Los europeos han desarrollado EN 10088 con el mismo propósito.

Terminología

En su historia temprana, el acero inoxidable a veces se llamaba acero inoxidable. Ambos adjetivos, stainless y rustless, son debidamente reconocidos y aceptados como exageraciones: el acero inoxidable no es literalmente incapaz de oxidarse, pero su nombre establecido es "acero inoxidable" 34; sin embargo.

En los conjuntos de datos técnicos, el acero inoxidable a veces puede designarse como inox (inoxidable), CRES (resistente a la corrosión), o SS o SST (acero inoxidable). También se puede designar por subclase o grado sin más especificaciones, como por ejemplo 18–8, 17-4 PH, 316, 303 o 304.

Resistencia a la corrosión

El acero inoxidable (la fila inferior) resiste la corrosión de agua salada mejor que el aluminio-bronze (la fila superior) o las aleaciones de cobre-níquel (la hilera media)

A diferencia del acero al carbono, los aceros inoxidables no sufren una corrosión uniforme cuando se exponen a ambientes húmedos. El acero al carbono sin protección se oxida fácilmente cuando se expone a una combinación de aire y humedad. La capa superficial de óxido de hierro resultante es porosa y frágil. Además, como el óxido de hierro ocupa un volumen mayor que el acero original, esta capa se expande y tiende a descascarillarse y caerse, exponiendo el acero subyacente a nuevos ataques. En comparación, los aceros inoxidables contienen suficiente cromo para someterse a la pasivación, formando espontáneamente una película superficial inerte microscópicamente delgada de óxido de cromo por reacción con el oxígeno del aire e incluso con la pequeña cantidad de oxígeno disuelto en el agua. Esta película pasiva evita una mayor corrosión al bloquear la difusión de oxígeno a la superficie del acero y, por lo tanto, evita que la corrosión se propague a la mayor parte del metal.[3] Esta película es autorreparable, incluso cuando se raya o se altera temporalmente por una condición alterada en el medio ambiente que excede la resistencia a la corrosión inherente de ese grado.

La resistencia de esta película a la corrosión depende de la composición química del acero inoxidable, principalmente del contenido de cromo. Es habitual distinguir entre cuatro formas de corrosión: uniforme, localizada (picaduras), galvánica y SCC (fisuración por corrosión bajo tensión). Cualquiera de estas formas de corrosión puede ocurrir cuando el grado de acero inoxidable no es adecuado para el entorno de trabajo.

La designación "CRES" se refiere al acero resistente a la corrosión.

Uniforme

La corrosión uniforme tiene lugar en entornos muy agresivos, normalmente donde se producen o se utilizan mucho productos químicos, como en las industrias de pulpa y papel. Se ataca toda la superficie del acero y la corrosión se expresa como velocidad de corrosión en mm/año (por lo general, menos de 0,1 mm/año es aceptable para tales casos). Las tablas de corrosión proporcionan pautas.

Este suele ser el caso cuando los aceros inoxidables se exponen a soluciones ácidas o básicas. Que el acero inoxidable se corroa depende del tipo y la concentración de ácido o base y de la temperatura de la solución. La corrosión uniforme suele ser fácil de evitar debido a la gran cantidad de datos de corrosión publicados o a las pruebas de corrosión de laboratorio que se realizan fácilmente.

El acero inoxidable no es completamente inmune a la corrosión como se muestra en este equipo de desalinización.

Las soluciones ácidas se pueden clasificar en dos categorías generales: ácidos reductores, como el ácido clorhídrico y el ácido sulfúrico diluido, y ácidos oxidantes, como el ácido nítrico y el ácido sulfúrico concentrado. El aumento del contenido de cromo y molibdeno proporciona una mayor resistencia a los ácidos reductores, mientras que el aumento del contenido de cromo y silicio proporciona una mayor resistencia a los ácidos oxidantes. El ácido sulfúrico es uno de los productos químicos industriales más producidos. A temperatura ambiente, el acero inoxidable tipo 304 solo es resistente al 3 % de ácido, mientras que el tipo 316 es resistente al 3 % de ácido hasta 50 °C (120 °F) y al 20 % de ácido a temperatura ambiente. Por lo tanto, el Tipo 304 SS rara vez se usa en contacto con ácido sulfúrico. El tipo 904L y la aleación 20 son resistentes al ácido sulfúrico en concentraciones aún mayores por encima de la temperatura ambiente. El ácido sulfúrico concentrado posee características oxidantes como el ácido nítrico y, por lo tanto, los aceros inoxidables que contienen silicio también son útiles. El ácido clorhídrico daña cualquier tipo de acero inoxidable y debe evitarse. Todos los tipos de acero inoxidable resisten el ataque del ácido fosfórico y del ácido nítrico a temperatura ambiente. A altas concentraciones y temperaturas elevadas, se producirá un ataque y se requerirán aceros inoxidables de mayor aleación. En general, los ácidos orgánicos son menos corrosivos que los ácidos minerales como el clorhídrico y el sulfúrico. A medida que aumenta el peso molecular de los ácidos orgánicos, disminuye su corrosividad. El ácido fórmico tiene el peso molecular más bajo y es un ácido débil. El tipo 304 se puede usar con ácido fórmico, aunque tiende a decolorar la solución. El tipo 316 se usa comúnmente para almacenar y manipular ácido acético, un ácido orgánico comercialmente importante.

Los aceros inoxidables tipo 304 y tipo 316 no se ven afectados por bases débiles como el hidróxido de amonio, incluso en altas concentraciones y a altas temperaturas. Los mismos grados expuestos a bases más fuertes, como el hidróxido de sodio en altas concentraciones y altas temperaturas, probablemente experimenten algún grabado y agrietamiento. El aumento de los contenidos de cromo y níquel proporciona una mayor resistencia.

Todos los grados resisten el daño de los aldehídos y las aminas, aunque en el último caso el Tipo 316 es preferible al Tipo 304; el acetato de celulosa daña el Tipo 304 a menos que la temperatura se mantenga baja. Las grasas y los ácidos grasos solo afectan al Tipo 304 a temperaturas superiores a 150 °C (300 °F) y al Tipo 316 SS a más de 260 °C (500 °F), mientras que el Tipo 317 SS no se ve afectado a ninguna temperatura. Se requiere el tipo 316L para el procesamiento de urea.

Localizada

La corrosión localizada puede ocurrir de varias maneras, p. corrosión por picaduras y corrosión por grietas. Estos ataques localizados son más comunes en presencia de iones de cloruro. Los niveles más altos de cloruro requieren aceros inoxidables más altamente aleados.

La corrosión localizada puede ser difícil de predecir porque depende de muchos factores, entre ellos:

• Concentración de iones de cloruro. Incluso cuando se conoce la concentración de solución de cloruro, todavía es posible que la corrosión localizada ocurra inesperadamente. Los iones de cloruro pueden concentrarse de manera desigual en ciertas áreas, como en las grietas (por ejemplo bajo las juntas) o en superficies en espacios de vapor debido a la evaporación y condensación.
• Temperatura: aumentar la temperatura aumenta la susceptibilidad.
• Acididad: aumentar la acidez aumenta la susceptibilidad.
• Embarazo: condiciones estancadas aumentan susceptibilidad.
• Especies oxidantes: la presencia de especies oxidantes, como iones férricos y cúbicos, aumenta la susceptibilidad.

La corrosión por picaduras se considera la forma más común de corrosión localizada. La resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables frente a la corrosión por picaduras se suele expresar mediante el PREN, obtenido mediante la fórmula:

${displaystyle {text{PREN}}=$,

donde los términos corresponden a la proporción de los contenidos en masa de cromo, molibdeno y nitrógeno en el acero. Por ejemplo, si el acero estuviera compuesto por un 15% de cromo, el %Cr sería igual a 15.

Cuanto mayor sea el PREN, mayor será la resistencia a la corrosión por picaduras. Por lo tanto, el aumento de los contenidos de cromo, molibdeno y nitrógeno proporciona una mejor resistencia a la corrosión por picaduras.

Aunque el PREN de ciertos aceros puede ser teóricamente suficiente para resistir la corrosión por picaduras, la corrosión por grietas aún puede ocurrir cuando el diseño deficiente ha creado áreas confinadas (placas superpuestas, interfaces de arandela-placa, etc.) o cuando se forman depósitos en el material. En estas áreas seleccionadas, el PREN puede no ser lo suficientemente alto para las condiciones del servicio. Un buen diseño, técnicas de fabricación, selección de aleaciones, condiciones de operación adecuadas basadas en la concentración de compuestos activos presentes en la solución que causan la corrosión, pH, etc. pueden prevenir dicha corrosión.

Estrés

El agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) es un agrietamiento repentino y falla de un componente sin deformación. Puede ocurrir cuando se cumplen tres condiciones:

• La parte está estresada (por una carga aplicada o por estrés residual).
• El ambiente es agresivo (nivel alto de cloruro, temperatura superior a 50 °C (120 °F), presencia de H₂S).
• El acero inoxidable no es suficientemente resistente al SCC.

El mecanismo SCC resulta de la siguiente secuencia de eventos:

1. Pitting ocurre.
2. Los grillos comienzan desde un sitio de iniciación de pozos.
3. Los grilletes se propagan a través del metal en un modo transgranular o intergranular.
4. El fracaso ocurre.

Mientras que las picaduras por lo general conducen a superficies antiestéticas y, en el peor de los casos, a la perforación de la lámina de acero inoxidable, la falla por SCC puede tener consecuencias graves. Por lo tanto, se considera como una forma especial de corrosión.

Como SCC requiere que se cumplan varias condiciones, se puede contrarrestar con medidas relativamente fáciles, que incluyen:

• Reducción del nivel de estrés (las especificaciones de petróleo y gas proporcionan requisitos para el nivel de estrés máximo en H₂Ambientes que contienen S).
• Evaluación de la agresividad del medio ambiente (alto contenido de cloruro, temperatura superior a 50 °C (120 °F), etc.).
• Seleccionando el tipo adecuado de acero inoxidable: super austenitic tales como grado 904L o superduplex (aceros inoxidables ferríticos y aceros inoxidables dúplex son muy resistentes al SCC).

Galvánica

La tuerca de la izquierda no es de acero inoxidable y es oxidada, a diferencia de la tuerca de la derecha.

La corrosión galvánica (también llamada "corrosión de metales diferentes") se refiere al daño por corrosión inducido cuando dos materiales diferentes se acoplan en un electrolito corrosivo. El electrolito más común es el agua, que va desde el agua dulce hasta el agua de mar. Cuando se forma un par galvánico, uno de los metales del par se convierte en el ánodo y se corroe más rápido de lo que lo haría solo, mientras que el otro se convierte en el cátodo y se corroe más lento de lo que lo haría solo. El acero inoxidable, debido a que tiene un potencial de electrodo más positivo que, por ejemplo, el acero al carbono y el aluminio, se convierte en el cátodo, acelerando la corrosión del metal anódico. Un ejemplo es la corrosión de los remaches de aluminio que sujetan las láminas de acero inoxidable en contacto con el agua. Las áreas superficiales relativas del ánodo y el cátodo son importantes para determinar la velocidad de corrosión. En el ejemplo anterior, el área superficial de los remaches es pequeña en comparación con la de la lámina de acero inoxidable, lo que provoca una rápida corrosión. Sin embargo, si se utilizan sujetadores de acero inoxidable para ensamblar láminas de aluminio, la corrosión galvánica será mucho más lenta porque la densidad de corriente galvánica en la superficie de aluminio será muchos órdenes de magnitud menor. Un error frecuente es ensamblar placas de acero inoxidable con tornillería de acero al carbono; mientras que el uso de acero inoxidable para sujetar placas de acero al carbono suele ser aceptable, lo contrario no lo es. Proporcionar aislamiento eléctrico entre los metales diferentes, cuando sea posible, es efectivo para prevenir este tipo de corrosión.

Alta temperatura

A temperaturas elevadas, todos los metales reaccionan con gases calientes. La mezcla gaseosa de alta temperatura más común es el aire, de la cual el oxígeno es el componente más reactivo. Para evitar la corrosión en el aire, el acero al carbono se limita a aproximadamente 480 °C (900 °F). La resistencia a la oxidación en los aceros inoxidables aumenta con la adición de cromo, silicio y aluminio. Pequeñas adiciones de cerio e itrio aumentan la adherencia de la capa de óxido sobre la superficie. La adición de cromo sigue siendo el método más común para aumentar la resistencia a la corrosión a alta temperatura en los aceros inoxidables; el cromo reacciona con el oxígeno para formar una incrustación de óxido de cromo, que reduce la difusión de oxígeno en el material. El mínimo 10,5 % de cromo en los aceros inoxidables proporciona una resistencia de aproximadamente 700 °C (1300 °F), mientras que el 16 % de cromo proporciona una resistencia de hasta aproximadamente 1200 °C (2200 °F). El tipo 304, el grado más común de acero inoxidable con un 18 % de cromo, es resistente a aproximadamente 870 °C (1600 °F). Otros gases, como el dióxido de azufre, el sulfuro de hidrógeno, el monóxido de carbono y el cloro, también atacan al acero inoxidable. La resistencia a otros gases depende del tipo de gas, la temperatura y el contenido de aleación del acero inoxidable. Con la adición de hasta un 5 % de aluminio, los grados ferríticos Fr-Cr-Al están diseñados para resistencia eléctrica y resistencia a la oxidación a temperaturas elevadas. Tales aleaciones incluyen Kanthal, producido en forma de alambre o cintas.

Acabados estándar

316L de acero inoxidable, con acabado de molino desechable

Los acabados de laminación estándar se pueden aplicar al acero inoxidable laminado plano directamente con los rodillos y con abrasivos mecánicos. El acero primero se lamina al tamaño y espesor y luego se recoce para cambiar las propiedades del material final. Cualquier oxidación que se forme en la superficie (escamas de laminación) se elimina mediante decapado y se crea una capa de pasivación en la superficie. Luego se puede aplicar un acabado final para lograr la apariencia estética deseada.

Las siguientes designaciones se utilizan en los EE. UU. para describir los acabados de acero inoxidable según la norma ASTM A480/A480M-18 (DIN):

• No. 0: Placas calientes, amasadas, más gruesas
• No 1 (1D): Calzado, aniquilado y pasivo
• No. 2D (2D): Cold rodado, amasado, escotado y pasivo
• No. 2B (2B): Igual que arriba con paso adicional a través de rodillos altamente pulidos
• No. 2BA (2R): Annealed brillante (BA o 2R) igual que por encima de entonces brillante amasado bajo condición atmosférica libre de oxígeno
• No. 3 (G-2G:) Acabado abrasivo grueso aplicado mecánicamente
• No 4 (1J-2J): Acabado bruñido
• No. 5: Acabado de satinado
• No. 6 (1K-2K): Acabado mate (destrozado pero más suave que #4)
• No. 7 (1P-2P): Acabado reflectante
• No. 8: Terminación del espejo
• No. 9: Acabado de explosión de cuentas
• No. 10: Acabado de color calor – ofreciendo una amplia gama de superficies electropulidas y de color calor

Unirse

Hay disponible una amplia gama de procesos de unión para los aceros inoxidables, aunque la soldadura es, con diferencia, la más común.

La facilidad de soldadura depende en gran medida del tipo de acero inoxidable utilizado. Los aceros inoxidables austeníticos son los más fáciles de soldar por arco eléctrico, con propiedades de soldadura similares a las del metal base (no trabajado en frío). Los aceros inoxidables martensíticos también pueden soldarse mediante arco eléctrico pero, como la zona afectada por el calor (HAZ) y la zona de fusión (FZ) forman martensita al enfriarse, se deben tomar precauciones para evitar el agrietamiento de la soldadura. Las prácticas de soldadura incorrectas también pueden causar azúcar (descamación de óxido) y/o tinte térmico en la parte posterior de la soldadura. Esto se puede prevenir con el uso de gases de retropurga, placas de respaldo y fundentes. Casi siempre se requiere un tratamiento térmico posterior a la soldadura, mientras que en algunos casos también es necesario un precalentamiento antes de la soldadura. La soldadura por arco eléctrico del acero inoxidable ferrítico tipo 430 da como resultado un crecimiento de grano en la ZAT, lo que conduce a la fragilidad. Esto se ha superado en gran medida con los grados ferríticos estabilizados, en los que el niobio, el titanio y el zirconio forman precipitados que impiden el crecimiento del grano. La soldadura de acero inoxidable dúplex por arco eléctrico es una práctica común pero requiere un control cuidadoso de los parámetros del proceso. De lo contrario, se produce la precipitación de fases intermetálicas no deseadas, lo que reduce la tenacidad de las soldaduras.

Los procesos de soldadura por arco eléctrico incluyen:

• Soldadura de arco de metal de gas, también conocida como soldadura MIG/MAG
• Soldadura de arco de gas de tungsteno, también conocida como soldadura de gas de inerte de tungsteno (TIG)
• Soldadura de arco de plasma
• Soldadura de arco de punta de flujo
• Soldadura de arco metálico blindado (electrodo cubierto)
• Soldadura de arco sumergido

La soldadura MIG, MAG y TIG son los métodos más comunes.

Otros procesos de soldadura incluyen:

• Soldadura Stud
• Soldadura de puntos de resistencia
• Soldadura de resistencia al sellado
• Soldadura Flash
• Soldadura de vigas láser
• Soldadura de oxígeno-acetileno

El acero inoxidable se puede unir con adhesivos como silicona, polímeros modificados con sililo y resinas epoxi. En algunas situaciones también se utilizan adhesivos acrílicos y de poliuretano.

Producción

La mayor parte de la producción mundial de acero inoxidable se produce mediante los siguientes procesos:

• El horno de arco eléctrico (EAF): la chatarra de acero inoxidable, otros residuos ferrosos y aleaciones ferrosas (Fe Cr, Fe Ni, Fe Mo, Fe Si) se funden juntos. El metal fundido se vierte en un recipiente y se transfiere al proceso AOD (ver más abajo).
• Decarburación de oxígeno de Argon (AOD): se elimina el carbono en el acero fundido (volviéndolo en gas de monóxido de carbono) y se realizan otros ajustes compositivos para lograr la composición química deseada.
• La fundición continua (CC): el metal fundido se solidifica en losas para productos planos (una sección típica es de 20 centímetros (7.9 pulgadas) de espesor y 2 metros (6.6 pies) de ancho) o floraciones (las secciones varían ampliamente pero 25 de 25 centímetros (9.8 en × 9.8 en) es el tamaño promedio).
• Rollo caliente (HR): losas y las floraciones se recalientan en un horno y caliente-rollado. Laminado caliente reduce el grosor de las placas para producir cerca de 3 mm (0.12 en) bobinas. Blooms, por otro lado, están calientes en barras, que se cortan en longitudes a la salida del molino de rodadura, o varilla de alambre, que se enrolla.
• El acabado frío (CF) depende del tipo de producto que se esté terminando:
  • Las bobinas enrolladas en caliente se recogen en soluciones ácidas para eliminar la escala de óxido en la superficie, luego posteriormente enrolladas en frío en los molinos de rodillos de Sendzimir y amasadas en un ambiente protector hasta que se obtenga el espesor deseado y el acabado superficial. Otras operaciones como el deslizamiento y la formación de tubos se pueden realizar en instalaciones de aguas abajo.
  • Las barras enrolladas en caliente se enderezan, luego se mecanizan a la tolerancia y acabado requeridos.
  • Las bobinas de varillas de alambre se procesan posteriormente para producir barras terminadas en frío en bancos de dibujo, sujetadores en máquinas de pernos, y alambre en máquinas de dibujo individuales o multipass.

Las cifras de producción mundial de acero inoxidable son publicadas anualmente por el Foro Internacional del Acero Inoxidable. De las cifras de producción de la UE, destacaron Italia, Bélgica y España, mientras que Canadá y México no produjeron ninguna. China, Japón, Corea del Sur, Taiwán, India, EE. UU. e Indonesia fueron grandes productores, mientras que Rusia reportó poca producción.

Desglose de la producción por familias de aceros inoxidables en 2017:

• Aceros Austenitic Cr-Ni (también llamado 300-series, ver sección "Grados" arriba): 54%
• Aceros Austenitic Cr-Mn (también llamado 200-series): 21%
• Aceros inoxidables ferríticos y martensiáticos (también llamado 400-series): 23%

Aplicaciones

El acero inoxidable se utiliza en multitud de campos, como la arquitectura, el arte, la ingeniería química, la fabricación de alimentos y bebidas, los vehículos, la medicina, la energía y las armas de fuego.

Coste del ciclo de vida

Los cálculos del costo del ciclo de vida (LCC) se utilizan para seleccionar el diseño y los materiales que generarán el costo más bajo durante toda la vida útil de un proyecto, como un edificio o un puente.

La fórmula, en forma simple, es la siguiente:

${displaystyle {text{LCC}={text{AC}+{text{IC}+sum ¿Por qué? ¿Por qué? ¿Por qué?$

donde LCC es el costo total del ciclo de vida, AC es el costo de adquisición, IC el costo de instalación, OC los costos de operación y mantenimiento, LP el costo de la pérdida de producción debido al tiempo de inactividad y RC el costo de los materiales de reemplazo.

Además, N es la vida planeada del proyecto, i la tasa de interés, y n el año en que se celebra un OC o un LP o RC en particular. Tasa de interés i) se utiliza para convertir los gastos de diferentes años a su valor actual (un método ampliamente utilizado por bancos y compañías de seguros) para que puedan ser añadidos y comparados con justicia. El uso de la fórmula de la suma (${textstyle sum }$) captura el hecho de que los gastos durante toda la vida de un proyecto deben ser acumulados después de que sean corregidos para el tipo de interés.

Aplicación de LCC en la selección de materiales

El acero inoxidable que se usa en proyectos a menudo da como resultado valores de LCC más bajos en comparación con otros materiales. El mayor costo de adquisición (AC) de los componentes de acero inoxidable a menudo se compensa con las mejoras en los costos de operación y mantenimiento, la reducción de los costos de pérdida de producción (LP) y el mayor valor de reventa de los componentes de acero inoxidable.

Los cálculos de LCC generalmente se limitan al proyecto en sí. Sin embargo, puede haber otros costos que una parte interesada del proyecto desee considerar:

• No se pueden cerrar los usos, como centrales eléctricas, tratamiento de aguas residuales y hospitales. Cualquier mantenimiento requerirá gastos adicionales asociados al servicio continuo.
• Los costos sociales indirectos (con posible deserción política) pueden incurrir en algunas situaciones tales como cerrar o reducir el tráfico en puentes, crear colas, demoras, pérdida de horas de trabajo para el pueblo, y aumentar la contaminación por vehículos idling.

Sostenibilidad: reciclaje y reutilización

La huella de carbono media del acero inoxidable (todos los grados, todos los países) se estima en 2,90 kg de CO₂ por kg de acero inoxidable producido, de los cuales 1,92 kg son emisiones de materias primas (Cr, Ni, Mo); 0,54 kg de electricidad y vapor, y 0,44 kg son emisiones directas (es decir, por la planta de acero inoxidable). Tenga en cuenta que el acero inoxidable producido en países que utilizan fuentes de electricidad más limpias (como Francia, que utiliza energía nuclear) tendrá una huella de carbono más baja. Los ferríticos sin Ni tendrán una huella de CO₂ más baja que los austeníticos con un 8 % de Ni o más. La huella de carbono no debe ser el único factor relacionado con la sostenibilidad para decidir la elección de los materiales:

• Durante cualquier vida de producto, mantenimiento, reparaciones o final temprano de la vida (obsolescencia planificada) puede aumentar su huella general mucho más allá de las diferencias materiales iniciales. Además, la pérdida de servicio (típicamente para puentes) puede inducir grandes costos ocultos, como colas, combustible gastado y pérdida de horas-hombre.
• Cuánto material se utiliza para proporcionar un servicio dado varía con el rendimiento, especialmente el nivel de fuerza, que permite estructuras y componentes más ligeros.

El acero inoxidable es 100 % reciclable. Un objeto de acero inoxidable promedio se compone de aproximadamente un 60 % de material reciclado, del cual aproximadamente un 40 % proviene de productos al final de su vida útil, mientras que el 60 % restante proviene de procesos de fabricación. Lo que impide un mayor contenido de reciclaje es la disponibilidad de chatarra de acero inoxidable, a pesar de una tasa de reciclaje muy alta. Según el informe Existencias de metales en la sociedad del Panel Internacional de Recursos, las existencias per cápita de acero inoxidable en uso en la sociedad es de 80 a 180 kg (180 a 400 lb) en los países más desarrollados y de 15 kg (33 lb) en países menos desarrollados. Hay un mercado secundario que recicla chatarra utilizable para muchos mercados de acero inoxidable. El producto es principalmente bobina, hoja y espacios en blanco. Este material se compra a un precio inferior al principal y se vende a estampadores de calidad comercial y casas de chapa. El material puede tener rayones, hoyos y abolladuras, pero está hecho de acuerdo con las especificaciones actuales.

El ciclo del acero inoxidable comienza con chatarra de acero al carbono, metales primarios y escoria. El siguiente paso es la producción de productos de acero laminados en caliente y acabados en frío en acerías. Se produce algo de chatarra, que se reutiliza directamente en la acería. La fabricación de componentes es el tercer paso. Parte de la chatarra se produce y entra en el circuito de reciclaje. El montaje de los bienes finales y su uso no genera pérdidas materiales. El cuarto paso es la recolección de acero inoxidable para reciclar al final de la vida útil de los bienes (como utensilios de cocina, plantas de pulpa y papel, o repuestos para automóviles). Aquí es donde es más difícil conseguir que el acero inoxidable entre en el circuito de reciclaje, como se muestra en la siguiente tabla:

Acero inoxidable a nanoescala

Se han producido nanopartículas de acero inoxidable en el laboratorio. Estos pueden tener aplicaciones como aditivos para aplicaciones de alto rendimiento. Por ejemplo, los tratamientos de sulfurización, fosforización y nitruración para producir catalizadores basados en acero inoxidable a nanoescala podrían mejorar el rendimiento electrocatalítico del acero inoxidable para la división del agua.

Efectos sobre la salud

Existe una extensa investigación que indica un probable aumento del riesgo de cáncer (particularmente cáncer de pulmón) por la inhalación de humos mientras se suelda acero inoxidable. Se sospecha que la soldadura de acero inoxidable produce vapores cancerígenos a partir de óxidos de cadmio, níquel y cromo. Según Cancer Council Australia, "En 2017, todos los tipos de humos de soldadura se clasificaron como carcinógenos del Grupo 1".

El acero inoxidable generalmente se considera biológicamente inerte. Sin embargo, durante la cocción, pequeñas cantidades de níquel y cromo se filtran de los nuevos utensilios de cocina de acero inoxidable a los alimentos muy ácidos. El níquel puede contribuir a los riesgos de cáncer, particularmente cáncer de pulmón y cáncer nasal. Sin embargo, no se ha establecido ninguna conexión entre los utensilios de cocina de acero inoxidable y el cáncer.