— Tutorial nº 102 —
Aceros Inoxidables: Clasificación y Propiedades
Índice de contenidos:
1- Introducción
1.1- Generalidades
1.2- Tipos de aceros inoxidables
2- Aceros Inoxidables Austeníticos
2.1- Generalidades
2.2- Tipos y designaciones más comunes según normas
3- Aceros Inoxidables Ferríticos
3.1- Generalidades
3.2- Tipos y designaciones más comunes según normas
4- Aceros Inoxidables Martensíticos
4.1- Generalidades
4.2- Tipos y designaciones más comunes según normas
5- Aceros Inoxidables Dúplex
5.1- Generalidades
5.2- Tipos y designaciones más comunes según normas
ANEXO:
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DESARROLLO DEL CONTENIDO
1- Introducción
1.1- Generalidades
La característica fundamental de los aceros inoxidables es su excelente comportamiento frente a la corrosión, tanto atmosférica, como de otros agentes y medios que puedan ser más agresivos y que constituyan el ambiente de trabajo de los aceros.
La resistencia a la corrosión que muestran los aceros inoxidables se basa en la presencia en su composición química de un componente, el cromo (Cr). De esta manera, para que esta resistencia a la corrosión empiece a ser efectiva su porcentaje deberá ser superior al 10,5% en peso, con un máximo del 1,2% de porcentaje en peso de carbono (C).
Este contenido mínimo en cromo es fundamental para que un acero pueda ser considerado como inoxidable. De hecho, los fenómenos de corrosión de aquellos aceros situados en ambientes rurales e industriales desaparecen prácticamente cuando la proporción de cromo como elemento de aleación supera el 12%, mientras que para contenidos de cromo superiores al 15% el acero ya es resistente a la corrosión en contacto incluso con atmósferas marinas.
Esta capacidad protectora que el cromo confiere a los aceros se basa en la gran afinidad que muestra el cromo por el oxígeno. De esta manera, un acero que posea un alto contenido en cromo al entrar en contacto con un medio oxidante (por ejemplo, la atmósfera) produce la formación de una finísima capa superficial de óxido de cromo (Cr2O3), que es impermeable e invisible y que cubre homogéneamente a toda la pieza de acero, impidiendo que el proceso corrosivo sobre el acero siga progresando. Este fenómeno se conoce como pasivación del acero.
La pasivación del acero inoxidable es un fenómeno automático y espontáneo que ocurre siempre que exista oxígeno suficiente en contacto con la superficie de los aceros que contienen suficiente cromo como elemento aleante en su composición. De esta manera, aunque la pieza de acero inoxidable sufra algún rasguño o un proceso de mecanizado, el cromo presente en el acero volverá a crear esta capa protectora de óxido de cromo que la protegerá de la corrosión.
No obstante, habrá situaciones donde el acero pueda perder su estado pasivo y pueda sufrir procesos de corrosión, volviéndose activo a efectos de corrosión. Suelen producirse en zonas pequeñas donde el porcentaje de oxígeno presente sea pequeño, tales como en esquinas compactas, en soldaduras incompletas o mal acabadas, o incluso en el interior de uniones mecánicas donde al no haber suficiente oxígeno no se puede generar esta capa protectora de óxido de cromo.
1.2- Tipos de aceros inoxidables
Como se ha visto, los aceros inoxidables son aleaciones de hierro (Fe), cromo (Cr) en un porcentaje en peso >10,5%, y de carbono (C) cuyo porcentaje debe ser <1,2%. A parte de estos componentes, a los aceros inoxidables se les complementan con otros elementos aleantes que les confiere distintas propiedades que serán útiles según el uso a que se destine el acero.
Entre estos nuevos elementos que se añaden a la composición de los aceros inoxidables se encuentra fundamentalmente el níquel (Ni), aunque también se suelen emplear el molibdeno (Mo), nitrógeno (N) o el titanio (Ti), entre otros. Con ellos se podrá conseguir mejorar las prestaciones de los aceros inoxidables en aspectos tales como su conformabilidad, mejorar su resistencia mecánica o su resistencia térmica (mejorar su comportamiento frente a temperaturas elevadas).
De esta manera, los aceros inoxidables se van a clasificar en función de los distintos elementos y de las cantidades relativas de cada uno de ellos que intervienen en su composición. De forma general se consideran cuatro familias básicas de aceros inoxidables: martensíticos, ferríticos, austeníticos y dúplex.
A continuación se estudiarán sus propiedades, designación empleada para cada tipo y sus principales aplicaciones de uso, según el tipo de acero inoxidable que se trate.
2- Aceros Inoxidables Austeníticos
2.1- Generalidades
Dentro de los aceros inoxidables, los aceros austeníticos son los que más aplicaciones han tenido, empleándose ampliamente en sectores como la industria alimentaria y farmacéutica, la industria química y petroquímica, en calderería y fabricación de tubos, en la fabricación de electrodomésticos, de componentes de la industria aeronáutica, así como material para la fabricación de elementos decorativos arquitectónicos o de componentes del automóvil, etc.
El acero que caracteriza a este grupo es el AISI 304 (EN 1.4301), cuya información técnica, como pueda ser su composición química, propiedades mecánicas, soldabilidad o sus aplicaciones y principales usos se pueden consultar en el siguiente apartado.
Los aceros inoxidables austeníticos se caracterizan por una adición importante de níquel (Ni) y/o también de manganeso (Mn), que son elementos gammágenos, cuyo efecto es contrario al del cromo, es decir, que la adición de níquel aumenta el rango térmico de estabilidad del acero según la forma austenítica.
La austenita, o acero gamma (γ) , es una forma de ordenamiento de la estructura cristalina del acero por parte de los átomos de hierro (Fe) y carbono (C). La estructura cristalina austenítica que resulta es del tipo cúbica centrada en las caras (FCC), donde los átomos de hierro ocupan los vértices del retículo cúbico y el centro de las caras, mientras que los átomos de carbono, en un porcentaje máximo de carbono (C) del 2,11%, se presentan como elemento intersticial, ocupando los huecos internos que dejan dentro de la estructura los átomos de hierro. Las formas austeníticas son en general de naturaleza dúctil, blanda y tenaz.
Los aceros inoxidables austeníticos son amagnéticos y mantienen unas buenas propiedades mecánicas a temperaturas criogénicas. Asimismo, los aceros inoxidables austeníticos no sufren ninguna transformación desde su solidificación hasta temperatura ambiente por lo que no pueden ser endurecidos por tratamiento térmico.
Como se dijo anteriormente, el acero inoxidable austenítico clásico que representa esta familia de aceros es el AISI 304. Luego aparecieron otros aceros más resistentes a la corrosión mediante la adición de molibdeno (316 y 317). También están los aceros de muy bajo contenido en carbono, que se crearon para evitar el fenómeno de corrosión intergranular (304L, 316L). Por otro lado están los grados aleados con nitrógeno para aumentar su resistencia mecánica (304N, 316N), así como los grados estabilizados con titanio o con niobio (321, 347). Por último están también los grados resistentes a la oxidación en base a su mayor contenido en cromo (308, 309, 310), a los que también habrá que añadir más proporción de níquel para asegurar la microestructura austenítica.
En general, los aceros inoxidables austeníticos son aceros muy dúctiles que se pueden endurecer por deformación en frío. Este proceso de endurecimiento por deformación en frío es mucho más acusado en el 301 debido a su menor contenido en níquel. Este bajo contenido en níquel del 301 provoca que la estructura austenítica sea menos estable a temperatura ambiente que la de otros acero con mayor contenido en níquel, transformándose parcialmente la asutenita en martensita durante el proceso de deformación en frío.
Uno de los problemas típicos que se pueden presentar en los aceros inoxidables austeníticos es la corrosión intergranular, fenómeno conocido también como sensibilización del acero.
El proceso de sensibilización suele estar ligado a los calentamientos a que se ven sometidas aquellas zonas afectadas térmicamente por un proceso de soldadura en los aceros, de manera que un acero sensibilizado puede sufrir corrosión intergranular en ambientes donde normalmente no deberían tener ningún tipo de corrosión.
El proceso de corrosión intergranular en los aceros austeníticos ocurre cuando estos aceros permanecen durante un cierto tiempo en un rango de temperatura de entre 600 y 800 ºC, o cuando hayan sido enfriados lentamente durante este rango térmico. Cuando ocurren estas circunstancias se produce una precipitación intergranular (entre las juntas de granos de austenita) de compuestos de carburos de cromo, de manera que las zonas adyacentes a donde se producen estos precipitados quedan muy empobrecidas en cromo (porcentaje en Cr < 12%), por lo que dejan de ser inoxidables al carecer de la protección del cromo y quedan expuestos a la corrosión.
Fuera del rango de temperatura de entre 600 y 800 ºC no ocurre este fenómeno. En efecto, por encima de los 900 ºC no puede producirse la precipitación dado que el carbono y el cromo se disuelven perfectamente en la austenita, y por otro lado, a temperaturas inferiores a los 600 ºC, la difusión es tan lenta que la precipitación es imperceptible.
Para evitar los fenómenos de corrosión intergranular en los aceros austeníticos se suelen utilizar enfriamientos bruscos en agua en el recocido de los aceros, o bien, se pueden emplear aceros con bajo contenido de carbono (grados L, con un porcentaje de C < 0,03%), dado que a medida que se reduce el contenido en carbono en el acero la precipitación de carburos se hace más lenta.
Otra forma efectiva de evitar los riesgos de corrosión intergranular de los aceros inoxidables es el uso de pequeñas adiciones de elementos fuertemente carburígenos (como el titanio, niobio o tántalo) en los grados, denominados estabilizados: 321 y 347. En estos aceros los carburos que precipitan en las regiones susceptibles son del tipo TiC o bien NbC, de manera que las regiones adyacentes mantienen suficiente contenido en cromo sin precipitar como para evitar la corrosión local.
Cuando un acero inoxidable haya sufrido de sensibilización, es decir, de corrosión intergranular por precipitación de carburos de cromo, éste se puede recuperar aplicando al acero un calentamiento de solubilización hasta mantenerlo en un rango de temperatura de 1000 a 1100 ºC, seguido de un enfriamiento rápido en agua.
Por último, recordar que la resistencia a la oxidación a alta temperatura de los aceros inoxidables es función directa de su contenido en cromo. De este modo los aceros con menos de 18% de cromo se deben utilizar en aquellas aplicaciones donde las temperaturas sean inferiores a 800°C, mientras que cuando se requieran aceros que soporten temperaturas superiores a los l000 °C, aceros denominados refractarios, habrá que recurrir a tipos con un contenido en cromo en torno al 25%.
2.2- Tipos y designaciones más comunes según normas
A continuación, y para una selección de los tipos de aceros más comunes pertenecientes a la familia de los Aceros Inoxidables Austeníticos, se podrá consultar:
- Una descripción general de las propiedades más características del grupo
- La composición química con información de los elementos presentes en la aleación, con sus porcentajes en peso, etc.
- Sus principales aplicaciones y usos
- Sus características mecánicas (valores de resistencia, alargamiento en la rotura, índice de dureza...)
- Propiedades físicas (valores del módulo de elasticidad, coeficiente de dilatación, conductividad térmica, resistividad eléctrica...)
- Soldadura: consumibles recomendados para cada tipo de acero, electrodos...
- Resistencia a la corrosión, mantenimiento superficial recomendado, etc.
Tipos y designaciones más comunes de la familia de Aceros Inoxidables Austeníticos:
• AISI 201 / EN 1.4372
• AISI 301 / EN 1.4310
• AISI 304 / EN 1.4301
• AISI 304L / EN 1.4307
• AISI 316 / EN 1.4401
• AISI 316L / EN 1.4404
• AISI 316L / EN 1.4432
• AISI 316Ti / EN 1.4571
• AISI 321 / EN 1.4541
• AISI 309S / EN 1.4833
• AISI 310S / EN 1.4845
(*) FUENTE:
ACERINOX, S.A. - Empresa de Fabricación de Aceros Inoxidables
3- Aceros Inoxidables Ferríticos
3.1- Generalidades
Los aceros inoxidables ferríticos se caracterizan porque pueden presentar un contenido en cromo superior al de otros tipos de familias de acero, combinado a la vez con una baja presencia en porcentaje de carbono (de hecho son conocidos como los aceros inoxidables de cromo directo). Así en esta familia de aceros el contenido en cromo ocupa un ancho margen que puede variar desde el 10,5% (AISI 409) a porcentajes del 30% (AISI 448), mientras que el contenido de carbono queda limitado a un máximo del 0,12%, que hace que la ferrita sea la única fase estable en todo el rango de temperaturas.
La ferrita, o acero alfa (α) , cristaliza en una red cúbica centrada en el cuerpo (BCC), donde los átomos de hierro ocupan los vértices y también el centro del retículo cúbico, siendo la máxima solubilidad de carbono en el hierro alfa del 0,02% a 723 °C. Las ferrita es la fase más blanda y dúctil de los aceros, a la vez que tiene propiedades magnéticas.
El cromo es un elemento alfágeno, de tal manera que cuando el contenido de cromo en el acero supera el 13%, la ferrita es la única fase estable desde la solidificación de la aleación hasta la temperatura ambiente.
En general, los aceros inoxidables ferríticos presentan una soldabilidad mayor que los tipos martensíticos, aunque menor que los grados austeníticos, debido a que los aceros inoxidables ferríticos son magnéticos y pueden provocar una desviación del arco (soplo magnético).
En cuanto a su resistencia a la corrosión, en general es buena y está ligada a la alta presencia de cromo en su composición. Los aceros con un 17% de cromo (430, 434, 436) tienen, en general, una excelente resistencia a la corrosión, de modo que son ampliamente utilizados en la fabricación de utensilios domésticos y de cocina, mientras que los grados de mayor contenido en cromo (442, 446) son ya aceros refractarios, que se utilizan en servicios a alta temperatura en virtud de su gran resistencia a la oxidación.
Aunque una mayor presencia de cromo puede aumentar la resistencia a la corrosión de estos aceros, ésta también se puede ver un poco contrarrestada debido a la ausencia de níquel (Ni) en los aceros inoxidables ferríticos. De hecho en los tipos con menor contenido de cromo (10,5%) se les llama inoxidables sólo al agua, porque no resisten otros medios más agresivos. No obstante cuando el contenido en cromo se sitúa del orden del 25-30% entonces sí presentan buena resistencia a la corrosión, como ya se ha dicho, incluso en atmósferas tan agresivas como las sulfurosas en caliente.
Asimismo, los aceros inoxidables ferríticos presentan una buena resistencia a la corrosión bajo tensión (lo que se conoce como Stress Corrosion Cracking, SCC), especialmente en medios que contienen cloruros, incluso también a altas temperaturas.
Los aceros inoxidables ferríticos muestran una buena ductilidad inicial debido a su estructura ferrítica, y no son endurecibles baja tratamiento térmico. Sólo pueden ser endurecidos por deformación plástica en frío, pero con tasas de endurecimiento menor que los austeníticos y con una pérdida de la ductilidad inicial mucho más significativa.
La estructura ferrítica disminuye la dureza en estos aceros, que también presentan una menor tenacidad que otros tipos de aceros. De esta manera los aceros inoxidables ferríticos ofrecen una menor resistencia al impacto a temperaturas criogénicas, presentando un comportamiento frágil que aumenta con el espesor de la pieza. Entre las formas más efectivas de aumentar la tenacidad de estos aceros cabe citarse el afino de grano, la disminución del contenido en intersticiales (carbono y nitrógeno) y la eliminación de fases secundarias.
Otro de los problemas que presentan los aceros ferríticos es su susceptibilidad al crecimiento de grano con el aumento de la temperatura. El grano ferrítico no puede ser afinado más que por deformación en frío y recocido posterior para recuperar la ductilidad. El aumento del tamaño de grano de estos aceros se traduce en una disminución de su tenacidad. Por ello, a estos aceros se les prefiere por su aceptable comportamiento en cuanto a resistencia a la corrosión y bajo costo más que por sus propiedades mecánicas.
El acero que caracteriza a este grupo es el AISI 430 (EN 1.4016), cuya información técnica, como pueda ser su composición química, propiedades mecánicas, soldabilidad o sus aplicaciones y principales usos se pueden consultar en el siguiente apartado.
Los aceros ferríticos, especialmente los grados más aleados, son susceptibles a la precipitación de diversas fases intermetálicas cuando se exponen a temperaturas comprendidas entre los 500 y l000 °C o cuando, como consecuencia de su procesado, se enfrían muy lentamente en este mismo rango térmico. Cuando ocurre esto, se hace necesario calentar de nuevo al acero para disolver otra vez todos estos compuestos en la ferrita y proceder posteriormente con una adecuada velocidad de enfriamiento mínima necesaria para evitar de nuevo su reprecipitación. De todos modos, en todo este proceso deberá tenerse en cuenta el peligro de crecimiento de grano que siempre está asociado al calentamiento de los aceros ferríticos.
Otro fenómeno fragilizador bien conocido en los aceros inoxidables ferríticos es el que tiene lugar a los 475°C. La fragilización a los 475 ºC se manifiesta por un fuerte aumento de la temperatura de transición dúctil-frágil, una disminución del alargamiento y un aumento de la dureza y del límite elástico. Esta fragilización es reversible y se elimina calentando el acero hasta unos 590°C y enfriándolo rápidamente a continuación.
En algunos tipos de aceros inoxidables ferríticos se procede a la adición de titanio (Ti) o niobio (Nb) con la finalidad de prevenir en lo posible la corrosión intergranular.
Hace algunos años se desarrollaron nuevas técnicas más eficaces de descarburación (AOD y VOD), que permiten reducir los niveles de carbono y nitrógeno de los aceros por debajo del 0,02%. De esta manera surgió una nueva generación de aceros inoxidables ferríticos, denominados aceros superferríticos. Se trata de unos aceros totalmente ferríticos en todo el rango térmico y con una tenacidad mejorada. Todos ellos contienen molibdeno (Mo) con el fin de mejorar su resistencia a la corrosión, especialmente a la corrosión por picaduras, que es en la mayoría de las ocasiones superior a la de los aceros austeníticos.
Por último, entre las aplicaciones típicas donde se usan aceros inoxidables ferríticos están la fabricación de tubos para intercambiadores de calor, especialmente en aquellos usos donde la corrosión bajo cargas tensionales (SCC) pueda ser un problema como ocurre en las plantas de procesamiento de petróleo o gas natural. O en aquellas aplicaciones que requieren de gran resistencia al agrietamiento por corrosión de tensiones de cloruro, corrosión en medios acuosos, oxidación a altas temperaturas y corrosión por picadura por medios de cloruros. También se suelen emplear en la fabricación de tubos de escape de automóviles o en componentes que requieran protección contra la subida de temperatura como componentes de hornos y cámaras de combustión. Es muy frecuente emplear aleaciones de aceros inoxidables ferríticos para la fabricación de tanques de agua caliente o también para contener ácido nítrico.
3.2- Tipos y designaciones más comunes según normas
A continuación, y para una selección de los tipos de aceros más comunes pertenecientes a la familia de los Aceros Inoxidables Ferríticos, se podrá consultar:
- Una descripción general de las propiedades más características del grupo
- La composición química con información de los elementos presentes en la aleación, con sus porcentajes en peso, etc.
- Sus principales aplicaciones y usos
- Sus características mecánicas (valores de resistencia, alargamiento en la rotura, índice de dureza...)
- Propiedades físicas (valores del módulo de elasticidad, coeficiente de dilatación, conductividad térmica, resistividad eléctrica...)
- Soldadura: consumibles recomendados para cada tipo de acero, electrodos...
- Resistencia a la corrosión, mantenimiento superficial recomendado, etc.
Tipos y designaciones más comunes de la familia de Aceros Inoxidables Ferríticos:
• AISI 430 / EN 1.4016
• AISI 430Ti / EN 1.4510
• AISI 430Nb / EN 1.4511
• AISI 434 / EN 1.4113
• EN 1.4513
• AISI 444 / EN 1.4521
• AISI 409L / EN 1.4512
• EN 1.4509
(*) FUENTE:
ACERINOX, S.A. - Empresa de Fabricación de Aceros Inoxidables
4- Aceros Inoxidables Martensíticos
4.1- Generalidades
La familia de los aceros inoxidables martensíticos está constituída por unos aceros susceptibles de ser endurecidos por tratamiento térmico de temple y revenido, alcanzando unas buenas propiedades mecánicas y una aceptable aunque moderada resistencia a la corrosión (inferior a la de los aceros austeníticos y ferríticos).
La martensita, como constituyente de los aceros templados, se trata de una solución sólida sobresaturada de carbono en ferrita. Esta estructura se obtiene mediante un enfriamiento rápido de los aceros desde su estado austenítico a altas temperaturas. Estos aceros templados resultan ser muy duros, pero también muy frágiles. Por ello, a este tipo de acero se le suele someter a un posterior proceso de revenido, que consiste en calentar al acero a una temperatura por debajo de la crítica inferior (723 ºC), dependiendo de la dureza que se quiera obtener, enfriándolo luego al aire.
Los aceros inoxidables martensíticos, aunque de excelente resistencia mecánica, tienen una baja soldabilidad, variando ésta con el contenido de carbono. A mayor contenido de carbono, mayor será la necesidad de precalentar y realizar tratamientos térmicos posteriores, para producir soldaduras libres de defectos. Además, como estos aceros son bastante magnéticos, al igual que los aceros inoxidables ferríticos, están sujetos a que pueda producirse desvío del arco durante la soldadura.
El acero que caracteriza a este grupo es el AISI 420 (EN 1.4031), cuya información técnica, como pueda ser su composición química, propiedades mecánicas, soldabilidad o sus aplicaciones y principales usos se pueden consultar en el siguiente apartado.
Los aceros inoxidables martensíticos poseen una alta templabilidad de manera que admiten el temple en aceite o al aire, con lo que puede conseguirse una dureza en torno a 40 HRC. Por ello, estos aceros se utilizan muy comúnmente como aceros de cuchillería.
La serie de aceros 440 se corresponde con el diagrama hierro-carbono modificado por la adición de un 17% de cromo, que al ser altamente alfágeno, se hace necesario aumentar el contenido de carbono (gammágeno) por encima del 0,4% para así lograr austenizar el acero. Con ello se consiguen aceros mucho más duros dado que la dureza de la martensita depende casi exclusivamente de su contenido en carbono. Así se logran durezas superiores a 60 HRC en la estructura de temple. Las aplicaciones más importantes de los aceros de la serie 440 incluyen la fabricación de material quirúrgico, hojas de afeitar, instrumental dental, muelles, válvulas, etc.
La serie 416 es similar al 410 con la salvedad de incorporar unas pequeñas adiciones de azufre o selenio con el propósito de mejorar su maquinabilidad, mientras que los aceros de las series 414 y 431 incorporan en torno a un 2% de níquel con objeto de aumentar su templabilidad. Por otro lado, a la serie 422 se le añade molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosión. Este último acero se emplea en aplicaciones a alta temperatura, como pueda ser para la fabricación de las aspas de turbinas de vapor o de gas, o como revestimiento de los asientos para válvulas.
4.2- Tipos y designaciones más comunes según normas
A continuación, y para una selección de los tipos de aceros más comunes pertenecientes a la familia de los Aceros Inoxidables Martensíticos, se podrá consultar:
- Una descripción general de las propiedades más características del grupo
- La composición química con información de los elementos presentes en la aleación, con sus porcentajes en peso, etc.
- Sus principales aplicaciones y usos
- Sus características mecánicas (valores de resistencia, alargamiento en la rotura, índice de dureza...)
- Propiedades físicas (valores del módulo de elasticidad, coeficiente de dilatación, conductividad térmica, resistividad eléctrica...)
- Soldadura: consumibles recomendados para cada tipo de acero, electrodos...
- Resistencia a la corrosión, mantenimiento superficial recomendado, etc.
Tipos y designaciones más comunes de la familia de Aceros Inoxidables Martensíticos:
• EN 1.4116
• AISI 420 / EN 1.4031
(*) FUENTE:
ACERINOX, S.A. - Empresa de Fabricación de Aceros Inoxidables
5- Aceros Inoxidables Dúplex
5.1- Generalidades
Los aceros inoxidables dúplex o de estructura austeno-ferrítica combinan aspectos característicos y a la vez diferenciadores de las familias de aceros austeníticos y ferríticos. Como los aceros de la familia ferrítica, muestran una buena resistencia a la corrosión bajo tensión en medios que contienen cloruros. Asimismo, los aceros inoxidables dúplex poseen una ductilidad y tenacidad intermedia entre las de ambas familias y un límite elástico apreciablemente mayor que el de los aceros ferríticos y austeníticos. Es decir, en general combinan las ventajas, aunque también algunos inconvenientes de las dos familias, ferríticos y austeníticos, por lo que en ciertas aplicaciones prácticas puede ser una opción más ventajosa.
Los aceros dúplex tienen estructuras bifásica de ferrita y austenita (α+γ), cuyas propiedades van a depender de las proporciones entre ambas fases. Esto se obtiene controlando la adición de cromo (Cr) y molibdeno (Mo) (elementos alfágenos) por un lado, y de níquel (Ni) y nitrógeno (N) (gammágenos) por otro, para conseguir el balance final deseado en la composición. El nitrógeno aumenta el límite de fluencia y reduce la velocidad de la formación de compuestos intermetálicos frágiles. El molibdeno, por otro lado, mejora la resistencia a la corrosión por picadura y rendija.
En los aceros dúplex el contenido típico en ferrita se sitúa entre un 40 y 60%. Contienen cromo en una proporción relativamente alta, que se sitúa en tres niveles, 18, 22 y 25%, mientras que el contenido en níquel varía entre el 3 y 7%. Todos estos aceros tienen también cantidades importantes de molibdeno (2-3%) con el fin de mejorar su respuesta ante la corrosión, de tal modo que su comportamiento suele ser superior al del acero austenítico 304 y, algunos de ellos, incluso mejor que el del 316. Ejemplos de aleaciones dúplex son los grados 312, 315, 318, 325 y 329. La aleación 2205 (UNS S31803) es una de las aleaciones dúplex más ampliamente usada.
Su resistencia a la corrosión por picaduras es en general muy buena en virtud de su composición. Efectivamente, un índice muy utilizado para definir la resistencia a la corrosión por picaduras de los aceros inoxidables (especialmente en medios que contienen cloruros) es el PRE ("Pitting Resistance Equivalent"), que tiene en cuenta la presencia de aquellos elementos químicos que protegen frente a esta eventualidad:
PRE = %Cr + 3,3%Mo + 16%N
Comparados con la familia de aceros austeníticos, los aceros inoxidables dúplex presentan mayor resistencia mecánica y, como se ha dicho, una resistencia considerablemente mayor a la corrosión bajo tensión (Stress Corrosion Cracking, SCC) en soluciones de cloruro a expensas de una tenacidad, ductilidad y soldabilidad levemente menor. En general, los aceros dúplex presentan más alta resistencia a la tracción y punto de fluencia que los aceros austeníticos y ferríticos. Normalmente los aceros inoxidables dúplex se utilizan en un rango de temperaturas de entre -45 y 260 ºC.
Por otro lado, dado el bajo contenido en carbono típico de muchos de estos aceros, también suelen mostrar un buen comportamiento frente a la corrosión intergranular.
Un problema siempre presente en los aceros dúplex, motivado fundamentalmente por la presencia habitual de elementos aleantes en proporciones importantes (cromo, níquel, molibdeno) es la posibilidad de precipitación de fases complejas que podrían fragilizar seriamente el acero y/o reducir su resistencia a la corrosión.
La forma de evitar estas precipitaciones consiste en recocer el acero entre 1000 y 1150°C con el fín de obtener la mezcla bifásica deseada y enfriar rápidamente a continuación.
Aplicaciones típicas de los aceros inoxidables dúplex es la fabricación de tuberías para intercambiadores térmicos, tuberías para la conducción de petróleo, plataformas de ultramar, pozos de gas, tuberías en línea, cuerpos de válvulas para manejar agua de mar o bombas de fundición. También se suele emplear como material para la industria de procesamiento químico, para usos marinos (particularmente a temperaturas levemente elevadas), en plantas de desalación, plantas petroquímicas y en la industria de la celulosa.
Finalmente, en la década de los 80 se desarrollaron aceros de muy bajo contenido en carbono, alto en nitrógeno y más aleados que los grados normales, con objeto de prestar servicios en ambientes aún más agresivos. Es la familia conocida como aceros superdúplex.
5.2- Tipos y designaciones más comunes según normas
A continuación, y para una selección de los tipos de aceros más comunes pertenecientes a la familia de los Aceros Inoxidables Dúplex, se podrá consultar:
- Una descripción general de las propiedades más características del grupo
- La composición química con información de los elementos presentes en la aleación, con sus porcentajes en peso, etc.
- Sus principales aplicaciones y usos
- Sus características mecánicas (valores de resistencia, alargamiento en la rotura, índice de dureza...)
- Propiedades físicas (valores del módulo de elasticidad, coeficiente de dilatación, conductividad térmica, resistividad eléctrica...)
- Soldadura: consumibles recomendados para cada tipo de acero, electrodos...
- Resistencia a la corrosión, mantenimiento superficial recomendado, etc.
Tipos y designaciones más comunes de la familia de Aceros Inoxidables Dúplex:
• S 2001 / EN 1.4482
• S 2304 / EN 1.4362
• S 2205 / EN 1.4462
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