Análisis de aplicación de varias series de acero inoxidable

 

El acero inoxidable se clasifica generalmente en ferrítico, martensítico, austenítico, dúplex y endurecido por precipitación. Más de 100 tipos de acero inoxidable se agrupan en estas cinco categorías, cada una única en composición, estructura y organización.

El acero inoxidable es una aleación compuesta principalmente de hierro, al menos 10.5% de cromo, ≤1.2% de carbono y otros elementos de aleación. El proceso de descarburación con argón-oxígeno (AOD) es ampliamente reconocido como el más eficaz para producir diferentes tipos de acero inoxidable. En comparación, el proceso de desoxidación al vacío (VOD) puede producir acero inoxidable de ultra bajo carbono (≤0.02%) sin casi ningún costo adicional. Elementos de aleación como níquel, molibdeno, nitrógeno, titanio, niobio y manganeso mejoran la resistencia a la corrosión y las propiedades mecánicas del acero inoxidable. El cromo forma una película de óxido estable (Cr2O3) en la superficie del acero inoxidable, y esta capa de pasivación continua y densa previene reacciones adicionales entre el acero y la atmósfera circundante, protegiendo el acero de una mayor oxidación. Otros elementos de aleación afectan la formabilidad, soldabilidad, resistencia, resistencia a la oxidación y tasa de deformación en frío.

Acero inoxidable ferrítico
El acero inoxidable ferrítico está compuesto por una microestructura llamada fase ferrítica, con una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo. El acero inoxidable ferrítico contiene más del 12% de cromo y menos del 0.20% de carbono. No puede endurecerse por tratamiento térmico, solo puede endurecerse ligeramente por laminación en frío. La estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo es la razón por la que el acero ferrítico es magnético, a diferencia de todos los demás tipos de acero inoxidable.

Aunque el acero inoxidable ferrítico no es tan fuerte como el martensítico, tiene una alta resistencia a la corrosión. Se utiliza comúnmente en utensilios de cocina, maquinaria industrial y la industria automotriz. El acero inoxidable ferrítico es una alternativa al austenítico y se puede usar para fabricar productos de lámina delgada como tubos de escape de automóviles, tambores de lavadoras, contenedores, autobuses, vagones de tren, pantallas LCD, hornos microondas y calentadores solares de agua.

En comparación con el acero inoxidable austenítico, el ferrítico no contiene níquel costoso y es más barato. Debido a su buena formabilidad en frío, el acero inoxidable ferrítico es fácil de diseñar y procesar. El acero inoxidable ferrítico rico en cromo tiene buena resistencia a la oxidación a altas temperaturas y se puede usar para fabricar componentes de hornos industriales.

Acero inoxidable martensítico
El acero inoxidable martensítico contiene 12% a 17% de cromo y 0.10% a 1.20% de carbono. Este acero se templa en aceite o aire a 1050°C (cuando está completamente austenizado) y luego se reviene. El revenido a baja temperatura puede lograr baja tenacidad, alta resistencia a la tracción y alto límite elástico, mientras que el revenido a alta temperatura puede lograr mayor tenacidad. En general, el acero inoxidable martensítico tratado térmicamente puede alcanzar un límite elástico de 550 a 1860 MPa, y su templabilidad aumenta con el contenido de cromo. Estos aceros son generalmente aceros de endurecimiento al aire de gran sección. Según el contenido de carbono, el acero inoxidable martensítico se puede dividir en dos categorías principales:

1) Acero inoxidable martensítico de baja carbono y alta resistencia: con bajo contenido de carbono (alrededor del 0.10%) y contenido de cromo que varía del 11.50% al 18.00%. Estos son principalmente aceros estructurales de alta resistencia con buena soldabilidad, formabilidad y tenacidad al impacto. Se utilizan en construcción (petro)química, turbinas de gas, álabes de turbina, centrales eléctricas, compresores, discos y componentes estructurales de aeronaves y motores, así como ejes de hélice de agua dulce, y se aplican ampliamente en componentes como pernos, válvulas, cubiertos, ejes de bombas y cojinetes.

2) Acero inoxidable martensítico de alto carbono y alta dureza: aumenta la resistencia y la dureza incrementando el contenido de carbono, pero a costa de la soldabilidad, la tenacidad e incluso la resistencia a la corrosión. También aumenta la cantidad de carburos que necesitan disolverse a una temperatura de austenización más alta, lo que reduce el rendimiento al impacto.

Las aplicaciones comunes incluyen herramientas de corte (con 0.3% C y 12% Cr, dureza de 400 VPN después del temple y revenido); engranajes, cojinetes, agujas de válvula y componentes para aplicaciones de alta temperatura; hojas de afeitar, instrumentos quirúrgicos, martillos de carbón y rodamientos de bolas para aplicaciones de alta temperatura (0.95% a 1.20% C y 16% a 17% Cr, dureza de 600 a 700 VPN después del revenido). Debido a su durabilidad, resistencia y resistencia a la corrosión, el acero inoxidable martensítico es muy adecuado para la industria aeroespacial, la defensa y las herramientas eléctricas y manuales.

Acero inoxidable austenítico
El acero inoxidable austenítico es el más popular, reconocido por su alta resistencia a la corrosión y estabilidad térmica, y famoso por su incomparable resistencia y formabilidad. El acero inoxidable austenítico no puede endurecerse por tratamiento térmico y es costoso debido a su alto contenido de níquel. Contiene al menos 10.5% de cromo y 8% a 12% de níquel, más nitrógeno y otros elementos.

El acero inoxidable austenítico tiene una estructura cristalina austenítica, con una red cúbica centrada en las caras tanto a altas como a bajas temperaturas. El magnesio, el níquel y el nitrógeno son elementos estabilizadores de la austenita; la «austenita» se genera añadiendo níquel o nitrógeno.

El acero inoxidable austenítico generalmente no es magnético y tiene buena soldabilidad y formabilidad. Se utiliza en diversas industrias, incluyendo medicina, automotriz, industrial, consumo y aeroespacial.

Los grados de acero inoxidable austenítico con alto contenido de cromo tienen excelente resistencia a la oxidación y a la formación de escamas, adecuados para tuberías de vapor, tubos de calderas, componentes de hornos de calentamiento, etc. El acero inoxidable austenítico con alto contenido de molibdeno se utiliza en tuberías de plataformas marinas, intercambiadores de calor/condensadores de agua salada o agua de mar en centrales eléctricas, y en las industrias de pulpa y papel. Proporcionan continuamente agua de mar para bombas, hélices, válvulas y otros equipos marinos. En las centrales nucleares, el acero inoxidable austenítico se utiliza en tuberías relacionadas con el proceso del reactor. Puede soportar temperaturas más altas que el acero inoxidable ferrítico, aunque ambos pueden estar presentes en un reactor típico.

El acero inoxidable austenítico tiene un amplio rango de rendimiento y puede usarse a bajas temperaturas, manteniendo una alta resistencia a la tracción incluso con una ligera disminución de la tenacidad a bajas temperaturas. Se utiliza ampliamente en plantas de gas natural licuado (GNL) a temperaturas de -161°C y en fábricas que producen gases licuados.

Los aceros inoxidables austeníticos de la serie 300 y 200 se utilizan ampliamente en los siguientes campos:
Serie 300 – Equipos para minería y química, equipos farmacéuticos, tanques de almacenamiento, componentes de convertidores catalíticos, alimentos y bebidas, tubos aeroespaciales.
Serie 200 – Utensilios de cocina y cubiertos, tanques de agua domésticos, lavavajillas, construcción interior, piezas de automóviles, lavadoras, etc.

Debido a sus muchas propiedades beneficiosas, el acero inoxidable austenítico se ha convertido en un material popular, representando aproximadamente tres cuartos del mercado global de acero inoxidable.

Acero inoxidable dúplex
El acero inoxidable dúplex combina la tenacidad y soldabilidad del acero inoxidable austenítico con la resistencia y resistencia a la corrosión localizada del acero inoxidable ferrítico. Su microestructura dual de ferrita y austenita se obtiene equilibrando los elementos equivalentes de cromo y níquel. En general, el acero dúplex contiene 23% a 30% de Cr, 2.5% a 7% de Ni, y ciertas cantidades de titanio o molibdeno. El acero inoxidable dúplex tiene alta resistencia a la corrosión y alta tasa de endurecimiento por trabajo. Su resistencia es aproximadamente el doble que la del acero inoxidable austenítico o ferrítico común. El acero inoxidable superdúplex tiene un contenido más alto de molibdeno y cromo, proporcionando una mejor resistencia a la corrosión.

El acero inoxidable dúplex se utiliza en la industria química, transporte y almacenamiento, producción y transporte de petróleo y gas natural, exploración de petróleo y gas y plataformas de perforación en alta mar. Otras aplicaciones comunes incluyen recipientes a presión e intercambiadores de calor, digestores de pulpa y papel, equipos de blanqueo, procesamiento de alimentos, plantas de biocombustibles, ambientes marinos y de alto contenido de cloruro.

Acero inoxidable endurecido por precipitación
Estos aceros son combinaciones de aceros austeníticos y martensíticos solos o ricos en cobre, molibdeno, aluminio y titanio. El acero inoxidable endurecido por precipitación (PH) tiene una alta relación resistencia-peso y es especialmente adecuado para entornos de alta temperatura como plantas de energía. Mediante tratamiento térmico, se puede lograr una resistencia a la tracción de 850 a 1700 MPa y un límite elástico de 520 a 1500 MPa, aproximadamente tres a cuatro veces la resistencia del acero inoxidable austenítico 304 o 316.

La familia de aceros inoxidables PH se puede dividir en tres tipos principales: martensítico de bajo carbono, semiaustenítico y austenítico. Se utilizan en las industrias de petróleo y gas, energía nuclear y aeroespacial, que requieren alta resistencia, resistencia a la corrosión y una tenacidad más baja pero aceptable. Las aplicaciones especiales incluyen aplicaciones de alta velocidad como álabes de turbina.

El acero inoxidable 17-4PH es fácil de producir y procesar, lo que ahorra significativamente en costos. Ingenieros de todo el mundo confían en este acero inoxidable PH para resolver problemas urgentes en el diseño, fabricación y procesamiento de productos. Las piezas fundidas de alta resistencia y resistencia moderada a la corrosión también son usos típicos del acero inoxidable 17-4. La resistencia y tenacidad requeridas se pueden controlar mediante el rango de temperaturas en el proceso de tratamiento térmico.