2026-04-14
Definición de acero inoxidable
Acero inoxidable es un nombre general para los aceros inoxidables y resistentes a los ácidos.
Acero inoxidable: Un acero que no se corroe en ambientes levemente corrosivos como la atmósfera y el agua dulce.
Acero resistente a los ácidos: Acero que resiste la corrosión en ambientes corrosivos agresivos como ácidos, álcalis, sales y agua de mar.
Clasificación de acero inoxidable
Los grados, composición química y propiedades del acero inoxidable son variados. Los métodos de clasificación más comunes se basan principalmente en la composición química básica, la microestructura del acero y una combinación de ambas.
1.Clasificación por composición química principal
La más común es la división del acero inoxidable según sus elementos químicos en dos grupos principales: aceros inoxidables al cromo y al cromo-níquel.
(1).Cromo
Si el principal elemento de aleación en un acero distinto del hierro es el cromo, el acero inoxidable se denomina acero inoxidable al cromo.
(2).Cromo-níquel
Si los principales elementos de aleación del acero, además del hierro, son el cromo y el níquel, dicho acero inoxidable se denomina acero inoxidable al cromo-níquel.
2.Clasificación según la microestructura del acero.
La microestructura del acero se refiere a las características de la estructura cristalina y la microestructura del acero. Según su microestructura, los aceros inoxidables se dividen principalmente en cinco categorías: ferríticos, austeníticos, martensíticos, dúplex (bifásicos) y aceros inoxidables de endurecimiento por precipitación.
(1).Acero inoxidable ferrítico
El acero inoxidable ferrítico es un acero con una red cristalina cúbica centrada en el cuerpo, contenido de carbono ≤ 0,20%, contenido de cromo en el rango de 10,5% a 32%, que mantiene una estructura ferrítica tanto a temperatura alta como a temperatura ambiente. Este tipo de acero inoxidable no se endurece mediante tratamiento térmico.
Dependiendo del contenido de cromo, los aceros inoxidables ferríticos se dividen en bajo en cromo (contenido de cromo entre 10,5% y 15,0%), cromo medio (contenido de cromo entre 16% y 22%) y alto en cromo (contenido de cromo entre 23% y 32%). El acero inoxidable ferrítico es una de las tres clases principales de aceros inoxidables, que aparecieron casi simultáneamente con los aceros martensíticos y austeníticos a principios del siglo XX. En términos de volumen de producción, el acero inoxidable ferrítico ocupa el segundo lugar después de los aceros austeníticos al cromo-níquel: en la producción mundial de acero inoxidable, la proporción del acero ferrítico suele ser de alrededor del 30%. El acero inoxidable ferrítico se caracteriza por altos volúmenes de producción, una amplia gama de aplicaciones y excelentes propiedades generales en secciones delgadas. Dado que estos aceros no contienen níquel o sólo ciertos grados contienen una pequeña cantidad de él, su costo y precio son relativamente bajos, lo que los convierte en la clase más importante de aceros inoxidables moderadamente aleados con níquel.
Hasta las décadas de 1950 y 1960, los aceros inoxidables ferríticos tradicionales, fundidos en hornos de arco eléctrico sin refinado secundario, tenían niveles normales de carbono y nitrógeno, cuya reducción adicional era extremadamente difícil. Desde la década de 1960, los avances tecnológicos en la producción de acero inoxidable y el uso de procesos de refinación secundaria como AOD y VOD han llevado al desarrollo de aceros inoxidables ferríticos modernos con bajo y ultra bajo contenido de carbono y nitrógeno, que han superado en gran medida y abordado con éxito una serie de desventajas de los aceros ferríticos tradicionales. Su producción ha aumentado y su alcance se amplía constantemente.
(2).Acero inoxidable austenítico
El acero inoxidable austenítico conserva su estructura austenítica tanto a temperatura alta como a temperatura ambiente sin sufrir transformaciones estructurales. Por tanto, el acero inoxidable austenítico también se refiere a aceros que no pueden reforzarse mediante tratamiento térmico. Sin embargo, debido a su tendencia a endurecerse por deformación (endurecimiento), su resistencia puede incrementarse mediante deformación plástica en frío. La baja resistencia de estos aceros en estado templado alguna vez se consideró una de las principales desventajas de los aceros inoxidables austeníticos.
Para abordar el problema de la corrosión intergranular en estado sensibilizado y mejorar la resistencia a la corrosión, se han desarrollado aceros inoxidables austeníticos con contenido de carbono ultrabajo, que normalmente tienen un contenido de carbono de ≤ 0,03%. A medida que aumenta la resistencia a la corrosión, la resistencia de dicho acero disminuye ligeramente. Desde la década de 1970, los aceros inoxidables austeníticos han estado disponibles con contenido de nitrógeno controlado (contenido de nitrógeno residual en el acero dentro de los límites estándar, por ejemplo, [N] ≤ 0,10 % o [N] ≤ 0,12 %) o aleados con nitrógeno (cantidad máxima de nitrógeno que se puede introducir en el acero a presión atmosférica, por ejemplo, ≤ 0,40 % o ≤ 0,40 %). 0,50%), lo que permite lograr una resistencia suficientemente alta mediante el fortalecimiento de una solución sólida con nitrógeno. Y los aceros inoxidables austeníticos con alto contenido de nitrógeno producidos mediante inyección de nitrógeno a alta presión (la cantidad de nitrógeno introducida bajo presión, es decir, [N] > 0,4% o ≥ 0,5%) tienen una resistencia extremadamente alta y una excelente tenacidad a la fractura. La combinación de fortalecimiento con solución sólida de nitrógeno y endurecimiento por deformación ha permitido que algunos aceros inoxidables austeníticos ingresen a la categoría de aceros inoxidables de alta resistencia.
El acero inoxidable austenítico al cromo-níquel, entre las cinco clases principales de aceros inoxidables existentes, tiene las mejores propiedades complejas, tiene el mayor número de grados, tiene la gama y especificaciones más completas, el alcance más amplio, se desarrolla al ritmo más rápido, se produce en los volúmenes más grandes y cubre la esfera de consumo más amplia. A nivel mundial y en los principales países productores de acero inoxidable, la proporción de acero inoxidable austenítico al cromo-níquel suele representar más del 50% al 60% de la producción total de acero inoxidable.
Dado que el níquel es un elemento escaso y caro, su escasez es especialmente grave en tiempos de guerra. Introducidos en la década de 1940, los aceros inoxidables austeníticos estándar de cromo-manganeso que reemplazan el níquel con manganeso y nitrógeno (serie estadounidense AISI 200), a pesar de un largo período de desarrollo, tienen un alcance limitado y un volumen de producción bajo; En los Estados Unidos, su producción anual es sólo un pequeño porcentaje de la producción total de acero inoxidable. En los últimos años, la aparición de aceros inoxidables austeníticos de cromo-manganeso de alta resistencia y ultra alta resistencia con alto contenido de nitrógeno, así como el progreso en la investigación de manganeso sin alto contenido de nitrógeno.
(3) Acero inoxidable martensítico
El acero inoxidable martensítico es una clase de aceros inoxidables cuyas propiedades pueden controlarse mediante tratamiento térmico (templado, revenido). Según su composición química, se dividen en aceros inoxidables martensíticos al cromo y martensíticos al cromo-níquel.
Los aceros inoxidables martensíticos al cromo son principalmente de tres tipos: bajo en carbono ([C] ≤ 0,15%), medio en carbono ([C] 0,16% –0,40%) y alto en carbono ([C] > 0,40%). El carbono es un elemento de aleación esencial e importante en los aceros inoxidables martensíticos al cromo.
Los aceros inoxidables martensíticos al cromo incluyen principalmente aceros tradicionales como 1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 4Cr13. El contenido de cromo en ellos es de al menos el 11,5% y alcanza el 18%, lo que confiere a estos aceros propiedades inoxidables y resistencia a la corrosión en ambientes débiles. El contenido de carbono varía con el contenido de cromo, típicamente entre 0,10% y 1,0%, para proporcionar una estructura austenítica a alta temperatura y una estructura martensítica a temperatura ambiente después del enfriamiento. Debido a la formación de martensita laminar con alto contenido de carbono y la precipitación de carburos, estos aceros adquieren alta resistencia y dureza. El templado posterior después del templado alivia las tensiones de templado y forma una estructura homogénea y estable, lo que confiere al acero cierta ductilidad, tenacidad y buena resistencia a la corrosión: un conjunto de propiedades. Dado que los aceros inoxidables martensíticos al cromo son inferiores a todas las demás clases de aceros inoxidables en términos de resistencia a la corrosión, y también tienen baja ductilidad y tenacidad, mala soldabilidad o no pueden soldarse en absoluto, su uso generalizado es limitado.
Los aceros inoxidables martensíticos al cromo-níquel se desarrollaron para superar algunas de las desventajas de los aceros martensíticos tradicionales. En una etapa temprana, se creó el famoso acero 1Cr17Ni2 reemplazando el carbono por níquel. Aunque su tenacidad ha aumentado en comparación con los aceros martensíticos al cromo y su resistencia a la corrosión ha mejorado, todavía no es apto para soldar.
Los aceros inoxidables (súper) martensíticos modernos, desarrollados desde la década de 1960, reemplazando aún más el carbono con níquel, logrando un contenido de carbono ultrabajo e introduciendo entre un 2% y un 6% de Ni, conservan una estructura austenítica a altas temperaturas y, después de templar y revenir a temperatura ambiente, adquieren una estructura compuesta que consiste en martensita en listón con bajo o ultra bajo contenido de carbono, austenita revertida y una pequeña cantidad de ferrita. La aleación adicional con molibdeno, cobre y otros elementos de refuerzo permite que estos aceros conserven la alta resistencia de los aceros martensíticos al cromo mientras mantienen una buena tenacidad y soldabilidad. Con el mismo contenido de cromo, la resistencia a la corrosión de los aceros martensíticos modernos supera significativamente la resistencia a la corrosión de los aceros martensíticos al cromo tradicionales. Sin embargo, debido al bajo contenido de carbono, los aceros martensíticos modernos pierden las características de alta dureza, resistencia al desgaste y alta nitidez de los bordes inherentes a los aceros martensíticos al cromo.
(4).Acero inoxidable de doble fase.
Han pasado casi cien años desde el descubrimiento de que la presencia de pequeñas cantidades de ferrita en el acero inoxidable austenítico al cromo-níquel mejoraba la resistencia a la corrosión intergranular, lo que condujo a la aparición de aceros bifásicos austenítico-ferríticos (α+γ) al cromo-níquel y, en última instancia, a la formación de una clase de aceros bifásicos reconocida oficialmente junto con las tres clases principales de aceros inoxidables mencionadas anteriormente.
Dado que el contenido de níquel de los aceros de doble fase de níquel-cromo α+γ ampliamente utilizados es generalmente del 5% al 7%, que es solo aproximadamente la mitad del contenido de níquel de los aceros austeníticos de níquel-cromo ampliamente utilizados, y los aceros de doble fase económicos recientemente desarrollados contienen solo del 1% al 4% de Ni, los aceros de doble fase α+γ también son una clase importante de aceros inoxidables aleados con moderación de níquel.
El desarrollo de aceros inoxidables de cromo-níquel bifásicos α+γ ha pasado por aproximadamente tres etapas importantes. Dependiendo de los elementos de aleación característicos, el valor de PRE (equivalente a la resistencia a la corrosión por picaduras), los cambios en la relación de las fases α y γ, el período de aparición y las características de las propiedades, los aceros inoxidables de dos fases generalmente se dividen en aceros de primera, segunda y tercera generación. Según los elementos característicos de su composición, se pueden dividir en aceros bifásicos de baja aleación, media aleación y alta aleación.
Debido a las dificultades para controlar la relación de las dos fases, la limitada trabajabilidad en caliente, la soldabilidad y los factores económicos, el volumen de producción de aceros de doble fase de primera generación fue bajo. Sin embargo, la llegada de los aceros inoxidables bifásicos modernos ha superado en gran medida las desventajas y limitaciones de los aceros de primera generación, permitiéndoles ampliar su gama de aplicaciones, y ahora son una clase de acero con un enorme potencial de desarrollo en el campo de la ingeniería.
Las calidades desarrolladas antes de 1971 pertenecen a la primera generación de aceros inoxidables de dos fases, incluido el primer acero de dos fases 1Cr25Ni5Mo1.5, que apareció en los años 1930. El contenido de nitrógeno en los aceros de primera generación se encontraba en el nivel habitual característico de la fundición en hornos de arco eléctrico. Aunque los aceros de dos fases de primera generación ya habían demostrado plenamente sus propiedades características, debido al valor PRE relativamente bajo y diferencias significativas en la relación de fases en el estado templado entre diferentes grados, que también eran difíciles de controlar con precisión, las excelentes propiedades de los aceros de dos fases en la zona de la junta soldada se deterioraron significativamente o incluso se perdieron por completo, lo que obstaculizó seriamente la aplicación y el desarrollo de los aceros de dos fases en estructuras soldadas.
Los grados que aparecieron entre 1971 y 1989 pertenecen a la segunda generación de aceros inoxidables de dos fases y se caracterizan por un contenido obligatorio de nitrógeno. Dado que el nitrógeno es un elemento que forma y estabiliza activamente la austenita, al aumentar su contenido en el acero, por un lado, aumenta la proporción de la fase de austenita en el metal base y aumenta la estabilidad de la austenita a altas temperaturas, lo que conduce a una disminución en la cantidad de material que se convierte en ferrita a la misma temperatura. Por otro lado, la alta velocidad de difusión del nitrógeno durante el enfriamiento debido a altas temperaturas promueve la rápida transformación de la ferrita en austenita secundaria, lo que evita la formación de una estructura de ferrita monofásica en la línea de fusión y en la zona afectada por el calor después de la soldadura. La introducción de nitrógeno creó las condiciones para el surgimiento y desarrollo de aceros de dos fases de la segunda generación y las siguientes. Dado que el nitrógeno en el acero inoxidable se disuelve principalmente en austenita, el efecto beneficioso del nitrógeno en los aceros inoxidables de doble fase es en realidad un reflejo del efecto del nitrógeno en la estructura y propiedades de la fase austenita en los aceros de doble fase.
Las calidades introducidas después de 1990 pertenecen a la tercera generación de aceros inoxidables de dos fases y se caracterizan por un mayor aumento en el contenido de molibdeno y nitrógeno, por lo que el valor PRE de estos aceros es ≥ 40% y se mejora aún más la resistencia a la corrosión, especialmente la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas. Hoy en día también se les llama aceros inoxidables súper bifásicos.
Desde principios de la década de 2000, el desarrollo de los aceros inoxidables bifásicos ha ido en dos direcciones. Por un lado, el contenido de elementos de aleación sigue aumentando para conseguir una resistencia aún mayor y una excelente resistencia a la corrosión, como es el caso de los aceros SAF 2707 y SAF 3207 desarrollados por la empresa sueca Sandvik, con un valor PRE > 45%, denominados aceros inoxidables hiperbifásicos. Por otro lado, existe una tendencia hacia el desarrollo de aceros bifásicos económicos con bajo contenido en níquel y poco o nada de molibdeno con el fin de reducir el coste y precio de los aceros bifásicos, así como mejorar significativamente su trabajabilidad en caliente y soldabilidad, aumentando así su competitividad frente a otro tipo de aceros inoxidables.
(5).Acero inoxidable endurecido por dispersión.
Los aceros inoxidables de endurecimiento por dispersión son una clase de aceros inoxidables cuya estructura de matriz a temperatura ambiente puede ser martensítica, austenítica o ferrítica y que se refuerzan mediante la precipitación (envejecimiento) de compuestos intermetálicos, así como carburos, nitruros y otras fases de la matriz como resultado de un tratamiento térmico adecuado.
En la actualidad, los aceros inoxidables de endurecimiento por precipitación ampliamente utilizados se dividen principalmente en tres tipos: aceros inoxidables martensíticos de endurecimiento por precipitación, aceros inoxidables semiausteníticos de endurecimiento por precipitación y aceros inoxidables austeníticos de endurecimiento por precipitación. Además, suelen incluir aceros inoxidables martensíticos con muy bajo contenido de carbono.
Aunque el principio del endurecimiento por precipitación del acero inoxidable se conocía en la década de 1930, después de la introducción del primer grado de acero inoxidable endurecido por precipitación, el Inoxidable W, no encontró aplicación práctica hasta 1946. Posteriormente, debido a las necesidades de las industrias de la aviación, aeroespacial, nuclear y química de aceros que combinaran resistencia a la corrosión con una alta relación resistencia-peso, comenzaron a surgir nuevos aceros inoxidables endurecidos por precipitación. En Estados Unidos, estos aceros se clasificaron como la serie 600. Los aceros inoxidables martensíticos con contenido ultra bajo de carbono aparecieron en la década de 1960. Fueron desarrollados a partir de aceros martensíticos añadiendo cromo para impartir propiedades inoxidables. Normalmente también se clasifican como aceros inoxidables martensíticos de endurecimiento por precipitación.
El acero inoxidable martensítico de endurecimiento por dispersión tiene una estructura austenítica inestable que, después del tratamiento con solución sólida, sufre una transformación martensítica. El envejecimiento posterior provoca la precipitación de una segunda fase sobre la matriz martensítica, que refuerza el acero.
El acero inoxidable martensítico con contenido de carbono ultra bajo tiene propiedades inoxidables; Después del tratamiento con solución sólida y el envejecimiento en ella, una segunda fase precipita sobre una matriz de martensita con alto contenido de níquel y muy bajo contenido de carbono, que fortalece el acero.
El acero inoxidable semiaustenítico endurecido por precipitación también es un acero con austenita inestable, pero su austenita es más estable que la de los aceros martensíticos endurecidos por precipitación. En estado endurecido a temperatura ambiente, el acero semiaustenítico de endurecimiento por dispersión tiene una estructura austenítica. Después de la deformación plástica en frío, el tratamiento a baja temperatura o el calentamiento a aproximadamente 750 °C para el tratamiento de ajuste, la austenita se puede transformar en martensita, después de lo cual, mediante el envejecimiento posterior, se forma una segunda fase en la matriz martensítica, fortaleciendo el acero.
El acero inoxidable austenítico endurecido por precipitación tiene una estructura austenítica estable. Después del tratamiento con solución sólida y el posterior envejecimiento, se libera una segunda fase de la matriz austenítica, que fortalece el acero.
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Los materiales comúnmente utilizados incluyen, entre otros:
