Aceros Inoxidables
67.50 Materiales Ferrosos y sus aplicaciones
Temas a Desarrollar
Origen.
 Composición.
 Clasificación.
 Tipos de corrosión.
 Criterios de selección.

Origen
La
de aceros
inoxidables
esinvestigaciones
muy amplia y especializada,
donde
cada aleación
fue diseñada
para
Enfamilia
1904 Leon
Guillet,
publica sus
sobre aleaciones
Hierro-Cromo.
Desde
allí, varios
una
necesidad especifica
deAlemania
la industria.
investigadores
en Francia,
e inglaterra siguieron trabajando en esos estudios.
¿Pero
quéagosto
se necesita
paraentransformar
al hierro
en acero
inoxidable?.
El 20 de
de 1912,
los laboratorios
Brown
Firth de
Sheffield, Harry Brearley intentaba encontrar
Cromo
una solución a la corrosión y desgaste de los cañones de armas de fuego y obtuvo, entre muchas, una
aleación que contenía 0,24% C y 12,8% Cr.
Para
analizarla,
una al
probeta
se dispuso
atacarla
con
ácido
nítrico resistencia
para observar
micro
La
aleación
debecortó
contener
menosy 10,5%
de Cra para
tener
una
adecuada
a lasu
oxidación.
estructura.
para mejor
su sorpresa,
material resultó
ser inmune
todos los existe
reactivos
que utilizó.
Cuanto
masPero
Cr tenga,
será suelresistencia
a la corrosión.
Sinaembargo,
un límite
superior a la
cantidad de Cr que el hierro puede retener. Debido a esto, se necesitan aleantes adicionales que
Como élresistir
era de tipos
Sheffield,
pensó que
a este nuevo material podría aplicarlo en un producto que en esa
permitan
específicos
de corrosión.
región era típico, los cuchillos, ya que en esa época, los cubiertos de mesa debían pulirse cada vez antes
de usarlos
porque
sedel
oxidaban.
Cuando
el Cr
supera
10,5%, la superficie del material cambia de una película activa a pasiva. Esto
Fue
así
que
con
ayuda
del
fabricante
desarrollaron
primero
“Rustless
mas
es, mientras que una capa activa
crecelocal,
en forma
continua lo
enque
contacto
conseelllamó
medio
corrosivoSteel”
hastayque
acuñaron
el actual
definitivo nombre
Steel”.y deja de crecer, aislando al metal base
eladelante
metal base
se consume
pory completo,
la capa “Stainless
pasiva se forma
del medio agresivo e impidiendo que el oxigeno entre en contacto con éste.
En forma
independiente,
acerías
Krupp
Alemania
investigaban
sobre aleaciones
resistentes
a laes
Esta
capa es
muy fina, dellas
orden
de 10
a 100deátomos
se compone
principalmente
de óxido
de Cr, que
corrosión,
pero
en su ycaso
añadiendo
níquel
en gran
cantidad,
llegando a obtener así un material mucho
un
compuesto
estable
no reactivo
en un
amplio
espectro
de condiciones.
mas resistente a los ácidos, mas blando y fácil de conformar que el desarrollo inglés.
Sin embargo, el Cr es también su talón de Aquiles y el Ion Cloro su Némesis. Esto se debe a que el ión
Deseestos
dos inventos,
luegoformando
las dos primeras
la que
serieson
300solubles
y la serie
400.
Cl
combina
con el Cr se
de derivaron
la capa pasiva
clorurosfamilias,
de cromo
y se
desprenden
dejando expuesto al hierro base para que reaccione formando oxidos activos.
El todas
establecimiento
definitivo
llegó encomo
1924,elcuando
Hatfield
inventó
la aleación 18-8, la mas utilizada
De
maneras, existen
aleantes
Mo queW.H.
minimizan
esta
reacción.
en el mundo hasta hoy.
Composición
Los principales elementos aleantes tienen efectos muy definidos, no solo sobre la micro estructura del
material y su performance mecánica, sino también fuertemente sobre su comportamiento bajo diferentes
condiciones.
En general, cada familia parte de una aleación básica, a la que luego se le agregaron cronológicamente
modificaciones sucesivas, por la combinación de aleantes que le confieren mejoras frente a tipos
definidos de corrosión.
C
Cr
Ni
Mo
Mn
Al
Ti
Cu
N
Nb
Clasificación
GRUPO AUSTENITICO
Este grupo contiene Cr y Ni y se identifica como serie 300. Los que reemplazan el Ni por N y Mn son de la serie
200 Estas series tienen características en común. Como ser endurecibles por deformación en frió, tienen una
resistencia a la corrosión general excelente, y una ductilidad muy alta.
El 304 (18Cr-8Ni) y el 316 (16Cr-10Ni-2Mo son los mas utilizados de este grupo.
GRUPO FERRITICO
Este grupo contiene solo Cr y C limitado, se identifican como serie 400.
Son endurecibles por deformación en frío. Su resistencia y ductilidad son intermedias.
El 430 (16Cr) es el mas utilizado de la serie.
GRUPO MARTENSITICO
Este grupo contiene Cr y alto C y también pertenecen a la serie 400. Son moderadamente resistentes a la
corrosión pero logran muy alta dureza y resistencia.
El 410 (11,5Cr) es el mas utilizado.
GRUPO DÚPLEX
Son aleaciones con Cr y Mo con suficiente Ni y N para lograr el balance entre Ferrita y Austenita. Algunos
pertenecen a la serie 300. El resultado es una combinación de ductilidad, resistencia al picado, a la corrosión ínter
granular y SSCC.
El 2205 (22Cr-5Ni-3Mo) es el mas conocido.
GRUPO ENDURECIBLE POR PRECIPITADO
Este grupo contiene Al, Cu y Ti para generar alta resistencia por TT. Tiene alta ductilidad en estado recocido y las
máximas resistencias de todos los inoxidables luego del TT, pero manteniendo a la vez excelente resistencia a la
corrosión. El 17-4PH (17Cr-4Ni) es el mas utilizado.
Clasificación
301
17-7
302B
2,5% Si
303
0,15% S
< Cr y Ni para aumentar endurecimiento en frío
Formación de escamas
a Alta T
Max Resist al
escamado a
Alta T
302
18-8
< C para evitar
precipitación de CrC
316
18-12
2,5Mo
< C para
facilitar
soldadura
> Ni para
reducir
endurecimie
nto en frio
304L
0,03% C
316L
0,03% C
Mejor Resist a
corrosion
intergranular a
Alta T
> Resist al picado
y Cloruros
> Resist a
la corrosión
317
18-14
3,5Mo
304
18-8
< C para
facilitar
soldadura
> Resist a la corrosión y
escamado a Alta T
> Resist al
escamado a
Alta T
310
25-20
314
2% Si
305
18-12
> Maquinabilidad
308
20-10
309
25-12
AUSTENÍTICOS
Ti para
evitar
formación
de CrC a
Alta T
321
18-10
Ti
347
18-12
Nb-Ta
Apicación
Nuclear
348
18-12
0,2 Co
Clasificación
403
0,5% Si
416
SyP
MARTENSÍTICOS
< Si Piezas de alta tenacidad y Resist a Fatiga
410
13 Cr
> C para mayor
resistencia
>
Maquina
bilidad
> Maquinabilidad
414
2% Ni
431
16Cr 2Ni
420F
SyP
> Ni mejora
resist a corrosión
y tenacidad
>C y Cr para
máxima dureza
y mayor Resist
a Corrosión
> Cr para mayor
Resist a la corrosión
422
Mo-V-W
420
0,3% C
< C para
masr
Tenacidad
Mayor Tenacidad y resistencia a Alta T
Resistencia a corrosión
con cualquier TT.
Resistencia a
corrosión
luego del
temple
440A
0,6C
440C
17Cr
1%C
< C para masr
Tenacidad
440B
0,8C
Clasificación
409
10Cr0,5Ni
FERRÍTICOS
Min Cr para reducir
endurecimiento al enfriar
429
14Cr
> Maquinabilidad
430F
SyP
Mayor Resistencia
a la Temperatura
430
17 Cr
< Cr para mayor
soldabilidad
434
1% Mo
Mo para mayor
resistencia a
cloruros
> Cr para mayor
resistencia a alta T y
escamado
436
Mo-Cb-Ta
446
25 Cr
< Cr para máxima resist a
alta T y escamado
442
22Cr
Clasificación
DUPLEX
ENDURECIBLES POR
PRECIPITADO
315
18Cr5NiMoN
15-8PH
17-4PH
1° Generación
2205
22Cr5NiMoN
Standard
17-4PH
312
25Cr6Ni
MoNMn
25 Cr
Custom
455
2507
26Cr7Ni
MoNMn
Alloy 255
25Cr5NiMo
NMnCu
Clasificación
PROPIEDADES
FERRÍTICOS
AUSTENITICOS
DUPLEX
ENDURECIBLES
MARTENSÍTICOS
POR PRECIPITADO
 Ductilidad
Gran Ductilidad.
Alta
intermedia.
Intermedia.
baja.
previo al TT.
 Tenacidad
Endurecibles
Resistencia
Alta.
intermedia.
intermedia
únicamente por deformación en frío.
 Endurecibles
Excelente resistencia
Tenacidad
intermedia.
por TT
TT.
deformación
–aAutotemplables.
la corrosión
en frío.
general.
 Máxima
Buena
Baja
Endurecibles
resistencia
resistencia
resistencia
poryTT.
dureza.
a mecánica
temperatura
y dureza.
dureza
ambiente.
ídem Martensíticos luego del TT.
 Magnéticos.
No magnéticos.
Excelente
resistencia a corrosión por cloruros bajo tensión (SCC), intersticial (Crevice),
ínter granular y picado (Pitting) hasta temperatura intermedia.
 Soldabilidad
Excelente soldabilidad.
buena
Intermedia.
pobre.
 Susceptibles a formación de Cr3C2 a 475ºC.
 Resistencia
Excelente resistencia
Susceptibles
aalaprecipitación
corrosión
a corrosión
general
baja
de –Cralgunos
por
C2 cloruros
a 475ºC
solohasta
bajo
después
salvotemperaturas
tensión
321de
y TT.
347.
(SCC),intermedias.
intersticial (Crevice) y
3excelente
 Poseen
Picado (pitting).
transición dúctil-frágil.
 Poseen
No poseen
transición
transición
dúctil-frágil..
dúctil-frágil.
 Magnéticos.
Poseen transición dúctil-frágil.
 Excelente
Inmunes aresistencia
la fisuración
al por
desgaste.
Hidrógeno (HIC).
 Soldabilidad
SusceptiblesIntermedia.
a precipitación de Cr3C2 a 375ºC
 Susceptibles a corrosión por cloruros
(CSCC) e intergranular.
 Susceptibles a la fisuración por Hidrógeno (HIC).
 Excelente tenacidad para trabajo criogénico.
Tipos de corrosión







UNIFORME
GALVÁNICA
PICADO (PITTING)
INTERSTICIAL (CREVICE)
INTERGRANULAR
POR TENSIÓN (SCC)
FISURACIÓN INDUCIDA POR HIDRÓGENO (HIC)
Tipos de corrosión
CORROSIÓN UNIFORME
Ocurre sobre amplias áreas de la superficie. Es el mecanismo de corrosión mas común para el acero y el
cobre. Es la mas fácil de medir y de calcular y el único mecanismo en el cual el incremento de la sección
prolonga la vida útil de la pieza.
Se mide por tasa de corrosión en mm/y (milímetros por año). Se puede minimizar pintando la superficie y
con inspección periódica.
Los Inoxidables sufren este tipo de ataque en medios ácidos y básicos, peor no en agua.
Se puede prevenir seleccionando el material con mayor resistencia al medio específico. La mejor manera
de seleccionar un material para este tipo de corrosión es por medio del uso de las tablas y los gráficos del
Corrosion Data Survey de NACE.
Algunos aleantes tienen efecto definidos. Por ejemplo:
El Cr aumenta la resistencia a la oxidación, por tanto se debe apuntar a aleaciones con alto contenido de
este elemento para Ácidos Oxidantes. También otorga gran resistencia a la oxidación por temperatura.
Por otra parte, el Ni otorga resistencia a medios reductores y mejora la adherencia de la capa de oxido
protector a alta temperatura
Utilizando las tablas de corrosión general, se puede determinar la resistencia de una aleación a un medio
dado o preseleccionar algunos de un grupo amplio de materiales.
Tipos de corrosión
CORROSIÓN GALVÁNICA
La corrosión galvánica ocurre cuando dos metales de diferente electrovalencia entran en contacto entre si
o a través de un medio conductor. Este tipo de corrosión requiere de la ocurrencia de 3 condiciones:
o
o
o
2 metales de diferente electrovalencia
Un camino o circuito para el flujo de electrones
Ambos metales sumergidos en un medio conductor.
Una variante de la corrosión galvánica ocurre en metales con film de óxido pasivo. Si ésta capa se
destruye en un punto aislado, se cierra el circuito al tener áreas activas y pasivas en si mismo,
generándose un par interno. Este es el mecanismo detrás de la corrosión intersticial y el picado.
Las tablas de serie galvánica dan una idea de afinidad relativa entre distintas aleaciones.
En general cuando un ánodo y un cátodo son conectados eléctricamente, el primero será corroído y el
segundo no. Sin embargo, existe el Factor de Área, que modifica este comportamiento.
Si el ánodo tiene mucha mas superficie que el cátodo, la corrosión será pequeña, pero si el ánodo es
mucho mas pequeño que el cátodo, la corrosión será muy rápida.
Tipos de corrosión
PICADO (PITTING)
Es una forma de corrosión galvánica, en donde el Cr de la capa pasiva es disuelto dejando expuesto al
hierro. La diferencia de potencial entre la capa pasiva y el metal activo en un acero austenítico es +0.78 V.
Los cloruros ácidos son los mas reactivos, formando (CrCl3) soluble. Se forma una cavidad en la superficie
donde el hierro se combina con este compuesto para formar Cloruro Férrico, (FeCl3), una sustancia
altamente corrosiva para el acero inoxidable.
El Mo y el N, son elementos que reducen el ataque de los cloruros. Para cuantificar los efectos, se
desarrolló una ecuación llamada Pitting Resistance Equivalent Number, o N° PREN, donde a mayor valor,
mayor resistencia al picado.
PREN = %Cr + 3,3 %Mo + 16 %N
El picado es influenciado por 3 factores:
o
o
o
Contenido de Cloruros
PH
Temperatura
A mayor temperatura y contenido de Cloruros, mayor reactividad. A menor PH, mayor reactividad.
El picado avanza rápidamente una vez que se inicia.
Tipos de corrosión
CORROSIÓN INTERSTICIAL (CREVICE)
Es otra forma de corrosión galvánica, la cual ocurre cuando el metal base está contacto con un fluido
conductor estancado en un intersticio o espacio confinado muy pequeño.
La diferencia de concentración del oxigeno en este punto sumado al contacto con no-metales, fomenta aun
mas la reacción.
Usualmente es la primera forma de corrosión en ocurrir y es predecible cuándo y en que lugar debido a la
geometría necesaria. Como el picado, la presencia de cloruros aumenta la tasa de avance. Los factores
que modifican la severidad son:
o
o
o
o
Temperatura
Contenido de aleantes
Concentración de Cloruros
Espacio o luz del intersticio
Se define el "critical crevice corrosion temperature“(CCCT) bajo la cual no se produce el efecto.
A mayor temperatura, mayor reactividad, ídem concentración de cloruros.
A menor luz entre piezas, mayor reactividad.
La mejor solución a este fenómeno es evitar al máximo la geometria que lo produce o seleccionar
aleaciones mas resistentes.
Tipos de corrosión
CORROSIÓN INTERGRANULAR
Los bordes de grano de una micro estructura son puntos de alta concentración de energía, por ende, las
reacciones químicas y metalúrgicas usualmente se inician primero en estos puntos.
En inoxidables, la reacción mas común es la formación de Cr3C2 por temperatura en los bordes de grano,
llamado sensibilización. Este compuesto se forma a expensas del Cr disponible en solución por ende las
regiones adyacentes pierden Cr y su % disminuye, creándose una aleación diferente al metal base.
Esto genera una diferencia de potencial entre el metal base y el borde de grano con la consecuente
corrosión galvanica, actuando los bordes de grano como ánodos.
Los carburos se forman al soldar, al hacer T.T. y al calentar para conformar en caliente. Los inoxidables
austeníticos son los mas susceptibles a este tipo de corrosión.
Para evitarlo se utilizan distintos enfoques:
Austeníticos versión bajo carbono para soldar (Grados L).
Aleaciones estabilizadas con Ti, Ta y Nb para uso por encima de 427 hasta 900°C por largos períodos.
Factores que influyen en formación de carburos:
o
o
o
Temperatura (425°C-800°C
% de Carbono
Tiempo
Tipos de corrosión
CORROSIÓN POR TENSIÓN (SCC)
Es una de las formas mas comunes, peligrosas y complejas de corrosión.
Los Inoxidables que contienen Ni son especialmente susceptibles al SCC inducida por cloruros.
La susceptibilidad se da con 5 a 35% Ni y la máxima entre 7 a 20%. Por eso todos los Austeníticos son
corroídos por este mecanismo, mientras que los Ferríticos son en gran parte inmunes.
Se necesitan 3 factores:
o
Contenido de Niquel
o
Tensión de tracción.
o
Temperatura
Con solo una pocas ppm de cloruros con bajo PH, en presencia de oxigeno y por encima del umbral de
temperatura, el SCC se iniciará.
Las fisuras generadas son intra granulares y muestran un aspecto plumoso.
Tipos de corrosión
FISURACION INDUCIDA POR HIDRÓGENO (HIC)
Este gas penetra en la estructura causando fisuración, ampollas, porosidad y pérdida de ductilidad.
La difusión del H dentro de la estructura es posible gracias a su pequeño diámetro atómico, lo que
posibilita que los átomos se alojen dentro de la estructura cristalina, para luego recombinarse en moléculas
de H2, generando presiones extremas que rompen el material y generan fisuras trans granulares..
Los inoxidables ferríticos son particularmente susceptibles a temperatura ambiente, mientras que los
Austeníticos se consideran inmunes a este fenómeno por la alta plasticidad de la austenita.
Se necesitan 4 factores:
o
Concentración crítica de Hidrógeno
o
Tensiones de tracción.
o
Microestructura susceptible
o
Temperatura entre -100 y 200°C
Por debajo de -100°C no hay difusión suficiente y por encima de 200°C no existe hidrógeno molecular.
Se elimina con un T.T. de deshidrogenado a 250°C, ya que por encima de esa temperatura ,el H se
combina con el C formando Metano y generando descarburación y perdida de resistencia. A su vez, a
mayor temperatura la solubilidad del H en el Fe es mayor.
Se reduce el efecto, limitando la dureza de la estructura en general hasta 22 HRc.
Tipos de corrosión
RESUMEN
Galvánica: Por diferencia de electrovalencia entre aleaciones a través de un medio conductor.
Picado: Por presencia de cloruros en PH ácido..
Intersticial: Fluido estancado, presencia de oxigeno y cloruros en un espacio confinado muy pequeño..
Intergranular: Formación de Cr3C2 por exposición a temperaturas entre 425-800°C
Bajo tensión: Por contenido de 5% a 35% de Ni, tensiones de tracción y superar umbral de temperatura.
Fisuración por hidrógeno: Por presencia de hidrógeno en estructura cristalina entre -100 y 200°C.
Escamado: Oxidación por exposición a gases oxidantes a temperaturas mayores a 800°C.
Criterios de selección
CORROSIÓN
Elegir el acero inoxidable adecuado es esencialmente sopesar 4 factores en orden de importancia:
Los ambientes corrosivos se definen con múltiples parámetros: compuestos químicos, concentración,
temperatura, velocidad, tiempo. De manera que es complejo definir en forma perfecta el servicio y por ende
el material.
Sin embargo hay criterios generales:
Tipo 304. Sirve al mas amplio rango de aplicaciones. Soporta fluidos orgánicos e inorgánicos salvo a
elevadas temperaturas, presencia de cloruros o ácidos concentrados.
Tipo 316 Mas resistente a la corrosión general y a cloruros.
Tipo 317, Especialmente resistente a cloruros, picado y corrosión intersticial.
Criterios de selección
PASOS A SEGUIR
Elegir el acero inoxidable adecuado es esencialmente sopesar 4 factores en orden de importancia:
1. Corrosión o Resistencia al calor.
Identificar las condiciones de P y T del ambiente y la reactividad de los fluidos involucrados para
determinar cuál es el requerimiento mas importante
2. Propiedades mecánicas
Considerar la resistencia mecánica que se necesita y a qué temperatura. Determinar la mejor
combinación entre Resistencia a la corrosión y resistencia mecánica.
3. Métodos de fabricación-Obtención
Analizar los procesos de manufactura necesarios para conformar la pieza, ya que éstos afectarán la
decisión de la aleación a elegir.
4. Costo Total.
Se deben analizar los costos completos, incluyendo el ciclo de vida y costo de reposición.
¡MUCHAS GRACIAS!
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