APLICACIONES DE LOS ACEROS INOXIDABLESIng. Eusebio Dionicio PadillaResumenLa razn principal para la existencia del acero inoxidable es su resistencia a la corrosin.El cromo es el principal elemento aleante y el acero inoxidable debe contener por lo menos 11% . El Cromo es un elemento reactivo, pero las aleaciones que contienen Cromo se pasivan, exhibiendo una excelente resistencia a muchos ambientes.Se dispone de un gran nmero de aleaciones resistentes a la corrosin, con propiedades mecnicas definidas, variando el costo en forma considerable. En nuestro medio, a pesar que la demanda de estos materiales ha aumentado significativamente, la industria nacional sigue cubriendo casi el 90% de sus necesidades de aceros inoxidables con apenas dos o tres tipos de estas aleaciones, siendo los ms representativos las aleaciones AISI 304 y AISI 316.IntroduccinLas propiedades de los aceros inoxidables son influenciados significativamente por su composicin qumica, la que a su vez determina las caractersticas microestructurales de estas aleaciones. En la actualidad, los aceros inoxidables se pueden clasificar en forma general en cuatro grandes familias:- Los aceros inoxidables ferrticos.-Los aceros inoxidables austenticos.-Los aceros inoxidables martensticos-Los aceros inoxidables austenoferrticos (dplex)Adems de estos, existen otros nuevos tipos de aceros inoxidables como los aceros inoxidables endurecibles ferrtico-martensticos.- Aceros inoxidables ferrticosEste tipo de aleaciones tienen contenidos de Cr entre 12 y 29% y muy bajos contenidos de Ni ( 26% y Mo > 3% y se les denomina aceros inoxidables super-ferrticos.- Aceros inoxidables austenticosEste es el grupo ms popular de la familia de aceros inoxidables. Son aleaciones no magnticas endurecibles por conformado en fro (en cuyo caso es posible que se vuelvan ligeramente magnticas) pero no por tratamiento trmico.Su microestructura est constituida fundamentalmente por granos de austenita.La presencia de Ni en estos aceros permite estabilizar la fase austentica, pues de otro modo la adicin nica de Cr producira una microestructura ferrtica a temperatura ambiente.Los aceros inoxidables austenticos tienen una excelente resistencia a la corrosin, muy buena conformalidad y en trminos generales son fcilmente soldables (mejor que los ferrticos).El acero inoxidable del tipo AISI 304 (19% Cr 10% Ni) es el ms representativo de este grupo de aleaciones. Posee una buena resistencia a la corrosin atmosfrica y se lo emplea en forma significativa en la industria qumica, alimentaria y mdica.Cuando las condiciones de servicio exigen una mayor resistencia a la corrosin por picaduras se emplea el acero inoxidable del tipo AISI 316 ( (17% Cr 12% Ni 2% Mo) que es empleado mayormente en procesos industriales como la elaboracin del papel y en la industria alimentaria.El proceso AOD permiti obtener aceros inoxidables con contenidos de S inferiores incluso a 0,001%. Esto permiti reducir los problemas de fragilidad en caliente y se dio inicio al desarrollo de aceros inoxidables cada vez ms aleados.De esta manera, vieron la luz nuevos tipos de aleaciones ms resistentes como el grado AISI 317 (18% Cr 13% Ni 3,5% Mo) y los aceros inoxidables super-austenticos con adiciones mayores de Mo y N.En este ltimo grupo destacan las aleaciones del tipo 20% Cr 18% Ni 6% Mo 0,2% N (avestaTM654 SMO) y la aleacin producida comercialmente en 1992, del tipo 24% Cr 22% Ni-7.3% Mo 3% Mn 0,5% N (avesta TM 654 SMO), considerada como uno de los aceros inoxidables austenticos comerciales de mayor aleacin fabricado hasta la fecha, capaz de competir en resistencia a la corrosin con la mayora de las super aleaciones de base Nquel.Estas nuevas aleaciones son empleadas en procesos qumicos donde hay presencia de medios muy agresivos (elevadas concentraciones de cloruros y altas temperaturas de operacin). Aplicaciones tpicas son las plantas de procesado de la pulpa de papel, sistemas de conduccin de agua de mar, construccin de elementos estructurales de plataformas offshore, etc. La Tabla 1 muestraalgunos tipos de aceros inoxidables austenticos con sus composiciones qumicas nominales.-Los aceros inoxidables martensticosSon aleaciones que tienen una estructura austentica a elevadas temperaturas y que puede ser transformada a martensita despus de un tratamiento trmico de temple, elevando su dureza y resistencia al desgaste. El contenido de carbono de estas aleaciones vara en un amplio rango (entre 0.15% y 1% C), mientras que el contenido de Cr suele oscilar entre el 12% y 18%.Los aceros inoxidables de bajo contenido de carbono (0.15% C) estn asociados a un menor contenido de Cr en el acero, debido a que ste tiende a estabilizar la ferrita a elevadas temperaturas, lo que impide al acero sufrir la transformacin martenstica despus del temple.Todos los aceros inoxidables martensticos pueden ser templados y revenidos y la dureza alcanzada depender del contenido de carbono de la aleacin. En aceros de bajo carbono la dureza mxima es de 45 HRC y en los aceros de alto contenido de carbono la dureza puedealcanzar valores prximos a 60 HRC.Al igual que los aceros al carbono, estas aleaciones son susceptibles a la fragilidad de revenido cuando son tratados trmicamente despus del temple en el rango de 450 a 540 C.La Tabla 1 muestra la composicin qumica de algunos de los aceros inoxidables de mayor empleo en la industria. Dentro de este grupo el acero inoxidable ms representativo es el tipo AISI 410 (12% Cr- 0,15% C 1,0% Mn) que junto al acero AISI 431 puede ser empleado en la fabricacin de pernos, ejes de bombas, vlvulas, alabes de turbinas a gas y vapor.Aceros inoxidables martensticos de alto contenido de carbono (>0,2% C) son empleados como acero para cuchillera (tipos AISI 420 y AISI 440). La resistencia a la corrosin de este tipo de aceros inoxidables est asociado a su contenido de Cr y a su microestructura.Las aleaciones de mayor contenido de C exhiben una menor resistencia a la corrosin en condicin de temple y revenido, debido a la mayor susceptibilidad a la precipitacin de carburos de cromo que presentan estos materiales. En trminos generales se pueden decir que los aceros inoxidables martensticos presentan una menor resistencia a la corrosin que las dems familias de aceros inoxidable, pero tienen una resistencia mecnica elevada.Algunas aleaciones pueden ser tratadas trmicamente para alcanzar valores de resistencia superiores a 1400 Mpa (2000,000 psi).En la Tabla 1 se muestran las composiciones qumicas de los aceros inoxidables martensticos ms representativos.-Aceros Inoxidables DplexEstos aceros inoxidables, prcticamente desconocidos en nuestro medio, no son precisamente nuevas aleaciones, pues fueron producidas por primera vez hace ya ms de 60 aos. Sin embargo, los primeros aceros inoxidables dplex presentaron una serie de inconvenientes, como una elevada susceptibilidad a la precipitacin de fases secundarias (como la fase sigma), baja tenacidad, baja resistencia a la corrosin y poca soldabilidad.El empleo del N como elemento de aleacin revolucion el desarrollo de estas aleaciones y permiti la aparicin de la segunda generacin de aceros inoxidables dplex en la dcada de los 80, del cual es ms representativo es sin lugar a dudas el acero inoxidable del tipo 22% Cr-5% Ni. Estas aleaciones son muy resistentes a la CBT y a la corrosin por picaduras inducida por cloruros.Como su nombre lo indica, los aceros inoxidables dplex estn constituidos microestructuralmente por dos fases: ferrita y austenita.Estos materiales tienen la ventaja adicional de tener una elevada resistencia mecnica alcanzando valores de limite elstico entre 700-900 Mpa (el doble de lmite elstico que los aceros inoxidables austenticos) lo que puede representar en muchos casos un ahorro significativo en costos de material.Un ejemplo de ello es la aplicacin de estos materiales en la fabricacin de tanques de almacenamiento para buques de carga, donde el acero inoxidable dplex 2205 ha mostrado tener una resistencia superior al acero inoxidable austentico 317 LN y ha permitido un ahorro significativo en peso de la estructura.Otro campo de aplicacin importante es la industria alimentaria donde los aceros inoxidablesdplex del tipo 2304 y 2205 pueden reemplazar ventajosamente a los aceros inoxidables del tipo 304L y 316L, reduciendo el riesgo de CBT y de contaminacin del proceso productivo.TABLA 1 : Distintos tipos de aceros inoxidablesAISIUNS%C%Mn%Si%Cr%Ni%P%SOtrosACEROS INOXIDABLES FERRTICOS405S405000,081113--0,040,030,2 Al430S430000,121117--0,040,03--434S430000,121,25117--0,040,031,0 Mn446S446000,21,5125--0,040,030,25 N18SR0,0040,3118------2,0 Al,0,4 TiAl29-42S448000,010,30,2292,20,0250,023,8 MoACEROS INOXIDABLES AUSTENTICOS303S303000,15211890,2>0,150,06Mo304S304000,0821199,20,0450,03--316S316000,082117120,0450,032,0Mo317S317000,082119130,0450,033,5Mo321S321000,082119140,0450,03Ti=5xC min347S347000,082118110,0450,03Cb+Ta=10xC min20Mo60,0310,824350,030,035,7Mo,3Cu254SmoS312540,0310,820180,030,016,2Mo9,7Cu0,2NACEROS INOXIDABLES MARTENSTICOS403S403000,1510,512,20,040,03410S410000,151112,20,040,03416S416000,151,25113--0,040,030,6Mo431S431000,211161,90,040,03-440AS440020,671117--0,040,030,75Mo416PLUSS416100,151113--0,06>0,150,6MoEL desarrollo de los aceros inoxidables dplex ha dado origen a nuevas aleaciones ms resistentes como mayores contenidos de Cr, Mo y N. Esta nueva generacin corresponde a los aceros inoxidables super-dplex (25% Cr 7% Ni 4%Mo 0.25% N) cuya resistencia a la corrosin por picadura suele ser equivalente a la de los aceros inoxidables super-austenticos. En la Tabla 2 se presentan algunos aceros inoxidables duplex de mayor difusin en el mercado.- Aceros inoxidables endurecidos por precipitacinSon aceros inoxidables del Cr Ni que contienen adicionalmente otros elementos de aleacin como el Cu y Al que favorecen la precipitacin de fases secundarias y elevan significativamente la dureza y resistencia mecnica del material cuando es sometido a un tratamiento trmico de envejecimiento. Estosmateriales ofrecen una alternativa para obtener una buena resistencia mecnica por medio de una tratamiento trmico a menor temperatura que puede ser aplicado incluso despus de la fabricacin de la pieza o elemento mecnico.Las propiedades mecnicas (resistencia y dureza) que se pueden alcanzar con estas aleaciones son superiores inclusive a las obtenidas por los aceros inoxidables martensticos (aprox. 1480 Mpa). Asimismo, debido a que el contenido de Cr es mayor que en estos ltimos la resistencia a la corrosin resulta tambin ser superior.Los aceros inoxidables endurecibles por precipitacin pueden ser del tipo martenstico, semi-austenticos y austenticos.La Tabla 3 presenta algunos tipos de aceros inoxidables endurecibles por precipitacin.Tablas 2: Distintos tipos de aceros inoxidables dplexUNSNOMBRE COMERCIAL%Cr%Nil%Mo%NOtrosS32304SAF 2304 SR 35N2340,20,1S32404UR 50VEW A9032118,5752,52,70,070,071,5 Cu1,5 SiS31803UR 45NSAF 2205225,330,16S31260DP-3256,530,160,5 Cu0,3 WS32550UR 52 N256,530,181,6 CuS32200VEW A905263,72,30,346 MnS32760ZERON1002573,60,250,7 Cu0,7 wS32550UR 52N+2563,80,261,5 CuTabla 3: Distintos tipos de aceros inoxidables endurecidos por precipitacinAISINOMBRE COMERCIAL%C%Cr%NiOtrosMARTENSTICOS635StainlessW0,0716,56,80,5 mN/0,5 Si/0,4 Al/0,8Ti63017 - 4 PH0,0416,04,00,25 Mn/0,6Si/3,2 Cu/0,25 (Cb+Ta)----15 - 5 PH0,0715,04,04,0 Cu/0,35(Cb+Ta)SEMIAUSTENTICOS63117 - 7 PH0,0717,07,00,6 Mn/1,15 Al632PH 15 - 7Mo0,0715,07,02,20 Mo/1,15AI633AM - 3500,1016,54,32,75 Mo/0,10N600A2860,0815261,3Mo/0,3V/2,0Ti/0,35Al/0,003B/0,4Si----17 - 10 P0,1217,010,00,75 Mn/0,6Si/0,25 P----17 - 14CuMo0,1216,014,03,0Cu/2,5Mo/0,5Cb0,25Ti/0,50Si/0,75Mn