Usos de los aceros inoxidables - Aplicaciones

La fuerza y ​​la resistencia a la corrosión del acero inoxidable a menudo lo convierten en el material de elección en equipos de transporte y procesamiento, piezas de motores y armas de fuego. La mayoría de las aplicaciones estructurales se producen en las industrias química y de ingeniería energética, que representan más de la tercera parte del mercado de productos de acero inoxidable. La amplia variedad de aplicaciones incluye recipientes de reactores nucleares, intercambiadores de calor. El cuerpo de la vasija del reactor está construido de acero al carbono de baja aleación de alta calidad, pero todas las superficies que entran en contacto con el refrigerante del reactor (altamente corrosivo debido a la presencia de ácido bórico) están revestidas con un mínimo de aproximadamente 3 a 10 mm de acero inoxidable austenítico para minimizar la corrosión.

El acero inoxidable se puede enrollar en láminas, placas, barras, alambres y tubos. Los aceros inoxidables no necesitan ser pintados ni revestidos, lo que los hace adecuados para su uso en aplicaciones donde se requiere limpieza: en utensilios de cocina, cubiertos e instrumental quirúrgico.

Tipos de aceros inoxidables

El acero inoxidable es un término genérico para una gran familia de aleaciones resistentes a la corrosión que contienen al menos un 10,5% de cromo y pueden contener otros elementos de aleación. Existen numerosos grados de acero inoxidable con diferentes contenidos de cromo y molibdeno y con una estructura cristalográfica variable para adaptarse al medio ambiente que debe soportar la aleación. Los aceros inoxidables se pueden dividir en cinco categorías:

• Aceros inoxidables ferríticos:

En los aceros inoxidables ferríticos, el carbono se mantiene en niveles bajos y el contenido de cromo puede oscilar entre el 10,50 y el 30,00%. Se denominan aleaciones ferríticas porque contienen principalmente microestructuras ferríticas a todas las temperaturas y no pueden endurecerse mediante tratamiento térmico y enfriamiento. Están clasificados con designaciones de la serie AISI 400. Si bien algunos grados ferríticos contienen molibdeno (hasta un 4,00%), solo el cromo está presente como principal elemento de aleación metálica. Por lo general, su uso está limitado a secciones relativamente delgadas debido a la falta de tenacidad en las soldaduras. Además, tienen una resistencia a altas temperaturas relativamente pobre. Los aceros ferríticos se eligen por su resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión, lo que los convierte en una alternativa atractiva a los aceros inoxidables austeníticos en aplicaciones donde prevalece el SCC inducido por cloruros.

• Aceros inoxidables austeníticos:

Los aceros inoxidables austeníticos contienen entre 16 y 25% de Cr y también pueden contener nitrógeno en solución, los cuales contribuyen a su relativamente alta resistencia a la corrosión. Están clasificados con designaciones de serie AISI 200 o 300; los grados de la serie 300 son aleaciones de cromo-níquel, y los de la serie 200 representan un conjunto de composiciones en las que el manganeso y / o el nitrógeno reemplazan parte del níquel. Los aceros inoxidables austeníticos tienen la mejor resistencia a la corrosión de todos los aceros inoxidables y tienen excelentes propiedades criogénicas y buena resistencia a altas temperaturas. Poseen una microestructura cúbica centrada en la cara (fcc) que no es magnética y se pueden soldar fácilmente. Esta estructura cristalina de austenita se logra mediante adiciones suficientes de los elementos estabilizadores de austenita níquel, manganeso y nitrógeno. El acero inoxidable austenítico es la familia más grande de aceros inoxidables y representa aproximadamente dos tercios de toda la producción de acero inoxidable. Su límite elástico es bajo (200 a 300 MPa), lo que limita su uso para componentes estructurales y de soporte de carga. No pueden endurecerse mediante tratamiento térmico, pero tienen la útil propiedad de poder endurecerse con el trabajo a niveles de alta resistencia al tiempo que conservan un nivel útil de ductilidad y tenacidad. Los aceros inoxidables dúplex tienden a preferirse en tales situaciones debido a su alta resistencia y resistencia a la corrosión. No pueden endurecerse mediante tratamiento térmico, pero tienen la útil propiedad de poder endurecerse con el trabajo a niveles de alta resistencia al tiempo que conservan un nivel útil de ductilidad y tenacidad. Los aceros inoxidables dúplex tienden a preferirse en tales situaciones debido a su alta resistencia y resistencia a la corrosión. No pueden endurecerse mediante tratamiento térmico, pero tienen la útil propiedad de poder endurecerse con el trabajo a niveles de alta resistencia al tiempo que conservan un nivel útil de ductilidad y tenacidad. Los aceros inoxidables dúplex tienden a preferirse en tales situaciones debido a su alta resistencia y resistencia a la corrosión.

• Aceros inoxidables martensíticos:

Los aceros inoxidables martensíticos son similares a los aceros ferríticos en que se basan en cromo, pero tienen niveles de carbono más altos hasta el 1%. A veces se clasifican como aceros inoxidables martensíticos con bajo contenido de carbono y alto contenido de carbono. Contienen de 12 a 14% de cromo, de 0,2 a 1% de molibdeno y ninguna cantidad significativa de níquel. Cantidades más altas de carbono permiten que se endurezcan y revengan de forma muy similar a como ocurre con los aceros al carbono y de baja aleación. Tienen una resistencia a la corrosión moderada, pero se consideran duros, fuertes y ligeramente quebradizos. Son magnéticos y pueden probarse de forma no destructiva mediante el método de inspección por partículas magnéticas, a diferencia del acero inoxidable austenítico. Un acero inoxidable martensítico común es el AISI 440C, que contiene del 16 al 18% de cromo y del 0,95 al 1,2% de carbono. El acero inoxidable de grado 440C se utiliza en las siguientes aplicaciones: bloques patrón, cubiertos, rodamientos de bolas y pistas, moldes y matrices, cuchillos. Como se escribió, los aceros inoxidables martensíticos se pueden endurecer y templar a través de múltiples formas de envejecimiento / tratamiento térmico: Los mecanismos metalúrgicos responsables de las transformaciones martensíticas que tienen lugar en estas aleaciones inoxidables durante la austenización y el temple son esencialmente los mismos que se utilizan para Endurecer los aceros aleados y al carbono con un contenido inferior de aleación. El tratamiento térmico generalmente consta de tres pasos: Los mecanismos metalúrgicos responsables de las transformaciones martensíticas que tienen lugar en estas aleaciones inoxidables durante la austenización y el temple son esencialmente los mismos que se utilizan para endurecer aceros aleados y al carbono con menor contenido de aleaciones. El tratamiento térmico generalmente consta de tres pasos: Los mecanismos metalúrgicos responsables de las transformaciones martensíticas que tienen lugar en estas aleaciones inoxidables durante la austenización y el temple son esencialmente los mismos que se utilizan para endurecer aceros aleados y al carbono con menor contenido de aleaciones

• Aceros inoxidables dúplex:

Los aceros inoxidables dúplex, como su nombre indica, son una combinación de dos de los principales tipos de aleaciones. Tienen una microestructura mixta de austenita y ferrita, el objetivo suele ser producir una mezcla 50/50, aunque en las aleaciones comerciales la proporción puede ser 40/60. Su resistencia a la corrosión es similar a la de sus homólogos austeníticos, pero su resistencia a la corrosión bajo tensión (especialmente al agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruro), resistencia a la tracción y límites elásticos (aproximadamente el doble del límite elástico de los aceros inoxidables austeníticos) son generalmente superiores a los de los aceros inoxidables austeníticos. Los grados. En los aceros inoxidables dúplex, el carbono se mantiene a niveles muy bajos. El contenido de cromo varía de 21,00 a 26,00%, el contenido de níquel varía de 3,50 a 8,00% y estas aleaciones pueden contener molibdeno (hasta 4,50%). La tenacidad y la ductilidad generalmente se encuentran entre las de los grados austenítico y ferrítico. Los grados dúplex generalmente se dividen en tres subgrupos según su resistencia a la corrosión: dúplex magro, dúplex estándar y superdúplex.Los aceros superdúplex tienen mayor fuerza y ​​resistencia a todas las formas de corrosión en comparación con los aceros austeníticos estándar. Los usos comunes son en aplicaciones marinas, plantas petroquímicas, plantas desalinizadoras, intercambiadores de calor e industria de fabricación de papel. En la actualidad, la industria del petróleo y el gas es el mayor usuario y ha impulsado grados más resistentes a la corrosión, lo que ha llevado al desarrollo de aceros superdúplex.

• Aceros inoxidables PH:

Los aceros inoxidables PH (endurecimiento por precipitación) contienen alrededor de un 17% de cromo y un 4% de níquel. Estos aceros pueden desarrollar una resistencia muy alta mediante la adición de aluminio, titanio, niobio, vanadio y / o nitrógeno, que forman precipitados intermetálicos coherentes durante un proceso de tratamiento térmico denominado envejecimiento por calor. A medida que los precipitados coherentes se forman en toda la microestructura, tensan la red cristalina e impiden el movimiento de dislocaciones o defectos en la red cristalina. Dado que las dislocaciones son a menudo los portadores dominantes de plasticidad, esto sirve para endurecer el material. Por ejemplo, el acero inoxidable 17-4 PH endurecido por precipitación (AISI 630) tiene una microestructura inicial de austenita o martensita. Los grados austeníticos se convierten en grados martensíticos mediante tratamiento térmico

Agentes de aleación en aceros inoxidables

El hierro puro es demasiado blando para ser utilizado con fines de estructura, pero la adición de pequeñas cantidades de otros elementos (carbono, manganeso o silicio, por ejemplo) aumenta en gran medida su resistencia mecánica. Las aleaciones suelen ser más fuertes que los metales puros, aunque por lo general ofrecen una conductividad térmica y eléctrica reducida. La resistencia es el criterio más importante por el cual se juzgan muchos materiales estructurales. Por lo tanto, las aleaciones se utilizan para la construcción de ingeniería. El efecto sinérgico de los elementos de aleación y el tratamiento térmico produce una enorme variedad de microestructuras y propiedades.

Propiedades de los aceros inoxidables

Las propiedades de los materiales son propiedades intensivas, lo que significa que son independientes de la cantidad de masa y pueden variar de un lugar a otro dentro del sistema en cualquier momento. La base de la ciencia de los materiales consiste en estudiar la estructura de los materiales y relacionarlos con sus propiedades (mecánicas, eléctricas, etc.). Una vez que un científico de materiales conoce esta correlación estructura-propiedad, puede pasar a estudiar el rendimiento relativo de un material en una aplicación determinada. Los principales determinantes de la estructura de un material y, por tanto, de sus propiedades son sus elementos químicos constituyentes y la forma en que se ha procesado hasta su forma final.

Propiedades mecánicas de los aceros inoxidables

Los materiales se eligen con frecuencia para diversas aplicaciones porque tienen combinaciones deseables de características mecánicas. Para aplicaciones estructurales, las propiedades de los materiales son cruciales y los ingenieros deben tenerlas en cuenta

Resistencia de los aceros inoxidables

En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.

Resistencia a la tracción

La resistencia máxima a la tracción del acero inoxidable - tipo 304 es de 515 MPa.

La resistencia máxima a la tracción del acero inoxidable - tipo 304L es de 485 MPa.

Resistencia máxima a la tracción del acero inoxidable ferrítico - el grado 430 es de 480 MPa.

La máxima resistencia a la tracción del acero inoxidable martensítico - el grado 440C es de 760 MPa.

La máxima resistencia a la tracción de los aceros inoxidables dúplex - SAF 2205 es de 620 MPa.

La máxima resistencia a la tracción de los aceros endurecidos por precipitación: el acero inoxidable 17-4PH depende del proceso de tratamiento térmico, pero es de aproximadamente 1000 MPa.

Límite de elasticidad

El límite elástico del acero inoxidable - tipo 304 es 205 MPa.

El límite elástico del acero inoxidable - tipo 304L es de 170 MPa.

Límite elástico del acero inoxidable ferrítico - el grado 430 es 310 MPa.

Límite elástico del acero inoxidable martensítico - Grado 440C es 450 MPa.

Límite elástico de los aceros inoxidables dúplex - SAF 2205 es 440 MPa.

Límite elástico de los aceros endurecidos por precipitación - el acero inoxidable 17-4PH depende del proceso de tratamiento térmico, pero es de aproximadamente 850 MPa.

Propiedades térmicas de los aceros inoxidables

Las propiedades térmicas de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de temperatura y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.

Punto de fusión de aceros inoxidables

El punto de fusión del acero inoxidable - acero tipo 304 es de alrededor de 1450°C.

Punto de fusión del acero inoxidable ferrítico - el acero de grado 430 es de alrededor de 1450°C

Punto de fusión del acero inoxidable martensítico - el acero de grado 440C es de alrededor de 1450°C.

Punto de fusión de los aceros inoxidables dúplex - el acero SAF 2205 es de alrededor de 1450°C

Punto de fusión de los aceros endurecidos por precipitación - el acero inoxidable 17-4PH es de alrededor de 1450°C.

En general, la fusión es un cambio de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El punto de fusión también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.