Acero inoxidable: Propiedades y composiciones de los aceros inoxidables

Introducción:

Los aceros inoxidables son aleaciones de hierro y cromo con un mínimo de 11,5% de cromo.

El agregado de otros elementos a la aleación permite formar un amplio conjunto de materiales, conocidos como la familia de los aceros inoxidables. Entre los elementos de aleación, dos se destacan: el cromo, elemento presente en todos los aceros inoxidables por su papel en la resistencia a la corrosión y el níquel por la memoria en las propiedades mecánicas.

La resistencia a la corrosión es debida a la capacidad del acero inoxidable de formar en su superficie una firme e invisible película protectora (pasivado), que le protege de los ataques del medio. Para que se forme esta película es preciso la existencia del cromo, como elemento de aleación, en proporción generalmente no inferior al 11,5% y la presencia del oxígeno, como agente oxidante, en contacto directo con la superficie.

Historia:

A principios de los años veinte, en la industria se inició la aplicación de temperaturas de proceso, presiones, reactivos y otras condiciones que estaban más allá de las características de los materiales existentes en esos días. Un ejemplo pertinente lo es el de la industria petrolera. En los veinte, los procesos para la refinación del petróleo se desarrollaron rápidamente. Se encontró que los tubos ordinarios de acero al carbono utilizados en los intercambiadores de calor se corroían aceleradamente, en forma particular cerca de los extremos; debido a esto, se consumían grandes cantidades de tubos. Una de las primeras aplicaciones del acero inoxidable fue la sustitución de estas secciones de tubos por una aleación al cromo, conocida actualmente como tipo 429.

Sin embargo, los primeros trabajos realizados para la fabricación de los hierros y aceros inoxidables datan del siglo XIX. Ya en aquellos días se sabía que el hierro aleado con ciertos metales, como el cobre y el níquel resistía mejor a la oxidación que el hierro ordinario. En 1865 ya se hacían, aunque en cantidades muy limitadas, aceros con 25 y 35% de níquel que resistían muy bien la acción de la humedad del aire y, en general, del medio ambiente; pero se trataba de fabricaciones en muy pequeña escala que nunca se continuaron. En esa época no se llegó a estudiar ni a conocer bien esta clase de aceros. En 1872 Woods y Clark fabricaron aceros con 5% de cromo que tenían también mayor resistencia a la corrosión que los hierros ordinarios de esa época. Posteriormente en 1892 Hadfield, en Sheffield, estudió las propiedades de ciertos aceros aleados con cromo y dio a conocer en sus escritos que el cromo mejoraba sensiblemente la resistencia a la corrosión. En 1904-1910, Guillet y Portevin, en Francia, realizaron numerosos estudios sobre aceros aleados con cromo y níquel, determinando microestructuras y tratamientos de muchos de ellos. Llegaron a fabricar aceros muy similares a los típicos aceros inoxidables que se usan en la actualidad, pero hasta entonces nunca le dieron especial atención a la inoxidabilidad.

El desarrollo original de lo que son actualmente los aceros inoxidables aconteció en los albores de la primera guerra mundial. En forma independiente y casi simultánea, en Inglaterra y en Alemania se descubrieron los aceros inoxidables tal como los conocemos ahora. El metalurgista inglés Harry Brearly investigando cómo mejorar una aleación para proteger los cilindros de los cañones, encontró que agregando cromo a los aceros de bajo carbono, obtenía aceros resistentes a las manchas (stainless) o resistentes a la oxidación. Los doctores Strauss y Maurer, de Alemania, en 1912 patentaron dos grupos de aceros inoxidables al cromo-níquel de bajo contenido de carbono; uno de éstos, con la denominación 18-8, ha sido utilizado desde entonces en numerosas aplicaciones.

Las propiedades y composiciones de los aceros inoxidables se mantuvieron en secreto por los países beligerantes mientras duró la primera guerra mundial. Posteriormente, a partir de las pocas aleaciones experimentadas en 1920. y de un limitado número de grados comercialmente disponibles en 1930, la familia de los aceros inoxidables ha crecido en forma impresionante. En la actualidad se cuenta con un gran número de tipos y grados de acero inoxidable en diversas presentaciones, y con una gran variedad de acabados, dimensiones, tratamientos, etc.

Dentro de la siderurgia, la historia de los aceros inoxidables es bastante corta, de hecho están en la etapa de introducción. En esta etapa, los nuevos materiales deben vencer la resistencia de los patrones de compra existentes. En teoría, sólo unos pocos, los innovadores, los compran y utilizan.

En los próximos años seguramente ocurrirán dos fenómenos, por un lado se descubrirán nuevos tipos de aceros inoxidables y resistentes al calor y, por el otro, se encontrarán muchas nuevas aplicaciones de los mismos.

Resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables:

Todos los aceros inoxidables contienen el cromo suficiente para darles sus características de inoxidables. Muchas aleaciones inoxidables contienen además níquel para reforzar aun más su resistencia a la corrosión. Estas aleaciones son añadidas al acero en estado de fusión para hacerlo "inoxidable en toda su masa". Por este motivo, los aceros inoxidables no necesitan ser ni chapeados, ni pintados, ni de ningún otro tratamiento superficial para mejorar su resistencia a la corrosión. En el acero inoxidable no hay nada que se pueda pelar, ni desgastar, ni saltar y desprenderse.

EI acero ordinario, cuando queda expuesto a los elementos, se oxida y se forma óxido de hierro pulverulento en su superficie. Si no se combate, la oxidación sigue adelante hasta que el acero esté completamente corroído.

También los aceros inoxidables se oxidan, pero en vez de óxido común, lo que se forma en la superficie es una tenue película de óxido de cromo muy densa que constituye una coraza contra los ataques de la corrosión. Si se elimina esta película de óxido de cromo que recubre los aceros inoxidables, se vuelve a formar inmediatamente al combinarse el cromo con el oxígeno de la atmósfera ambiente.

El empleo de acero inoxidable estará bajo la dependencia de las características oxidantes del ambiente. Si imperan condiciones fuertemente oxidantes, los aceros inoxidables resultan superiores a los metales y aleaciones más nobles. Sin embargo, en la misma familia de los aceros inoxidables la resistencia a la corrosión varía considerablemente de un tipo al otro. En el grupo al cromo níquel, los tipos 301 y 302 son menos resistentes a la corrosión que los tipos 310 y 316. En el grupo más sencillo al cromo, los tipos 405 y 410 son menos resistentes a la corrosión que los tipos 430 y 442.

La utilización de los aceros al cromo (Serie 400) para fines industriales se debe principalmente a las condiciones de resistencia a la oxidación. Un acero al cromo con el 12 % desarrollará una película de óxido superficial al cabo de varias semanas de exposición a una atmósfera industrial. La película, una vez formada, actúa como barrera contra la corrosión más pronunciada, pero si se ha de tener en cuenta la apariencia del metal, el tipo 410 y el tipo 405 pueden resultar objetables. El tipo 430, con el 17% de cromo, necesita varios meses hasta que se forma la película superficial de óxido, mientras que el tipo 442, con más del 20 % de cromo, se vuelve pasivo en la atmósfera sin que se desarrolle una película de óxido visible. Otro procedimiento para evitar que en condiciones semejantes se forme óxido, consiste en añadir más del 7 % de níquel a una aleación con el 17 % o más de cromo, como son los tipos 301, 302 y 304. En atmósferas que contengan aire salino o humos procedentes de fábricas de productos químicos, la adición de molibdeno aumenta la resistencia a la corrosión, como es el caso con el tipo 316.

Si se revisan brevemente los recientes desarrollos experimentados por los adornos y piezas inoxidables que se emplean en los automóviles, lo que acabamos de decir quedará ilustrado más claramente, Los fabricantes norteamericanos de automóviles han utilizado el tipo 430 para las molduras y adornos de la carrocería y el tipo 301 para los taparuedas y embellecedores que son difíciles de conformar. Sin embargo, al aumentar más cada año el uso de sales corrosivas y de abrasivos para acelerar el deshielo de calles y carreteras durante el invierno, también los fracasos del tipo 430 se han incrementado. En cambio, el tipo 301 para los embellecedores ha resistido con buen éxito a los ataques de la corrosión.

Los fabricantes de acero han adoptado el procedimiento de "recocido brillante" para mejorar la resistencia a la corrosión del tipo 430. Este procedimiento evita que el cromo emigre de la superficie. También ha sido desarrollado el tipo 434, con el 17% de cromo y el 1 % de molibdeno para obtener una mayor resistencia a las sales corrosivas empleadas para deshelar las rutas y, al mismo tiempo, para cumplir los requisitos de una fabricación más complicada para muchas piezas de carrocería.

El recocido brillante también ha hecho que se extienda más el uso del tipo 301 para las piezas de carrocería curvadas por medio de cilindros. Cuando los aceros "recocido brillante" son del tipo 301, pueden adquirir un acabado especular con el mismo procedimiento de bruñido del color que los tipos 430 y 434; se podrá utilizar el tipo 301 para las piezas de

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