El acero inoxidable es una aleación a base de hierro que contiene suficiente cromo como para formar una película protectora en su superficie. Según la norma BS EN 10088-1, el umbral habitual para su definición es un contenido de cromo de al menos el 10,51 % en masa. Ese único cambio altera la forma en que la superficie del acero reacciona con el oxígeno y confiere al material su resistencia a la corrosión.
El nombre puede llevar a confusión. Si el grado, el estado de la superficie, el proceso de fabricación o el entorno de uso no son los adecuados, el acero inoxidable puede mancharse, presentar picaduras, agrietarse u oxidarse. Esta guía explica por qué el acero inoxidable resiste la corrosión, cómo lo fabrican las acerías y las fundiciones, cuáles son los principales tipos y qué hay que comprobar antes de especificar un grado.
¿Qué es el acero inoxidable?
El acero inoxidable no es un material con una única composición. Se trata de una familia de aceros resistentes a la corrosión en los que el hierro es la base y el cromo es el elemento característico.
El cromo de la superficie reacciona con el oxígeno para formar una fina película de óxido rica en cromo, denominada «capa pasiva», que aísla la aleación subyacente del entorno. Cuando se raya una superficie limpia, la película suele volver a formarse siempre que haya oxígeno presente.
La resistencia a la corrosión proviene de la propia aleación, no de un recubrimiento aplicado sobre acero común. Esto es importante tras un corte, un mecanizado o un daño en la superficie: un recubrimiento dañado deja al descubierto el metal base sin protección, mientras que el acero inoxidable puede volver a pasivarse cuando las condiciones químicas y ambientales lo permiten.
Esta es la diferencia fundamental entre acero inoxidable y acero al carbono, pero eso no significa que todos los grados sean aptos para el agua de mar, los ácidos, las altas temperaturas o las grietas.
Las especificaciones son más importantes que las etiquetas. La forma del producto, el tratamiento térmico, el acabado superficial, la norma aplicable para productos forjados o fundidos y los resultados de los ensayos requeridos forman parte de una especificación completa del material. En una orden de compra se debe indicar la norma y el grado, en lugar de una descripción comercial como «grado alimentario» o «grado marino».
Composición del acero inoxidable
El hierro es el elemento principal, y el cromo aporta el comportamiento de pasivación que caracteriza a esta familia. Otros elementos determinan la estructura, la resistencia a la corrosión, la resistencia mecánica, la dureza y la respuesta al conformado y al mecanizado, por lo que dos grados de acero inoxidable pueden diferir notablemente entre sí, aunque ambos se clasifiquen como acero inoxidable.
El níquel ayuda a estabilizar la austenita y aporta a muchos grados de acero tenacidad, ductilidad y conformabilidad. El molibdeno mejora la resistencia a la corrosión localizada en muchos entornos que contienen cloruro. El carbono aumenta la resistencia y la dureza, pero debe equilibrarse con la formación de carburos durante el tratamiento térmico. El nitrógeno aumenta la resistencia y ayuda a estabilizar la austenita, mientras que el manganeso, el silicio, el cobre, el titanio y el niobio desempeñan funciones más específicas.
La composición química por sí sola no constituye una especificación completa. El grado, la forma del producto, el tratamiento térmico y el proceso de fabricación determinan las propiedades finales; además, ni el aspecto, ni las pruebas de chispa, ni un imán pueden identificar un grado de forma fiable. Si se necesita una prueba de la composición química, especifique un certificado de ensayo del material.
¿Cómo se fabrica el acero inoxidable?
La producción comienza con chatarra de acero inoxidable, chatarra de acero, ferroaleaciones y otros aditivos de aleación controlados, que normalmente se funden en un horno de arco eléctrico. Los fundidores toman muestras y calculan la carga para poder tener en cuenta los elementos de aleación que ya están presentes en la chatarra y añadir únicamente lo que falta.
A continuación, se refina la masa fundida. La descarburación con argón y oxígeno es un proceso habitual que reduce el contenido de carbono y, al mismo tiempo, limita la pérdida de cromo. A continuación, se lleva a cabo un tratamiento en la cuchara para ajustar la composición, la temperatura y la pureza antes de la colada.
En el caso de los productos forjados, el acero se funde en planchas, palanquillas o lingotes y se lamina en caliente. Las chapas y las bobinas pueden laminarse en frío para lograr un mayor control del espesor, una mayor resistencia por deformación en frío o una superficie más lisa. El recocido restaura una estructura adecuada tras la deformación, y el decapado elimina la cascarilla y la capa subyacente empobrecida en cromo. A continuación pueden realizarse operaciones de enderezado, corte, rectificado, trefilado, pulido o recocido brillante.
Los componentes de acero inoxidable fundidos siguen un proceso diferente. El metal fundido refinado se vierte en un molde en lugar de laminarse en formas de laminado; a continuación, la pieza fundida se somete a un tratamiento térmico, se corta, se mecaniza, se limpia y se inspecciona según sea necesario. Las bombas, los cuerpos de válvulas, los impulsores y otras formas complejas suelen prestarse mejor a la fundición que al mecanizado a partir de barras o chapas.
Los grados de fundición no equivalen automáticamente a sus equivalentes forjados más cercanos.
La soldadura y los trabajos en caliente generan humos que deben controlarse: el cromo presente en el acero inoxidable puede formar compuestos de cromo hexavalente durante la soldadura, por lo que la ventilación, la evaluación de la exposición, la selección adecuada del material de aportación y la protección individual deben incluirse en el plan de fabricación.
Los principales tipos de acero inoxidable
El acero inoxidable suele clasificarse según su estructura a temperatura ambiente. La mayoría de los grados comerciales se agrupan en cinco familias: austeníticos, ferríticos, martensíticos, dúplex y de endurecimiento por precipitación. La estructura interna determina el comportamiento mecánico, físico y frente a la corrosión, por lo que la selección debe partir de las condiciones de uso y no de la denominación de un único grado.
Para obtener una visión más completa Guía sobre los tipos y calidades del acero inoxidable, incluida la diferencia entre las denominaciones «forjado» y «fundido», consulta la guía del sitio.
Serie 300 austenítica
La serie 300 incluye grados habituales como el 304 y el 316. Estos combinan resistencia a la corrosión con buena ductilidad, conformabilidad y soldabilidad, razón por la cual predominan en los sectores alimentario, químico y de ingeniería en general. Los grados austeníticos recocidos presentan una baja respuesta magnética, aunque el trabajo en frío puede introducir cierto magnetismo.
Consulta el acero inoxidable austenítico guía sobre su estructura y rango de grados, y el 304 frente a 316 comparación cuando hay cloruros presentes.
Serie 400 ferrítica
Los aceros ferríticos, como el 430, son a base de cromo, suelen tener un bajo contenido en níquel y son magnéticos. Resisten muchos entornos ligeramente y moderadamente corrosivos y se utilizan habitualmente en electrodomésticos, molduras de automoción y componentes arquitectónicos. No pueden endurecerse mediante el mismo proceso de tratamiento térmico que los aceros martensíticos.
Martensítico
Los aceros martensíticos, como el 410, pueden someterse a un proceso de temple y revenido para alcanzar una elevada resistencia y dureza, lo que los hace adecuados para ejes, piezas de válvulas, cubertería y herramientas. A cambio, suelen presentar una menor resistencia a la corrosión que los aceros austeníticos comunes y requisitos de soldadura más estrictos. El Acero inoxidable 410 Esta guía trata con mayor detalle un tipo de acero martensítico muy común.
Dúplex
Los aceros dúplex contienen tanto austenita como ferrita. Su estructura equilibrada les confiere una elevada resistencia mecánica y una mayor resistencia a la corrosión por tensión provocada por cloruros en numerosos entornos, razón por la cual se tienen en cuenta para aplicaciones en los sectores químico, de tratamiento de aguas y marítimo. El equilibrio de fases debe controlarse durante la producción y la soldadura. El acero inoxidable dúplex Esta guía presenta las principales familias de grados.
Endurecimiento por precipitación
Los aceros de endurecimiento por precipitación, como el 17-4 PH, combinan una elevada resistencia con una buena tenacidad gracias al tratamiento de solución y al envejecimiento. Se utilizan en elementos de fijación aeroespaciales, ejes, resortes y piezas sometidas a alta presión, donde se requieren tanto resistencia mecánica como resistencia a la corrosión.
Ventajas y limitaciones
La principal ventaja del acero inoxidable es su resistencia a la corrosión, que puede ajustarse mediante el diseño de la aleación. Además, ofrece una resistencia mecánica adecuada tanto a altas como a bajas temperaturas, superficies fáciles de limpiar, una amplia gama de acabados y una reciclabilidad total, ya que la chatarra puede refundirse para obtener acero inoxidable nuevo sin que los elementos de aleación pierdan su valor.
Los límites son reales. El acero inoxidable no es inmune a la corrosión: los cloruros pueden provocar corrosión por picaduras y corrosión intercrestal, especialmente en lugares donde los depósitos o las juntas herméticas limitan el paso del oxígeno, y la contaminación procedente de herramientas de acero al carbono puede dejar óxido en la superficie. Véase por qué el acero inoxidable puede oxidarse para las principales vías de fallo.
El coste es otro factor a tener en cuenta. Los aceros austeníticos se endurecen por deformación durante el mecanizado, y la soldadura requiere un material de aportación adecuado y un aporte de calor controlado, por lo que el comportamiento durante la fabricación debe tenerse en cuenta en el proceso de selección.
Aplicaciones del acero inoxidable
Los ingenieros optan por el acero inoxidable cuando es necesario combinar la resistencia a la corrosión con la resistencia mecánica, la facilidad de limpieza, la resistencia al calor, el aspecto o una larga vida útil. Entre sus aplicaciones más habituales se incluyen:
- Equipos para la industria alimentaria y de bebidas, incluidos depósitos, tuberías, mezcladoras, válvulas y sistemas de transporte.
- Plantas químicas y de procesamiento, en las que las bombas, los cuerpos de válvulas, las tuberías, los depósitos y los intercambiadores de calor se seleccionan en función del medio real.
- Dispositivos médicos y farmacéuticos que requieren superficies que se puedan limpiar y esterilizar, así como especificaciones de materiales controladas.
- Arquitectura e infraestructuras, incluidos revestimientos, barandillas, elementos de fijación, barras de refuerzo y componentes de sistemas de agua.
- Transporte y energía, desde componentes del sistema de escape y material ferroviario hasta la generación de energía y aplicaciones criogénicas o a altas temperaturas.
- Componentes de acero inoxidable fundidos, como cuerpos de bombas de geometría compleja, impulsores, piezas de válvulas y carcasas, en los que la geometría se presta a la fundición de forma casi definitiva.
Fundición MinHe – Piezas de fundición de acero inoxidable a medida
Si su pieza requiere un grado de acero inoxidable fundido, envíe el plano, las condiciones de uso y la norma correspondiente a nuestros ingenieros. El equipo de fundición puede comparar las opciones de acero austenítico, ferrítico, martensítico, dúplex y de endurecimiento por precipitación con las condiciones reales del entorno antes de comenzar con la fabricación de las herramientas.
Confirmar los requisitos relativos al grado, el tratamiento térmico y la inspección en la fase de elaboración del presupuesto resulta mucho más económico que corregirlos tras la fundición; es precisamente ahí donde una especificación clara se amortiza al reducir el número de rechazos y agilizar la entrega.
