Acero inoxidable
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El acero inoxidable se utiliza para equipos industriales cuando es importante que el equipo dure y se pueda mantener limpio.
Aceros
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Etapas
Microestructuras
Clases
Otros materiales a base de hierro

De acero inoxidable [1] [2] [3] : 276  es un grupo de aleaciones ferrosas que contienen un mínimo de aproximadamente el 11% de cromo , [4] : 3  [5] una composición que impide que el hierro de la oxidación y también proporciona calor propiedades resistentes. [4] : 3  [5] [6] [7] [8] Los diferentes tipos de acero inoxidable incluyen los elementos carbono (de 0.03% a más de 1.00%), nitrógeno , aluminio , silicio , azufre , titanio, níquel , cobre , selenio , niobio y molibdeno . [4] : 3  Los tipos específicos de acero inoxidable a menudo se designan por su número AISI de tres dígitos, por ejemplo, acero inoxidable 304 . [9] La norma ISO 15510 enumera las composiciones químicas de los aceros inoxidables de las especificaciones de las normas ISO, ASTM , EN , JIS y GB (chinas) existentes en una útil tabla de intercambio. [10]

La resistencia del acero inoxidable a la oxidación se debe a la presencia de cromo en la aleación, que forma una película pasiva que protege el material subyacente del ataque de corrosión y puede autocurarse en presencia de oxígeno. [4] : 3  La resistencia a la corrosión se puede aumentar aún más por los siguientes medios:

  • aumentar el contenido de cromo a más del 11% [5]
  • añadir níquel al menos al 8% [5]
  • añadir molibdeno (que también mejora la resistencia a la corrosión por picadura ) [5]

La adición de nitrógeno también mejora la resistencia a la corrosión por picaduras y aumenta la resistencia mecánica. [5] Por lo tanto, existen numerosos grados de acero inoxidable con diferentes contenidos de cromo y molibdeno para adaptarse al medio ambiente que debe soportar la aleación. [11]

La resistencia a la corrosión y las manchas, el bajo mantenimiento y el brillo familiar hacen del acero inoxidable un material ideal para muchas aplicaciones donde se requieren tanto la resistencia del acero como la resistencia a la corrosión. Además, el acero inoxidable se puede enrollar en láminas , placas, barras, alambres y tubos. Estos se pueden usar en utensilios de cocina , cubiertos , instrumentos quirúrgicos , electrodomésticos grandes , vehículos, material de construcción en edificios grandes, equipos industriales (por ejemplo, en fábricas de papel , plantas químicas , tratamiento de agua).) y tanques de almacenamiento y camiones cisterna para productos químicos y alimenticios. La resistencia a la corrosión del material, la facilidad con la que se puede limpiar con vapor y esterilizar, y la ausencia de la necesidad de revestimientos superficiales han impulsado el uso de acero inoxidable en cocinas y plantas de procesamiento de alimentos. [ cita requerida ]

Historia

Un anuncio, como apareció en el New York Times de 1915 , del desarrollo del acero inoxidable en Sheffield , Inglaterra. [12]

La invención de acero inoxidable después de una serie de avances científicos, a partir de 1798 cuando de cromo se demostró primero a la Academia francesa por Louis Vauquelin . A principios del siglo XIX, James Stoddart, Michael Faraday y Robert Mallet observaron la resistencia de las aleaciones de hierro y cromo ("aceros al cromo") a los agentes oxidantes . Robert Bunsen descubrió la resistencia del cromo a los ácidos fuertes. La resistencia a la corrosión de las aleaciones de hierro-cromo pudo haber sido reconocida por primera vez en 1821 por Pierre Berthier , quien notó su resistencia al ataque de algunos ácidos y sugirió su uso en cubiertos. [13]

En la década de 1840, tanto las acerías de Sheffield como Krupp estaban produciendo acero al cromo y este último lo empleó para cañones en la década de 1850. [14] En 1861, Robert Forester Mushet obtuvo una patente sobre el acero al cromo. [15]

Estos eventos llevaron a la primera producción de acero que contiene cromo por J. Baur de Chrome Steel Works de Brooklyn para la construcción de puentes. Se emitió una patente estadounidense para el producto en 1869. [1] : 2261  [16] A esto le siguió el reconocimiento de la resistencia a la corrosión de las aleaciones de cromo por los ingleses John T. Woods y John Clark, quienes observaron rangos de cromo de 5 a 30 %, con tungsteno añadido y "carbono medio". Persiguieron el valor comercial de la innovación a través de una patente británica para "aleaciones resistentes a la intemperie". [1] : 261, 11  [17] [ se necesita cita completa ]

A finales de la década de 1890, el químico alemán Hans Goldschmidt desarrolló un proceso aluminotérmico ( termita ) para producir cromo libre de carbono. [18] Entre 1904 y 1911, varios investigadores, en particular Leon Guillet de Francia, prepararon aleaciones que hoy se considerarían acero inoxidable. [18] [19]

En 1908, la empresa de Essen Friedrich Krupp Germaniawerft construyó el yate de vela Germania de 366 toneladas con casco de acero al cromo-níquel en Alemania. En 1911, Philip Monnartz informó sobre la relación entre el contenido de cromo y la resistencia a la corrosión. [20] El 17 de octubre de 1912, los ingenieros de Krupp Benno Strauss y Eduard Maurer patentaron como Nirosta el acero inoxidable austenítico [21] [22] [23] [20] conocido hoy como 18/8 o AISI Tipo 304. [24]

Monumento a Harry Brearley en el antiguo Laboratorio de Investigación de Brown Firth en Sheffield , Inglaterra

Se estaban produciendo desarrollos similares en los Estados Unidos, donde Christian Dantsizen de General Electric [24] y Frederick Becket (1875-1942) en Union Carbide estaban industrializando acero inoxidable ferrítico. [25] En 1912, Elwood Haynes solicitó una patente estadounidense sobre una aleación de acero inoxidable martensítico, que no se concedió hasta 1919. [26]

Mientras buscaba una aleación resistente a la corrosión para los cañones de las armas en 1912, Harry Brearley del laboratorio de investigación Brown-Firth en Sheffield, Inglaterra, descubrió y posteriormente industrializó una aleación de acero inoxidable martensítico , hoy conocida como AISI Tipo 420. [24] El descubrimiento fue anunció dos años más tarde en un artículo de periódico de enero de 1915 en The New York Times . [12]

El metal se comercializó más tarde bajo la marca "Staybrite" por Firth Vickers en Inglaterra y se utilizó para la nueva marquesina de entrada del Hotel Savoy en Londres en 1929. [27] Brearley solicitó una patente estadounidense durante 1915 solo para descubrir que Haynes había ya registrado uno. Brearley y Haynes juntaron sus fondos y, con un grupo de inversores, formaron American Stainless Steel Corporation, con sede en Pittsburgh , Pensilvania. [1] : 360 

Al principio, el acero inoxidable se vendía en los EE. UU. Con diferentes marcas como "Allegheny metal" y "Nirosta Steel". Incluso dentro de la industria metalúrgica, el nombre seguía sin resolverse; en 1921, una revista especializada lo llamó "acero inestable". [28] En 1929, antes de la Gran Depresión, se fabricaban y vendían más de 25.000 toneladas de acero inoxidable anualmente en los Estados Unidos. [29]

Los grandes avances tecnológicos de las décadas de 1950 y 1960 permitieron la producción de grandes tonelajes a un costo asequible:

  • Proceso AOD ( descarburación de argón oxígeno ), para la eliminación de carbono y azufre
  • Colada continua y laminación en caliente [30]
  • El laminador en frío Z-Mill o Sendzimir [31] [32]
  • El proceso Creusot-Loire Uddeholm (CLU), que evita la necesidad de argón

Familias de acero inoxidable

"18/10" vuelve a dirigir aquí. Para conocer la fecha, consulte el 18 de octubre .

Artículo principal: grados de acero SAE

Hay cinco familias principales, que se clasifican principalmente por su estructura cristalina : austenítica, ferrítica, martensítica, dúplex y endurecimiento por precipitación.

Acero inoxidable austenitico

Artículo principal: acero inoxidable austenítico

El acero inoxidable austenítico [33] [34] es la familia más grande de aceros inoxidables y representa aproximadamente dos tercios de toda la producción de acero inoxidable (véanse las cifras de producción a continuación). [35] Poseen una microestructura austenítica, que es una estructura cristalina cúbica centrada en las caras . [36] Esta microestructura se logra mediante la aleación de acero con suficiente níquel y / o manganeso y nitrógeno para mantener una microestructura austenítica a todas las temperaturas, desde la región criogénica hasta el punto de fusión. [36] Por tanto, los aceros inoxidables austeníticos no son endurecibles mediante tratamiento térmico ya que poseen la misma microestructura a todas las temperaturas. [36]

Los aceros inoxidables austeníticos se pueden subdividir en dos subgrupos, la serie 200 y la serie 300:

  • La serie 200 [37] son aleaciones de cromo-manganeso-níquel que maximizan el uso de manganeso y nitrógeno para minimizar el uso de níquel. Debido a su adición de nitrógeno, poseen aproximadamente un 50% más de límite elástico que las láminas de acero inoxidable de la serie 300.
    • El tipo 201 se puede endurecer mediante trabajo en frío. [38]
    • El tipo 202 es un acero inoxidable de uso general. La disminución del contenido de níquel y el aumento de manganeso dan como resultado una débil resistencia a la corrosión. [39]
  • La serie 300 son aleaciones de cromo-níquel que logran su microestructura austenítica casi exclusivamente mediante aleaciones de níquel; algunos grados de muy alta aleación incluyen algo de nitrógeno para reducir los requisitos de níquel. La serie 300 es el grupo más grande y el más utilizado.
    • Tipo 304 : El grado más conocido es el Tipo 304, también conocido como 18/8 y 18/10 por su composición de 18% de cromo y 8% o 10% de níquel, respectivamente. [40]
    • Tipo 316 : el segundo acero inoxidable austenítico más común es el tipo 316. La adición de 2% de molibdeno proporciona una mayor resistencia a los ácidos y la corrosión localizada causada por los iones de cloruro. Las versiones con bajo contenido de carbono, como 316L o 304L, tienen un contenido de carbono inferior al 0,03% y se utilizan para evitar los problemas de corrosión causados ​​por la soldadura. [41]

Aceros inoxidables ferríticos

Artículo principal: acero inoxidable ferrítico

Los aceros inoxidables ferríticos poseen una microestructura de ferrita como el acero al carbono, que es una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo , y contienen entre 10,5% y 27% de cromo con muy poco o ningún níquel. Esta microestructura está presente a todas las temperaturas debido a la adición de cromo, por lo que no son endurecibles por tratamiento térmico. No pueden ser reforzados por trabajo en frío en la misma medida que los aceros inoxidables austeníticos. Son magnéticos.

Las adiciones de niobio (Nb), titanio (Ti) y circonio (Zr) al Tipo 430 permiten una buena soldabilidad (consulte la sección de soldadura a continuación).

Debido a la casi ausencia de níquel, son menos costosos que los aceros austeníticos y están presentes en muchos productos, que incluyen:

  • Los tubos de escape de los automóviles (los tipos 409 y 409 Cb [2] se utilizan en América del Norte; los tipos estabilizados 439 y 441 se utilizan en Europa) [42]
  • Aplicaciones arquitectónicas y estructurales (Tipo 430, que contiene un 17% de Cr) [43]
  • Componentes de construcción, como ganchos de pizarra, techos y conductos de chimenea
  • Placas de potencia en pilas de combustible de óxido sólido que funcionan a temperaturas de alrededor de 700 ° C (1.292 ° F) (ferríticos con alto contenido de cromo que contienen un 22% de Cr) [44]

Aceros inoxidables martensíticos

Artículo principal: acero inoxidable martensítico

Los aceros inoxidables martensíticos ofrecen una amplia gama de propiedades y se utilizan como aceros inoxidables para ingeniería, aceros inoxidables para herramientas y aceros resistentes a la fluencia . Son magnéticos y no tan resistentes a la corrosión como los aceros inoxidables ferríticos y austeníticos debido a su bajo contenido de cromo. Se dividen en cuatro categorías (con cierta superposición): [45]

  1. Grados Fe-Cr-C. Estos fueron los primeros grados utilizados y todavía se utilizan ampliamente en aplicaciones de ingeniería y resistentes al desgaste.
  2. Grados Fe-Cr-Ni-C. Algo de carbono se reemplaza por níquel. Ofrecen mayor tenacidad y mayor resistencia a la corrosión. El grado EN 1.4303 (grado de fundición CA6NM) con 13% de Cr y 4% de Ni se utiliza para la mayoría de las turbinas Pelton , Kaplan y Francis en centrales hidroeléctricas [46] porque tiene buenas propiedades de fundición, buena soldabilidad y buena resistencia a la erosión por cavitación .
  3. Grados de endurecimiento por precipitación. El grado EN 1.4542 (también conocido como 17 / 4PH), el grado más conocido, combina el endurecimiento martensítico y el endurecimiento por precipitación . Alcanza una alta resistencia y buena tenacidad y se utiliza en la industria aeroespacial, entre otras aplicaciones.
  4. Grados resistentes a la fluencia. Pequeñas adiciones de niobio, vanadio , boro y cobalto aumentan la fuerza y ​​la resistencia a la fluencia hasta aproximadamente 650 ° C (1,202 ° F).

Tratamiento térmico de aceros inoxidables martensíticos

Los aceros inoxidables martensíticos se pueden tratar térmicamente para proporcionar mejores propiedades mecánicas.

El tratamiento térmico generalmente consta de tres pasos: [47]

  1. Austenitización, en la que el acero se calienta a una temperatura en el rango de 980–1,050 ° C (1,800–1,920 ° F), según el grado. La austenita resultante tiene una estructura cristalina cúbica centrada en las caras.
  2. Enfriamiento . La austenita se transforma en martensita, una estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo duro . La martensita templada es muy dura y demasiado quebradiza para la mayoría de las aplicaciones. Puede quedar algo de austenita residual.
  3. Templado. La martensita se calienta a alrededor de 500 ° C (932 ° F), se mantiene a temperatura y luego se enfría con aire. Las temperaturas de templado más altas disminuyen el límite elástico y la resistencia a la tracción máxima, pero aumentan la resistencia al alargamiento y al impacto.

Aceros inoxidables martensíticos aleados con nitrógeno

Reemplazar algo de carbono en aceros inoxidables martensíticos por nitrógeno es un desarrollo reciente. [ cuando? ] La solubilidad limitada del nitrógeno se incrementa mediante el proceso de refinado por electroescoria a presión (PESR), en el que la fusión se lleva a cabo bajo alta presión de nitrógeno. Se ha conseguido un acero que contiene hasta un 0,4% de nitrógeno, lo que da lugar a una mayor dureza y resistencia y una mayor resistencia a la corrosión. Como el PESR es caro, se han logrado contenidos de nitrógeno más bajos pero significativos utilizando el proceso estándar de descarburación de argón y oxígeno (AOD). [48] [49] [50] [51] [52]

Acero inoxidable dúplex

Artículo principal: acero inoxidable dúplex

Los aceros inoxidables dúplex tienen una microestructura mixta de austenita y ferrita, siendo la proporción ideal una mezcla de 50:50, aunque las aleaciones comerciales pueden tener proporciones de 40:60. Se caracterizan por tener más cromo (19–32%) y molibdeno (hasta un 5%) y menores contenidos de níquel que los aceros inoxidables austeníticos. Los aceros inoxidables dúplex tienen aproximadamente el doble del límite elástico del acero inoxidable austenítico. Su microestructura mixta proporciona una resistencia mejorada al agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruro en comparación con los tipos de acero inoxidable austenítico 304 y 316.

Los grados dúplex generalmente se dividen en tres subgrupos según su resistencia a la corrosión: dúplex delgado, dúplex estándar y súper dúplex.

Las propiedades de los aceros inoxidables dúplex se logran con un contenido general de aleación más bajo que los grados súper austeníticos de rendimiento similar, lo que hace que su uso sea rentable para muchas aplicaciones. La industria de la pulpa y el papel fue una de las primeras en utilizar ampliamente el acero inoxidable dúplex. Hoy en día, 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 grados superdúplex e hiperdúplex. Más recientemente, se ha desarrollado el dúplex magro menos costoso (y ligeramente menos resistente a la corrosión), principalmente para aplicaciones estructurales en edificación y construcción (barras de refuerzo de hormigón, placas para puentes, obras costeras) y en la industria del agua.

Aceros inoxidables endurecidos por precipitación

Los aceros inoxidables de endurecimiento por precipitación tienen una resistencia a la corrosión comparable a las variedades austeníticas, pero pueden endurecerse por precipitación a resistencias incluso más altas que otros grados martensíticos. Hay tres tipos de aceros inoxidables de endurecimiento por precipitación: [53]

  • El martensítico 17-4 PH [54] (AISI 630 EN 1.4542) contiene aproximadamente 17% de Cr, 4% de Ni, 4% de Cu y 0,3% de Nb.

El tratamiento con solución a aproximadamente 1040 ° C (1900 ° F) seguido de enfriamiento rápido da como resultado una estructura martensítica relativamente dúctil. El tratamiento de envejecimiento posterior a 475 ° C (887 ° F) precipita fases ricas en Nb y Cu que aumentan la resistencia hasta por encima de 1000 MPa de límite elástico. Este excelente nivel de resistencia se utiliza en aplicaciones de alta tecnología como la aeroespacial (generalmente después de la refundición para eliminar las inclusiones no metálicas, lo que aumenta la vida útil a la fatiga). Otra gran ventaja de este acero es que el envejecimiento, a diferencia de los tratamientos de revenido, se lleva a cabo a una temperatura que se puede aplicar a las piezas (casi) terminadas sin distorsión ni decoloración.

  • El 17-7PH semi-austenítico [54] (AISI 631 EN 1.4568) contiene aproximadamente un 17% de Cr, un 7,2% de Ni y un 1,2% de Al.

El tratamiento térmico típico implica el tratamiento de la solución y el enfriamiento . En este punto, la estructura permanece austenítica. La transformación martensítica se obtiene luego mediante un tratamiento criogénico a -75 ° C (-103 ° F) o mediante un trabajo en frío severo (más del 70% de deformación, generalmente por laminación en frío o trefilado). El envejecimiento a 510 ° C (950 ° F), que precipita la fase intermetálica de Ni 3 Al, se lleva a cabo como se indicó anteriormente en las piezas casi terminadas.  Entonces se alcanzan niveles de límite elástico por encima de 1400 MPa.

  • El austenítico A286 [55] (ASTM 660 EN 1.4980) contiene aproximadamente Cr 15%, Ni 25%, Ti 2,1%, Mo 1,2%, V 1,3% y B 0,005%.

La estructura permanece austenítica a todas las temperaturas.

El tratamiento térmico típico implica el tratamiento de la solución y el enfriamiento, seguido de un envejecimiento a 715 ° C (1319 ° F). El envejecimiento forma precipitados de Ni 3 Ti y aumenta el límite elástico a aproximadamente 650  MPa a temperatura ambiente. A diferencia de los grados anteriores, las propiedades mecánicas y la resistencia a la fluencia de este acero siguen siendo muy buenas a temperaturas de hasta 700 ° C (1,292 ° F). Como resultado, A286 se clasifica como una superaleación a base de Fe , utilizada en motores a reacción, turbinas de gas y piezas de turbo.

Los grados

Ver también: grados de acero y grados de acero SAE

Hay más de 150 grados de acero inoxidable, de los cuales 15 son los más utilizados. Hay varios sistemas para clasificar los aceros inoxidables y otros, incluidos los grados de acero SAE de EE . UU . El Sistema Unificado de Numeración para Metales y Aleaciones (UNS) fue desarrollado por la ASTM en 1970. Los europeos han desarrollado EN 10088 con el mismo propósito. [24]

Resistencia a la corrosión

El acero inoxidable (fila inferior) resiste la corrosión por agua salada mejor que el bronce de aluminio (fila superior) o las aleaciones de cobre y níquel (fila central)

A diferencia del acero al carbono, los aceros inoxidables no sufren una corrosión uniforme cuando se exponen a ambientes húmedos. El acero al carbono sin protección se oxida fácilmente cuando se expone a una combinación de aire y humedad. La capa superficial de óxido de hierro resultante es porosa y frágil. Además, como el óxido de hierro ocupa un volumen mayor que el acero original, esta capa se expande y tiende a descascararse y desprenderse, exponiendo el acero subyacente a un mayor ataque. En comparación, los aceros inoxidables contienen suficiente cromo para someterse a pasivación., formando espontáneamente una película superficial inerte microscópicamente delgada de óxido de cromo por reacción con el oxígeno en el aire e incluso con la pequeña cantidad de oxígeno disuelto en el agua. Esta película pasiva evita una mayor corrosión al bloquear la difusión de oxígeno a la superficie del acero y, por lo tanto, evita que la corrosión se extienda a la mayor parte del metal. [3] Esta película se repara automáticamente, incluso cuando está rayada o alterada temporalmente por una condición alterada en el ambiente que excede la resistencia a la corrosión inherente de ese grado. [56] [57]

La resistencia de esta película a la corrosión depende de la composición química del acero inoxidable, principalmente el contenido de cromo. Es habitual distinguir entre cuatro formas de corrosión: uniforme, localizada (picaduras), galvánica y SCC (agrietamiento por corrosión bajo tensión). Cualquiera de estas formas de corrosión puede ocurrir cuando el grado de acero inoxidable no es adecuado para el entorno de trabajo.

La designación "CRES" se refiere al acero resistente a la corrosión. [58]

Corrosión uniforme

La corrosión uniforme tiene lugar en entornos muy agresivos, por lo general donde se producen o se utilizan mucho productos químicos, como en las industrias de la pulpa y el papel. Se ataca toda la superficie del acero, y la corrosión se expresa como tasa de corrosión en mm / año (generalmente es aceptable menos de 0.1 mm / año en tales casos). Las tablas de corrosión proporcionan pautas. [59]

Este suele ser el caso cuando los aceros inoxidables se exponen a soluciones ácidas o básicas. La corrosión del acero inoxidable depende del tipo y concentración de ácido o base y de la temperatura de la solución. La corrosión uniforme suele ser fácil de evitar debido a los extensos datos de corrosión publicados o las pruebas de corrosión de laboratorio fáciles de realizar.

El acero inoxidable no es completamente inmune a la corrosión como se muestra en este equipo de desalinización .

Ácidos

Las soluciones ácidas se pueden clasificar en dos categorías generales: ácidos reductores, como ácido clorhídrico y ácido sulfúrico diluido , y ácidos oxidantes , como ácido nítrico y ácido sulfúrico concentrado. El aumento del contenido de cromo y molibdeno proporciona una mayor resistencia a los ácidos reductores, mientras que el aumento del contenido de cromo y silicio proporciona una mayor resistencia a los ácidos oxidantes.

El ácido sulfúrico es uno de los productos químicos industriales más producidos. A temperatura ambiente, el acero inoxidable tipo 304 solo es resistente al 3% de ácido, mientras que el tipo 316 es resistente al 3% de ácido hasta 50 ° C (122 ° F) y al 20% de ácido a temperatura ambiente. Por lo tanto, el tipo 304 SS rara vez se usa en contacto con ácido sulfúrico. El tipo 904L y la aleación 20 son resistentes al ácido sulfúrico en concentraciones aún más altas por encima de la temperatura ambiente. [60] [61] El ácido sulfúrico concentrado posee características oxidantes como el ácido nítrico, por lo que los aceros inoxidables que contienen silicio también son útiles. [ cita requerida ]

El ácido clorhídrico daña cualquier tipo de acero inoxidable y debe evitarse. [4] : 118  [62]

Todos los tipos de acero inoxidable resisten el ataque del ácido fosfórico y el ácido nítrico a temperatura ambiente. A altas concentraciones y temperaturas elevadas, se producirá un ataque y se requieren aceros inoxidables de mayor aleación. [63] [64]

En general, los ácidos orgánicos son menos corrosivos que los ácidos minerales como el ácido clorhídrico y sulfúrico. A medida que aumenta el peso molecular de los ácidos orgánicos, disminuye su corrosividad. El ácido fórmico tiene el peso molecular más bajo y es un ácido débil. El tipo 304 se puede usar con ácido fórmico, aunque tiende a decolorar la solución. El tipo 316 se usa comúnmente para almacenar y manipular ácido acético , un ácido orgánico de importancia comercial. [sesenta y cinco]

Bases

Los aceros inoxidables tipo 304 y tipo 316 no se ven afectados por bases débiles como el hidróxido de amonio , incluso en altas concentraciones y a altas temperaturas. Los mismos grados expuestos a bases más fuertes como el hidróxido de sodio a altas concentraciones y altas temperaturas probablemente experimentarán algo de grabado y agrietamiento. [66] El aumento de los contenidos de cromo y níquel aumenta la resistencia.

Orgánicos

Todos los grados resisten el daño de aldehídos y aminas , aunque en el último caso el tipo 316 es preferible al tipo 304; el acetato de celulosa daña el Tipo 304 a menos que la temperatura se mantenga baja. Las grasas y los ácidos grasos solo afectan al tipo 304 a temperaturas superiores a 150 ° C (302 ° F) y al tipo 316 SS por encima de 260 ° C (500 ° F), mientras que el tipo 317 SS no se ve afectado a todas las temperaturas. Se requiere el tipo 316L para el procesamiento de urea . [4] [ página necesaria ]

Corrosión localizada

La corrosión localizada puede ocurrir de varias formas, por ejemplo, corrosión por picaduras y corrosión por grietas . Estos ataques localizados son más comunes en presencia de iones cloruro . Los niveles más altos de cloruro requieren aceros inoxidables más aleados.

La corrosión localizada puede ser difícil de predecir porque depende de muchos factores, que incluyen:

  • Concentración de iones cloruro. Incluso cuando se conoce la concentración de la solución de cloruro, es posible que se produzca una corrosión localizada inesperadamente. Los iones de cloruro pueden concentrarse de manera desigual en ciertas áreas, como en las grietas (por ejemplo, debajo de las juntas) o en las superficies de los espacios de vapor debido a la evaporación y la condensación.
  • Temperatura: el aumento de temperatura aumenta la susceptibilidad.
  • Acidez: el aumento de la acidez aumenta la susceptibilidad.
  • Estancamiento: las condiciones de estancamiento aumentan la susceptibilidad.
  • Especies oxidantes: la presencia de especies oxidantes, como los iones férrico y cúprico, aumenta la susceptibilidad.

Resistencia a la corrosión por picaduras

La corrosión por picaduras se considera la forma más común de corrosión localizada. La resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables a la corrosión por picaduras a menudo es expresada por el PREN , obtenido a través de la fórmula:

,

donde los términos corresponden a la proporción del contenido en masa de cromo, molibdeno y nitrógeno en el acero. Por ejemplo, si el acero constara de un 15% de cromo, el% de Cr sería igual a 15.

Cuanto mayor sea el PREN, mayor será la resistencia a la corrosión por picadura. Por lo tanto, el aumento de los contenidos de cromo, molibdeno y nitrógeno proporciona una mejor resistencia a la corrosión por picaduras.

Corrosión por grietas

Aunque el PREN de cierto acero puede ser teóricamente suficiente para resistir la corrosión por picaduras, la corrosión por grietas aún puede ocurrir cuando un diseño deficiente ha creado áreas confinadas (placas superpuestas, interfaces arandela-placa, etc.) o cuando se forman depósitos en el material. En estas áreas seleccionadas, el PREN puede no ser lo suficientemente alto para las condiciones del servicio. Un buen diseño y técnicas de fabricación combinadas con la selección correcta de la aleación pueden prevenir dicha corrosión. [67]

Corrosión bajo tensión

El agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) es un agrietamiento repentino y falla de un componente sin deformación.

Puede ocurrir cuando se cumplen tres condiciones:

  • La pieza está sometida a tensión (por una carga aplicada o por una tensión residual).
  • El ambiente es agresivo (alto nivel de cloruro, temperatura superior a 50 ° C (122 ° F), presencia de H 2 S).
  • El acero inoxidable no es suficientemente resistente al SCC.

El mecanismo de SCC resulta de la siguiente secuencia de eventos:

  1. Se producen picaduras.
  2. Las grietas comienzan en un sitio de iniciación del pozo.
  3. Luego, las grietas se propagan a través del metal en un modo transgranular o intergranular.
  4. Ocurre una falla.

Mientras que las picaduras generalmente dan lugar a superficies antiestéticas y, en el peor de los casos, a la perforación de la hoja de acero inoxidable, la falla por SCC puede tener graves consecuencias. Por tanto, se considera una forma especial de corrosión.

Como el SCC requiere que se cumplan varias condiciones, se puede contrarrestar con medidas relativamente sencillas, que incluyen:

  • Reducir el nivel de estrés (las especificaciones de petróleo y gas proporcionan requisitos para el nivel de estrés máximo en entornos que contienen H 2 S).
  • Evaluación de la agresividad del medio (alto contenido de cloruros, temperatura superior a 50 ° C (122 ° F), etc.).
  • Selección del tipo correcto de acero inoxidable: super austenítico como el grado 904L o superdúplex (los aceros inoxidables ferríticos y los aceros inoxidables dúplex son muy resistentes al SCC).

Corrosión galvánica

La tuerca de la izquierda no es de acero inoxidable y está oxidada , a diferencia de la tuerca de la derecha.

La corrosión galvánica [68] (también llamada "corrosión de metales diferentes") se refiere al daño por corrosión inducido cuando dos materiales diferentes se acoplan en un electrolito corrosivo. El electrolito más común es el agua, desde agua dulce hasta agua de mar. Cuando se forma un par galvánico, uno de los metales en el par se convierte en el ánodo y se corroe más rápido de lo que lo haría solo, mientras que el otro se convierte en el cátodo y se corroe más lentamente de lo que lo haría solo. El acero inoxidable, debido a que tiene un potencial de electrodo más positivo que, por ejemplo, el acero al carbono y el aluminio, se convierte en cátodo, acelerando la corrosión del metal anódico. Un ejemplo es la corrosión de los remaches de aluminio que sujetan láminas de acero inoxidable en contacto con el agua. [69]

Las áreas de superficie relativas del ánodo y el cátodo son importantes para determinar la velocidad de corrosión. En el ejemplo anterior, la superficie de los remaches es pequeña en comparación con la de la hoja de acero inoxidable, lo que provoca una rápida corrosión. [69] Sin embargo, si se utilizan sujetadores de acero inoxidable para ensamblar láminas de aluminio, la corrosión galvánica será mucho más lenta porque la densidad de corriente galvánica en la superficie de aluminio será un orden de magnitud menor. [69] Un error frecuente es ensamblar placas de acero inoxidable con sujetadores de acero al carbono; mientras que el uso de acero inoxidable para sujetar placas de acero al carbono suele ser aceptable, lo contrario no lo es.

Proporcionar aislamiento eléctrico entre los diferentes metales, cuando sea posible, es eficaz para prevenir este tipo de corrosión. [69]

Corrosión por alta temperatura (incrustaciones)

A temperaturas elevadas, todos los metales reaccionan con gases calientes. La mezcla gaseosa de alta temperatura más común es el aire, del cual el oxígeno es el componente más reactivo. Para evitar la corrosión en el aire, el acero al carbono está limitado a aproximadamente 480 ° C (900 ° F). La resistencia a la oxidación en los aceros inoxidables aumenta con las adiciones de cromo, silicio y aluminio. Pequeñas adiciones de cerio e itrio aumentan la adhesión de la capa de óxido a la superficie. [70]

La adición de cromo sigue siendo el método más común para aumentar la resistencia a la corrosión a altas temperaturas en los aceros inoxidables; el cromo reacciona con el oxígeno para formar una cascarilla de óxido de cromo, que reduce la difusión de oxígeno en el material. El cromo mínimo del 10,5% en los aceros inoxidables proporciona resistencia hasta aproximadamente 700 ° C (1300 ° F), mientras que el 16% de cromo proporciona resistencia hasta aproximadamente 1200 ° C (2200 ° F). El tipo 304, el grado más común de acero inoxidable con 18% de cromo, es resistente a aproximadamente 870 ° C (1,600 ° F). Otros gases, como dióxido de azufre , sulfuro de hidrógeno , monóxido de carbono , cloro, también atacan el acero inoxidable. La resistencia a otros gases depende del tipo de gas, la temperatura y el contenido de aleación del acero inoxidable. [71] [72]

Con la adición de hasta un 5% de aluminio, los grados ferríticos Fr-Cr-Al están diseñados para ofrecer resistencia eléctrica y resistencia a la oxidación a temperaturas elevadas. Tales aleaciones incluyen Kanthal , producido en forma de alambre o cintas. [73]

Propiedades

Propiedades físicas

Electricidad y magnetismo

Al igual que el acero, los aceros inoxidables son conductores de electricidad relativamente pobres, con una conductividad eléctrica significativamente menor que el cobre. En particular, la resistencia de contacto eléctrico (ECR) del acero inoxidable surge como resultado de la densa capa protectora de óxido y limita su funcionalidad en aplicaciones como conectores eléctricos. [74] Las aleaciones de cobre y los conectores recubiertos de níquel tienden a exhibir valores de ECR más bajos y son los materiales preferidos para tales aplicaciones. No obstante, los conectores de acero inoxidable se emplean en situaciones en las que ECR presenta un criterio de diseño más bajo y se requiere resistencia a la corrosión, por ejemplo, en altas temperaturas y entornos oxidantes. [75]

Propiedades magnéticas

Los aceros inoxidables martensíticos y ferríticos son magnéticos .

El acero ferrítico consta de cristales de ferrita, una forma de hierro con hasta un 0,025% de carbono. Debido a su estructura cristalina cúbica, el acero ferrítico solo absorbe una pequeña cantidad de carbono, que consiste en un hierro en cada esquina y un átomo de hierro central. El átomo central es responsable de sus propiedades magnéticas.

Se han desarrollado calidades con bajo campo coercitivo Hc para electroválvulas utilizadas en electrodomésticos y para sistemas de inyección en motores de combustión interna. Algunas aplicaciones requieren materiales no magnéticos, como la resonancia magnética .

Los aceros inoxidables austeníticos recocidos generalmente no son magnéticos , aunque el endurecimiento por trabajo puede hacer que los aceros inoxidables austeníticos conformados en frío sean ligeramente magnéticos. A veces, si el acero austenítico se dobla o corta, se produce magnetismo a lo largo del borde del acero inoxidable porque la estructura cristalina se reorganiza. [ cita requerida ]

Permeabilidad magnética de algunos grados de acero inoxidable austenítico después de un recocido de 2 horas a 1050  ° C [76]
Grado ENPermeabilidad magnética, μ
1.43071.056
1.43011.011
1.44041.100
1,44351.000

Mortificante

El rozamiento , a veces llamado soldadura en frío, es una forma de desgaste adhesivo severo, que puede ocurrir cuando dos superficies metálicas están en movimiento relativo entre sí y bajo mucha presión. Los sujetadores de acero inoxidable austenítico son particularmente susceptibles al desgaste de las roscas, aunque también son susceptibles otras aleaciones que autogeneran una película protectora de óxido en la superficie, como el aluminio y el titanio. Bajo un deslizamiento de alta fuerza de contacto, este óxido puede deformarse, romperse y eliminarse de partes del componente, exponiendo el metal reactivo desnudo. Cuando las dos superficies son del mismo material, estas superficies expuestas pueden fusionarse fácilmente. La separación de las dos superficies puede provocar el desgarro de la superficie e incluso la incautación total de componentes metálicos o sujetadores. [77] [78]

El rozamiento se puede mitigar mediante el uso de materiales diferentes (bronce contra acero inoxidable) o usando diferentes aceros inoxidables (martensítico contra austenítico). Además, las juntas roscadas se pueden lubricar para proporcionar una película entre las dos partes y evitar la irritación. Nitronic 60, elaborado mediante una aleación selectiva con manganeso, silicio y nitrógeno, ha demostrado una tendencia reducida a la aglomeración. [78]

Acabados estándar

Artículo principal: metal cepillado
Acero inoxidable 316L, con acabado natural sin pulir

Los acabados de laminación estándar se pueden aplicar al acero inoxidable laminado plano directamente mediante los rodillos y mediante abrasivos mecánicos. El acero se lamina primero al tamaño y espesor y luego se recoce para cambiar las propiedades del material final. Cualquier oxidación que se forma en la superficie ( cascarilla de laminación ) se elimina mediante decapado y se crea una capa de pasivación en la superficie. Luego se puede aplicar un acabado final para lograr la apariencia estética deseada.

Las siguientes designaciones se utilizan para describir los acabados de acero inoxidable:

  • No. 0: Placas más gruesas, recocidas y laminadas en caliente
  • No. 1: laminado en caliente, recocido y pasivado
  • No. 2D: laminado en frío, recocido, decapado y pasivado
  • No. 2B: Igual que el anterior con paso adicional a través de rodillos altamente pulidos
  • No. 2BA: recocido brillante (BA o 2R) igual que el anterior y luego recocido brillante en condiciones atmosféricas sin oxígeno
  • No. 3: Acabado abrasivo grueso aplicado mecánicamente
  • No. 4: acabado cepillado
  • No. 5: acabado satinado
  • No. 6: Acabado mate (cepillado pero más suave que el # 4)
  • No. 7: Acabado reflectante
  • No. 8: acabado espejo
  • No. 9: acabado granallado
  • No. 10: Acabado de color térmico: ofrece una amplia gama de superficies electropulidas y de color térmico.

Unión de aceros inoxidables

Se encuentra disponible una amplia gama de procesos de unión para aceros inoxidables, aunque la soldadura es, con mucho, el más común. [79] [41]

Soldadura de aceros inoxidables

La facilidad de soldadura depende en gran medida del tipo de acero inoxidable utilizado. Los aceros inoxidables austeníticos son los más fáciles de soldar por arco eléctrico , con propiedades de soldadura similares a las del metal base (no trabajado en frío). Los aceros inoxidables martensíticos también se pueden soldar por arco eléctrico pero, como la zona afectada por el calor (ZAT) y la zona de fusión (ZF) forman martensita al enfriarse, se deben tomar precauciones para evitar el agrietamiento de la soldadura. Las prácticas de soldadura inadecuadas pueden causar adicionalmente la formación de azúcar (incrustaciones de óxido) y / o tinte por calor en la parte posterior de la soldadura. Esto se puede prevenir con el uso de gases de purga inversa, placas de respaldo y fundentes. [80] Casi siempre se requiere un tratamiento térmico posterior a la soldadura, mientras que el precalentamiento antes de la soldadura también es necesario en algunos casos. [41]

La soldadura por arco eléctrico de acero inoxidable ferrítico tipo 430 produce el crecimiento de grano en la zona afectada por el calor (ZAT), lo que conduce a la fragilidad. Esto se ha superado en gran medida con grados ferríticos estabilizados, donde el niobio, el titanio y el circonio forman precipitados que evitan el crecimiento de granos. [81] [82] La soldadura de acero inoxidable dúplex por arco eléctrico es una práctica común, pero requiere un control cuidadoso de los parámetros del proceso. De lo contrario, se produce la precipitación de fases intermetálicas no deseadas, lo que reduce la tenacidad de las soldaduras. [83]

Procesos de soldadura por arco eléctrico [79]

  • Soldadura por arco metálico con gas , también conocida como soldadura con gas inerte metálico (MIG)
  • Soldadura por arco de tungsteno con gas , también conocida como soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG)
  • Soldadura por arco de plasma
  • Soldadura por arco con núcleo de fundente
  • Soldadura por arco de metal blindado (electrodo cubierto)
  • Soldadura de arco sumergido

La soldadura MIG y TIG son los métodos más utilizados.

Otros procesos de soldadura

  • Soldadura de pernos
  • Soldadura por puntos por resistencia
  • Soldadura por costura por resistencia
  • Soldadura flash
  • Soldadura por rayo láser

Pegamento adhesivo

El acero inoxidable se puede unir con adhesivos como silicona, polímeros modificados con sililo y epoxis . Los adhesivos acrílicos y de poliuretano también se utilizan en algunas situaciones. [84]

Proceso de producción y cifras

Proceso de producción

La mayor parte de la producción mundial de acero inoxidable se produce mediante los siguientes procesos:

  • Horno de arco eléctrico (EAF): la chatarra de acero inoxidable, otras chatarras ferrosas y aleaciones ferrosas (Fe Cr, Fe Ni, Fe Mo, Fe Si) se funden juntas. Luego, el metal fundido se vierte en una cuchara y se transfiere al proceso AOD (ver más abajo).
  • Descarburación de argón y oxígeno (AOD): se elimina el carbono del acero fundido (convirtiéndolo en gas monóxido de carbono ) y se realizan otros ajustes de composición para lograr la composición química deseada.
  • Colada continua (CC): el metal fundido se solidifica en planchas para productos planos (una sección típica tiene 20 centímetros (8 pulgadas) de espesor y 2 metros (6,6 pies) de ancho) o floraciones (las secciones varían ampliamente pero de 25 por 25 centímetros (9,8 pies) en × 9,8 pulgadas) es el tamaño medio).
  • Laminado en caliente (HR): las losas y las flores se recalientan en un horno y se laminan en caliente. El laminado en caliente reduce el espesor de las losas para producir bobinas de aproximadamente 3 mm (0,12 pulg.) De espesor. Las flores, por otro lado, se laminan en caliente en barras, que se cortan en trozos a la salida del laminador, o alambrón, que se enrolla.
  • El acabado en frío (CF) depende del tipo de producto que se termine:
    • Las bobinas laminadas en caliente se decaparan en soluciones ácidas para eliminar las incrustaciones de óxido en la superficie, luego se laminaban en frío en laminadores Sendzimir y se recocían en una atmósfera protectora hasta obtener el espesor deseado y el acabado superficial. En las instalaciones posteriores se pueden realizar otras operaciones, como el corte y la formación de tubos.
    • Las barras laminadas en caliente se enderezan y luego se mecanizan con la tolerancia y el acabado requeridos.
    • Las bobinas de alambrón se procesan posteriormente para producir barras acabadas en frío en bancos de trefilado, sujetadores en máquinas para fabricar pernos y alambre en máquinas de trefilado de uno o varios pasos.

Cifras de producción

Las cifras de producción mundial de acero inoxidable son publicadas anualmente por el Foro Internacional del Acero Inoxidable. De las cifras de producción de la UE, Italia, Bélgica y España fueron notables, mientras que Canadá y México no produjeron ninguna. Japón, Corea del Sur, Taiwán, India, Estados Unidos e Indonesia fueron grandes productores, mientras que Rusia reportó poca producción. [35]

Producción mundial de acero inoxidable en productos planos y largos (toneladas métricas, miles)
Año
unión Europea
Américas
porcelana
Asia excluida China
Otros paises
Mundo
202063232144301396429585750892
20196805259329 4007894552552 218
20187386280826 7068195563550 729
20177377275425 7748030414648 081
20167280293124 938995667245 778
20157169274721 562946260941 548
20147252281321 692933359541 686
20137147245418 984927664438 506

Desglose de la producción por familias de aceros inoxidables en 2017:

  • Aceros inoxidables austeníticos Cr-Ni (también denominados serie 300, consulte la sección "Grados" más arriba): 54%
  • Aceros inoxidables austeníticos Cr-Mn (también llamados serie 200): 21%
  • Aceros inoxidables ferríticos y martensíticos (también llamados serie 400): 23%

Aplicaciones

Arquitectura

El uso de acero inoxidable en edificios puede ser tanto práctico como estético. En boga durante el período Art Deco , el uso más famoso del acero inoxidable se puede ver en la parte superior del edificio Chrysler . Gracias a su durabilidad, muchos de estos edificios han conservado su aspecto original.

El acero inoxidable se utiliza en la construcción de edificios modernos, como el exterior de las Torres Gemelas Petronas y el Edificio Jin Mao . [85] La Casa del Parlamento de Australia en Canberra tiene un asta de bandera de acero inoxidable que pesa más de 220 toneladas métricas (240 toneladas cortas). [86] El edificio de acero inoxidable más grande de América del Norte es el edificio de aireación en la planta de compostaje de Edmonton . [87] La Geode en París tiene una cúpula compuesta por 6433 triángulos equiláteros de acero inoxidable pulido que forman la esfera que refleja el cielo. [88]El desarrollo de grados de acero inoxidable de alta resistencia, como los grados de "dúplex magro", ha llevado a un uso cada vez mayor en aplicaciones estructurales. [89] [90]

Gracias a su baja reflectividad, el acero inoxidable se utiliza como material de cubierta para los aeropuertos, lo que evita que los pilotos se deslumbren. También se utiliza por su capacidad para mantener la superficie del techo cerca de la temperatura ambiente. Ejemplos de tales aeropuertos incluyen el Aeropuerto Internacional de Sacramento en California y el Aeropuerto Internacional Hamad en Qatar .

El acero inoxidable se utiliza para puentes peatonales y de carreteras en forma de tubos, placas o barras de refuerzo. [91] Algunos ejemplos son: el puente de Cala Galdana en Menorca, el primer puente vial de acero inoxidable que se construirá; el Puente Champlain en Montreal ; [91] el puente Oudesluijs en Amsterdam , un puente realizado con la impresión 3D de Construction ; [92] Puente del Padre Arrupe de Bilbao , que une el Museo Guggenheim Bilbao con la Universidad de Deusto. [93] el Puente Peatonal de Sant Fruitos en España; Puente del cantero, Hong Kong ; [91] yEl Helix Bridge , un puente peatonal en Singapur.

  • El revestimiento de acero inoxidable se utiliza en la sala de conciertos de Walt Disney.

  • El arco Gateway de 630 pies de altura (190 m), revestido de acero inoxidable (tipo 304) define el horizonte de St. Louis

  • El pináculo del edificio Chrysler de Nueva York está revestido con acero inoxidable Nirosta , una forma del Tipo 302 [94] [85]

  • Una escultura Art Deco en el edificio Niagara-Mohawk Power en Syracuse, Nueva York

  • Puente de Cala Galdana , Menorca

  • Puente Helix , Singapur

  • París, Parc de la Villette, La Géode

Uso en arte y monumentos.

Américas

  • Cloud Gate , una escultura de Anish Kapoor . (Chicago, Estados Unidos)
  • Gateway Arch (en la imagen) está revestido completamente de acero inoxidable: 886 toneladas (804 toneladas métricas) de placa de 0,25 pulgadas (6,4 mm), acabado n. ° 3, acero inoxidable tipo 304. [95] (St. Louis, Estados Unidos)
  • Cristo de Chiapas de Jaime Latapí López . Creado en 2007. (Tuxla Guttierez, México)
  • Metamorfosis de David Černỳ. Creado en 2011 (Charlotte, Estados Unidos) [96]
  • Unisphere , construido como el símbolo temático de la Feria Mundial de Nueva York de 1964 , está construido con acero inoxidable Tipo 304L como una estructura esférica con un diámetro de 120 pies (37 m). (Ciudad de Nueva York, Estados Unidos)
  • El Memorial de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos tiene una piel estructural de acero inoxidable austenítico. (Arlington, Estados Unidos)

Asia

  • El pabellón Blossom de Zhan Wang. Creado en 2015. (Shanghai, China)

Europa

  • El revestimiento de aluminio de las esferas y tubos del Atomium fue renovado con revestimiento de acero inoxidable en 2006. (Bruselas, Bélgica)
  • Monumento Juraj Jánošík (Terchova, Eslovaquia)
  • La danse de la fontaine émergente de Chen Zhen. Creado en 2008. (París, Francia)
  • Man of Steel (escultura) , actualmente en construcción. (Rotherham, Inglaterra)
  • El Monumento a Sibelius está hecho completamente de tubos de acero inoxidable (Helsinki, Finlandia)
  • Sun Voyager de Jon Gunnar Arnason 9 m × 18 m × 7 m . Creado en 1990. (Reykjavik, Islandia)
  • El gran alce de Linda Bakke . Creado en 2015. (Stor-Eldval, Noruega)
  • The Kelpies (Falkirk, Escocia)
  • Un mar de acero consta de catorce esculturas de acero de diferentes artistas. (Wijk aan Zee, Países Bajos)

Agua

Los aceros inoxidables tienen una larga historia de aplicación en contacto con el agua [97] debido a su excelente resistencia a la corrosión. Las aplicaciones incluyen una variedad de condiciones que incluyen plomería, [98] agua potable [99] y tratamiento de aguas residuales, [100] desalinización y tratamiento de salmuera. [101] [102] Los aceros inoxidables tipos 304 y 316 son materiales estándar de construcción en contacto con el agua. Sin embargo, con el aumento del contenido de cloruro, se utilizan aceros inoxidables de mayor aleación como el Tipo 2205 y aceros inoxidables súper austeníticos y súper dúplex. [103]

Las consideraciones importantes para lograr un rendimiento óptimo frente a la corrosión son: [104]

  • la elección de grado correcta para el contenido de cloruro del agua;
  • evitar las grietas cuando sea posible mediante un buen diseño;
  • adherencia a las buenas prácticas de fabricación, en particular la eliminación del tinte térmico de la soldadura;
  • drenaje inmediato después de la hidrotest.

El uso de tuberías de acero inoxidable ha ayudado a reducir las pérdidas de agua potable en Tokio, Seúl y Taipei. [105]

Conversión de pulpa, papel y biomasa

Los aceros inoxidables se utilizan ampliamente en la industria de la pulpa y el papel para evitar la contaminación del producto por hierro y debido a su resistencia a la corrosión de los diversos productos químicos utilizados en el proceso de fabricación de papel. [106] [107] Por ejemplo, los aceros inoxidables dúplex se utilizan en digestores para convertir astillas de madera en pulpa de madera. Se usan superausteníticos al 6% de Mo en la planta de blanqueo y el Tipo 316 se usa ampliamente en la máquina de papel .

Procesamiento químico y petroquímico

Los aceros inoxidables se utilizan ampliamente en las industrias química y petroquímica por su resistencia a la corrosión en ambientes acuosos, gaseosos y de alta temperatura, sus propiedades mecánicas a todas las temperaturas y ocasionalmente por otras propiedades físicas especiales. [108] [109] [110] [111]

Alimentos y bebidas

El acero inoxidable austenítico (serie 300), en particular los tipos 304 y 316, es el material de elección para la industria de alimentos y bebidas, aunque también se utilizan aceros martensíticos y ferríticos (serie 400). Los aceros inoxidables son ventajosos porque no afectan el sabor del producto, se limpian y esterilizan fácilmente para evitar la contaminación bacteriana de los alimentos y son duraderos. Dentro de la industria de alimentos y bebidas, el acero inoxidable se usa ampliamente en utensilios de cocina, procesamiento de alimentos comerciales, cocinas comerciales, elaboración de cerveza, elaboración de vino y procesamiento de carne. [112]

Los alimentos ácidos con altas adiciones de sal, como la salsa de tomate, y los condimentos muy salados, como la salsa de soja, pueden requerir aceros inoxidables de mayor aleación, como superausteníticos al 6% de Mo, para evitar la corrosión por picaduras por el cloruro.

Vehículos

Automóviles
Ver también: Líneas de freno trenzadas de acero inoxidable

El Allegheny Ludlum Corporación trabajó con Ford en varios coches de concepto con cuerpos de acero inoxidable de la década de 1930 hasta la década de 1970 para demostrar el potencial del material. El Cadillac Eldorado Brougham de 1957 y 1958 tenía un techo de acero inoxidable. En 1981 y 1982, el automóvil de producción DMC DeLorean utilizó paneles de carrocería de acero inoxidable Tipo 304 sobre un monocasco de plástico reforzado con vidrio . Los autobuses interurbanos fabricados por Motor Coach Industries están hechos parcialmente de acero inoxidable. El panel de popa de la carrocería del Porsche CaymanEl modelo (cupé hatchback de 2 puertas) está fabricado en acero inoxidable. Debido a las numerosas curvas y ángulos del Cayman, durante los primeros prototipos de carrocería se descubrió que el acero convencional no se podía formar sin agrietarse. Por lo tanto, Porsche se vio obligado a utilizar acero inoxidable.

El uso más grande del acero inoxidable en los automóviles es la línea de escape. Los requisitos de protección del medio ambiente destinados a reducir la contaminación y el ruido durante toda la vida útil de un automóvil llevaron al uso de aceros inoxidables ferríticos (generalmente AISI409 / 409Cb en América del Norte, EN1.4511 y 1.4512 en Europa). Se utilizan para colector, tubería, silenciador, convertidor catalítico, tubo de escape. Los grados resistentes al calor EN1.4913 o 1.4923 se utilizan en partes de turbocompresores, mientras que otros grados resistentes al calor se utilizan para la recirculación de gases de escape y para las válvulas de admisión y escape. Además, los sistemas de inyección common rail y sus inyectores se basan en aceros inoxidables.

El acero inoxidable ha demostrado ser la mejor opción para diversas aplicaciones, como refuerzos para escobillas de limpiaparabrisas, bolas para dispositivo de operación del cinturón de seguridad en caso de accidente, resortes, sujetadores, etc.

Algunos fabricantes de automóviles utilizan acero inoxidable como elementos decorativos en sus vehículos.

Trenes de cercanías ligeros (enlaces de tranvía)

El acero inoxidable se utiliza ahora como uno de los materiales para los enlaces de tranvía, junto con las aleaciones de aluminio y el acero al carbono. Los grados dúplex tienden a ser los preferidos por su resistencia a la corrosión y mayor resistencia, lo que permite una reducción de peso y una larga vida útil en entornos marítimos. [113]

Vagones de pasajeros

Los vagones de ferrocarril se han fabricado comúnmente con paneles de acero inoxidable corrugado para una resistencia estructural adicional. Esto fue particularmente popular durante las décadas de 1960 y 1970, pero desde entonces ha disminuido. Un ejemplo notable fue el Pioneer Zephyr temprano . Entre los antiguos fabricantes notables de material rodante de acero inoxidable se encuentran Budd Company (EE. UU.), Que ha sido licenciada a la japonesa Tokyu Car Corporation , y la empresa portuguesa Sorefame . Muchos vagones en los Estados Unidos todavía se fabrican con acero inoxidable. En India, donde se está desarrollando la infraestructura ferroviaria, se están poniendo en servicio nuevos autocares de acero inoxidable. [114] Sudáfrica también está encargando autocares de acero inoxidable. [115]

Aeronave

Budd también construyó dos aviones, el Budd BB-1 Pioneer y el Budd RB-1 Conestoga , con tubos y láminas de acero inoxidable. El primero, que tenía cubiertas de tela para las alas, está en exhibición en el Instituto Franklin , siendo la exhibición continua más larga de un avión desde 1934. El RB-2 era casi todo de acero inoxidable, excepto por las superficies de control. Uno sobrevive en el Pima Air & Space Museum , adyacente a la Base de la Fuerza Aérea Davis-Monthan .

El avión anfibio American Fleetwings Sea Bird de 1936 también se construyó utilizando un casco de acero inoxidable soldado por puntos.

Debido a su estabilidad térmica, la Bristol Airplane Company construyó el avión de investigación de alta velocidad Bristol 188 totalmente de acero inoxidable , que voló por primera vez en 1963. Sin embargo, los problemas prácticos encontrados significaron que aviones de alta velocidad posteriores, como el Concorde , emplearon aleaciones de aluminio. El bombardero estadounidense experimental Mach 3, el XB70 Valkyrie , hizo un uso extensivo de acero inoxidable en su estructura externa debido al calor extremo que se encuentra a esas altas velocidades.

El uso de acero inoxidable en los aviones convencionales se ve obstaculizado por su peso excesivo en comparación con otros materiales, como el aluminio.

Astronave

El acero inoxidable también tiene una aplicación en vuelos espaciales. Los primeros cohetes Atlas usaban acero inoxidable en sus tanques de combustible. El revestimiento exterior de los módulos y la estructura de celosía integrada de la Estación Espacial Internacional utilizan aleaciones de acero inoxidable. [116] [117] Los componentes del futuro Sistema de Lanzamiento Espacial y la carcasa estructural de la nave espacial SpaceX serán el segundo y tercer cohetes, respectivamente, que utilizarán acero inoxidable.

Medicamento

Más información: acero inoxidable quirúrgico

Las herramientas quirúrgicas y los equipos médicos suelen estar hechos de acero inoxidable, debido a su durabilidad y capacidad para esterilizarse en un autoclave . Además, los implantes quirúrgicos como los refuerzos y reemplazos óseos (por ejemplo, encajes de la cadera y placas craneales) se fabrican con aleaciones especiales formuladas para resistir la corrosión, el desgaste mecánico [118] y las reacciones biológicas in vivo .

El acero inoxidable se utiliza en una variedad de aplicaciones en odontología. Es común usar acero inoxidable en muchos instrumentos que necesitan esterilización, como agujas, [119] limas endodónticas en la terapia de conducto radicular , postes metálicos en dientes tratados con conducto radicular, coronas temporales y coronas para dientes deciduos y arcos de alambre. y brackets en ortodoncia. [120] También se utilizaron aleaciones de acero inoxidable quirúrgico (por ejemplo, acero con bajo contenido de carbono 316) en algunos de los primeros implantes dentales. [121]

Energía

Los aceros inoxidables se utilizan ampliamente en todo tipo de centrales eléctricas, desde la nuclear [122] hasta la solar. [123] Los aceros inoxidables son ideales como soportes mecánicos para unidades de generación de energía cuando se requiere la permeación de gases o líquidos, como filtros en agua de refrigeración o limpieza de gases calientes [124] o como soportes estructurales en generación de energía electrolítica. [125]

El acero inoxidable se utiliza en electrolizadores ( las membranas de intercambio de protones y los electrolizadores de óxido sólido son los más comunes) que convierten la energía eléctrica en gas hidrógeno mediante la electrólisis del agua. Por el contrario, el acero inoxidable se utiliza en pilas de combustible que realizan la reacción opuesta, combinando hidrógeno y oxígeno para producir agua y energía eléctrica.

Culinario

A menudo se prefiere el acero inoxidable para los fregaderos de cocina debido a su robustez, durabilidad, resistencia al calor y facilidad de limpieza. En los mejores modelos, el ruido acústico se controla aplicando una capa base resistente para amortiguar las vibraciones. El material también se utiliza para el revestimiento de superficies como electrodomésticos y placas para salpicaduras . [126]

Los utensilios de cocina y para hornear pueden revestirse con acero inoxidable para mejorar su facilidad de limpieza y durabilidad y para permitir su uso en la cocción por inducción (esto requiere un acero inoxidable de grado magnético , como el 432). Debido a que el acero inoxidable es un mal conductor del calor, a menudo se usa como un revestimiento de superficie delgada sobre un núcleo de cobre o aluminio, que conduce el calor más fácilmente. [ cita requerida ]

Los cubiertos a menudo están hechos de acero inoxidable, [127] para baja corrosión, facilidad de limpieza, toxicidad insignificante y capacidad para evitar dar sabor a los alimentos por [128] actividad electrolítica .

Joyas

El acero inoxidable se utiliza para joyería y relojes, siendo el 316L el tipo más utilizado. La oxidación del acero inoxidable le da brevemente colores radiantes que también se pueden utilizar para efectos de coloración. [129] Valadio, acero inoxidable y aleación de níquel al 12% se utilizan para fabricar anillos militares y de clase. El valadio suele tener un tono plateado, pero puede electrochaparse para darle un tono dorado. La variedad de tono dorado se conoce como Sun-lite Valadium. Otros tipos de aleaciones de Valadium se denominan comercialmente de forma diferente, con nombres como " Siladium " y "White Lazon ". [ cita requerida ]

Armas de fuego

Algunas armas de fuego incorporan componentes de acero inoxidable como una alternativa a pavonado o parkerized acero. Algunos modelos de pistolas , como el modelo 60 de Smith & Wesson y la pistola Colt M1911 , pueden fabricarse completamente en acero inoxidable. Esto le da un acabado de alto brillo similar en apariencia al niquelado. A diferencia del enchapado, el acabado no está sujeto a descamación, pelado, desgaste por frotamiento (como cuando se quita repetidamente de una funda) ni oxidación cuando se raya.

Impresión 3d

Algunos proveedores de impresión 3D han desarrollado mezclas de sinterización de acero inoxidable patentadas para su uso en la creación rápida de prototipos. Un grado de acero inoxidable popular utilizado en la impresión 3D es el acero inoxidable 316L. Debido al gradiente de alta temperatura y la rápida velocidad de solidificación, los productos de acero inoxidable fabricados mediante impresión 3D tienden a tener una microestructura más refinada; esto, a su vez, da como resultado mejores propiedades mecánicas. Sin embargo, el acero inoxidable no se utiliza con tanta frecuencia como materiales como Ti 6 Al 4 V, debido a la disponibilidad de métodos de fabricación tradicionales más rentables para el acero inoxidable.

El costo del ciclo de vida

Los cálculos del costo del ciclo de vida (LCC) se utilizan para seleccionar el diseño y los materiales que conducirán al costo más bajo durante toda la vida de un proyecto, como un edificio o un puente. [130] [131]

La fórmula, en una forma simple, es la siguiente: [132] [ cita requerida ] [133]

donde LCC es el costo total del ciclo de vida, AC es el costo de adquisición, IC el costo de instalación, OC los costos de operación y mantenimiento, LP el costo de producción perdida debido al tiempo de inactividad y RC el costo de los materiales de reemplazo.

Además, N es la vida planificada del proyecto, i la tasa de interés y n el año en el que se está llevando a cabo una OC, LP o RC en particular. La tasa de interés (i) se utiliza para convertir los gastos de diferentes años a su valor presente (un método ampliamente utilizado por bancos y compañías de seguros) para que se puedan sumar y comparar de manera justa. El uso de la fórmula de la suma ( ) captura el hecho de que los gastos durante la vida útil de un proyecto deben acumularse [ aclaración necesaria ] después de que se corrijan por la tasa de interés. [ cita requerida ]

Aplicación de LCC en la selección de materiales

El acero inoxidable utilizado en proyectos a menudo da como resultado valores de LCC más bajos en comparación con otros materiales. El mayor costo de adquisición (CA) de los componentes de acero inoxidable a menudo se compensa con las mejoras en los costos de operación y mantenimiento, la reducción de los costos de pérdida de producción (LP) y el mayor valor de reventa de los componentes de acero inoxidable. [ cita requerida ]

Los cálculos de LCC generalmente se limitan al proyecto en sí. Sin embargo, puede haber otros costos que una parte interesada del proyecto desee considerar: [ cita requerida ]

  • Los servicios públicos, como las plantas de energía, el suministro de agua y el tratamiento de aguas residuales y los hospitales, no se pueden cerrar. Cualquier mantenimiento requerirá costos adicionales asociados con el servicio continuo.
  • Se pueden incurrir en costos sociales indirectos (con posibles consecuencias políticas) en algunas situaciones, como el cierre o la reducción del tráfico en los puentes, la creación de colas, retrasos, pérdida de horas de trabajo para las personas y aumento de la contaminación por vehículos en ralentí.

Sostenibilidad: reciclaje y reutilización

La huella de carbono media del acero inoxidable (todos los grados, todos los países) se estima en 2,90 kg de CO 2 por kg de acero inoxidable producido, [134] de los cuales 1,92 kg son emisiones de materias primas (Cr, Ni, Mo); 0,54 kg de electricidad y vapor, y 0,44 kg son emisiones directas (es decir, de la planta de acero inoxidable). Tenga en cuenta que el acero inoxidable producido en países que utilizan fuentes de electricidad más limpias (como Francia, que utiliza energía nuclear) tendrá una menor huella de carbono. Los ferríticos sin Ni tendrán una huella de CO 2 más baja que los austeníticos con 8% de Ni o más.

La huella de carbono no debe ser el único factor relacionado con la sostenibilidad para decidir la elección de los materiales:

  • durante la vida útil del producto, el mantenimiento, las reparaciones o el final temprano de la vida útil (obsolescencia programada) puede aumentar su huella general mucho más allá de las diferencias de material iniciales. Además, la pérdida de servicio (generalmente para puentes) puede generar grandes costos ocultos, como colas, combustible desperdiciado y pérdida de horas de trabajo.
  • la cantidad de material que se utiliza para proporcionar un servicio determinado varía con el rendimiento, en particular el nivel de resistencia, lo que permite estructuras y componentes más ligeros.

El acero inoxidable es 100% reciclable . [135] [136] [137] Un objeto de acero inoxidable promedio está compuesto por aproximadamente un 60% de material reciclado, de los cuales aproximadamente el 40% proviene de productos al final de su vida útil, mientras que el 60% restante proviene de procesos de fabricación. [138] Lo que impide un mayor contenido de reciclaje es la disponibilidad de chatarra de acero inoxidable, a pesar de una tasa de reciclaje muy alta. De acuerdo con el Panel Internacional de Recursos 's existencias de metales en el informe Sociedad , la acción per cápita de acero inoxidable en uso en la sociedad es 80-180 kg en los países más desarrollados y 15 kg en los países menos desarrollados.

Existe un mercado secundario que recicla la chatarra utilizable para muchos mercados de acero inoxidable. El producto es principalmente bobinas, láminas y espacios en blanco. Este material se compra a un precio inferior al principal y se vende a sellos de calidad comercial y casas de chapa metálica. El material puede tener rayones, picaduras y abolladuras, pero está fabricado según las especificaciones actuales. [ cita requerida ]

Ciclo de acero inoxidable

El ciclo del acero inoxidable comienza con chatarra de acero al carbono, metales primarios y escoria.

El siguiente paso es la producción de productos de acero laminados en caliente y acabados en frío en acerías. Se produce algo de chatarra, que se reutiliza directamente en la acería.

La fabricación de componentes es el tercer paso. Parte de la chatarra se produce y entra en el ciclo de reciclaje. El montaje de los bienes finales y su uso no genera ninguna pérdida material.

El cuarto paso es la recolección de acero inoxidable para su reciclaje al final de la vida útil de los productos (como utensilios de cocina, plantas de pulpa y papel o partes de automóviles). Aquí es donde es más difícil conseguir que el acero inoxidable entre en el circuito de reciclaje, como se muestra en la siguiente tabla:

Estimaciones de recogida para reciclado por sector [139]
Sector de uso finalResultadosUso, promedio globalEstimados
20002005Vida media
(años)		Coeficiente
de variación		Al vertederoRecogido para reciclaje
TotalDe los cuales como acero inoxidableDel cual como acero al carbono
Edificación e infraestructura17%18%5030%8%92%95%5%
Transporte (total)21%18%13%87%85%15%
De los cuales turismos17%14%1415%
De los cuales otros4%4%3020%
Maquinaria industrial29%26%2520%8%92%95%5%
Electrodomésticos y electrónica10%10%1520%30%70%95%5%
Bienes de metal23%27%1525%40%60%80%20%

Acero inoxidable a nanoescala

Se han producido nanopartículas de acero inoxidable en el laboratorio. [140] [141] Estos pueden tener aplicaciones como aditivos para aplicaciones de alto rendimiento. Por ejemplo, los tratamientos de sulfuración, fosforización y nitruración para producir catalizadores basados ​​en acero inoxidable a nanoescala podrían mejorar el rendimiento electrocatalítico del acero inoxidable para la división del agua. [142]

Efectos en la salud

Soldadura

Existe una extensa investigación que indica un posible aumento del riesgo de cáncer (particularmente cáncer de pulmón) por inhalar humos de soldadura mientras se suelda acero inoxidable. [143] [144] [145] [146] [147] [148] Se sospecha que la soldadura de acero inoxidable produce humos cancerígenos a partir de óxidos de cadmio, níquel y cromo. [149] Según el Cancer Council Australia , "En 2017, todos los tipos de humos de soldadura se clasificaron como carcinógenos del Grupo 1 ". [149]

Cocinando

El acero inoxidable generalmente se considera biológicamente inerte. Sin embargo, durante la cocción, pequeñas cantidades de níquel y cromo se filtran de los nuevos utensilios de cocina de acero inoxidable a alimentos muy ácidos. [150] El níquel puede contribuir a los riesgos de cáncer, en particular el cáncer de pulmón y el cáncer nasal . [151] [152] Sin embargo, no se ha establecido ninguna conexión entre los utensilios de cocina de acero inoxidable y el cáncer. [153]

Ver también

  • Acero inoxidable soldable AL-6XN
  • Descarburación de argón oxígeno
  • Aleaciones de cromo-cobalto
  • Ingeniería de corrosión
  • Tubería de acero inoxidable corrugada
  • Industrias del crisol
  • Lista de materiales de la hoja
  • Lista de productores de acero
  • Acero inoxidable de grado marino
  • Relación pilling-Bedworth
  • Número equivalente de resistencia a picaduras
  • Rouging
  • Fibra de acero inoxidable
  • Jabón de acero inoxidable

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