¿Cuáles son los 4 tipos de acero inoxidable?

Los cuatro tipos principales de acero inoxidable son austenítico, ferrítico, martensítico y dúplex. Estas categorías se clasifican en función de su microestructura cristalina, que determina directamente sus propiedades mecánicas, su resistencia a la corrosión y su idoneidad para aplicaciones industriales específicas. Austenítico (p. ej., 304, 316) se identifican por su estructura cúbica centrada en la cara (FCC), que ofrece una conformabilidad y una resistencia a la corrosión superiores. Ferrítico (p. ej., 430) poseen una estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC), que les confiere propiedades magnéticas y resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Martensítico (por ejemplo, 410) también utilizan una estructura BCC pero con un mayor contenido de carbono, lo que permite el tratamiento térmico y el endurecimiento. Dúplex (p. ej., 2205) presentan una microestructura mixta de aproximadamente 50% de austenita y 50% de ferrita, que proporciona casi el doble de límite elástico que los grados austeníticos.

En MWalloys, ...reconocemos que seleccionar la aleación correcta requiere algo más que conocer estos nombres. Exige un profundo conocimiento de cómo interactúan los elementos de aleación para definir el rendimiento en entornos difíciles.

Resumen ejecutivo e instantánea de la selección

Para tomar una decisión rápida, aquí tiene una comparación concisa que puede imprimir y fijar a una hoja de especificaciones:

Esta instantánea ayuda a ingenieros y compradores a identificar qué familia satisface probablemente las necesidades básicas del proyecto. En las secciones siguientes se ofrecen explicaciones técnicas detalladas, orientaciones para la adquisición y tablas comparativas de las calidades más comunes.

Cómo se definen las familias de aceros inoxidables: metalurgia y microestructura

Los aceros inoxidables se agrupan en función de la estructura cristalina dominante de la matriz de hierro a temperatura ambiente y de la vía prevista para el desarrollo de sus propiedades. La clasificación práctica más útil utiliza cuatro familias: austenítica, ferrítica, dúplex y martensítica. Cada familia se forma debido a equilibrios particulares de elementos de aleación:

• Austenítico mantienen una matriz cúbica centrada en la cara a temperatura ambiente mediante adiciones de níquel, manganeso o nitrógeno. Esta estructura proporciona una gran tenacidad y una excelente ductilidad.

• Ferrítico conservan una estructura cúbica centrada en el cuerpo estabilizada por el cromo y un bajo contenido en níquel. Suelen ser magnéticos.

• Dúplex producen intencionadamente una mezcla aproximadamente equilibrada de austenita y ferrita. El resultado es un mayor límite elástico y una mayor resistencia a la corrosión localizada.

• Martensítico se transforman en una fase tetragonal centrada en el cuerpo durante el enfriamiento rápido cuando el contenido de carbono es suficiente. Esta martensita es endurecible mediante tratamiento térmico y es magnética.

Desde el punto de vista de la selección de materiales, estas diferencias microestructurales determinan el comportamiento mecánico, la resistencia a la corrosión, la respuesta al tratamiento térmico, las propiedades magnéticas y las normas de fabricación. En el resto del artículo se analiza cada familia en detalle para que los equipos de adquisición e ingeniería puedan redactar las especificaciones correctas y adquirir el grado adecuado para el entorno operativo.

Acero inoxidable austenítico

¿Qué define al acero inoxidable austenítico?

Los aceros inoxidables austeníticos tienen una matriz de austenita a temperatura ambiente. La microestructura es cúbica centrada en la cara. El níquel es el principal estabilizador de la austenita en la serie 300; el manganeso y el nitrógeno suelen sustituirlo en las calidades de la serie 200. El contenido típico de cromo oscila entre el 16 y el 20% en las calidades comunes. El contenido típico de cromo oscila entre el 16 y el 20% para las calidades comunes; el contenido de níquel varía.

Propiedades clave

• Resistencia a la corrosión: Generalmente excelente. Las variantes con molibdeno aumentan la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas en ambientes clorados.

• Ductilidad y tenacidad: Muy alta tenacidad hasta temperaturas criogénicas.

• Formabilidad: Excelente. La mayoría de las operaciones de embutición profunda utilizan calidades austeníticas.

• Magnetismo: Esencialmente no magnético en estado de disolución. El trabajo en frío puede inducir cierto magnetismo localmente.

• Tratamiento térmico: No puede endurecerse mediante tratamientos térmicos ordinarios. El refuerzo se realiza mediante trabajo en frío o variantes específicas de endurecimiento por precipitación.

Calidades comerciales habituales y sus atributos

El tipo 304 es el más utilizado en general. El tipo 316 se elige cuando la resistencia a las picaduras por cloruros es importante. La familia austenítica constituye la mayor parte de la producción mundial de inoxidables en muchos estudios debido a su versatilidad y favorable comportamiento en la fabricación.

Notas de fabricación para ingenieros y compradores

• Soldadura: Los aceros austeníticos se sueldan fácilmente mediante procesos estándar. Utilizar metales de aportación adaptados a la resistencia a la corrosión. Tenga cuidado con la sensibilización en algunos grados que puede causar corrosión intergranular a menos que se estabilice o se trate con solución.

• Trabajo en frío: El conformado en frío aumenta la resistencia debido al endurecimiento por deformación, pero reduce la ductilidad. En caso de soldadura posterior al conformado, prever un alivio de tensiones o un recocido por disolución cuando sea necesario.

• Acabado superficial: Los acabados espejados y cepillados nº 4 son habituales; afectan al comportamiento frente a la corrosión en películas finas y grietas.

Pruebas típicas y criterios de aceptación

• Análisis químico (espectro o química húmeda) para verificar el contenido de Ni, Cr, Mo, C, N

• Pruebas mecánicas: tracción, límite elástico, alargamiento

• Pruebas de corrosión: potencial de picadura o ASTM G48 si se espera un servicio con cloruros.

• Revisión de la dureza y la microestructura tras la soldadura, si procede.

Acero inoxidable ferrítico

¿Qué define al acero inoxidable ferrítico?

Los aceros inoxidables ferríticos tienen una matriz ferrítica cúbica centrada en el cuerpo a temperatura ambiente. El contenido de cromo suele oscilar entre el 10,5% y el 30%, mientras que el de níquel es bajo o nulo. Son magnéticos y no se pueden endurecer mediante tratamiento térmico.

Propiedades clave

• Resistencia a la corrosión: Buena resistencia general; la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión tiende a ser superior a la de los austeníticos en algunas condiciones de cloruros.

• Fuerza y resistencia: Resistencia moderada; la tenacidad puede ser limitada, especialmente a baja temperatura o en ciertas calidades con alto contenido de cromo.

• Formabilidad: Razonable, pero limitado en relación con los austeníticos para embutición profunda.

• Soldabilidad: Posible, pero el engrosamiento del grano durante la soldadura puede reducir la tenacidad; rara vez se utiliza el tratamiento térmico posterior a la soldadura.

Calidades y aplicaciones habituales

Los aceros inoxidables ferríticos resultan atractivos cuando los precios del níquel son sensibles a los costes. Ofrecen una buena resistencia a la oxidación a temperaturas moderadas y un rendimiento razonable en entornos ligeramente corrosivos.

Notas de fabricación

• Planificar las operaciones de conformado para evitar el agrietamiento en las curvas donde el margen de ductilidad disponible es bajo.

• La soldadura requiere metales de aportación compatibles con la química ferrítica. Controlar el aporte de calor para evitar un crecimiento excesivo del grano.

• Cuando se requiere una resistencia cercana a la de los dúplex o austeníticos, los ferríticos se utilizan con menos frecuencia.

Acero inoxidable dúplex

¿Qué diferencia a los dúplex?

Los aceros inoxidables dúplex producen intencionadamente porciones aproximadamente iguales de austenita y ferrita en la microestructura. Esta combinación proporciona una mayor resistencia que los grados austeníticos, además de una mayor resistencia a la corrosión localizada inducida por cloruros. La microestructura dúplex ofrece una mezcla de características deseables de ambas familias.

Grados dúplex típicos y tendencias de composición

• 2205 es el grado dúplex más común. Tiene más cromo y molibdeno que los austeníticos de la serie 300 y también contiene nitrógeno para estabilizar la austenita y aumentar la resistencia.

• Los grados superdúplex contienen un mayor contenido de aleación para una resistencia extrema a las picaduras.

Propiedades clave

• Fuerza: El límite elástico suele ser 1,5 veces superior al de las calidades austeníticas comparables.

• Comportamiento frente a la corrosión: Excelente resistencia a la corrosión por picaduras y grietas debido al mayor contenido de Cr, Mo y N. Se suele elegir cuando existe tensión por cloruros y riesgo de ataque localizado.

• Soldabilidad: Requiere un control cuidadoso; la soldadura puede alterar el equilibrio de fases. Si no se controlan el aporte de calor y la velocidad de enfriamiento, pueden formarse fases no deseadas que reduzcan la tenacidad y la resistencia a la corrosión.

Aplicaciones

Los inoxidables dúplex son habituales en el transporte de petróleo y gas, la manipulación de agua de mar, los intercambiadores de calor de plantas químicas y otros entornos en los que se requiere una combinación de fuerza y resistencia a la corrosión.

Notas sobre la fabricación y consejos para la adquisición

• Especificar los metales de aportación apropiados y los procedimientos pre/post soldadura para mantener un equilibrio de fases 50/50.

• Para los equipos a presión fabricados, incluir requisitos para el contenido de N, la medición de ferrita y el tratamiento con solución postsoldadura cuando sea necesario.

• Considerar protocolos de ensayo de corrosión como ASTM G48 o potencial de picadura electroquímica para la cualificación.

Acero inoxidable martensítico

¿Qué define al acero inoxidable martensítico?

Los aceros inoxidables martensíticos contienen suficiente carbono para formar una microestructura martensítica dura cuando se enfrían a partir de la temperatura de austenización. La matriz resultante es tetragonal centrada en el cuerpo y magnética. Pueden someterse a tratamiento térmico hasta alcanzar altos niveles de dureza y se utilizan habitualmente para la resistencia al desgaste y los filos de corte.

Propiedades clave

• Dureza: Puede endurecerse hasta altos valores Rockwell mediante ciclos de temple y revenido.

• Fuerza: Alto cuando está templado y revenido.

• Resistencia a la corrosión: Inferior a las familias austenítica y dúplex; apropiado para entornos suaves o cuando se utilizan acabados superficiales protectores.

• Formabilidad: Limitado en estado endurecido; mejor en estado recocido.

• Soldabilidad: Difícil. A menudo se requieren temperaturas de precalentamiento e interpasadas controladas; normalmente es necesario un revenido posterior a la soldadura.

Grados y usos comunes

Notas de procesamiento

• Para componentes que requieran un control dimensional estricto y una dureza elevada, especifique los programas de temple y revenido e incluya ensayos de dureza por pedido.

• Para los ensamblajes soldados, el diseño debe minimizar las zonas afectadas por el calor que requieran un nuevo templado.

Cuadros comparativos de la contratación pública

Comparación de propiedades mecánicas (rangos típicos)

Nota: Los valores que se indican a continuación son gamas representativas de las calidades especificadas habitualmente; utilice las hojas de datos del fabricante para conocer los límites de diseño.

Clasificación de la corrosión en entornos con cloruros (cualitativa)

Límites de temperatura y oxidación (orientación práctica)

• Austenítico: Servicio continuo hasta unos 800-870 °C para algunas calidades; por encima de esta temperatura, la fluencia y la incrustación son preocupantes.

• Ferrítico: Buena resistencia a la oxidación hasta temperaturas moderadas; riesgo de crecimiento de grano a altas temperaturas de soldadura.

• Dúplex: Buen servicio a temperaturas moderadamente altas, pero cuidado con la exposición por encima de unos 300-350 °C debido a los riesgos de fragilización por las fases intermetálicas.

• Martensítico: Resistencia limitada a altas temperaturas; es necesario el revenido para controlar las propiedades.

Criterios de selección estratégica para aplicaciones de ingeniería

Cuando MWalloys asesora a sus clientes, les aconsejamos utilizar el enfoque "Failure Mode First". En lugar de elegir un grado basado en la tradición, analice cómo es más probable que falle la pieza.

1. Medio ambiente y química

• Presencia de cloruro: Si el entorno es de agua salada o costero, el 304 es insuficiente. Pase al 316 o, si soporta carga, al Duplex 2205.

• Ácidos: Los ácidos reductores (sulfúrico) requieren aleaciones diferentes que los ácidos oxidantes (nítrico).

• Cálculo PREN: Utilice la fórmula PREN=%Cr+3.3(%Mo)+16(%N)para clasificar teóricamente la resistencia a la picadura.

2. Carga mecánica

• Si el diseño es sensible al peso (por ejemplo, camiones cisterna), la alta resistencia del dúplex permite paredes más delgadas, lo que compensa el mayor coste por kilogramo del material.

• Para las piezas de desgaste (cuchillas, válvulas), la martensítica es la única opción lógica entre las cuatro estándar.

3. 3. Fabricación e instalación

• Soldadura: Si se requiere una soldadura de gran calibre, el austenítico es indulgente. El dúplex requiere un control estricto del aporte térmico para mantener el equilibrio de fases. Los grados ferríticos en secciones gruesas pueden sufrir crecimiento de grano y fragilidad.

• Formación: Para la embutición profunda (fregaderos, ollas), el 304 austenítico no tiene rival.

Perspectivas del sector: El quinto tipo "oculto

Aunque el aviso se centra en los cuatro tipos principales, una guía autorizada debe reconocer Endurecimiento por precipitación (PH) aceros inoxidables. Los grados como el 17-4PH ofrecen una combinación única de la resistencia a la corrosión de los austeníticos con la alta resistencia de los martensíticos, conseguida mediante la adición de cobre, niobio o aluminio y un proceso de tratamiento térmico de envejecimiento. Los sectores aeroespacial y de fabricación avanzada recurren con frecuencia a las calidades PH.

¿Por qué comprar en MWalloys?

En un mercado inundado de certificaciones genéricas de materiales, MWalloys se distingue por su integridad técnica. No nos limitamos a suministrar metal; suministramos certidumbre.

• Verificación: Utilizamos analizadores de fluorescencia de rayos X (XRF) para verificar los elementos de aleación antes del envío.

• Trazabilidad: Los informes completos de las pruebas de molienda (MTR) vinculan cada lote a su origen en el horno.

• Experiencia: Nuestro equipo comprende los matices entre un 304L que apenas cumple la norma y uno optimizado para ofrecer la máxima resistencia a la corrosión.

Consideraciones sobre la fabricación

Formando

• Se prefieren austeníticos cuando se requiere embutición profunda y conformado extensivo.

• Los ferríticos y martensíticos necesitan radios de curvatura mayores y un endurecimiento controlado.

Soldadura

• Los austeníticos se sueldan fácilmente con metales de aportación adecuados. Para la serie 300, especifique hilos de soldadura 308/316 cuando sea necesario.

• Ferríticos: controlar el aporte de calor para limitar el crecimiento del grano.

• Dúplex: utilizar alambres de relleno dúplex; mantener el equilibrio de fases controlando la temperatura entre pasadas y las velocidades de enfriamiento.

• Martensítico: el precalentamiento y el revenido posterior a la soldadura suelen ser necesarios para evitar el agrietamiento.

Tratamiento térmico

• Austeníticos: recocido en solución a ~1050-1100 °C y enfriamiento rápido para restaurar la resistencia a la corrosión después de un procesamiento intenso.

• Ferrítico: normalmente no se trata térmicamente para reforzarlo.

• Dúplex: puede ser necesario un tratamiento en solución para disolver las fases no deseadas después de la soldadura.

• Martensíticos: requieren ciclos de temple y revenido para alcanzar las propiedades finales.

Acabado superficial y resistencia a la corrosión

• La rugosidad de la superficie y las grietas concentran el ataque de la corrosión. Especificar los requisitos de acabado de la superficie para satisfacer las demandas de exposición al cloruro. Los tratamientos de pasivación (por ejemplo, la pasivación con ácido nítrico) son estándar en muchas aplicaciones alimentarias y médicas.

Lista de comprobación para ingenieros de diseño y compradores

Utilice esta lista de comprobación para elaborar un pliego de condiciones o una petición de oferta.

1. Entorno operativoNivel de cloruro, pH, intervalo de temperatura, presencia de especies oxidantes/reductoras.

2. Requisitos mecánicosRendimiento, resistencia a la tracción, alargamiento, dureza.

3. Conformado y fabricaciónPuede tratarse de una pieza conformada en caliente o en frío, soldada in situ o que requiera un tratamiento térmico posterior a la soldadura.

4. Acabado superficial y necesidades estéticasespejo, cepillado, decapado, pasivado.

5. Normas y trazabilidad: especifique los números ASTM/EN/UNS, los certificados de ensayo de laminación y cualquier END necesario.

6. Pruebas de aceptaciónDureza, ensayos de tracción, resistencia a las picaduras, niebla salina si procede.

7. Cadena de suministroplazo de entrega requerido, fábricas certificadas, tolerancia de análisis químicos y proveedores de existencias preferentes.

8. Costes del ciclo de vidaEn la mayoría de los casos, se tienen en cuenta los intervalos de sustitución, el mantenimiento y la posibilidad de reparación, y no sólo el coste inicial del metal.

La inclusión de esta lista de comprobación en los pliegos de condiciones reducirá la ambigüedad de las especificaciones y agilizará la cualificación de los proveedores.

Control de calidad, especificaciones y métodos de ensayo típicos

Al redactar documentos técnicos de compra, incluya:

• Verificación de la composición química: Espectroanálisis con rangos de aceptación coherentes con ASTM A240, EN 10088 o la norma aplicable.

• Pruebas mecánicas: Ensayo de tracción según ASTM A370 o equivalente; dureza según Rockwell o Vickers según la familia.

• Controles de microestructura: Equilibrio de fases para dúplex (medición cuantitativa de ferrita), tamaño de grano para ferríticos y austeníticos después de la soldadura.

• Pruebas de corrosión: Ensayos de corrosión por picaduras y fisuras ASTM G48 para exposición a cloruros; ASTM B505 o ISO 11130 para requisitos específicos de pasivado.

• Ensayos no destructivos: Radiografía o prueba ultrasónica para las fabricaciones soldadas que mantienen la presión.

Incluya criterios de aceptación en las órdenes de compra para que los proveedores puedan planificar los controles del proceso.

Factores de coste, disponibilidad y plazos de entrega

Principales factores de coste:

• Contenido en níquel: gran influencia en el precio de las aleaciones austeníticas.

• Molibdeno y nitrógeno: los elementos de aleación añadidos en dúplex y 316 aumentan el coste.

• Tratamiento térmico y acabado superficial especial: aumentan el coste de procesamiento.

• Requisitos de certificación y ensayoLos certificados de fábrica, la trazabilidad completa de los materiales y las pruebas de corrosión especializadas añaden tiempo y gastos.

Consejo de aprovisionamiento: Cuando la sensibilidad al precio es alta y la exposición al cloruro es baja, un grado ferrítico puede ofrecer las prestaciones requeridas a un coste inferior. En entornos marinos severos, el dúplex o el superdúplex pueden reducir el coste del ciclo de vida a pesar del mayor precio inicial.

Ejemplos prácticos de especificaciones (plantillas breves)

Ejemplo de partida para un suministro de chapa 316

Chapa de acero inoxidable 316, ASTM A240/A240M, Tipo 316, espesor 2,0 mm ±0,1 mm, acabado superficial 2B, recocida y decapada, certificado de ensayo de laminación EN 10204 3.1, composición química dentro de la tolerancia ASTM, resistencia a la tracción ≥ 515 MPa, alargamiento ≥ 40%.

Ejemplo de partida para tubo dúplex

Tubo dúplex 2205 sin soldadura, UNS S32205, ASTM A789, cédula 40, accesorios soldados adaptados al material base, contenido de ferrita 30-70% en el metal base después de la soldadura, diámetro exterior electropulido, radiografía NDT 100% en las soldaduras circunferenciales.

Un lenguaje de especificaciones claro como éste reduce las preguntas de los proveedores y evita sustituciones.

Apéndice práctico de contratación: lista de comprobación del pliego de condiciones y modelos de cláusulas

Ejemplos de cláusulas técnicas para peticiones de oferta

• Designación del material: “UNS S30400, ASTM A240, recocido en disolución y decapado, forma del producto: chapa, espesor: 2,0 mm ±0,1 mm”.”

• Certificación: “La cadena de suministro debe proporcionar EN 10204 3.1 MTC. Incluir análisis químico, informe de ensayo de tracción y trazabilidad del número de colada”.”

• Aceptación: “Entrega aceptada sólo después de la revisión del MTC y de la inspección de recepción, incluyendo la comprobación dimensional, la comprobación visual de la superficie y un ensayo de tracción por lote.”

• Pruebas de corrosión: “Para los equipos destinados al agua de mar, suministrar datos de potencial de picadura de laboratorio o ensayos equivalentes G48 sobre muestras representativas.”

• Soldadura: “Proporcionar registro de cualificación del procedimiento (PQR) para soldaduras clave, incluyendo designación del metal de aportación, precalentamiento, entre pasadas, resultados de END”.”

Consejos de compra

• Solicite a los proveedores certificados de molturación vinculados a los números térmicos.

• Si el plazo de entrega es crítico, especifique los grados de sustitución aceptables y exija la aprobación por escrito de cualquier sustitución.

• Para los componentes críticos, considere la posibilidad de realizar auditorías en fábrica de los sistemas de calidad y trazabilidad del proveedor.

Recomendaciones finales de MWAlloys

MWAlloys recomienda el siguiente enfoque práctico para especificar el material inoxidable:

1. Empiece por el entorno operativo y las necesidades mecánicas, no por el apellido deseado.

2. Si existe riesgo de corrosión por picaduras de cloruro o por grietas, considere los austeníticos dúplex o con molibdeno.

3. Si se necesita un conformado y una soldadura pesados, empiece con austeníticos de la serie 300 y especifique grados de estabilización o de bajo contenido en carbono cuando la sensibilización sea un riesgo.

4. Para aplicaciones de desgaste o corte, compruebe los grados endurecidos martensíticos e incluya las especificaciones de dureza y revenido.

5. Para entornos de corrosión no críticos y sensibles a los costes, considere las calidades ferríticas, pero compruebe la tenacidad a baja temperatura y las limitaciones de conformado.