Conozca en detalle la composición del acero inoxidable

El acero inoxidable es un material que tiene usos críticos en industrias que van desde aeroespacial hasta automotriz.Las aleaciones metálicas, incluido el acero inoxidable, contienen una mezcla de varios elementos. En el acero inoxidable, el hierro se mezcla con otros elementos. La composición exacta del acero inoxidable define sus propiedades, por lo que debe saber qué contiene.

Vamos a discutirlo en detalle.

Una visión general de la composición del acero inoxidable

No todo el acero es una aleación de acero inoxidable: el acero inoxidable se caracteriza por un mínimo del 10.5% de cromo.

Otros dos componentes comúnmente utilizados son níquel y manganeso. Además de estos, también encontrarás molibdeno, silicio y carbono en cantidades variables.

La presencia y el porcentaje de elementos de aleación afectan las propiedades del material. Por lo tanto, la resistencia al calor, la resistencia, la durabilidad y la resistencia a la corrosión dependen del grado que estés utilizando.

Otras propiedades importantes del acero inoxidable incluyen el grado de su soldabilidad y mecanización – la capacidad del acero para unirse a otra parte de acero o ser cortado, perforado, o fresado por máquinas. Todas estas características dependen de la composición química del acero inoxidable.

Comprender los agentes de aleación en el acero inoxidable

El acero inoxidable es principalmente hierro con cromo, níquel y manganeso, según su grado. Discutamos esto en detalle.

1.Hierro

El hierro es el principal componente en cualquier acero, proporcionando la mayor parte de la composición. Normalmente se encuentra en una proporción que va desde el 50% al 70% en el acero inoxidable, si no más.

Las diferentes categorías de acero inoxidable tienen la siguiente composición de hierro:

  • El acero inoxidable austenítico contiene altos niveles de hierro, alrededor del 70%.
  • El acero inoxidable ferrítico tiene el contenido más alto de hierro, alrededor del 70-75%.
  • Los grados de acero inoxidable martensítico tienen un contenido de hierro más bajo, alrededor del 50%.

El contenido de hierro en el acero inoxidable determina sus propiedades de resistencia a la corrosión. Generalmente, cuanto más hierro haya, menos resistente a la corrosión será el acero.

Demasiado hierro causa una capa de óxido pasiva más gruesa, ya que reacciona con el cromo para formar óxido de hierro-cromo, que será menos estable. También conducirá a una disminución localizada de cromo en algunas áreas, haciéndolo susceptible a la corrosión. Pero un menor contenido de hierro proporcionará a su acero una capa de óxido más delgada pero estable.

2.Cromo

Este metal es de gran importancia en el acero inoxidable, ya que proporciona al acero su resistencia a la corrosión con su capa de óxido pasiva. Esta capa de óxido de cromo es auto-reparable y puede repararse si se daña.

cromo

Pero el papel del cromo en el acero inoxidable no es solo la resistencia a la corrosión: también aumenta la dureza y la resistencia y mejora la soldabilidad al reducir la tendencia del acero a agrietarse durante la soldadura.

El contenido de cromo está entre el 16-26% en el acero inoxidable austenítico. En los aceros ferríticos, varía mucho pero siempre está por encima del 10.5%. Y en el acero inoxidable martensítico, está alrededor del 14-18%.

3.Níquel

El níquel es un componente esencial del acero inoxidable. Es un metal austenítico y proporciona al acero austenítico su forma cristalina característica. Entonces, los aceros austeníticos son ricos en níquel.

El níquel tiene dos roles principales en el acero inoxidable: prevención de la corrosión y fuerza. También genera una capa de óxido protectora contra la corrosión.

La resistencia a la tracción de una aleación de acero es proporcional a su contenido de níquel: añadir níquel puede hacer que su acero sea más duro y aumentar su resistencia a la tracción. Por lo tanto, puede usar grados ricos en níquel en entornos altamente corrosivos, como sistemas marinos, e en industrias que requieren alta resistencia, como aeroespacial.

Puede usar dos tipos de níquel: aleaciones de níquel y hierro de alto horno con níquel. Las primeras tienen otros materiales como molibdeno y cobre. Y el hierro de alto horno con níquel es una alternativa de bajo costo a las aleaciones de níquel que contienen níquel, carbono y hierro.

4.Manganeso

Este componente esencial del acero inoxidable reduce su fragilidad y mejora sus propiedades mecánicas.

El manganeso no afecta directamente a la prevención de la corrosión en el acero inoxidable, ya que no genera una capa de óxido. Sin embargo, evita la corrosión por picaduras al estabilizar la estructura cristalina austenítica del acero.

El manganeso también mejora la dureza, la resistencia y la durabilidad del metal, lo que hace menos probable que se agriete y se fracture. Esto es útil ya que puede usar aceros a base de manganeso para aplicaciones que enfrentan mucho estrés, como la construcción de puentes.

Puede usar tanto manganeso electrolítico como ferromanganeso para fabricar acero inoxidable. El manganeso electrolítico es la forma más pura de metal utilizada en aleaciones de alto rendimiento. El ferromanganeso es manganeso mezclado con hierro para hacer aleaciones de acero inoxidable de menor grado.

5.Otros elementos

El acero inoxidable puede tener otros componentes, según su grado.

Carbono

Encontrarás carbono en el acero inoxidable para hacerlo más duro, pero su cantidad debe ser controlada. Demasiado carbono puede causar la formación de carburos, interfiriendo con los procesos de metalurgia y haciendo que la aleación sea menos resistente a la corrosión. Por lo general, el contenido de carbono en el acero inoxidable es del 0.03% o menos.

Silicio

El silicio mejora la resistencia del acero inoxidable a altas temperaturas y lo hace menos vulnerable a la oxidación. Funciona de manera similar al cromo y níquel y forma una capa de óxido de silicio estable en la superficie del material.

Molibdeno

Este es otro elemento que se agrega al acero inoxidable para mejorar su resistencia a la corrosión, especialmente en entornos difíciles como agua de mar o condiciones ácidas. El acero que contiene molibdeno también es más resistente pero se puede soldar.

Cobre

El cobre también puede mejorar la resistencia a la corrosión del acero inoxidable, específicamente contra iones de cloruro y ácido sulfúrico. También protege contra la corrosión por tensiones.

Los aceros inoxidables austeníticos pueden contener titanio para estabilizar la estructura austenítica a temperaturas más altas y resistir la corrosión por picaduras. El acero que contiene titanio también tiene buena soldabilidad.

Nitrógeno.

Puede usar nitrógeno para mejorar la resistencia y la resistencia a la corrosión de este material. Principalmente ayuda contra la corrosión por picaduras: corrosión localizada donde agentes corrosivos hacen pequeños agujeros en la superficie del acero.

Fósforo y Azufre

El fósforo y el azufre generalmente se consideran contaminantes en la fabricación del acero inoxidable, por lo que los confina a niveles bajos.

Demasiado fósforo causa la formación de fosfuros frágiles, y demasiado azufre causa la formación de sulfuros. Causan grietas y corrosión y también provocan una disminución de la resistencia. Pero en cantidades menores, el azufre y el fósforo pueden mejorar la mecanización del acero inoxidable.

Factores que afectan la composición del acero inoxidable

Varios factores pueden afectar la composición del acero inoxidable. Algunos de estos incluyen:

1.Impurezas

Las impurezas comunes en el proceso de producción del acero inoxidable son azufre y fósforo. A veces, el nitrógeno también puede ser una impureza. Estas impurezas afectan la composición química del acero inoxidable.

Por ejemplo, causan la formación de sulfuros y fosfuros y reducen la fuerza general del acero inoxidable. También reducen la ductilidad del acero, y su presencia reduce el porcentaje general de otros elementos en la aleación también.

2.Procesamiento

El método de procesamiento, como laminado en caliente y laminado en frío, afecta la composición del acero inoxidable a nivel microestructural al causar el bloqueo de cristales en una forma particular. La elección de los elementos que agregas en la etapa de procesamiento también impacta la composición del acero inoxidable final.

3.Tratamiento térmico

Puedes usar procesos de tratamiento térmico, como recocido, temple y revenido, para cambiar la microestructura del material y proporcionarle una mejor resistencia a la corrosión y resistencia al calor. Por ejemplo, si templas acero austenítico, su carbono permanece y forma una microestructura de acero inoxidable martensítico.
fabricación de acero

El tratamiento térmico afecta la resistencia a la corrosión, resistencia al calor, fuerza y ductilidad del producto al afectar su composición.

¿Cuáles son las diferentes calidades de acero inoxidable y sus propiedades?

El acero inoxidable existe en diferentes series, las cuales ayudan a categorizar sus propiedades:

  • Serie 200: La serie 200 tiene menor resistencia a la corrosión que las otras series. Sin embargo, es económica y se utiliza principalmente donde la dureza y consideraciones de costos son importantes. Por ejemplo, usos domésticos del acero, como cubertería de cocina, utilizan la serie 200.
  • Serie 300: Esta serie, también conocida como acero austenítico de grado superior, es una de las mejores calidades de acero para aplicaciones industriales. Principalmente contiene altos contenidos de cromo y níquel, y algunas calidades también pueden contener molibdeno y manganeso. Se utiliza cuando se requiere una excelente resistencia a la corrosión, como en procesamiento de alimentos o químicos.
  • Serie 400: La serie 400 es principalmente acero inoxidable martensítico, y se utiliza donde se requiere mayor durabilidad, resistencia al desgaste y dureza, como en piezas de bombas. Generalmente contiene cromo y carbono.
  • Serie 600: Esta serie consiste en acero inoxidable dúplex. Es acero inoxidable de alta calidad, tiene una excelente resistencia a la corrosión y se utiliza en motores a reacción y turbinas de gas.

¿Cuáles son las aplicaciones más comunes del acero inoxidable y por qué?

Las aplicaciones industriales del acero inoxidable dependen de su composición. Algunos ejemplos comunes incluyen:

  • Aeroespacial: Esta industria requiere calidades de acero inoxidable que puedan soportar altas temperaturas y niveles de estrés. Considere calidades como 15-5 PH y 17-4 PH para usos aeroespaciales.
  • Automotriz: Los automóviles también requieren resistencia a altas temperaturas ya que el motor puede calentarse significativamente. También se necesita buena resistencia al impacto para uso automotor. El acero inoxidable 409 y 430 son buenas opciones aquí.
  • Petróleo y Gas: Esta industria requiere acero que pueda soportar altas presiones y temperaturas. El acero inoxidable 310 es una elección popular.
  • Procesamiento Químico: Se requieren calidades de acero con excelente resistencia química, como calidades que contienen molibdeno, para usar en tanques de procesamiento químico.
  • Procesamiento de Alimentos: Aquí se requiere acero inoxidable resistente a la corrosión, preferiblemente de la serie 300. Las calidades 304 y 316 son populares aquí.

Cómo la composición del acero inoxidable afecta su sostenibilidad

La composición del acero inoxidable puede impactar su sustentabilidad. Algunas aleaciones son más fáciles de reciclar que otras, por lo que su composición determina la capacidad de reciclaje del acero. Por ejemplo, los aceros con un mayor contenido de níquel son menos reciclables, ya que el reciclaje de níquel tiene costos significativamente altos.

Asimismo, el impacto ambiental del proceso de fabricación de acero inoxidable depende de su composición. Como el cromo tiene un alto punto de fusión, las calidades de acero con mayor contenido de cromo usan más energía y generan más emisiones que las calidades de acero con menos contenido de cromo.

Conclusión

El acero inoxidable es una aleación de hierro con al menos un 10,5% de contenido de cromo, pero la composición específica del acero inoxidable es variable. Cada grado de acero tiene una composición diferente en términos de los elementos utilizados y su proporción.

Generalmente, los elementos más comunes que encontrarás en este material son cromo, níquel y manganeso. Otros elementos, como molibdeno, cobre, titanio, carbono y silicio, también se utilizan. La composición del acero inoxidable afecta sus propiedades, aplicaciones y sostenibilidad.

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Preguntas frecuentes

1. ¿Puede el acero inoxidable resistir altas temperaturas?

La capacidad del acero inoxidable para resistir altas temperaturas depende de su grado. Generalmente, el acero inoxidable es más resistente al calor que otros tipos de acero, y muchos grados de acero inoxidable pueden soportar temperaturas de hasta 870 grados Celsius sin sufrir mucho daño. Los aceros austeníticos son particularmente resistentes a temperaturas.

2. ¿Es soldable el acero inoxidable?

Generalmente, el acero inoxidable es soldable, pero las propiedades exactas de soldadura dependen de su composición y grado. En general, se considera que el acero inoxidable austenítico es el más soldable. Por lo general, se requerirán tratamientos previos y posteriores a la soldadura para asegurar que su acero no se agriete durante el proceso de soldadura.

3. ¿Qué tan fácil es mecanizar el acero inoxidable?

La mecanización del acero inoxidable depende de su grado y composición, pero la mayoría de los aceros inoxidables son fáciles de mecanizar. Mientras más grande, duro y complejo sea el acero, más difícil será mecanizarlo. En general, el acero inoxidable austenítico tiene una excelente mecanización.

 

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