Transcript 27 Aceros Inoxidables (2012)

Aceros Inoxidables
¿Qué es un acero inoxidable?
Un acero inoxidable (término general) es una aleación de Fe-Cr que tiene al menos
10% Cr. Según la clasificación de los diferentes tipos de aceros inoxidables, puede
requerirse algún otro elemento de aleación. Por ejemplo, el más común de los aceros
inoxidables austeníticos (el tipo 18-8) debe tener al menos 8% de níquel para que sea
estable la fase austenítica a temperatura ambiente.
El contenido de cromo de los Aceros Inoxidables varía entre 10% y hasta 30%.
¿Por qué un acero inoxidable se llama “inoxidable”?
El Cr es un metal reactivo y se combina con el Oxígeno del aire o en cualquier otra
condición oxidante para formar una película de óxido de cromo sobre el metal, formando
una capa protectora, que lo aísla del medio agresivo. La composición de esta película varía
con el tipo de acero y con los diferentes tratamientos tales como laminado, decapado o
tratamiento térmico.
Característica de la película de óxido de cromo: fina, densa (no porosa), continua,
insoluble, adherente, tenaz, autoregenerante e impermeable.
Un acero inoxidable deja de ser “inoxidable” si se lo somete a condiciones reductoras
adecuadas, de forma tal que la película de óxido de cromo deja de ser protectora.
Generalidades
Los aceros Inoxidables no son atacados por el ácido nítrico u otros ácidos oxidantes, sino
mas bien estos ácidos facilitan la formación de la película protectora.
Por otra parte estos aceros no resisten la presencia de ácidos reductores como el ácido
clorhídrico o fluorhídrico, y son atacados por las sales de ellos (cloruros, fluoruros,
bromuros y yoduros).
El ácido sulfúrico marca la frontera entre ácidos oxidantes y reductores ya que en algunos
casos es inofensivo y en otros ataca fuertemente.
El efecto de los ácidos como el de las sales varía con las condiciones de servicio,
concentración del agente corrosivo y con el tipo de acero.
Debe recordarse que cuando los Aceros Inoxidables sufren corrosión esta no es uniforme
como en el caso de los aceros al carbono, sino localizada, por picaduras (Pitting) o fisuras
por Corrosión bajo Tensión. Debido a ello no puede prevenirse por el agregado de sobre
espesores sino que debe evitarse la corrosión misma por medio de un conocimiento
profundo del medio corrosivo y el Acero utilizado.
Generalidades
En la mayoría de los casos, la resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables crece en
proporción directa con el contenido de Cr. Otros elementos como el Mo, Ni, Cu, Al y Si
también contribuyen en la resistencia a la corrosión pero en menor medida.
Si el medio a que se somete el acero no es suficientemente oxidante como para pasivar al
metal, el acero inoxidable no presentará buena resistencia a la corrosión en ese medio. Esto
es así aún cuando la capa pasivante haya sido formada previamente utilizando un medio
adecuado. En este caso, cualquier circunstancia que desestabilizace la capa conducirá a una
corrosión pues la capa no podrá volver a formarse en ausencia de un medio adecuado.
Por todo lo expuesto queda claro que la resistencia a
la corrosión de los aceros inoxidables depende de la
formación de una capa pasivante, de su estabilidad y
de su capacidad para volver a formarse en caso de
resultar dañada o desestabilizada
mecánica o químicamente. El Cr es el principal
elemento aleante que promueve la formación de esta
capa y su estabilidad. Otros aleantes pueden
contribuir a reforzar su
estabilidad bajo ciertas condiciones .
Fabricación de los Aceros Inoxidables
Clasificación de los Aceros Inoxidables
Los aceros inoxidables se clasifican de acuerdo con su Microestructura
“a temperatura ambiente” en cinco grupos:
1. FERRÍTICOS
2. MARTENSITICOS
3. AUSTENITICOS
4. DUPLEX
5. ENDURECIDOS POR PRECIPITACIÓN
Aceros Inoxidables Austeníticos
Conceptos preliminares
Los Aceros Inoxidables Austeníticos tienen por lo menos 16%Cr (condición para que sean “inoxidables”).
Presentan una microestructura austenítica (monofásica) a temperatura ambiente.
Sin embargo, el diagrama Fe-Cr muestra que una aleación Fe-16%Cr presenta una microestructura
ferrítica a temperatura ambiente. Esto pone de manifiesto que debe existir necesariamente otros
elementos de aleación que estabilicen la fase austenítica a temperatura ambiente. De esta manera surge
la clasificación de elementos de aleación gammágenos y elementos de aleación alfágenos.
Gammágenos: C, N, Ni , Mn (estabilizan la fase Gamma)
Alfágenos: Cr (estabilizan la fase alfa)
El C y N extienden el campo austenítico del diagrama Fe-Cr hacia mayores porcentajes de
Cr, pero no estabilizan la austenita hasta temperatura ambiente.
Aceros Inoxidables Austeníticos
Conceptos preliminares
El principal elemento de aleación que se emplea para estabilizar la austenita a temperatura
ambiente es el Ni, lo cual se logra con contenidos de Ni>8%. De esta forma, una aleación
de Fe-18%Cr-8%Ni presentará una fase austenítica a temperatura ambiente siempre que el
contenido de carbono sea <0.1%.
Cr=18%, Ni=2%
Cr=18%, Ni=4%
Cr=18%, Ni=8%
Cr=18%, Ni=12%
Aceros Inoxidables Austeníticos
Composición química
A modo de resumen, los aceros inoxidables austeníticos contienen los siguientes
elementos de aleación:
Fe (balance).
Condición para que seas “ACEROS”.
Cr: de 16 a 30%. Condición para que sean “INOXIDABLES”, es decir, que puedan
formar la película protectora de óxido de cromo.
Ni: de 8 a 30%.
Condición para que sean “AUSTENITICOS” a temperatura ambiente.
Mn: 2% aprox.
C:<0.08%(gralm).
Está presente en todos los grados. Actúa como gammágeno
ayudando al Ni, además de endurecer la austenita por solución sólida.
El carbono debe ser bajo para disminuir la sensibilización. Puede ser
ligeramente mayor en algunos grados.
Adicionalmente, pueden existir otros elementos de aleación para mejorar alguna propiedad:
Ti, Nb, Ta:
Mo, Al, Cu:
Se agregan en pequeñas proporciones y dan origen a los aceros
inoxidables estabilizados.
Se agregan en ciertos grados especiales para aumentar la
resistencia a algún tipo de corrosión u oxidación en caliente.
Composición Química de los
Aceros Inoxidables Austeníticos
En la práctica común, se hace
referencia a los aceros inoxidables
austeníticos como “aceros
inoxidables de la serie 300”.
Todos los aceros inoxidables de la
serie 300 son austeníticos.
(Resaltados en verde, los de uso más
común).
Grado
(AISI)
201
202
205
301
302
302B
303
303Se
304
304H
304L
304LN
302Cu
304N
305
308
309
309S
310
310S
314
316
316F
316H
316L
316LN
316N
317
317L
321
321H
330
347
347H
348
Composición, %wt
C
Mn
Si
Cr
Ni
P
S
0.15
5.5-7.5
1.00 16.0-18.0 3.5-5.5 0.06
0.03
0.15
7.5-10.0 1.00 17.0-19.0 4.0-6.0 0.06
0.03
0.12-0.25 14.0-15.5 1.00 16.5-18.0 1.0-1.75 0.06
0.03
0.15
2.00
1.00 16.0-18.0 6.0-8.0 0.045 0.03
0.15
2.00
1.00 17.0-19.0 8.0-10.0 0.045 0.03
0.15
2.00
2.0-3.0 17.0-19.0 8.0-10.0 0.045 0.03
0.15
2.00
1.00 17.0-19.0 8.0-10.0 0.20 0.15 min
0.15
2.00
1.00 17.0-19.0 8.0-10.0 0.20
0.06
0.08
2.00
1.00 18.0-20.0 8.0-10.5 0.045 0.03
0.04-0.10 2.00
1.00 18.0-20.0 8.0-10.5 0.045 0.03
0.03
2.00
1.00 18.0-20.0 8.0-12.0 0.045 0.03
0.03
2.00
1.00 18.0-20.0 8.0-12.0 0.045 0.03
0.08
2.00
1.00 17.0-19.0 8.0-10.0 0.045 0.03
0.08
2.00
1.00 18.0-20.0 8.0-10.5 0.045 0.03
0.12
2.00
1.00 17.0-19.0 10.5-13.0 0.045 0.03
0.08
2.00
1.00 19.0-21.0 10.0-12.0 0.045 0.03
0.20
2.00
1.00 22.0-24.0 12.0-15.0 0.045 0.03
0.08
2.00
1.00 22.0-24.0 12.0-15.0 0.045 0.03
0.25
2.00
1.50 24.0-26.0 19.0-22.0 0.045 0.03
0.08
2.00
1.50 24.0-26.0 19.0-22.0 0.045 0.03
0.25
2.00
1.5-3.0 23.0-26.0 19.0-22.0 0.045 0.03
0.08
2.00
1.00 16.0-18.0 10.0-14.0 0.045 0.03
0.08
2.00
1.00 16.0-18.0 10.0-14.0 0.20 0.10 min
0.04-0.10 2.00
1.00 16.0-18.0 10.0-14.0 0.045 0.03
0.03
2.00
1.00 16.0-18.0 10.0-14.0 0.045 0.03
0.03
2.00
1.00 16.0-18.0 10.0-14.0 0.045 0.03
0.08
2.00
1.00 16.0-18.0 10.0-14.0 0.045 0.03
0.08
2.00
1.00 18.0-20.0 11.0-15.0 0.045 0.03
0.03
2.00
1.00 18.0-20.0 11.0-15.0 0.045 0.03
0.08
2.00
1.00 17.0-19.0 9.0-12.0 0.045 0.03
0.04-0.10 2.00
1.00 17.0-19.0 9.0-12.0 0.045 0.03
0.08
2.00 0.75-1.5 17.0-20.0 34.0-37.0 0.04
0.03
0.08
2.00
1.00 17.0-19.0 9.0-13.0 0.045 0.03
0.04-0.10 2.00
1.00 17.0-19.0 9.0-13.0 0.045 0.03
0.08
2.00
1.00 17.0-19.0 9.0-13.0 0.045 0.03
348H
384
0.04-0.10
0.08
2.00
2.00
1.00
1.00
17.0-19.0 9.0-13.0 0.045
15.0-17.0 17.0-19.0 0.045
0.03
0.03
Otro
0.25 N
0.25 N
0.32-0.40 N
...
...
...
0.6 Mo
0.15 min Se
...
...
...
0.10-0.16 N
3.0-4.0 Cu
0.10-0.16 N
...
...
...
...
...
...
...
2.0-3.0 Mo
1.75-2.5 Mo
2.0-3.0 Mo
2.0-3.0 Mo
2.0-3.0 Mo; 0.10-0.16 N
2.0-3.0 Mo; 0.10-0.16 N
3.0-4.0 Mo
3.0-4.0 Mo
5 × %C min Ti
5 × %C min Ti
...
10 × %C min Nb
8 × %C min - 1.0 max Nb
0.2 Co; 10 × %C min Nb; 0.10 Ta
0.2 Co; 8 × %C min - 1.0 max Nb; 0.10
Ta
…
Desarrollo de la familia de los
Aceros Inoxidables Austeníticos
(serie 300)
Aceros Inoxidables Austeníticos
Características Generales
• Presenta una estructura cristalina cúbica de caras centrada:
 Gran ductilidad y baja tensión de fluencia. por poseer 12 sistemas
de deslizamiento. Esto se traduce en una alta capacidad para el
conformado plástico (formabilidad), especialmente en frío. La baja
tensión de fluencia pude ser una desventaja, ya que obliga al uso de
mayores secciones resistentes.
 Las estructuras cúbica de cuerpo centrado monofásicos no presentan
transición dúctil-frágil y además posen alta tenacidad, la que se conserva
una hasta temperaturas muy bajas. Esto los hace aptos para el uso en
aplicaciones criogénicas.
 Los intersticiales (principalmente C y N) tienen mayor solubilidad y
menor difusividad. Esta propiedad es muy valiosa, minimiza la
sensitización.
 Es no magnética, ventajoso en ciertas aplicaciones. Sin embargo, al
deformarse, la austenita puede transformar parcialmente a martensita (y
esta fase si es magnética).
• Son no templables (no forman martensita luego de un enfriamiento brusco).
Aceros Inoxidables Austeníticos
Características Generales
Aceros Inoxidables Austeníticos
Sensitización
Sensitización / Sensibilización = Precipitación de Carburos de Cromo
Los carburos M23C6 poseen una gran cantidad de Cr y nuclean preferencialmente en
los bordes de grano y en los bordes de las maclas de recocido de la austenita.
Alrededor de cada carburo existe una zona que queda empobrecida en Cr a raíz de
la difusión del mismo hacia el carburo. Si la precipitación es relativamente continua
se crea un camino preferencial para el avance de la corrosión cuando el acero es
sometido a un medio adecuado, generando corrosión intergranular.
Se genera una zona empobrecida
de Cr alrededor del precipitado,
afectando negativamente a las
cualidades de “inoxidable”.
Aceros Inoxidables Austeníticos
Sensitización
La sensitización ocurre en un intervalo definido de temperaturas, dependiendo del
grado del acero.
Por otro lado, a menor cantidad de carbono, la precipitación ocurre a menor
temperatura y además es más lenta (dado que es menor la sobresaturación de C en la
austenita).
Cualquier proceso (tratamiento térmico, conformado
en caliente, soldadura, solidificación) que someta al
acero a altas temperaturas y posteriormente lo
enfría lo suficientemente lento como para producir
la precipitación conducirá a un estado sensibilizado.
El grado de sensibilización dependerá del contenido
de C del acero inoxidable y de la velocidad de
enfriamiento.
Aceros Inoxidables Austeníticos
Sensitización
Ejemplos de sensitización en la ZAC de un cordón de soldadura
Aceros Inoxidables Austeníticos
Sensitización – Cómo prevenirla
Temple de solubilización o hipertemple (Solution annealing)
Es un TT que solubiliza completamente los carburos (1000-1120°C). El enfriamiento debe ser lo
suficientemente rápido como para evitar la posterior precipitación de carburos de cromo. A mayor el
porcentaje de C del acero, será necesaria una mayor velocidad de enfriamiento. En el tratamiento no
se forma martensita.
Disminución del porcentaje de C (Grados AISI 304L, 316L de bajo C, C≤0,03%)
A menor C, mayor es el tiempo de precipitación de carburos (además de disminuir su cantidad).
Esto permite que en ciertos procesos y condiciones no se produzca sensibilización, dado que la
velocidad de enfriamiento sería mayor que el tiempo de precipitación.
Bajo ciertas condiciones, estos grados pueden ser soldados sin necesidad de un tratamiento de
temple de solubilización posterior.
Agregado de elementos estabilizadores: Nb, Ti, Ta, (grados AISI 321, 347 y 348)
Si el acero posee elementos formadores de carburos más fuertes que el Cr, estos competirán,
evitando la precipitación de los carburos M23C6 ricos en Cr y así impidiendo la sensibilización.
A tal efecto se agrega Nb, Ti y/o Ta que forman carburos tipo MC que precipitan a temperaturas un
poco mayores que los M23C6.
Para promover la precipitación de los MC y así disminuir el C en solución, en algunos grados
estabilizados se puede aplicar un tratamiento de estabilización que consiste en calentar al acero
dentro del rango donde precipitan los MC (y en cambio es muy lenta la precipitación de M23C6), por
ejemplo a 950°C por 5 horas.
Aceros Inoxidables Austeníticos
Sensitización – Cómo prevenirla
Aceros Inoxidables Austeníticos
Otros problemas de fragilización
• Fragilización por fase sigma.
Los aceros inoxidables austenínicos siempre contienen una pequeña cantidad de
ferrita delta. Es éste último microconstituyente el que transformará a la fase sigma,
generando fragilización en el acero inoxidable austenítico.
Puesto que está relacionado con la fase ferrítica, se explicará con más detalle e los
aceros inoxidables ferríticos.
Soldabilidad de los Aceros Inoxidables
Austeníticos
Los inoxidables austeníticos son los de mejor soldabilidad entre los diferentes grupos
de aceros inoxidables, sin embargo presentan dos problemas que afortunadamente
son salvables con relativa facilidad:
• Sensibilización en la zona afectada por el calor (ZAC)
A igualdad de C del acero, el grado de sensibilización será mayor cuanto mayor sea el
tiempo que pasa la ZAC en el rango de precipitación de carburos de Cr, es por esto que
conviene soldar a los inoxidables austeníticos con procesos de soldadura que
aporten baja cantidad de calor (proceso TIG) para que se produzcan altas velocidades
de enfriamiento en la ZAC. Por esta misma razón no se utiliza precalentamiento.
El uso de aceros inoxidables austeníticos de bajo C evita los problemas de la
sensibilización en la soldadura para la casi totalidad de los casos, pero no previene la
precipitación de carburos de Cr si es que el acero va a ser usado a una temperatura
dentro del rango de precipitación.
Soldabilidad de los Aceros Inoxidables
Austeníticos
• Fisuración en caliente
Es la aparición de fisuras interdendríticas tanto en la zona fundida como en la ZAC
muy cercana a la línea de fusión. Se produce durante la solidificación del cordón.
Las impurezas (S, P, Nb, y Si) tienden a segregar hacia las zonas interdendríticas y
bajan la temperatura sólidus, aumentando el rango de solidificación. Esto hace que
persista cierta fracción de líquido hasta temperaturas bajas durante la solidificación,
aumentando la susceptibilidad a la fisuración en caliente.
La solución al problema es la presencia de 4 a 8%vol de ferrita δ en el cordón, la cual
se controla mediante un balance de gamágenos y alfágenos de la pileta líquida.
Aceros Inoxidables Ferríticos
Son aceros inoxidables (>10%Cr) que presentan una microestructura ferrítica (monofásica)
a temperatura ambiente. Esto se debe a que el cromo es un elemento alfágeno.
A diferencia de los aceros inoxidables austeníticos, no requieren la presencia de Ni en su
composición química  Aleaciones Fe-Cr
Los aceros inoxidables ferríticos, al presentar una estructura cúbica de cuerpo centrada,
presentan una temperatura de transición dúctil-frágil.
Composición Química de los Aceros Inoxidables Ferríticos
Tipo
405
409
429
430
C
0.08
0.08
0.12
0.12
Mn Si
1.00 1.00
1.00 1.00
1.00 1.00
1.00 1.00
Cr
11.5−14.5
10.5−11.75
14.0−16.0
16.0−18.0
430F
430FSe
434
436
439
442
0.12
0.12
0.12
0.12
0.07
0.20
1.25 1.00
1.25 1.00
1.00 1.00
1.00 1.00
1.00 1.00
1.00 1.00
16.0−18.0
16.0−18.0
16.0−18.0
16.0−18.0
17.0−19.0
18.0−23.0
444
0.025 1.00 1.00 17.5−19.5
446
0.20 1.50 1.00 23.0−27.0
Composición, %wt
Ni
P
S
Otro
... 0.04 0.03
0.10−0.30Al
0.50 0.045 0.045
6×%Cmin−0.75maxTi
... 0.04 0.03
...
... 0.04 0.03
...
0.15mi
... 0.06
n
0.6Mo
... 0.06 0.06
0.15minSe
... 0.04 0.03
0.75−1.25Mo
... 0.04 0.03
0.75−1.25Mo;5×%Cmin−0.70max
0.50 0.04 0.03
0.15Al;12×%Cmin−1.10Ti
... 0.04 0.03
...
1.75−2.50 Mo; 0.025 N; 0.2 + 4
1.00 0.04 0.03
(%C + %N) min − 0.8 max (Ti +
Nb)
... 0.04 0.03
0.25N
Los aceros inoxidables ferríticos (junto con los martensíticos) pertenecen a la serie 400.
No todos los aceros inoxidables de la serie 400 son ferríticos (también pueden ser
martensíticos)
Desarrollo de la familia de los
Aceros Inoxidables Ferríticos y
Martensíticos (serie 400)
Todos los aceros
inoxidables de la serie
400 son magnéticos.
Aceros Inoxidables Ferríticos
Precipitación de carburos y nitruros - Sensibilización y Fragilización
La menor solubilidad y mayor difusividad del C y N en la ferrita respecto de la austenita
hacen que la precipitación de carburos y nitruros de Cr sea más intensa y mucho más
rápida que en los inoxidables austeníticos. Esta precipitación es inter e intragranular.
La precipitación intergranular (principalmente precipitación de carburos de Cr) conduce a la
sensibilización tal como en los inoxidables austeníticos.
La precipitación intragranular fina de carburos y nitruros deteriora la tenacidad y ductilidad
del acero elevando la temperatura de transición dúctil-frágil.
Aceros Inoxidables Ferríticos
Sensibilización y Fragilización - Soluciones posibles
• Bajar el nivel de C y N:
La velocidad de precipitación será menor si se disminuye el contenido de C y N (por ejemplo,
C+N<100 ppm). Esto ha sido posible sólo desde hace algunos años y ha dado origen a los aceros
inoxidables ferríticos de extra bajos intersticiales (EBI), también llamados superferríticos.
En estos aceros es posible elevar el contenido de Cr, introducir más Mo y así obtener aceros de
muy alta resistencia a la corrosión y mucho más resistentes a la CBT que los austeníticos. Sin
embargo su costo es muy alto y sólo es posible obtenerlos en productos de poco espesor.
• Tratamiento de solubilización y temple:
Sólo es efectiva en los aceros ferríticos EBI. Caso contraso, la velocidad de la precipitación es lo
suficientemente alta como para que producir precipitación de carburos aun luego de un temple
enérgico. En los aceros EBI esto sí puede aplicarse.
• Tratamiento de recocido:
El objetivo es promover la precipitación de carburos y nitruros y además dar tiempo para que el
Cr difunda y así se elimine la zona empobrecida en Cr. Esto puede lograrse en el tratamiento de
recocido donde el material pasa un tiempo suficiente en el rango de precipitación. En este
tratamiento también se logra engrosar los precipitados intragranulares y por ende se reduce la
fragilización.
Aceros Inoxidables Ferríticos
Sensibilización y Fragilización - Soluciones posibles (continuación)
• Uso de elementos estabilizadores:
Tal como en los inoxidables austeníticos, la introducción de elementos como el Nb y Ti
hace que se formen carburos tipo MC o carbonitruros MCN y esto disminuye la
posibilidad de formación de carburos y nitruros de Cr.
Esta solución es efectiva para reducir la sensibilización, pero no para evitar la
fragilización. Los carburos y carbonitruros de los estabilizadores también aumentan la
temperatura de transición de la ferrita y disminuyen su ductilidad. En general un acero
inoxidable ferrítico estabilizado posee la misma tenacidad que otro no estabilizado.
Aceros Inoxidables Ferríticos
Otros problemas de fragilización
 Fragilización de los 475°C (reversible).
Entre 350 y 550°C ocurre una descomposición de la
matriz ferrítica, desdoblándose la fase α a (α + α´).
Características de la fase α´:
Cúbica de cuerpo centrada, muy rica en Cr (60 a 85%Cr),
precipitados muy finos (20 a 250 nm), intragranulares y
coherentes con la matriz.
La fase α´ ocasiona tres cambios principales en las
propiedades del acero:
• Aumenta la resistencia mecánica (endurecimiento por
precipitación de α´).
• Desciende drásticamente la ductilidad y tenacidad del
material.
• Desmejora la resistencia a la corrosión (debido a la
disminución del Cr en solución sólida en la fase α).
El Cr, Mo, Si, Al, Nb, Ti, y P incrementan la fragilización
así como el C y N.
Tiempo de precipitación: de 10 horas hasta cientos de
horas, dependiendo del acero. Se trata
fundamentalmente en servicio.
Aceros Inoxidables Ferríticos
Otros problemas de fragilización
 Fragilización por fase sigma (irreversible)
Esta fase aparece cuando el acero permanece tiempos muy prolongados entre 500 y 800 °C.
Al igual que en los inoxidables austeníticos la fase σ fragiliza el acero y también trae algunos problemas
de corrosión.
En aceros inoxidables ferríticos la cinética de nucleación y crecimiento de la fase σ es mucho más rápida
que para el caso de los inoxidables austeníticos.
Soldabilidad de los
Aceros Inoxidables Ferríticos
La soldadura mediante procesos por arco eléctrico presenta numerosos inconvenientes
que hacen que estos materiales deban ser soldados tomando varias precauciones.
Los dos problemas principales son la sensibilización y el deterioro de la ductilidad y
tenacidad debido a la precipitación de carburos y nitruros. Ambos fenómenos hacen
necesario un tratamiento luego de la soldadura para restituir la resistencia a la
corrosión y parte de la tenacidad que se pierde en el cordón y la ZAC.
El uso de elementos aleantes estabilizadores como el Nb o Ti disminuyen la
sensibilización durante la soldadura. Sin embargo, para que la tenacidad en estado
soldado sea buena se necesita de todos modos que el acero tenga un nivel bajo de
intersticiales (por ejemplo C+N<500 ó 600 ppm) y además que el espesor del producto
no sea muy grande (solo algunos milímetros) para asegurar que la velocidad de
enfriamiento en la ZAC no sea tan alta.
Los aceros inoxidables ferríticos EBI tienen mucho mejor soldabilidad ya que no se
produce la sensibilización ni la fragilización para las velocidades de enfriamiento
involucradas en ciertos procesos de soldadura por arco.
Soldabilidad de los
Aceros Inoxidables Ferríticos
Existen otros dos problemas en la soldadura de los aceros inoxidables ferríticos:
Crecimiento de grano:
La mayoría de los aceros inoxidables ferríticos no presentan la transformación α→γ de
modo que no existe la posibilidad del refinamiento de grano en la ZAC. En consecuencia,
el crecimiento de grano en la ZAC es muy marcado y esto desmejora aún más la
tenacidad de esa zona.
Formación de martensita:
En el caso de los aceros ferríticos de bajo Cr puede existir una reversión de α a γ durante
el calentamiento entra en el campo bifásico. La austenita formada a alta temperatura se
transforma a martensita durante el posterior enfriamiento de la ZAC. Además de
deteriorar la tenacidad, la martensita puede ocasionar fisuración en frío a causa del H
que penetra en el metal de soldadura. El tratamiento pos soldadura reviene la
martensita.
Aceros Inoxidables Ferríticos
La mala soldabilidad junto con la baja tenacidad, han sido las causas
principales del uso limitado de los aceros inoxidables ferríticos comunes
como materiales estructurales.
Sin embargo existe un gran número de aplicaciones donde su bajo costo y su
alta resistencia a la corrosión en general, y en particular a la CBT, los hacen la
elección más conveniente.
Aceros Inoxidables Martensíticos
Son aceros inoxidables que presentan una microestructura de martensita (revenida) a
temperatura ambiente.
La única posibilidad de generar una estructura martensítica es austenizar el acero,
seguido de un temple. Al igual que los aceros al carbono, siempre debe lo debe
someter a un revenido posterior al temple.
Aceros Inox.
Martensíticos
El bucle gamma se expande a la derecha por el simple agregado de carbono (gammágeno). De esta
manera se puede conseguir aleaciones hasta con 17% de Cr, que puedan Austenizarse y templarse aun
con bajas velocidades de enfriamiento para obtener Martensita.
Aceros Inoxidables Martensíticos
Generalidades
• Además de Cr deben poseer Carbono, con el doble propósito de:
Correr a la derecha el campo de estabilidad del Fe gamma para poder
Austenizar, templar (martensita) y revenir.
 Obtener dureza, en la estructura de temple, lo cual depende del %C de
la Martensita.
•Son magnéticos (al igual que los aceros inoxidables ferríticos)
• En estado recocido total (815-870°C + enfriamiento en horno) presentan una
microestructura ferrítica.
• Ocasionalmente, son comercializados en la condición de revenido.
• En general el Cr <14% (excepto los tipos 440 A, B, y C con 16-18%Cr). Si el Cr es
mayor, debe estar balanceado con mayor C y viceversa.
• El temple se genera aun cuando son enfriados al aire luego del proceso de
laminación en caliente.
•Se utilizan generalmente para cuchillería, en donde la estabilidad del filo depende
de la dureza del material.
Aceros Inoxidables Martensíticos
Son aceros inoxidables de alta resistencia mecánica, comparables a la de los aceros de baja
aleación templados y revenidos.
La dureza y resistencia de la martensita depende principalmente de nivel de C del acero por lo
que este elemento debe estar presente en mayor proporción que en los inoxidables ferríticos o
austeníticos. Además, el C es necesario para poder obtener aceros inoxidables martensíticos de
mayor contenido de Cr.
Lamentablemente, la necesidad de un mayor porcentaje de C y la aplicación del revenido luego
de la obtención de la marstensita, hacen que siempre estén presentes numerosos carburos en la
estructura y en consecuencia el nivel de Cr disuelto en la matriz y la correspondiente resistencia
a la corrosión son menores que para los inoxidables ferríticos o austeníticos.
En resumen, los aceros inoxidables martensíticos son aceros en los que pueden lograrse alta
resistencia mecánica pero sacrificando resistencia a la corrosión.
Aceros Inoxidables Martensíticos
Balance de la composición química en los aceros inoxidables martensíticos C/Cr
Existe una interrelación entre el Cr y el C. El C es fundamental en estos aceros ya que
determina la resistencia mecánica máxima posible de alcanzar. Por otra parte, el C es
necesario como gamágeno permitiendo admitir mayor porcentaje de Cr sin que la
estructura sea parcialmente ferrítica (se agranda el campo austenítico).
A mayor cantidad de Cr es necesario mayor contenido de C para poder obtener austenita a
alta temperatura. Por otra parte cuanto más C contenga el acero, el porcentaje de Cr debe
ser mayor para poder mantener una adecuada cantidad de Cr en solución durante el
revenido y así una adecuada resistencia a la corrosión. Es así que en general se verá que en
este tipo de aceros inoxidables, los grados de mayor C son también los de mayor
porcentaje de Cr y a la inversa, los de menor C también son los de menor Cr.
Composición Química de los Aceros Inoxidables Martensíticos
Tipo
403
410
414
416
416Se
420
420F
422
431
440A
440B
440C
C
0.15
0.15
0.15
0.15
0.15
0.15min
0.15min
0.20−0.25
0.20
0.60−0.75
0.75−0.95
0.95−1.20
Mn
1.00
1.00
1.00
1.25
1.25
1.00
1.25
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
Si
0.50
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
0.75
1.00
1.00
1.00
1.00
Composición, %wt
Cr
Ni
P
S
Otro
11.5−13.0
...
0.04
0.03
...
11.5−13.5
...
0.04
0.03
...
11.5−13.5 1.25−2.50 0.04
0.03
...
12.0−14.0
...
0.06 0.15min
0.6Mo
12.0−14.0
...
0.06
0.06
0.15
12.0−14.0
...
0.04
0.03
...
12.0−14.0
...
0.06 0.15min
0.6Mo
11.5−13.5 0.5−1.0 0.04
0.03
0.75−1.25Mo; 0.75−1.25W; 0.15−0.3 V
15.0−17.0 1.25−2.50 0.04
0.03
...
16.0−18.0
...
0.04
0.03
0.75
16.0−18.0
...
0.04
0.03
0.75
16.0−18.0
...
0.04
0.03
0.75
Desarrollo de la familia de los
Aceros Inoxidables Ferríticos y
Martensíticos (serie 400)
Todos los aceros
inoxidables de la serie
400 son magnéticos.
Soldabilidad de los
Aceros Inoxidables Martensíticos
La alta templabilidad de estas aleaciones hace que se produzca Martensita tanto en el cordón de
soldadura como en la Zona Afectada por el Calor (ZAC). La estructura Martensítica (cuya
dureza aumenta con el %C) tiene una tendencia a la fisuración muy importante durante la
soldadura. Esto puede ser revertido parcialmente con un precalentamiento (gralmente 200°C).
Dado que la Martensita se produce siempre (a pesar del precalentamiento), se suele realizar
además un Tratamiento Térmico post Soldadura de revenido a temperaturas del orden de 600750°C.
En general se utiliza como material de aporte los tipos 410 o 420.
Para aquellas soldaduras que no lleven Tratamiento Térmico Post Soldadura se especifica
usualmente como material de aporte los tipos Austeniticos 308 o 309. En estos casos la ZAC será
resistente, dura, y algo más frágil mientras que el cordón de soldadura será dúctil y capaz de
absorber las deformaciones por fluencia.
DIAGRAMA DE SHAEFFLER
(Soldaduras Discímiles)
Condiciones necesarias en la soldadura de aceros inoxidables:
1) La composición química del metal de aporte debe ser similar a la del material base con
el objeto de resistir a la corrosión.
2) La estructura debe tener características mecánicas apropiadas  Shaeffler
Relaciones entre el C-Cr y el Ni-Cr de los aceros inoxidables
Relación Ni-Cr
Relación C-Cr
Ferritic grain structure of
(a) Monit and
(b) Seacure stainless steels
etched with aqueous 60% HNO3 at
1.5V dc for 120 s
Ferritic grain structure of a welded 29-4 ferritic tube etched with
aqueous 60% HNO3 at 1.5 V dc
26Cr-1Mo recocido. Ac Inox. Ferrítico.
Ataque solución acuosa de 60% HNO3 a 1.2 V (CC) por 120 s
SS 316L, TT de solubilización a 954 °C
Solution-annealed and sensitized
type 316 stainless steel
Solution-annealed and sensitized (1038 °C for 1 h, water
quenched, aged at 650 °C,for 2 h, air cooled) type 304
stainless steel etched with aqueous 10% ammonium
persulfate at 6 V dc for 10 s to color the M23C6 grainboundary carbides
Austenitic grain boundaries
in solution-annealed type
316 stainless steel, revealed
by
(a) acetic glyceregia,
(b) Marble's reagent,
(c) equal parts HCl, HNO3,
and water,
(d) aqueous 10% oxalic acid
at 6 V dc,
(e) aqueous 60% HNO3 at
0.6 V dc for 90 s
Delta-ferrite in the
martensitic matrix of
solution-annealed and
aged 17-4 PH stainless
steel, revealed using
(a) Fry's reagent,
(b) Marble's reagent,
(c) superpicral (which
brought out the
prioraustenite grain
boundaries better
than Fry's),
(d) aqueous 10 N KOH
at 2.5 V dc for 10 s,
Ferrite-austenite phase boundaries revealed
in 7-Mo PLUS duplex stainless steel plate,
using
(a) glyceregia (poor results),
(b) ethanol 15% HCl,
(c) Beraha's tint etch,
(d) aqueous 60% HNO3 at 1 V dc for 60 s
(e) aqueous 20% NaOH at 4 V dc for 10 s
(f) 10 N KOH at 3 V dc for 10 s