Pregúntele a un ingeniero:acero inoxidable austenítico

Acero inoxidable austenítico resistente y versátil, incluso a temperaturas criogénicas o elevadas

El acero inoxidable se llama "inoxidable" debido a su resistencia a la oxidación. El acero contiene hierro y carbono en determinados porcentajes:al añadir el elemento cromo se transforma de acero en acero inoxidable. Partiendo de estos tres elementos básicos, los metalúrgicos han creado una amplia gama de aceros inoxidables. Los tipos de metales en la aleación, las instrucciones de aleación, los tratamientos térmicos y el trabajo de posproducción se incluyen en la descripción de cada grado. Estas especificaciones se clasifican en cuatro subtipos principales:austenítico, férrico, martensítico y dúplex. Todos son útiles, pero los aceros austeníticos se destacan por su utilidad superior. El 70 % de los artículos de acero inoxidable están hechos de acero inoxidable austenítico.

El cromo hace que el acero inoxidable sea resistente a la corrosión al oxidarse rápidamente. Esto forma un sello, o "capa pasiva", que protege el metal a base de hierro de la oxidación. El acero inoxidable austenítico tiene un elemento de aleación adicional, el níquel, que le otorga propiedades de resistencia y ductilidad.

Propiedades del acero inoxidable austenítico

El acero inoxidable austenítico tiene muchas propiedades útiles:

• Muy resistente a la corrosión
• Durable
• formable
• Soldable
• No se vuelve quebradizo a temperaturas criogénicas
• Rango de resistencia en caliente más amplio que otros tipos de acero inoxidable
• Mayor expansión térmica que los aceros inoxidables martensíticos y ferríticos
• Menor conductividad térmica que los grados martensíticos
• Normalmente no magnético; levemente magnético si se trabaja en frío

Estas propiedades hacen que el acero inoxidable austenítico sea versátil e ideal para muchas aplicaciones, incluidas cocinas y equipos de procesamiento de alimentos, laboratorios y hospitales, muebles y revestimientos exteriores, hornos, intercambiadores de calor y más. La serie 300 comercialmente común, incluidos los grados comunes 304 y 316, son aceros austeníticos.

El acero austenítico tiene estas útiles propiedades debido a su estructura molecular. Sin embargo, es costoso crear y mantener las moléculas de austenita dentro del acero. Por lo tanto, estos aceros solo se utilizan cuando sus propiedades mejoradas son necesarias.

Microestructura austenítica

Cuando los metales se congelan y salen del estado fundido, cristalizan y forman granos que se unen entre sí en una red. Esta estructura cristalina determina muchas de las propiedades mecánicas del metal.

Hay muchos factores que influyen en esta microestructura:los materiales dentro de la red, qué tan caliente se pone el metal y qué tan rápido se enfría, y si el metal se trata térmicamente después. Las aleaciones austeníticas tienen algo llamado "microestructura cúbica centrada en la cara". Esta red está hecha de células densamente empaquetadas. Las moléculas de austenita centradas en la cara solo aparecen en los aceros dulces cuando el hierro está en estado fundido. Cuando los metalúrgicos agregan níquel a la aleación, esta estructura puede mantenerse incluso cuando el metal está frío.

Las estructuras cúbicas centradas en las caras tienen átomos en cada esquina de la celda, más átomos en el centro de cada cara del cubo. Son los átomos en la cara de cada cubo los que le dan al acero austenítico sus propiedades. La densidad de átomos por celda le da fuerza. Muchas otras formas de acero y acero inoxidable tienen estructuras más sueltas sin el átomo en el centro de cada cara.

El acero inoxidable austenítico no es magnético porque cada átomo en la celda puede encontrar un par con carga opuesta.

Acero inoxidable austenítico:apto para criogenia

Las estructuras cúbicas centradas en las caras son más resistentes a temperaturas extremas debido a la fuerza adicional de los átomos adicionales por celda.

Los aceros inoxidables austeníticos son los únicos tipos de acero inoxidable que no se vuelven quebradizos ni se fracturan fácilmente en aplicaciones criogénicas. Incluso por debajo de -292°F, este material mantiene su dureza y elongación. Cuando se golpean, las moléculas pueden deslizarse entre sí sin romperse.

En comparación, las estructuras cúbicas centradas en el cuerpo suelen mostrar una temperatura de "transición" por debajo de la cual el material se rompe si se somete a tensión mecánica. Esto se llama fragilización por baja temperatura.

Tolerancia al calor o resistencia al calor

Cuando los metales se calientan, se ablandan, hasta que alcanzan su punto de fusión. Los que se ablandan menos rápidamente tienen una mayor resistencia al calor. El acero inoxidable austenítico comienza a perder su resistencia entre 900 y 1000 °F, pero no tan rápido como otros tipos de acero inoxidable. Las temperaturas de servicio continuo en dos tipos, los aceros inoxidables martensíticos y ferríticos, están entre 1300 y 1500 °F. La temperatura máxima de servicio continuo para el acero inoxidable austenítico 310 es de 2100 °F.

La complejidad de los metales

Los metales obtienen sus propiedades materiales únicas a partir de la formación de su red cristalina atómica. Estos granos están influenciados por muchos aspectos diferentes de la producción del metal.

El acero se crea cuando el hierro se alea con carbono, produciendo una aleación fuerte, dúctil, pero vulnerable a la oxidación. Se agrega cromo para ayudar a crear una capa de óxido pasivo y evitar la oxidación. Cuando se trata térmicamente entre 1674 y 2541 °F, el carbono penetra a través de la red y el acero inoxidable ahora tiene mayor ductilidad y resistencia. La única forma de mantener esta estructura a temperatura ambiente es tener níquel y/o manganeso en la aleación. Estas adiciones proporcionan un andamiaje químico para las celdas cúbicas centradas en las caras. Con todos estos elementos se crea el acero inoxidable austenítico:no magnético, tolerante al calor y al frío, dúctil y soldable.

Los resistentes aceros inoxidables austeníticos siguen funcionando en muchos entornos industriales. Sus propiedades mecánicas los convierten, con mucho, en la opción más popular entre los grados de acero inoxidable. Sin embargo, el níquel y el manganeso añadidos hacen que los aceros austeníticos sean más caros:los nuevos aceros dúplex, que intercalan austenita y ferrita, tienden a tener algunas de las propiedades de ambos. Son una forma más económica de obtener algunos beneficios del acero austenítico en entornos no extremos. Sin embargo, para aplicaciones criogénicas y de uso intensivo de calor, como calderas, intercambiadores de calor y líneas de vapor, el acero inoxidable austenítico seguirá siendo la opción más popular.