1. Posicionamiento central & valor industrial
El 400 serie acero inoxidable es el puente práctico entre los aceros al carbono de bajo coste y los aceros inoxidables austeníticos con alto contenido de níquel.
Definido por AISI/ASTM y estándares regionales (ASTM A240, EN 10088, GB/T 1220), Representa una gran fracción del tonelaje mundial de acero inoxidable porque combina:
- Menor costo de aleación (poco o nada de Ni) → economía atractiva;
- Comportamiento magnético (ferrítico/martensítico) Requerido por muchas aplicaciones electromecánicas.;
- Fortalecimiento tratable térmicamente (subtipos martensíticos y endurecidos por precipitación) permitiendo una resistencia muy alta;
- Conductividad térmica favorable y menor expansión térmica. en comparación con los austeníticos, útil para componentes expuestos al calor.
Las industrias que más se benefician incluyen la automoción. (escapes, sistemas de combustible), accesorios (paneles, revestimiento), maquinaria (ejes, valvulas), estampación (aspectos, hojas) y algunos nichos aeroespaciales/nucleares donde se logra un equilibrio de costos., La fuerza y la resistencia moderada a la corrosión son aceptables..
2. Clasificación, Composición & Mecanismo microestructural
Las diferencias de rendimiento de los 400 Los aceros inoxidables de serie están determinados esencialmente por su composición química y sus correspondientes microestructuras..
A continuación se muestra un análisis en profundidad de tres subtipos principales.:
ferrítico 400 Serie (Grados básicos: 409, 430, 439, 444)
Los aceros inoxidables ferríticos son el subtipo más utilizado., con una microestructura de ferrita monofásica a temperatura ambiente, sin transformación de fase durante la calefacción/refrigeración, y contenido de C ultrabajo (normalmente ≤0,12% en peso).
Su composición central está dominada por Cr (10.5–19,5% en peso), con elementos auxiliares como Ti, Nótese bien, y Mo para optimizar la estabilidad y la resistencia a la corrosión..
- 409: cr (10.5–11,75% en peso), do (≤0,08% en peso), De (0.15–0,50% en peso).
Ti forma precipitados de TiC para fijar C, evitando la corrosión intergranular causada por la precipitación de carburo de Cr.
La estructura de ferrita de grano grueso proporciona resistencia básica a la corrosión atmosférica., haciéndolo adecuado para escenarios resistentes a la corrosión de bajo costo. - 430: cr (16.0–18,0% en peso), do (≤0,12% en peso). Estructura de ferrita de grano fino con coste equilibrado y resistencia a la corrosión., siendo el grado ferrítico rentable principal para electrodomésticos.
- 439: cr (17.0–19,0 % en peso), do (≤0,03% en peso), Si/Nota (0.10–0,60 % en peso).
La estabilización compuesta de C ultrabaja y Ti/Nb refina los granos, mejorando significativamente la soldabilidad y la resistencia a la corrosión en comparación con 430. - 444: cr (17.5–19,5% en peso), Mes (1.75–2,50% en peso), do (≤0,025% en peso).
La adición de Mo mejora la resistencia a la corrosión por picaduras (PREN≈25), formando una densa estructura de ferrita adecuada para ambientes que contienen cloruro.
martensítico 400 Serie (Grados básicos: 410, 420, 440ABECEDARIO)
Los aceros inoxidables martensíticos tienen mayor contenido de C (0.15–0,75% en peso) y contenido moderado de Cr (11.5–18,0% en peso).
A altas temperaturas, forman austenita, que se transforma en martensita dura durante el enfriamiento, lo que los convierte en el único subtipo de fortalecimiento tratable térmicamente en el 400 serie de acero inoxidable.
- 410: do (≤0,15% en peso), cr (11.5–13,5% en peso).
La estructura fundida es ferrita. + martensita; después del templado/templado, la resistencia a la tracción alcanza 515–690 MPa, adecuado para piezas estructurales generales. - 420: do (0.15–0,40 % en peso), cr (12.0–14,0% en peso).
Un mayor contenido de C mejora la dureza (HRC≥50 después del tratamiento térmico), Ampliamente utilizado en cubiertos y válvulas.. - 440ABECEDARIO: gradiente de contenido C (0.60–0,75% en peso), cr (16.0–18,0% en peso).
440C tiene la mayor dureza (HRC≥58) y resistencia al desgaste, ideal para herramientas y rodamientos de alta precisión.
Endurecimiento por precipitación (PH) 400 Serie (Calificación: 17-4 PH, AISI 630)
Una variante especial de alto rendimiento con baja C (≤0,07% en peso), cr (15.5–17,5% en peso), En (3.0–5,0% en peso), y Cu (3.0–5,0 peso.).
Forma austenita a altas temperaturas., se transforma en martensita durante el enfriamiento, y logra el fortalecimiento mediante la formación de precipitados ricos en Cu durante el envejecimiento.
La resistencia a la tracción puede alcanzar 1380 MPa después del tratamiento térmico, Equilibrio de resistencia ultraalta y resistencia a la corrosión..
3. Propiedades integrales principales
Propiedades mecánicas
Propiedades mecánicas de 400 Las series de acero inoxidable varían significativamente según el subtipo., con clara diferenciación en fuerza, ductilidad, y respuesta al tratamiento térmico (los datos cumplen con ASTM A240/A480):
- tipos ferríticos (430, recocido en solución): Resistencia a la tracción 415–515 MPa, límite elástico 205–275 MPa, alargamiento 20–25%, dureza ≤183 HBW.
Sin transformación de fase, sólo recocido para el refinamiento del grano. - Tipos martensíticos (420, apagado & templado): Resistencia a la tracción 725–930 MPa, límite elástico 515–690 MPa, alargamiento 10–15%, dureza ≥50 HRC.
Temple + el templado mejora significativamente la resistencia y la dureza. - tipo de PH (17-4 PH, envejecimiento H900): Resistencia a la tracción ≥1170 MPa, límite elástico ≥1035 MPa, alargamiento ≥10%, dureza ≥38 HRC.
El fortalecimiento por precipitación logra una resistencia ultraalta sin sacrificar la ductilidad.
Resistencia a la corrosión
La resistencia a la corrosión está determinada principalmente por el contenido de Cr., con Mo y low C como potenciadores auxiliares. En general, es menor que 300 Serie pero superior al acero al carbono.:
- tipos ferríticos: 409 Tiene resistencia básica a la corrosión atmosférica. (tasa de corrosión anual ≤0,03 mm en zonas rurales); 444 Resiste ácidos diluidos y cloruros., con una temperatura crítica de picaduras ≥30 ℃.
- Tipos martensíticos: Limitado por un alto contenido de C; 410 es susceptible a la oxidación en ambientes húmedos, mientras que 440C tiene mejor resistencia a la corrosión debido a un mayor contenido de Cr, pero no es adecuado para medios marinos/ácidos..
- 17-4 PH: Resistencia a la corrosión comparable a 304 en ambientes atmosféricos y levemente corrosivos, pero propenso a picaduras en medios con alto contenido de cloruro.
Propiedades físicas
El magnetismo inherente es una característica distintiva de 400 serie de acero inoxidable, con otras propiedades físicas consistentes en todos los subtipos:
- Densidad: 7.7–7,8 g/cm³ (inferior a 304 8.0 g/cm³ debido a que no se añade Ni).
- Conductividad térmica: 25–30 W/(m·K) @ 20℃ (superior a 304 16 con/(m·K), favorable para la disipación del calor).
- Coeficiente de expansión térmica: 10–12×10⁻⁶/K (20–400 ℃), inferior a 300 serie, reduciendo la deformación térmica.
- Permeabilidad magnética: µ=100–1000 (ferrítico/martensítico), mucho más alto que los aceros inoxidables austeníticos (metro<1.02).
4. Tratamiento, fabricación & práctica de tratamiento térmico
formando & mecanizado
- Ferríticos: conformabilidad razonable en frío; recocido intermedio recomendado para conformado pesado. Maquinabilidad similar a la de los aceros de baja aleación..
- Martensíticos: mala conformabilidad en frío en estado endurecido; forma en estado recocido o superior (Formación caliente). La maquinabilidad depende del temperamento y la dureza: los grados C más altos requieren herramientas robustas y velocidades más lentas.
Soldadura
- Ferríticos: soldable pero propenso al crecimiento de grano y a la fragilización de la HAZ si se utiliza un alto aporte de calor; grados estabilizados (Si/Nota) y bajo aporte de calor (<10 kJ/cm para algunos) mejorar el rendimiento; seleccionar metales de aportación ferríticos.
- Martensíticos: desafiante - precalentar (200–300 ° C), Se recomiendan consumibles con bajo contenido de hidrógeno y templado posterior a la soldadura para evitar grietas y restaurar la dureza..
- PH 17-4: Soldable con relleno combinado y tratamiento térmico/envejecimiento posterior a la soldadura para restaurar las propiedades..
Tratamiento térmico
- Ferríticos: recocido en solución y enfriamiento con aire para aliviar el estrés y refinar los granos; sin endurecimiento por enfriamiento.
- Martensíticos: austenitizar (950–1,050 ° C), aplacar (aceite/agua dependiendo del grado), luego moderar (150–650 ° C) para alcanzar la dureza/tenacidad deseada. 440C normalmente templado a 200–300 °C para obtener la máxima dureza.
- PH 17-4: solucion (~1.040–1.060 °C), apagón de agua, luego envejece (482–621°C) para producir precipitados ricos en Cu y lograr la fuerza objetivo (H900, etc.).
5. Aplicaciones industriales típicas del acero inoxidable serie 400
La familia de la serie 400 sirve a una amplia gama de industrias porque sus subtipos se adaptan claramente a diferentes necesidades de ingeniería.:
economía + resistencia a la corrosión moderada (ferríticos), alta dureza/desgaste (martensíticos), y Muy alta resistencia con razonable resistencia a la corrosión. (aleaciones de PH).
Industria automotriz
Partes comunes & calificaciones
- Sistemas de escape, componentes del silenciador, tubos de reacción 409, a veces 439 para mejorar la soldabilidad.
- Recortar, paneles decorativos - 430.
- Ejes de motor y transmisión., asientos de válvula / pequeños componentes de desgaste - 410 / 420 donde se requiere tratamiento térmico.
¿Por qué se utiliza 4xx?
- El bajo contenido de níquel ofrece una gran ventaja de costes para componentes de gran volumen.
Los grados ferríticos resisten la oxidación cíclica en ambientes de escape calientes y tienen una conductividad térmica y expansión adecuadas.. Los grados martensíticos ofrecen superficies endurecidas para piezas pequeñas de desgaste crítico.
Consideraciones clave
- Para sistemas de escape soldados, utilizar ferríticos estabilizados con Ti/Nb (409TI/439) o controlar el aporte de calor para evitar la fragilización de la ZAT.
- Protección contra la corrosión (recubrimientos superficiales, aluminizar) Se aplica con frecuencia para prolongar la vida útil en entornos con sal en las carreteras..
Electrodomésticos y productos de consumo.
Partes comunes & calificaciones
- Puertas de frigorífico, revestimientos de horno, interiores de lavavajillas, paneles de control - 430 y a veces 439/444 para una mejor resistencia a la corrosión.
- Cubiertos y cuchillos de cocina. 420 / 440do (martensítico), pulido y templado.
¿Por qué se utiliza 4xx?
- Acabado superficial atractivo, buena formabilidad (ferríticos), respuesta magnética donde sea necesario (p.ej., indicadores de cocción por inducción), y su costo mucho más bajo que los austeníticos hacen que el ferrítico 4xx sea el predeterminado para piezas decorativas e internas de electrodomésticos..
Consideraciones clave
- Evite 4xx en niebla salina o exposiciones costeras a menos que esté recubierto o sea específicamente una variante con contenido de Mo. (444).
para cubiertos, Seleccione martensíticos con alto contenido de C y controle el templado para equilibrar la retención de los bordes y la resistencia a la corrosión..
intercambio de calor, HVAC y sistemas térmicos.
Partes comunes & calificaciones
- Aletas del intercambiador de calor, conductos, componentes del horno, revestimiento de calderas 409, 430, 444.
¿Por qué se utiliza 4xx?
- Los ferríticos combinan una buena conductividad térmica., Baja expansión térmica y resistencia a la oxidación a temperaturas elevadas con un costo menor que la serie 300., haciéndolos muy adecuados para hardware de transferencia de calor y gestión del calor de escape..
Consideraciones clave
- para mojado, Corrientes que contienen cloruro o alto riesgo de picaduras., prefieren ferríticos que contienen Mo (444) o pasar a dúplex/serie 300 cuando sea necesario.
Químico, industrias de procesos y manejo de agua
Partes comunes & calificaciones
- Tanques de servicio intermedio, accesorios de tubería, Intercambiadores de calor para químicas no extremas. 444 (donde la resistencia al cloruro importa), 439 para tanques soldados.
¿Por qué se utiliza 4xx?
- Cuando el servicio es moderadamente agresivo pero las aleaciones totalmente austeníticas o dúplex no se justifican económicamente, Los ferríticos moestabilizados ofrecen un término medio aceptable.
Consideraciones clave
- Especificar certificados de fábrica y pruebas de corrosión.. Para exposición continua al cloruro (salmueras de proceso, refrigeración por agua de mar) validar la elección del grado frente al cloruro medido, condiciones de temperatura y grietas.
Aceite & gas, petroquímico (componentes seleccionados)
Partes comunes & calificaciones
- sujetadores, componentes de válvula no críticos, ejes de bomba - 410, 431 (martensítico de alta resistencia), 17-4 PH para alta resistencia, componentes resistentes a la corrosión (donde el envejecimiento post-soldadura es factible).
¿Por qué se utiliza 4xx?
- Los grados martensítico y PH proporcionan una resistencia muy alta a cargas mecánicas y de presión.; 17-4 El PH se elige a menudo cuando se requiere resistencia además de una resistencia razonable a la corrosión y se pueden controlar los ciclos de soldadura/envejecimiento..
Consideraciones clave
- Las piezas martensíticas en ambientes ácidos o clorados deben estar calificadas para la fragilización por hidrógeno y el riesgo de SSC.. El templado/envejecimiento posterior a la soldadura suele ser obligatorio.
Marina, equipos de desalinización y agua de mar (uso limitado)
Partes comunes & calificaciones
- coladores de agua de mar, alojamientos no críticos - 444 en exposición leve al cloruro; de lo contrario, los diseñadores prefieren aleaciones dúplex o de PREN superior..
¿Por qué se utiliza 4xx? (selectivamente)
- Los ferríticos con contenido de mo pueden gestionar algunas tareas relacionadas con el agua de mar a un coste menor, pero el riesgo de picaduras y grietas a largo plazo a menudo los descarta para piezas estructurales continuamente sumergidas..
Consideraciones clave
- Cuando se utiliza 4xx en contextos marinos, combinar con protección catódica, revestimientos, y un estricto régimen de inspección. Evite donde existan condiciones de grietas o afectadas por el calor..
Generación de energía & sistemas de energía
Partes comunes & calificaciones
- Intercambiadores de calor, conductos de gases de combustión, sellos de turbina - 409, 444.
- Empernados y ejes de alta resistencia: 17-4 PH o martensíticos cuando corresponda.
¿Por qué se utiliza 4xx?
- Los grados ferríticos resisten bien la oxidación cíclica y el estrés térmico; Los grados PH se utilizan para sujetadores y componentes de alta tensión donde las aleaciones austeníticas serían innecesariamente costosas..
Consideraciones clave
- Esté atento a la fragilización a largo plazo de la fase sigma en algunas aleaciones con alto contenido de Cr a temperaturas intermedias; especificar límites de temperatura de funcionamiento e intervalos de inspección.
Médico, herramientas e instrumentos de precisión (seleccionado)
Partes comunes & calificaciones
- Hojas de instrumentos quirúrgicos — 420 / 440do (martensítico, alto pulido y retención de bordes).
- Insertos de moldes de precisión y herramientas de alto desgaste: 440do.
¿Por qué se utiliza 4xx?
- La alta dureza y la retención de los bordes hacen que los martensíticos sean atractivos, siempre que se controle la exposición a la corrosión y el acabado/pasivación de la superficie sea excelente.
Consideraciones clave
- Para implantes o exposición corporal a largo plazo., 300-Se prefieren aleaciones en serie o de grado médico.; 4xx para instrumentos sólo cuando la esterilización y la pasivación sean aceptables y se sigan los estándares médicos.
6. Ventajas & Limitaciones
Los aceros inoxidables de la serie 400 ocupan una posición distinta entre los aceros al carbono y los aceros inoxidables austeníticos que contienen níquel..
Ventajas clave del acero inoxidable serie 400
Eficiencia de costos y estabilidad de precios
400-Los aceros inoxidables de la serie contienen poco o nada de níquel., Depender principalmente del cromo para la resistencia a la corrosión..
Esto reduce significativamente el costo de la materia prima y protege la adquisición de la volatilidad del precio del níquel., haciendo que estos grados sean económicamente atractivos para aplicaciones de gran volumen.
Propiedades magnéticas inherentes
Los grados ferríticos y martensíticos de la serie 400 son naturalmente magnéticos, permitiendo su uso en dispositivos electromagnéticos, sensores, actuadores, y componentes que requieren respuesta magnética: aplicaciones en las que los aceros inoxidables austeníticos no son adecuados.
Resistencia tratable térmicamente (grados martensíticos y PH)
A diferencia de los aceros inoxidables austeníticos, Las aleaciones martensíticas y de endurecimiento por precipitación de la serie 400 se pueden reforzar mediante enfriamiento, templado, y envejecimiento.
Esto permite resistencias a la tracción que van desde niveles moderados hasta muy por encima. 1000 MPa, soporte resistente al desgaste, cargador, y componentes de alta tensión.
Buena conductividad térmica y baja expansión térmica.
Los aceros ferríticos de la serie 400 exhiben una mayor conductividad térmica y menores coeficientes de expansión térmica que los aceros inoxidables de la serie 300..
Esto mejora la resistencia a la fatiga térmica y la distorsión., haciéndolos adecuados para sistemas de escape, intercambiadores de calor, y entornos de ciclos térmicos.
Adecuada resistencia a la corrosión para ambientes moderados.
Con contenidos de cromo típicamente superiores 10.5 % en peso, 400-Los aceros en serie proporcionan una resistencia confiable a la corrosión atmosférica., químicos suaves, y oxidación a alta temperatura, muy superior al acero al carbono y suficiente para muchas aplicaciones industriales y de consumo..
Diseño de aleación simplificado y reciclabilidad.
La menor complejidad de la aleación facilita la fusión., reciclaje, y reutilización dentro de las corrientes de acero inoxidable, alinearse con el control de costos y los objetivos de sostenibilidad en la fabricación a gran escala.
Limitaciones clave del acero inoxidable serie 400
Resistencia a la corrosión inferior en comparación con los grados austeníticos
La mayoría de los aceros de la serie 400 carecen de níquel y, en muchos casos, Se necesita suficiente molibdeno para una fuerte resistencia a las picaduras., corrosión por grietas, y fisuras por corrosión bajo tensión en ambientes ricos en cloruros o fuertemente ácidos.
Generalmente no pueden reemplazar 304 o 316 en servicios químicos o marítimos agresivos.
Soldabilidad limitada
Los grados ferríticos son propensos al engrosamiento del grano y a la pérdida de dureza en la zona afectada por el calor., mientras que los grados martensíticos son susceptibles al agrietamiento en frío y a la fragilización por hidrógeno..
Una soldadura exitosa a menudo requiere un control estricto del aporte de calor., elementos estabilizadores (De, Nótese bien), precalentamiento, y tratamiento térmico post-soldadura.
Dureza reducida a bajas temperaturas.
Los aceros inoxidables ferríticos de la serie 400 exhiben una temperatura de transición de dúctil a frágil, normalmente entre temperaturas bajo cero y ligeramente por encima del punto de congelación.
Esto limita su idoneidad para aplicaciones estructurales criogénicas o de clima frío..
Menor conformabilidad que los aceros inoxidables austeníticos.
Los grados ferríticos tienen una capacidad moderada de conformado en frío pero una conformabilidad por estiramiento limitada., mientras que los grados martensíticos son difíciles de moldear en frío debido a su alta dureza.
Los componentes complejos embutidos generalmente se adaptan mejor a los aceros inoxidables de la serie 300..
Sensibilidad al tratamiento térmico inadecuado y exposición al servicio.
Los grados martensítico y PH requieren ciclos de tratamiento térmico cuidadosamente controlados.
Templado inadecuado, exposición prolongada a temperaturas intermedias, o las prácticas de soldadura inadecuadas pueden provocar fragilidad., pérdida de resistencia a la corrosión, o falla prematura.
Ventana de aplicación más estrecha para entornos severos
En altamente corrosivo, alto contenido de cloruro, o entornos de proceso de alta pureza, el margen de rendimiento de los aceros de la serie 400 es limitado, A menudo es necesario el uso de austeníticos., dúplex, o súper aceros inoxidables.
7. Análisis comparativo vs serie 300 & otras alternativas
- Resistencia a la corrosión: 300-serie (304/316) >> 400-Serie en ambientes agresivos de cloruro/ácido..
- Fortaleza (tratado con calor): Martensítico/PH 400 >> 300-serie (puede superar con creces 1,000 MPa).
- Costo: 400-Las series suelen ser entre un 30% y un 50% más baratas que las 304 debido al bajo Ni.
- Soldabilidad & formabilidad: 300-serie superior; 400-La serie requiere más cuidado..
- Magnetismo: 400-Serie magnética: una ventaja si se necesita una respuesta magnética..
- Comportamiento a alta temperatura (oxidación): Los ferríticos 4xx suelen ser mejores que los austeníticos para aplicaciones de oxidación cíclica y conductividad térmica..
Regla general de selección: Elija la serie 400 cuando cueste, Se requiere respuesta magnética o dureza/resistencia muy alta y el entorno de corrosión es moderado o manejable con recubrimientos.; Elija aleaciones serie 300/dúplex/níquel cuando la resistencia a la corrosión sea primaria.
8. Conclusión
El 400 Los aceros inoxidables de la serie son una familia versátil y ampliamente utilizada que ofrece un equilibrio pragmático de economía, propiedades magnéticas, Rendimiento térmico y resistencia alcanzable.. Su función abarca desde electrodomésticos cotidianos hasta piezas mecánicas exigentes..
El uso exitoso requiere una selección de calificaciones informada y un procesamiento disciplinado: La soldadura y el tratamiento térmico tienen una influencia enorme en el rendimiento final..
Donde la exposición a la corrosión es moderada y el costo o la respuesta magnética son importantes, La serie 400 a menudo representa la opción de ingeniería óptima..
Donde se requiere resistencia a la corrosión agresiva o tenacidad extrema a bajas temperaturas, Se deben evaluar las familias con mayor aleación..
Preguntas frecuentes
¿Son “inoxidables” los aceros de la serie 400??
Sí, forman una película pasiva de óxido de cromo y resisten la corrosión mucho mejor que los aceros al carbono., pero son menos resistentes a la corrosión que las aleaciones de la serie 300 en muchos medios agresivos.
¿Puede la serie 400 reemplazar 304 en electrodomésticos?
A menudo sí, para aplicaciones decorativas y para muchos electrodomésticos. (p.ej., 430), pero evite la exposición frecuente a cloruros, Se producen detergentes ácidos o atmósferas marinas..
¿Por qué algunas series 400 son magnéticas y otras no??
Las microestructuras ferríticas y martensíticas son magnéticas.; microestructuras austeníticas (típico de la serie 300) son esencialmente no magnéticos. 400-Las series están diseñadas para ser ferríticas/martensíticas..
como soldar 17-4 PH de forma segura?
Utilice procedimientos calificados, controlar la entrada de calor, y aplique ciclos de envejecimiento/solución posterior a la soldadura o envejecimiento localizado según las instrucciones del proveedor para restaurar la fuerza y la resistencia a la corrosión..
¿El 440C es adecuado para rodamientos marinos??
No, mientras que el 440C ofrece alta dureza y resistencia al desgaste., su resistencia a la corrosión en ambientes marinos con cloruro es limitada; Considere rodamientos de acero inoxidable con PREN o recubrimientos más altos..
