¿El acero inoxidable es ferroso??

Una cuestión fundamental en la ciencia de los materiales y las aplicaciones industriales es: ¿El acero inoxidable es ferroso?? La respuesta depende de la definición de metales ferrosos y una comprensión detallada de la composición química del acero inoxidable., estructura cristalina, y normas de clasificación de materiales..

En su núcleo, acero inoxidable es un aleación ferrosa—contiene hierro (fe) como su componente principal, sin embargo, su cromo único (cr) El contenido lo distingue del acero al carbono y del hierro fundido., dotándolo de resistencia a la corrosión que revolucionó industrias desde la construcción hasta los dispositivos médicos..

1. Qué significa "ferroso" en la ingeniería de materiales

En ingeniería y metalurgia el término ferroso se refiere a metales y aleaciones cuyos constituyente primario es el hierro.

Los materiales ferrosos típicos incluyen aceros forjados., lanzar planchas, Hierros forjados y aleaciones a base de hierro como el acero inoxidable..

En contraste, no ferroso Los metales son aquellos cuyo elemento principal no es el hierro. (ejemplos: aluminio, cobre, titanio, aleaciones a base de níquel).

Punto clave: la clasificación es compositiva (a base de hierro) en lugar de funcional (p.ej., “¿Se oxida??"). Los aceros inoxidables son aleaciones a base de hierro y, por lo tanto, pertenecen directamente a la familia ferrosa..

2. Por qué el acero inoxidable es ferroso: composición y estándares

• El hierro es el elemento de equilibrio.. Los aceros inoxidables están formulados con hierro como elemento matriz.; Se añaden otros elementos de aleación para obtener las propiedades deseadas..
  Los grados industriales típicos contienen una mayoría de hierro con cromo, níquel, molibdeno y otros elementos presentes como adiciones de aleación intencionales.
• Requerimiento de cromo. La definición técnica estándar de acero inoxidable es una aleación a base de hierro que contiene al menos ≈10,5% de cromo en masa, que imparte la pasiva, película superficial resistente a la corrosión (Cr₂o₃).
  Este umbral de cromo está codificado en los estándares convencionales. (p.ej., Familia de documentos ASTM/ISO).
• Clasificación de estándares. Las normas internacionales clasifican los aceros inoxidables como aceros. (es decir., aleaciones a base de hierro).
  Para la adquisición y prueba, se manejan dentro del marco de estándares de materiales ferrosos. (análisis químico, pruebas mecanicas, procedimientos de tratamiento térmico, etc.).

En breve: inoxidable = aleación a base de hierro con suficiente cromo para pasivar; por lo tanto inoxidable = ferroso.

3. Químicas típicas: grados representativos

La siguiente tabla ilustra químicas representativas para mostrar que el hierro es el metal base. (Los valores son rangos típicos.; consulte las hojas de datos de calidad para conocer los límites de especificaciones exactos).

"Equilibrio" significa que el resto de la aleación es hierro más oligoelementos..

4. Estructuras cristalinas y clases microestructurales: por qué estructura ≠ no ferrosos

Los aceros inoxidables se dividen metalúrgicamente por su estructura cristalina predominante a temperatura ambiente.:

• austenítico (γ-FCC) - p.ej., 304, 316. No magnético en estado recocido., excelente tenacidad y resistencia a la corrosión, El alto contenido de Ni estabiliza la austenita..
• ferrítico (α-BCC) - p.ej., 430. Magnético, Menor tenacidad a temperaturas muy bajas., Buena resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión en algunos entornos..
• martensítico (BCT distorsionado / martensita) - p.ej., 410, 420. Endurecible por tratamiento térmico; usado para cubiertos, válvulas y ejes.
• Dúplex (mezcla una + do) — ferrita y austenita equilibradas para mejorar la resistencia y la resistencia al cloruro.

Importante: Estas diferencias en la estructura cristalina describen la disposición de los átomos., no el elemento base.

Independientemente de ser austenítico, ferrítico o martensítico, los aceros inoxidables permanecen a base de hierro aleaciones y, por tanto, ferrosas.

5. Distinción funcional: "inoxidable" no significa "no ferroso" o "no magnético"

• "Inoxidable" se refiere a la resistencia a la corrosión resultante de la pasividad inducida por el cromo. (Película de Cr₂o₃). lo hace no cambiar el hecho de que el metal es a base de hierro.
• El comportamiento magnético es no un indicador confiable de la composición ferrosa: Algunos aceros inoxidables austeníticos son esencialmente no magnéticos en estado recocido., pero siguen siendo aleaciones ferrosas. Las variantes de trabajo en frío o de menor Ni pueden volverse magnéticas.
• Comportamiento de corrosión (resistencia al “óxido”) depende del contenido de cromo, microestructura, Condiciones ambientales y de la superficie, no solo en la categorización ferrosa/no ferrosa..

6. Implicaciones de la práctica industrial y la selección de materiales.

• Especificaciones y adquisiciones. Los aceros inoxidables se especifican utilizando estándares y grados de acero. (ASTM, EN, ÉL, ES, etc.).
  Prueba mecánica, calificación del procedimiento de soldadura, y el tratamiento térmico siguen las prácticas de la metalurgia ferrosa.
• Soldadura y fabricación. Los aceros inoxidables requieren las mismas precauciones fundamentales que otros metales ferrosos. (precalentamiento/postcalentamiento dependiendo del grado, Control de carbono para evitar sensibilización en la serie 300., selección de metal de aportación compatible).
• Magnética y END. END de base magnética (partícula magnética) Funciona para grados ferríticos/martensíticos, pero no para grados totalmente austeníticos a menos que estén endurecidos por trabajo.; Las pruebas ultrasónicas y de colorantes penetrantes son comunes en todas las familias..
• Diseño: Los ingenieros explotan diferentes familias de acero inoxidable para necesidades específicas. (Austeníticos para conformabilidad y resistencia a la corrosión.; ferríticos donde se debe minimizar el níquel; dúplex para alta resistencia y resistencia al cloruro).

7. Ventajas del acero inoxidable ferrítico

Los aceros inoxidables ferríticos son una familia importante dentro de la familia de los aceros inoxidables..

Son aleaciones a base de hierro que se caracterizan por tener proporciones cúbicas centradas en el cuerpo. (α-Fe) estructura cristalina a temperatura ambiente y contenido de cromo relativamente alto con poco o nada de níquel.

Resistencia a la corrosión en ambientes oxidantes y ligeramente agresivos.

• Los ferríticos suelen contener ~12–30 % de cromo, que produce un óxido de cromo continuo (Cr₂o₃) película pasiva. eso da buena resistencia general a la corrosión y oxidación en el aire, muchos entornos atmosféricos y algunos medios de proceso ligeramente agresivos.
• Funcionan particularmente bien donde agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruro (CCS) es una preocupación: Los grados ferríticos son mucho menos susceptible al SCC inducido por cloruro que muchos grados austeníticos,
  haciéndolos adecuados para ciertas aplicaciones petroquímicas y marinas donde se debe minimizar el riesgo de SCC.

Rentabilidad y economía de aleaciones

• Debido a que los grados ferríticos contienen poco o nada de níquel, ellos son menos sensible a la volatilidad del precio del níquel y en general costo más bajo que austenítico (rodamiento ni) Aceros inoxidables para una resistencia a la corrosión equivalente en muchos entornos..
  Esta ventaja de costos es significativa para aplicaciones de gran volumen o sensibles al precio..

Estabilidad térmica y resistencia a la carburación/fragilización a temperatura elevada.

• Los aceros inoxidables ferríticos mantienen microestructuras ferríticas estables en un amplio rango de temperaturas y son menos propenso a la sensibilización (precipitación intergranular de carburo de cromo) que los austeníticos.
• Muchos ferríticos tienen buena resistencia a la oxidación a alta temperatura y se utilizan en sistemas de escape, superficies del intercambiador de calor y otras aplicaciones de temperatura elevada.
  Ciertos grados ferríticos (p.ej., 446, 430) Están especificados para servicio continuo a temperaturas elevadas porque forman incrustaciones de óxido duraderas..

Menor coeficiente de expansión térmica. (CTE)

• Los valores típicos de CET para aceros inoxidables ferríticos son ≈10–12 × 10⁻⁶ /°C, sustancialmente más bajos que los grados austeníticos comunes (≈16–18 × 10⁻⁶ /°C).
• La menor expansión térmica reduce la distorsión térmica y las tensiones de desajuste cuando los ferríticos se acoplan a materiales de baja expansión o se utilizan en servicios cíclicos de alta temperatura. (sistemas de escape, componentes del horno).

Mejor conductividad térmica

• Los grados ferríticos generalmente tienen mayor conductividad térmica (apenas 20–30 W/m·K) que los grados austeníticos (~15–20 W/m·K).
  La mejora de la transferencia de calor es beneficiosa en las tuberías de los intercambiadores de calor., Componentes de hornos y aplicaciones donde se desea una rápida eliminación del calor..

Propiedades magnéticas y utilidad funcional.

• Los aceros inoxidables ferríticos son magnético en el estado recocido. Esta es una ventaja cuando se requiere una respuesta magnética. (motores, blindaje magnético, sensores) o cuando la separación magnética, La inspección y el manejo son parte del proceso de fabricación/ensamblaje..

Buena resistencia al desgaste y estabilidad de la superficie.

• Ciertos grados ferríticos exhiben buena resistencia a la abrasión y a la oxidación y mantener el acabado superficial en atmósferas oxidantes de temperatura elevada.
  Esto los hace adecuados para múltiples de escape, componentes de humos, y elementos arquitectónicos decorativos que experimentan ciclos térmicos.

Fabricación y formabilidad. (aspectos prácticos)

• Muchas aleaciones ferríticas ofrecen ductilidad y formabilidad adecuadas Para trabajos en láminas y tiras y se puede formar en frío sin el mismo grado de recuperación elástica asociado con aleaciones de mayor resistencia..
  Donde se requiere embutición profunda o conformado complejo, selección de grado apropiado (cromo inferior, ánimos optimizados) da buenos resultados.
• Debido a su microestructura ferrítica simple, ferríticos no requieren recocido con solución posterior a la soldadura para recuperar la resistencia a la corrosión de la misma manera que a veces lo hacen los austeníticos susceptibles a la sensibilización, aunque el control del procedimiento de soldadura sigue siendo importante.

Limitaciones y advertencias de selección

Una visión de ingeniería equilibrada debe reconocer las limitaciones para que los materiales no se apliquen mal:

• Menor tenacidad a temperaturas muy bajas.: Los ferríticos generalmente tienen menor tenacidad al impacto a temperaturas criogénicas que los austeníticos..
  Evite los ferríticos para aplicaciones estructurales críticas de baja temperatura a menos que esté específicamente calificado.
• Restricciones de soldabilidad: mientras que la soldadura es una rutina, crecimiento de granos y fragilización Puede ocurrir en ferríticos con alto contenido de Cr si no se controlan el aporte de calor y el enfriamiento posterior a la soldadura.;
  Algunos ferríticos sufren un comportamiento frágil en la zona afectada por el calor a menos que se utilicen procedimientos adecuados..
• Menor conformabilidad para algunos grados con alto contenido de Cr: Un contenido extremadamente alto de cromo puede reducir la ductilidad y la formabilidad.; La selección de calidad debe coincidir con las operaciones de conformado..
• No es universalmente superior en picaduras de cloruro: aunque los ferríticos resisten el SCC, resistencia a las picaduras/picaduras En ambientes agresivos que contienen cloruros, a menudo se aborda mejor con austeníticos con alto contenido de Mo o grados dúplex.;
  evaluar números equivalentes de resistencia a las picaduras (Madera) donde la exposición al cloruro es significativa.

8. Comparación con alternativas no ferrosas

Cuando los ingenieros consideran materiales para aplicaciones resistentes a la corrosión, El acero inoxidable es una de las principales opciones ferrosas..

Sin embargo, metales no ferrosos y aleaciones (Alabama, aleaciones de Cu, De, Aleaciones a base de Ni, magnesio, zinc) a menudo compiten en peso, conductividad, resistencia específica a la corrosión, o procesabilidad.

9. Sostenibilidad y reciclaje

• Reciclabilidad: Los aceros inoxidables se encuentran entre los materiales de ingeniería más reciclados.; La chatarra se incorpora fácilmente a nuevas masas fundidas con alto contenido reciclado..
• Ciclo vital: La larga vida útil y el bajo mantenimiento a menudo hacen que el acero inoxidable sea económico., elección de bajo impacto durante la vida útil de un componente a pesar de un mayor costo inicial en relación con el acero al carbono simple.
• Códigos ambientales y recuperación.: La producción de acero inoxidable utiliza cada vez más hornos de arco eléctrico y materia prima reciclada para reducir la intensidad energética y las emisiones..

10. Conceptos erróneos y aclaraciones.

• “Inoxidable” ≠ “inoxidable para siempre”. En condiciones extremas (agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruro, oxidación a alta temperatura, ataques con ácido, corrosión por grietas, etc.), Los aceros inoxidables pueden corroerse.; No se vuelven no ferrosos por ser inoxidables..
• Magnético ≠ ferroso: el no magnetismo en algunos grados de acero inoxidable no los convierte en no ferrosos. El atributo definitorio es el química basada en hierro, no la respuesta magnética.
• Aleaciones con alto contenido de níquel versus acero inoxidable: algunas aleaciones a base de níquel (Inconel, Hastelloy) No son ferrosos y se utilizan donde falla el acero inoxidable.; No son “aceros inoxidables” incluso si resisten la corrosión de manera similar..

11. Conclusión

Los aceros inoxidables son ferroso materiales por composición y clasificación. Combinan hierro como elemento base con cromo y otros elementos de aleación para crear aleaciones que resisten la corrosión en muchas condiciones..

Estructura cristalina (austenítico, ferrítico, martensítico, dúplex) Determina las características mecánicas y magnéticas., pero no el hecho fundamental de que los aceros inoxidables están basados ​​en hierro..

Por lo tanto, la selección de materiales debe tratar el acero inoxidable como un miembro de la familia ferrosa y elegir la familia y el grado de acero inoxidable apropiados para adaptarse al entorno de servicio., Requisitos de fabricación y objetivos del ciclo de vida..

 

Preguntas frecuentes

¿La característica “inoxidable” del acero inoxidable significa que no es un metal ferroso??

La propiedad “inoxidable” del acero inoxidable proviene de una densa película pasiva de óxido de cromo. (Cr₂o₃) Se forma en la superficie cuando el contenido de cromo es ≥10,5%.; esto no está relacionado con el contenido de hierro.

Independientemente de su comportamiento inoxidable, siempre que el hierro sea el constituyente principal, El material está clasificado como ferroso metal.

¿El acero inoxidable pierde su naturaleza ferrosa a altas temperaturas??

La clasificación como metal ferroso está determinada por su composición química., no temperatura.

Incluso si las transformaciones de fase ocurren a alta temperatura (Por ejemplo, un grado austenítico que se transforma en ferrita a temperatura elevada), el elemento base sigue siendo hierro, por lo que sigue siendo un metal ferroso.

¿El magnetismo del acero inoxidable afecta si es ferroso??

El magnetismo está relacionado con la estructura cristalina.: Los aceros inoxidables ferríticos y martensíticos suelen ser magnéticos., mientras que los aceros inoxidables austeníticos recocidos suelen ser no magnéticos.

Sin embargo, el magnetismo es no el criterio para ser ferroso: el contenido de hierro es. Si un grado de acero inoxidable es magnético o no, si el hierro es el elemento principal es un metal ferroso.

¿Está relacionada la reciclabilidad del acero inoxidable con su naturaleza ferrosa??

Sí. Porque el acero inoxidable tiene una base de hierro, su flujo de reciclaje es similar al de otros metales ferrosos.

La chatarra de acero inoxidable se vuelve a fundir fácilmente; Los aceros inoxidables tienen tasas de reciclaje muy altas y la energía de reciclaje suele ser una fracción. (del orden del 20 al 30%) de energía de producción primaria.

Esto convierte al acero inoxidable en un material valioso para aplicaciones sostenibles y de economía circular..

Si los aceros inoxidables ferríticos se corroen en algunos entornos, ¿Eso significa que no son ferrosos??

No. El comportamiento frente a la corrosión depende del entorno y la composición.; Algunos grados de acero inoxidable pueden corroerse en medios específicos., pero eso no altera su condición de metales ferrosos.

Por ejemplo, Los aceros inoxidables ferríticos pueden mostrar una resistencia más débil en medios fuertemente reductores, pero funcionan excelentemente en ambientes oxidantes..

La selección de un grado y tratamiento de superficie adecuados optimiza la resistencia a la corrosión para el servicio previsto..