Propiedades del acero inoxidable fundido

1. Introducción

Los aceros inoxidables fundidos combinan resistencia a la corrosión, Buena resistencia mecánica y moldeabilidad para formas complejas..

Se utilizan donde la corrosión, temperatura, o los requisitos sanitarios excluyen los aceros al carbono ordinarios y donde la fabricación de geometría compleja a partir de placas forjadas sería costosa o imposible.

El rendimiento depende de la familia de aleaciones. (austenítico, dúplex, ferrítico, martensítico, endurecimiento por precipitación), método de fundición, tratamiento térmico y control de calidad.

Las especificaciones y el control del proceso adecuados son esenciales para evitar fases de fragilización y defectos de fundición que pueden anular las ventajas intrínsecas del metal..

2. Definición central & Clasificación del acero inoxidable fundido

Definición básica: qué entendemos por “acero inoxidable fundido”

Elenco acero inoxidable se refiere a aleaciones de hierro que contienen cromo que se producen vertiendo una aleación fundida en un molde y permitiendo que se solidifique., luego terminar y tratar térmicamente según sea necesario.

La característica que los hace “inoxidables” es un contenido suficiente de cromo. (y a menudo otros elementos de aleación) para formar y mantener un continuo, óxido de cromo autorreparable (Cr₂o₃) Película que reduce drásticamente la corrosión general..

Las piezas fundidas se utilizan donde la geometría compleja, características integrales (pasajes, mandando, costillas), o las ventajas económicas de la fundición superan los beneficios de la fabricación forjada.

Resumen familia por familia (mesa)

Convenciones de nomenclatura & grados de fundición comunes (nota practica)

• Los grados de acero inoxidable fundido a menudo usan designaciones de fundición en lugar de números forjados (Por ejemplo: CF8 ≈ 304, CF8M ≈ 316 equivalentes en muchas especificaciones).
  Estos códigos de fundición y nombres de aleaciones varían según el sistema estándar. (ASTM, EN, ÉL, etc.).
• “FQ” / "CALIFORNIA" / "CD" Los prefijos son típicos en algunas normas para indicar agrupaciones austeníticas/ferríticas/dúplex.; Los fabricantes también pueden utilizar nombres de propiedad..
  Especifique siempre tanto el gama química y el requisito de tratamiento mecánico/térmico en los documentos de adquisiciones para evitar ambigüedades.

3. Metalurgia y Microestructura

Familias de aleaciones y sus características definitorias.

• austenítico (p.ej., 304, 316, Equivalentes CF8/CF3 en fundición): cúbico centrado en la cara (FCC) matriz de hierro estabilizada por níquel (o nitrógeno).
  Excelente tenacidad y ductilidad., Excelente resistencia a la corrosión general.; susceptible a picaduras de cloruro y grietas por corrosión bajo tensión (CCS) en algunos ambientes.
• Dúplex (p.ej., 2205-equivalentes de tipo fundido): ferrita aproximadamente igual (cúbica centrada en el cuerpo, BCC) + fases de austenita.
  Alta resistencia, Resistencia superior a picaduras/grietas y mejor resistencia al SCC que los austeníticos debido a una menor formación de zonas empobrecidas en cromo.; Requiere control del enfriamiento para evitar fases frágiles..
• ferrítico: principalmente estabilizados con cromo BCC; Mejor rendimiento frente a la corrosión por tensión en algunos entornos., Menor tenacidad a baja temperatura en comparación con los austeníticos..
• martensítico: tratable térmicamente, se puede hacer muy fuerte y duro, Resistencia a la corrosión moderada en comparación con austenítico y dúplex.; utilizado para piezas fundidas resistentes al desgaste.
• Endurecimiento por precipitación (PH): aleaciones que pueden endurecerse por envejecimiento (Grados de PH a base de Ni o inoxidables), ofreciendo alta resistencia con una resistencia a la corrosión razonable.

Preocupaciones microestructurales críticas

• Precipitación de carburo (M₂₃c₆, M₆C) y sigma (a) fase La formación ocurre cuando las piezas fundidas se mantienen por mucho tiempo en el rango de 600 a 900 °C. (o enfriado lentamente a través de él).
  Estos frágiles, Las fases ricas en cromo agotan la matriz de cromo y reducen la tenacidad y la resistencia a la corrosión..
• Intermetálicos e inclusiones. (p.ej., siliciuros, sulfuros) pueden actuar como iniciadores de crack.
• Segregación (no uniformidad química) Es inherente a la fundición y debe minimizarse mediante el control de la fusión y la solidificación y, a veces, mediante tratamientos térmicos de homogeneización..

4. Propiedades físicas del acero inoxidable fundido

Los valores anteriores son rangos de ingeniería representativos.. Consulte siempre los datos del proveedor para el grado especificado., Ruta de fundición y estado de tratamiento térmico..

5. Eléctrico & Propiedades magnéticas del acero inoxidable fundido

• Resistividad eléctrica: Aceros inoxidables fundidos austeníticos (CF8, CF3M) tener alta resistividad (700–750 nΩ·m a 25°C)—3 veces más alto que el acero al carbono fundido (200 nω · m).
  Esto los hace adecuados para aplicaciones de aislamiento eléctrico. (p.ej., carcasas de transformadores).
• Magnetismo: Grados austeníticos (CF8, CF3M) son no magnético (permeabilidad relativa μ ≤1.005) debido a su estructura FCC, fundamental para los dispositivos médicos (p.ej., Componentes compatibles con MRI) o cajas electrónicas.
  ferrítico (CB30) y martensítico (CA15) Los grados son ferromagnéticos., limitar su uso en entornos sensibles al magnetismo.

6. Procesos de fundición y cómo afectan las propiedades.

Rutas de fundición comunes para acero inoxidable.:

• Fundición en arena (arena verde, arena de resina): flexible para piezas grandes o complejas.
  Microestructura más gruesa y mayor riesgo de porosidad a menos que se controle. Adecuado para muchos cuerpos de bombas y válvulas grandes.
• Inversión (cera perdida) fundición: excelente acabado superficial y precisión dimensional; a menudo se utiliza para los más pequeños, Piezas complejas que requieren tolerancias estrictas..
• Fundición centrífuga: produce sonido, piezas cilíndricas de grano fino (tubería, mangas) con solidificación direccional que minimiza los defectos internos.
• Fundición de concha y vacío: limpieza mejorada y reducción del atrapamiento de gas para aplicaciones críticas.

Influencias del proceso:

• Tasa de enfriamiento afecta el espaciado de las dendritas; enfriamiento más rápido (inversión, centrífugo) → microestructura más fina → generalmente mejores propiedades mecánicas.
• Limpieza del derretimiento y práctica de vertido. Determinar los niveles de inclusión y bifilm que influyen directamente en la fatiga y la estanqueidad..
• Diseño de solidificación direccional y elevación. minimizar las cavidades por contracción.

7. Propiedades mecánicas del acero inoxidable fundido.

Resistencia y ductilidad

• fundiciones austeníticas: buena ductilidad y tenacidad; UTS normalmente en cientos de MPa; ductilidad alta (El alargamiento suele ser del 20 al 40% en el modelo 316L cuando no tiene defectos.).
• Piezas fundidas dúplex: mayor rendimiento y UTS debido a la ferrita + austenita; UTS típico ~600–900 MPa con rendimiento a menudo >350 MPa.
• Fundición martensítica/PH: Puede alcanzar UTS y dureza muy altos pero con ductilidad reducida..

Fatiga

• La vida por fatiga es delicado a defectos de fundición: porosidad, inclusiones, La rugosidad y la contracción de la superficie son iniciadores de grietas comunes..
  Para cargas rotativas o cíclicas, procesos de baja porosidad, granallado, CADERA (prensado isostático caliente), y el mecanizado de superficies se utilizan comúnmente para mejorar el rendimiento ante la fatiga..

Fluencia y temperatura elevada.

• Algunos grados de acero inoxidable (especialmente de alta aleación y dúplex) conservar la fuerza a temperaturas elevadas; sin embargo, el rendimiento de fluencia a largo plazo debe adaptarse a la aleación y a la vida útil esperada..
  La precipitación de carburo/fase σ bajo exposición térmica puede reducir gravemente la fluencia y la tenacidad.

8. Tratamiento térmico, control de microestructura y estabilidad de fase.

Recocido de solución (típico)

• Objetivo: disolver precipitados indeseables y restaurar una matriz austenítica/ferrítica uniforme; recuperar la resistencia a la corrosión al devolver el cromo a la solución sólida.
• Régimen típico: calentar a la temperatura de solución adecuada (a menudo entre 1.040 y 1.100 °C para muchos austeníticos), mantener para homogeneizar, entonces enfriamiento rápido para retener los elementos resueltos. La temperatura y el tiempo exactos dependen del grado y del espesor de la sección..
• Advertencia: El crisol y el tamaño de la sección limitan las tasas de enfriamiento alcanzables.; Las secciones pesadas pueden requerir procedimientos especiales..

Envejecimiento y precipitación

• Dúplex y martensítico Las calificaciones pueden envejecerse para el control de la propiedad.; Las ventanas de envejecimiento/tiempo-temperatura deben evitar la fase sigma y otras fases nocivas..
• sobreenvejecimiento o historiales térmicos inadecuados producen carburos y sigma que se vuelven quebradizos y reducen la resistencia a la corrosión..

Evitar la fase sigma y el agotamiento del cromo.

• Controlar el enfriamiento a través del rango de temperatura vulnerable, Evite la retención prolongada entre ~600 y 900 °C., y utilizar post-soldadura o recocido por solución cuando sea necesario.
  La selección de materiales y el diseño del tratamiento térmico son las principales defensas..

9. Resistencia a la corrosión: ventaja fundamental del acero inoxidable fundido

La resistencia a la corrosión es la razón principal por la que los ingenieros eligen el acero inoxidable fundido..

A diferencia de muchos metales estructurales que dependen de recubrimientos voluminosos o protección de sacrificio, Los aceros inoxidables obtienen una resistencia ambiental duradera gracias a su química y reactividad superficial..

Cómo resisten los aceros inoxidables a la corrosión: el concepto de película pasiva

• Protección pasiva: El cromo de la aleación reacciona con el oxígeno para formar una fina, capa continua de óxido de cromo (Cr₂o₃).
  Esta película tiene sólo nanómetros de espesor pero es muy eficaz.: reduce el transporte iónico, bloquea la disolución anódica, y, fundamentalmente, es autosanación cuando está dañado, siempre que haya oxígeno disponible.
• Sinergia de aleación: Níquel, el molibdeno y el nitrógeno estabilizan la matriz y mejoran la resistencia de la película pasiva a la degradación local (especialmente en ambientes de cloruro).
  La estabilidad de la película pasiva es, por tanto, un resultado de la química., condición superficial, y el entorno local.

Formas de corrosión importantes para los aceros inoxidables fundidos

Comprender los modos de falla probables centra la selección y el diseño de materiales:

• General (uniforme) corrosión: Algo poco común en el acero inoxidable con una aleación adecuada en la mayoría de las atmósferas industriales: la película pasiva mantiene la pérdida uniforme muy baja..
• Corrosión de picadura: Localizado, A menudo, hoyos pequeños y profundos que se inician cuando la película pasiva se rompe localmente. (Los cloruros son el iniciador clásico.). Las picaduras pueden ser críticas porque los pequeños defectos penetran rápidamente.
• Corrosión por grietas: Ocurre dentro de espacios protegidos donde el oxígeno se agota.; El gradiente de oxígeno fomenta la acidificación local y la concentración de cloruro., socavando la pasividad dentro de la grieta.
• Fisuración por corrosión bajo tensión (CCS): Un mecanismo de craqueo frágil que requiere una aleación susceptible. (Comúnmente inoxidable austenítico en ambientes clorados.), estrés por tracción, y un entorno específico (cálido, que contiene cloruro). El SCC puede aparecer repentina y catastróficamente.
• Corrosión influenciada por microbios (micrófono): Biopelículas y metabolismo microbiano. (p.ej., bacterias reductoras de sulfato) Puede producir sustancias químicas localizadas que atacan las piezas fundidas de acero inoxidable., particularmente en grietas estancadas o de bajo flujo.
• Erosión-corrosión: Combinación de desgaste mecánico y ataque químico., A menudo, la alta velocidad o el impacto eliminan la película protectora y exponen el metal fresco..

El papel de la aleación: qué especificar y por qué

Ciertos elementos influyen fuertemente en la resistencia a la corrosión localizada.:

• Cromo (cr): Fundación de la pasividad; El contenido mínimo define el comportamiento “inoxidable”..
• Molibdeno (Mes): Muy eficaz para aumentar la resistencia a picaduras y grietas, esencial para servicios de agua de mar y cloruro..
• Nitrógeno (norte): Fortalece la austenita y mejora enormemente la resistencia a las picaduras. (pequeñas adiciones eficientes).
• Níquel (En): Estabiliza la austenita y favorece la tenacidad y la ductilidad..
• Cobre, tungsteno, Nb/Ti: Utilizado en aleaciones especializadas para entornos especializados..

Un índice comparativo útil es el número equivalente de resistencia a las picaduras. (Madera):

PREN=%Cr+3,3×%Mo+16×%N

PREN típico (redondeado, representante):

• 304 / CF8 ≈ ~19 (baja resistencia a las picaduras)
• 316 / CF8M ≈ ~ 24 (moderado)
• Dúplex 2205 / CD3MN ≈ ~ 35 (alto)
• Superaltenítico (p.ej., alto-Mo / 254Equivalentes de SMO) ≈ ~40–45 (muy alto)

Regla practica: mayor PREN → mayor resistencia a la corrosión por picaduras o grietas inducida por cloruro. Elija PREN proporcional a la gravedad de la exposición.

Impulsores medioambientales: lo que hace que el acero inoxidable falle

• Cloruros (rocío de mar, sales de deshielo, corrientes de proceso que contienen cloruro) son la amenaza externa dominante: promueven la picadura, corrosión en grietas y SCC.
• Temperatura: Las temperaturas elevadas aceleran el ataque químico y la susceptibilidad al SCC; la combinación de cloruro + la temperatura elevada es particularmente agresiva.
• Estancamiento & grietas: El bajo nivel de oxígeno y los espacios confinados concentran iones agresivos y destruyen la pasividad local..
• Estrés mecánico: Esfuerzos de tracción (residual o aplicado) son necesarios para SCC. El diseño y el alivio del estrés reducen el riesgo.
• vida microbiana: Las biopelículas modifican la química local; MIC es particularmente relevante en mojado, sistemas mal lavados.

Diseño & Estrategias de especificación para maximizar la resistencia a la corrosión.

1. Selección de grado correcto: Haga coincidir PREN/química con la exposición, p., 316 para cloruros moderados, dúplex / Grados con alto contenido de Mo para agua de mar o corrientes de proceso ricas en cloruro..
2. Controlar el historial térmico: Requiere recocido de solución + apagar donde se indica; especificar tiempos máximos de enfriamiento en la ventana de formación σ para grados dúplex.
3. Calidad superficial: Especificar acabado superficial, electropulido o pulido mecánico para componentes sanitarios o con alto riesgo de picaduras; Las superficies más lisas reducen la formación de picaduras..
4. Detalles para evitar grietas.: Diseño para eliminar grietas estrechas., Proporcionar drenaje y permitir el acceso de inspección.. Utilice juntas, Selladores y selección adecuada de sujetadores donde las juntas son inevitables..
5. Práctica de soldadura: Utilice metales de aportación combinados o sobrealeados., controlar la entrada de calor, y especifique PWHT o pasivación según sea necesario. Proteger las soldaduras de la sensibilización post-soldadura..
6. Aislamiento dieléctrico: Aísle eléctricamente las piezas de acero inoxidable de metales diferentes para evitar la aceleración galvánica de la corrosión..
7. Recubrimientos & revestimiento: Cuando el entorno supera incluso la capacidad de alta aleación, Utilice revestimientos o revestimientos de polímero/cerámica como primera línea. (o como respaldo) — pero no dependa únicamente de los recubrimientos para la contención crítica sin disposiciones de inspección.
8. Evite la tensión de tracción en entornos sensibles al SCC: Reducir las tensiones de diseño, aplicar tratamientos superficiales de compresión (granallado), y controlar las cargas operativas.

10. Fabricación, Unión, y reparación

Soldadura

• Los aceros inoxidables fundidos generalmente son soldable, pero se necesita atención:

• • Haga coincidir el metal de aportación con la aleación base o seleccione un relleno más resistente a la corrosión para evitar efectos galvánicos..
  • Control de precalentamiento y entre pasadas para algunos grados martensíticos para gestionar la dureza y el riesgo de agrietamiento.
  • Recocido en solución post-soldadura A menudo se requiere para rellenos austeníticos y dúplex para restaurar la resistencia a la corrosión y reducir las tensiones residuales..
  • Evite el enfriamiento lento que puede producir la fase σ.

Mecanizado

• La maquinabilidad varía: Los aceros inoxidables austeníticos se endurecen y requieren herramientas afiladas y velocidades adecuadas.; Los grados dúplex cortan mejor en algunos casos debido a su mayor resistencia.. Utilice refrigerante y parámetros de corte adecuados.

Acabado superficial

• El decapado y la pasivación restauran el óxido de cromo y eliminan los contaminantes de hierro libres..
  El pulido electroquímico o el acabado mecánico mejoran la limpieza., Reduce los sitios de grietas y aumenta la resistencia a la corrosión..

11. Económico, Consideraciones sobre el ciclo de vida y la sostenibilidad.

• Costo: El costo de la materia prima del acero inoxidable fundido es más alto que el del acero al carbono y el aluminio., y la fundición requiere temperaturas de fusión más altas y costos refractarios.
  Sin embargo, La extensión de la vida útil y el mantenimiento reducido en ambientes corrosivos pueden justificar la prima..
• Ciclo vital: larga vida útil en ambientes corrosivos, menor frecuencia de reemplazo y reciclabilidad (El valor de la chatarra de acero inoxidable es alto.) mejorar la economía del ciclo de vida.
• Sostenibilidad: Las aleaciones de acero inoxidable contienen elementos estratégicamente importantes. (cr, En, Mes); el abastecimiento responsable y el reciclaje son esenciales.
  La energía para la producción inicial es alta., pero el reciclaje de acero inoxidable reduce significativamente la energía incorporada.

12. Análisis comparativo: Acero inoxidable fundido vs.. Competidores

13. Conclusiones

El acero inoxidable fundido ocupa una posición única y estratégicamente importante entre los materiales de fundición estructurales y resistentes a la corrosión..

Una sola propiedad no define su valor, sino por la combinación sinérgica de resistencia a la corrosión, resistencia mecánica, resistencia al calor, Versatilidad en el diseño de aleaciones., y compatibilidad con geometrías de fundición complejas.

Cuando se evalúa a través del desempeño, fiabilidad, y métricas del ciclo de vida, El acero inoxidable fundido demuestra constantemente ser una solución de alto rendimiento para entornos industriales exigentes..

En general, El acero inoxidable fundido se destaca como un material de alta integridad., versátil, y elección de materiales confiable para industrias que requieren resistencia a la corrosión, durabilidad mecánica, y moldeabilidad de precisión.

 

Preguntas frecuentes

Es de acero inoxidable fundido tan resistente a la corrosión como el acero inoxidable forjado.?

puede ser, pero sólo si la química del casting, La microestructura y el tratamiento térmico cumplen con los mismos estándares..

Los castings tienen más oportunidades de segregación y precipitados.; A menudo se requiere recocido en solución y enfriamiento rápido para restaurar la resistencia total a la corrosión..

¿Cómo evito la fase sigma en las piezas de fundición??

Evite las esperas prolongadas entre ~600 y 900 °C; Diseñar tratamientos térmicos para recocer y enfriar en solución., y seleccionar aleaciones menos propensas a sigma (p.ej., químicas dúplex equilibradas) para historias térmicas hostiles.

¿Qué acero inoxidable fundido debo elegir para el servicio de agua de mar??

Aleaciones dúplex con alto contenido de PREN o superausteníticos específicos (MO más alto, norte) normalmente son preferidos. 316/316L puede ser inadecuado en zonas de salpicadura o donde el agua de mar oxigenada fluye a alta velocidad..

¿Los componentes fundidos de acero inoxidable se pueden soldar en sitio??

Sí, pero la soldadura puede alterar localmente el equilibrio metalúrgico. Es posible que sea necesario un tratamiento térmico o pasivación posterior a la soldadura para restaurar la resistencia a la corrosión cerca de las soldaduras..

¿Qué método de fundición proporciona la mejor integridad para las piezas críticas??

Fundición centrífuga (para piezas cilíndricas), fundición de inversión/precisión (para piezas pequeñas y complejas) y la fundición en molde al vacío o en atmósfera controlada combinada con HIP proporciona la mayor integridad y la menor porosidad..

¿El acero inoxidable fundido es adecuado para aplicaciones de alta temperatura??

Grados austeníticos (CF8, CF3M) son utilizables hasta 870°C; calificaciones dúplex (2205) hasta 315°C.

Para temperaturas >870°C, Utilice aceros inoxidables fundidos resistentes al calor. (p.ej., HK40, con 25% cr, 20% En) o aleaciones de níquel.