Aceros de Baja Aleación y Alta Resistencia (HSLA)

Los aceros HSLA (Microaleados) (0.05-0.25% C, máx. 2% Mn) están diseñados para propiedades mecánicas específicas y mejor resistencia a la corrosión (R. Corr.). Son económicos debido a su bajo contenido de aleantes. Poseen grano fino, buena soldabilidad y conformabilidad.

Mecanismos de Endurecimiento en Aceros HSLA

• Laminación Controlada: Estructura altamente deformada de austenita que pasa a ferrita equiaxial fina.
• Perlita Reducida: Bajo o nulo porcentaje de carbono (C), endurecidos por ferrita fina y precipitados.
• Ferrita Acicular: Bajo contenido de C, con temple de ferrita acicular de grano fino y alta resistencia mecánica (RM).
• Bifásicos: Microestructura de ferrita con regiones de martensita (MS) de alto porcentaje de C.
• Microaleados: Con pequeñas cantidades de Niobio (Nb), Vanadio (V) y Titanio (Ti) que refinan el grano.
• Resistentes a la Corrosión Atmosférica: Acero autopatinable o COR-TEN (con una pequeña cantidad de Cobre (Cu), Cromo (Cr) y Níquel (Ni)).

Aceros Avanzados de Alta Resistencia Mecánica (AHSS)

Composición típica: C = 0.1 a 0.4% (tan bajo como sea posible para buena soldabilidad), Mn = 1.0 – 2.5%, Cr + Mo < 1.2%, Si = 1.0 – 2.5%, Al = 1.0 – 2.5%.

Tipos de Aceros AHSS

• Dual Phase (DP): Bajos o medios en carbono, tratados térmicamente para conseguir una microestructura formada por ferrita y martensita o bainita. Presentan un límite de fluencia elevado debido a las tensiones concentradas en la ferrita y una alta tensión máxima de tracción.
• Fase Compleja (CP): Pequeñas cantidades de martensita, austenita retenida y perlita con una matriz de ferrita/bainita. Poseen un grano extremadamente fino mediante recristalización retardada o la precipitación de elementos microaleantes (Ti, W).
• Transformación Inducida mediante Plasticidad (TRIP): Cantidades variables de austenita en una matriz de ferrita, además de un mínimo de 5% en volumen de austenita retenida. Están presentes fases de alta dureza, como la bainita y la martensita, en cantidades variables. Al deformar plásticamente el acero, la austenita retenida se transforma progresivamente en martensita. Son más fácilmente conformables que los aceros de fase dual, especialmente a altos coeficientes de deformación. Con poco carbono, la austenita inicia su transformación inmediatamente después de la deformación, incrementando la velocidad de endurecimiento por deformación y la facilidad de conformado durante el proceso de estampado. Con mayores porcentajes de carbono, la austenita retenida es más estable, transformándose solamente a niveles de deformación más allá de los producidos durante su conformado.
• Transformación Inducida mediante Maclaje (TWIP): Mn = 17 al 24%, C = 0.5 a 0.7%. La deformación ocurre de forma adicional al mecanismo clásico de deslizamiento de dislocaciones; estos aceros también se deforman mediante el mecanismo de maclaje.
• MS (Martensíticos): Matriz en martensita obtenida por temple, pudiendo contener bainita y ferrita.
• FB (Ferrita-Bainita): Alta capacidad de elongación, alta RM y grano fino. Buena conformabilidad en bordes.

Aceros de Baja Aleación

Contienen aleantes entre el 2% y el 10%.

Tipos de Aleaciones

• Aleaciones de Cr: < 10% Cr. Mejoran la corrosión, resistencia al desgaste, RM y templabilidad. Separan la nariz de la bainita-perlita. Son alfágenos.
• Aleaciones de Mo: Mo < 0.25%. Mejoran la templabilidad, RM y tenacidad. Usados en ejes de ruedas.
• Aleaciones de Cr-Mo: % Cr = 0.5-0.95%, Mo = 0.1-0.2%.
• Aleaciones de Ni-Cr-Mo: Ni = 1.8%, Cr = 0.5-0.8%, Mo = 0.5% / Ni = 0.55%, Cr = 0.5%, Mo = 0.2%. Mejoran la templabilidad, RM, resistencia al impacto y a la fatiga. El Mo minimiza la fragilidad en el revenido.
• Aleaciones de Ni-Si-Cr-Mo: 2% Si. El carbono crece como grafito. Proporcionan tenacidad y RM. Retardan la precipitación de cementita en el revenido.
• Aleaciones de Mn: 1.6-1.9% Mn. Entre 0.25-1% actúa como desoxidante. Mejoran la templabilidad, afinan la perlita, mejoran la solución sólida (s.s.), RM y soldabilidad.

Aceros Altamente Aleados

Acero Hadfield (Manganeso Austenítico)

Composición: 1-1.4% C, 10-14% Mn. Es un acero gammágeno. Posee elevada RM, tenacidad, resistencia al desgaste y a la abrasión, pero baja soldabilidad.

Aceros Maraging

Composición: 0.03% C + 18% Ni + 4.5% Mo + 7% Co + 0.3% Ti. Poseen elevada RM y dureza por endurecimiento por envejecimiento de la martensita Fe-Ni. Presentan alta ductilidad-fragilidad, son soldables, pero de alto coste. El Fe-Ni sufre una reacción martensítica reversible gamma-ferrita prima. La temperatura Ms (Martensita Start) disminuye con el Ni. Endurecen por: precipitación, transformación martensítica y solución sólida.

Tratamiento Térmico de Aceros Maraging

1. Austenización: Calentamiento a 800 °C durante 1 hora.
2. Temple: Al aire. La austenita pasa a martensita. Para 29% de Ni, la martensita es tipo listón (más dislocaciones).
3. Envejecimiento: Calentamiento a 400-500 °C durante 3-6 horas.
4. Sobre-envejecimiento: El Ni se encuentra en Ni₃Ti, lo que disminuye el Ni en la matriz. Esto estabiliza la ferrita. Se separa Ni₃Ti para dar Fe₇Mo₆ con matriz rica en Ni. A más ferrita, menos Ni₃Ti.

Estos aceros combinan RM con tenacidad. Tienen buena RM, tenacidad, son soldables y resistentes a la corrosión en atmósferas marinas. El INVAR (Fe 64%, Ni 36%) presenta un bajo coeficiente de dilatación.

Aceros Inoxidables (T8)

Aleaciones con un mínimo de 10.5% Cr. La resistencia a la corrosión se debe a una fina película impermeable al O₂ (que impide su paso), sin poros y adherente. Esta película es de óxido de cromo, transparente y fuertemente adherida a la superficie, protegiendo el material del medio agresivo. Tiene la característica de autogenerarse en ambientes oxidantes en caso de sufrir algún daño mecánico o químico; a este fenómeno se le conoce como pasivación.

Con el carbono (C) se obtiene baja solubilidad, y un exceso del mismo forma carburos, lo que conlleva la posibilidad de corrosión intergranular. El Nitrógeno (N) es muy soluble en austenita, no produce corrosión intergranular y puede sustituir al Ni en los inoxidables austeníticos.

Aceros Inoxidables Ferríticos

Inoxidables que mantienen una estructura ferrítica estable hasta la temperatura de fusión. Composición: Cr 10.5%-30%, máx. 0.5% Ni. Con altas composiciones de Cr, a elevadas temperaturas se forma ferrita + austenita.

Aleantes y Propiedades

• Aleantes: Menos de 0.08% C estabiliza la austenita por su elevado carácter austenificante, y a la vez el bajo contenido en C mejora la tenacidad, disminuye la dureza, la resistencia y la sensibilización (poco sensible a la corrosión intergranular).
• El Azufre (S) y el Manganeso (Mn) mejoran la maquinabilidad.
• El Aluminio (Al) mejora la tenacidad.
• El Molibdeno (Mo) y el Titanio (Ti) mejoran la resistencia a la corrosión.

Características

Presentan magnetismo, resistencia a la corrosión por líquidos, altas temperaturas por picadura y baja tensión. Tienen buena conformabilidad por trabajo en frío y poseen un menor costo que los inoxidables austeníticos. Desventajas: Son difíciles de soldar debido a la formación de fases frágiles. Aplicaciones: Equipos y utensilios domésticos.

Aceros Inoxidables Martensíticos

Aleaciones

Son esencialmente Fe-C-Cr. Cr 10.5%-18% para que la aleación pueda ser completamente austenítica a alta temperatura, asegurando la martensita con el tratamiento térmico (TT). El contenido en C es máx. 1.2%. Si se aumenta el Cr, se compensa la formación de carburos.

Propiedades

Gran susceptibilidad a aumentar la dureza y la resistencia mecánica por temple. Son magnéticos, endurecibles por tratamiento térmico, presentan una moderada resistencia a la corrosión, y su ductilidad es baja, al igual que su soldabilidad. El más utilizado es el 410. Si se aumenta el C, se incrementa la dureza y la resistencia a la abrasión. Con poco C se usan para tornillos y cuchillos. Cr + Ni < 2.5% se usan para fabricación de muelles y hélices.

Tratamiento Térmico

Para obtener resistencia y dureza, se realiza el temple en aceite o al aire, lo que permite endurecer grandes secciones debido a su gran templabilidad. El revenido reduce el C de la martensita, sube la tenacidad y la ductilidad disminuyendo muy poco la dureza, y elimina tensiones. Sin embargo, puede producir fragilidad.

Aceros Inoxidables Austeníticos

Son aleaciones en las que se mantiene la estructura austenítica (FCC) a temperatura ambiente.

Aleantes

• Carbono (C): Muy bajo, entre 0.03% y 0.08%.
• Cromo (Cr): Varía entre 16% y 26%.
• Níquel (Ni): Mejora la resistencia a la corrosión bajo tensión y a alta temperatura. Facilita la conformación al disimular la acritud.
• Molibdeno (Mo): Mejora la resistencia a la corrosión por picadura.
• Nitrógeno (N): Aumenta la respuesta a la tracción y estabiliza la austenita.
• Titanio (Ti) y Niobio (Nb): Mejoran la respuesta a altas temperaturas y estabilizan el Cr.
• Manganeso (Mn): Estabiliza la austenita y sustituye al Ni.
• Azufre (S): Mejora la maquinabilidad.

Propiedades y Endurecimiento

Poseen excelente resistencia a la corrosión y soldabilidad. Tienen gran tenacidad y ductilidad que conservan incluso a temperaturas criogénicas, ya que los aceros austeníticos no tienen temperatura de transición dúctil-frágil.

Se endurecen solamente por deformación en frío o por solución sólida. Trabajados en frío, estos aceros pueden ser inducidos a la transformación martensítica; no se pueden soldar sin pérdida de resistencia; y la capacidad para deformar en frío disminuye al aumentar el porcentaje de Ni. Trabajados en caliente no endurecen; y por solución sólida el C forma carburos.

Aplicaciones: Su buena resistencia a la corrosión hace que sean utilizados en industrias de alimentación o químicas.

Aceros Duplex (Austenoferríticos)

Aleaciones Fe-Cr-Ni-Mo con estructura bifásica de austenita (FCC) en una matriz ferrítica (BCC).

Propiedades y Aplicaciones

Resistencia a la corrosión y bajo tensión, excelentes propiedades mecánicas (si el tamaño de grano es muy fino, son superplásticos). Son magnéticos y tienen buena soldabilidad. Pueden fragilizar por la formación de fases sigma, alfa prima o carburos. Su transición dúctil-frágil es semejante a los ferríticos, ya que las fracturas son frágiles en la ferrita y dúctiles en la austenita. La existencia de dos fases minimiza la tendencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Deben trabajarse en caliente. Aplicaciones: Extracción de crudo y gas, y en la industria química.

Aceros Inoxidables Endurecidos por Precipitación

Son una alternativa a los aceros inoxidables austeníticos cuando se desea unir la resistencia a la corrosión con características mecánicas de elevado nivel y buena maquinabilidad, mediante tratamientos térmicos de envejecimiento.

Aceros Semiausteníticos

Composición: 10% Ni, o 10% Ni + Mn, por lo que estabilizan la austenita. El endurecimiento por precipitación tiene la ventaja de no hacer los aceros magnéticos y de poder operar a temperaturas mayores que la de los martensíticos, ya que su temperatura de envejecimiento es muy alta. Las propiedades mecánicas se elevan un poco, pero se pierde algo de ductilidad. Sueldan bien, aunque hay que hacerlo con un respaldo refrigerante para que no alcancen temperaturas de entre 450-850 °C y generen sensibilización.

Aceros Martensíticos

La martensita se utiliza para producir muchos sitios de nucleación para la precipitación de los compuestos intermetálicos, porque la martensita tiene muchas interfases, lo que hace que los precipitados estén en muchos lugares y con una cierta separación, aumentando la resistencia. El porcentaje de C debe ser menor de 0.05% para tener tenacidad. Hay que hacerles un tratamiento térmico para recuperarlos, porque se transforman. Se emplean donde se requiere buena resistencia, tenacidad, conformabilidad y resistencia a la corrosión, como por ejemplo en plantas químicas, en la industria nuclear, en estructuras y muelles.