¿Qué papel juega cada elemento de aleación en el acero inoxidable?

CARBÓN
El carbono siempre está presente en el acero inoxidable. La cantidad de carbono es la clave. En todas las categorías, excepto martensítica, el nivel se mantiene bastante bajo. En el grado martensítico, el nivel se aumenta deliberadamente para obtener una alta resistencia y dureza. El tratamiento térmico mediante calentamiento a alta temperatura, enfriamiento rápido y luego revenido desarrolla la fase martensítica.
CROMO
El cromo es un elemento altamente reactivo y explica la naturaleza “pasiva” de todos los aceros inoxidables. La resistencia a los efectos químicos de la corrosión y la típica “herrumbre” (oxidación) que ocurre con el acero al carbono sin protección, es el resultado directo de la presencia de cromo. Una vez que la composición contiene al menos un 10,5% de cromo, se forma instantáneamente una película superficial adherente e insoluble que evita la difusión adicional de oxígeno en la superficie y evita la oxidación del hierro en la matriz. Cuanto mayor sea el nivel de cromo, mayor será la protección.
NÍQUEL
El níquel es el elemento de aleación más esencial en los grados de acero inoxidable de la serie 300. La presencia de níquel da como resultado la formación de una estructura “austenítica” que otorga a estos grados su resistencia, ductilidad y tenacidad, incluso a temperaturas criogénicas. También hace que el material no sea magnético. Si bien el papel del níquel no tiene una influencia directa en el desarrollo de la capa superficial “pasiva”, da como resultado una mejora significativa en la resistencia al ataque ácido, particularmente con ácido sulfúrico.
MOLIBDENO
La adición de molibdeno a la matriz de Cr-Fe-Ni agrega resistencia al ataque por picaduras localizadas y una mejor resistencia a la corrosión por grietas (particularmente en los grados ferríticos Cr-Fe). Ayuda a resistir los efectos perjudiciales de los cloruros (se prefiere el 316 con 2 % de molibdeno al 304 en situaciones costeras y de sal para deshielo). Cuanto mayor sea el contenido de molibdeno (hay aceros inoxidables al 6% de molibdeno), mejor será la resistencia a niveles más altos de cloruro.
MANGANESO
Generalmente, se agrega manganeso al acero inoxidable para ayudar en la desoxidación, durante la fusión, y para evitar la formación de inclusiones de sulfuro de hierro que pueden causar problemas de agrietamiento en caliente. También es un estabilizador de “austenita” y cuando se agrega en niveles más altos (de 4 a 15 %) reemplaza parte del níquel en los grados de acero inoxidable de la serie 200.
SILICIO Y COBRE
Normalmente se añaden pequeñas cantidades de silicio y cobre a los aceros inoxidables austeníticos que contienen molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosión del ácido sulfúrico. El silicio también mejora la resistencia a la oxidación y es un estabilizador de “ferrita”. En los aceros inoxidables austeníticos, los altos contenidos de silicio mejoran la resistencia a la oxidación y también evitan la cementación a temperaturas elevadas (309 y 310 son ejemplos)
NITRÓGENO
En los aceros inoxidables “austeníticos” y “dúplex”, el nitrógeno aumenta la resistencia al ataque por picaduras localizadas y a la corrosión intergranular. Los grados “austeníticos” con bajo contenido de carbono (designados con una “L” ya que contienen menos del 0,03 % de carbono) se sugieren para las operaciones de soldadura, ya que el bajo contenido de carbono minimiza el riesgo de sensibilización. Sin embargo, los bajos niveles de carbono tienden a reducir el límite elástico. La adición de nitrógeno ayuda a elevar los niveles de límite elástico de nuevo al mismo nivel que los grados estándar.


NIOBIO


Las adiciones de niobio previenen la corrosión intergranular, particularmente en la zona afectada por el calor después de la soldadura. El niobio ayuda a prevenir la formación de carburos de cromo, que pueden robar a la microestructura la cantidad necesaria de cromo para la pasivación. En los aceros inoxidables “ferríticos” la adición de niobio es una forma efectiva de mejorar la resistencia a la fatiga térmica.


TITANIO


El titanio es el principal elemento utilizado para estabilizar el acero inoxidable antes del uso de recipientes AOD (descarburación de argón-oxígeno). Cuando el acero inoxidable se funde en el aire, es difícil reducir los niveles de carbono. 302, el grado más común antes de AOD, podía tener un nivel máximo de carbono de 0,15 %). A este alto nivel, se necesitaba algo para estabilizar el carbono y el titanio era la forma más común.


El titanio reaccionará con el carbono para formar carburos de titanio y evitar la formación de carburos de cromo, que podrían afectar la formación de la capa “pasiva”. Hoy en día, todo el acero inoxidable se acaba en un recipiente AOD y los niveles de carbono son generalmente bajos debido a la ausencia de oxígeno. El grado más común hoy en día es el 304 (con 0,08 máx. de carbono, aunque en realidad los niveles son más bajos).


AZUFRE


El azufre generalmente se mantiene en niveles bajos, ya que puede formar inclusiones de sulfuro. Se utiliza para mejorar la maquinabilidad (donde estas inclusiones actúan como “rompevirutas”). Sin embargo, la adición de azufre reduce la resistencia a la corrosión por picaduras.