El acero se define como una aleación de hierro con cantidades variables de carbono (0.008 % y el 2.11% en masa). El acero inoxidable es a su vez una familia de aleaciones de acero con otros elementos, como el cromo o el níquel, que le aportan alta resistencia a la corrosión y oxidación.
El acero inoxidable forma parte de nuestro día a día, ya que es utilizado en una gran variedad de aplicaciones, por ejemplo en arquitectura, en automoción, en aparatos domésticos o en medicina.
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Composición
La composición del acero inoxidable consta de hierro, cromo y níquel, junto a cantidades menores de carbono. El metal en mayor proporción es el hierro, el cromo está en un porcentaje mínimo del 10.5% en masa y el carbono en un máximo de 1.2%.
Según el tipo específico de acero inoxidable, además puede contener manganeso, nitrógeno, molibdeno, azufre, titanio y otros elementos utilizados con diversos fines. Por ejemplo, en el acero inoxidable austenítico se utiliza manganeso y nitrógeno para mantener la estructura cristalina estable a todas las temperaturas.
Familias de acero inoxidable
Existen cinco familias o tipos principales de acero inoxidable clasificados según su estructura cristalina, y dentro de cada familia existen diversos grados con características específicas:
- Acero inoxidable austenítico: es la familia más grande de acero inoxidable. Abarca alrededor de dos tercios de la producción de acero inoxidable a nivel mundial. Se caracteriza por presentar una estructura cristalina tipo austenítica (cúbica centrada en las caras). Presenta mayor resistencia a la corrosión que los demás. Contiene cromo (16-16%), níquel (6-12%), hierro y otros elementos menores en aleación, por ejemplo molibdeno, para conseguir las características específicas que se deseen.
- Acero inoxidable ferrítico: contiene hierro y cromo (12.5% – 17%). Es un acero inoxidable esencialmente libre níquel y con muy poco carbono. Presenta ferromagnetismo y mayor resistencia a la corrosión que el acero inoxidable martensítico.
- Acero inoxidable martensítico: consiste en hierro, carbono (0.2 – 1.0%) y cromo (10.5 – 18%). La resistencia a la corrosión es moderada pero presenta mayor dureza.
- Acero inoxidable Dúplex (austenítico-ferrítico): contiene hierro, cromo (18-26%), níquel (4-7%), molibdeno (0-4%) y cobre. Tiene una estructura cristalina de austenita y ferrita, lo que consigue la alta resistencia a la corrosión del acero inoxidable austenítico pero con mayor dureza.
Efectos de cada elemento en la aleación
- Cromo: actúa como estabilizador de la ferrita. Es el elemento de aleación más importante en el acero. Se requiere un mínimo de 10.5% para que se forme una capa protectora de óxido de cromo en la superficie del material.
- Níquel: mejora la resistencia general a la corrosión y estabiliza la estructura austenítica. A partir de un contenido en níquel del 8-9%, el acero inoxidable presenta una estructura totalmente de austenita.
- Molibdeno: el molibdeno, junto al wolframio, aumenta la resistencia a la corrosión tanto general como local (picaduras, grietas, etc)
- Nitrógeno: aumenta la dureza y mejora la resistencia a la corrosión local. Promueve la formación de austenita.
- Cobre: incrementa la resistencia general a la corrosión ácida. Estabiliza la estructura austenítica.
- Carbono: mejora la dureza, en especial en los aceros inoxidables martensíticos.
- Titanio: el titanio, junto al niobio y el zirconio, se utilizan cuando no es posible controlar el carbono en bajas cantidades, ya que el titanio (y el niobio y el zirconio) tienen mayor afinidad por el carbono que el cromo. Estabilizan la estructura de ferrita.
- Azufre: se utiliza para mejorar la maquinabilidad del acero. Los aceros inoxidables con azufre presentan menor resistencia a la corrosión.
- Manganeso: es un formador de austenita e incrementa la solubilidad del níquel en el acero, por lo que se suele utilizar en grados de acero que llevan nitrógeno.
- Silicio: mejora la resistencia a la oxidación, estabiliza la ferrita y se utiliza en aceros inoxidables expuestos a alta concentración de ácidos, como ácido sulfúrico y ácido nítrico.
- Cerio: el cerio es un metal muy raro en la Tierra. En el acero inoxidable mejora la fuerza y adherencia de la capa superficial de óxido de cromo a altas temperaturas.