Soldadura de acero inoxidable

1. Características del acero inoxidable

Mediante la adición de cromo (Cr) al hierro (Fe), el hierro se vuelve resistente a la corrosión atmosférica. Cuando el contenido de Cr aumenta de 11 a 12% o más, la resistencia a la corrosión del acero se convierte en notable alto.

Por lo tanto, al acero con una alta cantidad de Cr se le da el nombre de acero inoxidable, donde "inoxidable" significa estar libre de manchas de óxido.

La razón por la que el acero inoxidable tiene buena resistencia a la corrosión es que el Cr en ella se oxida en la atmósfera y forma una película protectora llamada "capa pasiva" en su superficie.

Dependiendo de las condiciones ambientales en las que el acero inoxidable se pretende utilizar, se incrementa el contenido de Cr y se añade Ni, así como también otros elementos al acero.

Sin embargo, ya que la resistencia a la corrosión se proporciona principalmente con Cr, el Cr es un elemento esencial para el acero inoxidable. La norma JIS define acero inoxidable como: "Acero aleado que contiene Cr o Cr y Ni para mejorar la resistencia a la corrosión, en general, que contiene aproximadamente 10,5% o más de Cr." Del mismo modo, el manual de soldadura AWS (Vol. 4) define aceros inoxidables como "aleaciones de acero con un contenido de Cr nominal de al menos 11%, con o sin otras adiciones de aleación.

El acero inoxidable es muy resistente al calor, así como resistente a la corrosión, por lo tanto su uso es muy versátil, desde productos para el hogar hasta equipos químicos, así como también barcos, material rodante, máquinas de procesamiento de alimentos, materiales arquitectónicos y equipos de energía nuclear, son algunas muestras que el acero inoxidable es importante para nuestra industria.

2. Varios tipos de acero inoxidable

El acero inoxidable puede dividirse en acero inoxidable con Cr y acero inoxidable con Cr-Ni.

Estos dos grados también se pueden clasificar en función de su estructura metalográfica, como se muestra en la figura 1. El acero inoxidable con Cr se puede dividir en acero inoxidable martensítico y acero inoxidable ferrítico, además el acero inoxidable con Cr-Ni se puede dividir en acero inoxidable austenítico, acero inoxidable de austenita-ferrita (acero inoxidable dúplex) y acero inoxidable de endurecimiento por precipitación.

(1) Acero inoxidable martensítico

Un grado típico de acero inoxidable martensítico según la norma JIS es SUS410 (AISI 410) (Ver Tabla 1)

Contiene 13% de Cr y su estructura metalográfica es martensítica a temperatura ambiente, la cual es dura y quebradiza.

A pesar de las buenas propiedades mecánicas que se pueden obtener con este grado de acero mediante un tratamiento térmico adecuado (templado), se considera que es inferior a otros grados de acero inoxidable en la resistencia a la corrosión, debido a que su contenido de Cr es bajo.

El acero inoxidable martensítico es utilizado para paletas de turbinas, válvulas y ejes, los cuales requieren alta resistencia a la tensión, abrasión y resistencia al calor.

Tabla 1. Requerimentos químicos para aceros inoxidables martensíticos
(extraído de JIS G 4305-1999 y complementado con AISI)^*1 （％）

Grado de acero JIS (AISI)	C	Si	Mn	P	S	Cr
SUS410 (410)	max. 0.15	max. 1.00	max. 1.00	max. 0.040	max. 0.030	11.50~13.50
SUS410S (410S)	max. 0.08	max. 1.00	max. 1.00	max. 0.040	max. 0.030	11.50~13.50
(Nota) * 1. Para los requisitos de AISI, consulte las especificaciones correspondientes.

(2) Acero inoxidable ferrítico

Tabla 2. Muestra los grados típicos de acero inoxidable ferrítico.

Contiene alrededor de 18% de Cr y tiene una estructura metalográfica de ferrita siendo suave y tener buena maquinabilidad. Pero da problemas metalúrgicos cuando es calentado a temperaturas altas.

En comparación con el acero inoxidable martensítico, su resistencia a la corrosión es mejor e incluso resistente a ácido nítrico (HNO3), porque su contenido de Cr es superior.

Aplicaciones de acero inoxidable ferrítico se encuentran ampliamente en el interior y exterior de las arquitecturas, aparatos de cocina, automóviles y electrodomésticos.

Tabla 2. Requisitos químicos de los aceros inoxidables ferríticos (extraído de JIS G 4305 y complementado con AISI) ^*1 （％）

Grado de acero JIS (AISI)	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	N	Otros
SUS405 (405)	max. 0.08	max. 1.00	max. 1.00	max. 0.040	max. 0.030	11.50~14.50	－	－	Al : 0.10~0.30
SUS430 (430)	max. 0.12	max. 0.75	max. 1.00	max. 0.040	max. 0.030	16.00~18.00	－	－	－
SUS430LX (－)	max. 0.030	max. 0.75	max. 1.00	max. 0.040	max. 0.030	16.00~19.00	－	－	Ti or Nb : 0.10~1.00
SUS444 (444)	max. 0.025	max. 1.00	max. 1.00	max. 0.040	max. 0.030	17.00~20.00	1.75~2.50	max. 0.025	Ti, Nb, Zr o sus totales 8× (C%+N%)~0.80
(Nota) * 1. Para los requisitos de AISI, consulte las especificaciones correspondientes.

(3) Acero inoxidable austenítico

Tabla 3. Muestra los grados típicos de acero inoxidable austenítico.

El grado más común de acero inoxidable austenítico es SUS304 o AISI 304 (18% de Cr-8% de Ni). SUS316 o AISI 316 (18% Cr-12% Ni-2% Mo) ofrece una mejor resistencia a la corrosión, el cual es también ampliamente utilizado.

El acero inoxidable austenítico ofrece una buena resistencia a la corrosión, facilidad de ser trabajado, propiedades mecánicas y facilidad de soldadura, por lo que es ampliamente utilizado para la fabricación de tanques de almacenamiento, intercambiadores de calor, instalaciones de tratamiento de aguas residuales, utensilios de cocina, tina de baño, lavabos, etc.

Tabla 3. Requisitos químicos para aceros inoxidables austeníticos
(extraído de JIS G 4305 - 1999 cpmplementado con AISI)^*1 （％）

Grado de acero JIS (AISI)	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	Cu	N	Otros
SUS304 (304)	max. 0.08	max. 1.00	max. 2.00	max. 0.045	max. 0.030	8.00 ~10.50	18.00 ~20.00	－	－	－	－
SUS304L (304L)	max. 0.030	max. 1.00	max. 2.00	max. 0.045	max. 0.030	9.00 ~13.00	18.00 ~20.00	－	－	－	－
SUS304LN (304LN)	max. 0.030	max. 1.00	max. 2.00	max. 0.045	max. 0.030	8.50 ~11.50	17.00 ~19.00	－	－	0.12 ~0.22	－
SUS309S (309S)	max. 0.08	max. 1.00	max. 2.00	max. 0.045	max. 0.030	12.00 ~15.00	22.00 ~24.00	－	－	－	－
SUS310S (310S)	max. 0.08	max. 1.50	max. 2.00	max. 0.045	max. 0.030	19.00 ~22.00	24.00 ~26.00	－	－	－	－
SUS316 (316)	max. 0.08	max. 1.00	max. 2.00	max. 0.045	max. 0.030	10.00 ~14.00	16.00 ~18.00	2.00 ~3.00	－	－	－
SUS316L (316L)	max. 0.030	max. 1.00	max. 2.00	max. 0.045	max. 0.030	12.00 ~15.00	16.00 ~18.00	2.00 ~3.00	－	－	－
SUS316LN (316LN)	max. 0.030	max. 1.00	max. 2.00	max. 0.045	max. 0.030	10.50 ~14.50	16.50 ~18.50	2.00 ~3.00	－	0.12 ~0.22	－
SUS317 (317)	max. 0.08	max. 1.00	max. 2.00	max. 0.045	max. 0.030	11.00 ~15.00	18.00 ~20.00	3.00 ~4.00	－	－	－
SUS317L (317L)	max. 0.030	max. 1.00	max. 2.00	max. 0.045	max. 0.030	11.00 ~15.00	18.00 ~20.00	3.00 ~4.00	－	－	－
SUS321 (321)	max. 0.08	max. 1.00	max. 2.00	max. 0.045	max. 0.030	9.00 ~13.00	17.00 ~19.00	－	－	－	Ti : 5×C% min.
SUS347 (347)	max. 0.08	max. 1.00	max. 2.00	max. 0.045	max. 0.030	9.00 ~13.00	17.00 ~19.00	－	－	－	Nb : 10×C% min.
SUS329 J3L*2 (31803)	max. 0.030	max. 1.00	max. 2.00	max. 0.040	max. 0.030	4.50 ~6.50	21.00 ~24.00	2.50 ~3.50	－	0.08 ~0.20	－
SUS329 J4L*2 (32250)	max. 0.030	max. 1.00	max. 1.50	max. 0.040	max. 0.030	5.50 ~7.50	24.00 ~26.00	2.50 ~3.50	－	0.08 ~0.30	－
SUS630*3 (S17400)	max. 0.07	max. 1.00	max. 1.00	max. 0.040	max. 0.030	3.00 ~5.00	15.00 ~17.50	－	3.00 ~5.00	－	Nb : 0.15~0.45
(Nota) * 1. Para los requisitos de AISI, consulte las especificaciones correspondientes. * 2. Acero inoxidable austenita-ferrita (acero inoxidable Duplex) * 3. Acero inoxidable de endurecimiento por precipitación

3. Propiedades físicas del acero inoxidable

Tabla 4. Muestra una comparación de las propiedades físicas entre el acero inoxidable y acero al carbono./p>

Se debe tener precaución en la soldadura de aceros inoxidables, ya que hay grandes diferencias en las propiedades físicas entre el acero inoxidable y acero al carbono, que afecta la soldabilidad directa o indirectamente.

Por ejemplo, aunque el coeficiente de expansión térmica del acero inoxidable martensítico y ferrítico es casi la misma que la de acero al carbono, el acero inoxidable austenítico es 1,5 veces más que la de acero al carbono. Esto indica que la deformación y la tensión se vuelve considerablemente más grande en la soldadura de acero inoxidable austenítico que en la soldadura de acero al carbono.

Además, si una unión de soldadura que consiste en acero inoxidable austenítico y de acero al carbono se somete a ciclos térmicos, surgen tensiones térmicas debido a la diferencia del coeficiente de expansión térmica entre los dos materiales. Por lo tanto, es un problema el utilizar una junta de soldadura de metales diferentes incluyendo acero inoxidable austenítico en un ambiente donde la temperatura cambia cíclicamente.

Aún más, como la resistencia eléctrica del acero inoxidable es mucho mayor que la del acero al carbono, tiende a ocurrir la quemadura de los electrodos con acero inoxidable cubierto de electrodos en soldadura de arco de metal blindado. Por lo tanto, las corrientes de soldadura adecuadas son más bajas que las de los electrodos de acero al carbono.

Los aceros inoxidables martensíticos y ferríticos son ferromagnéticos mientras austenítico de acero inoxidable no magnético es normalmente.

Sin embargo, hay muchos casos en los que el acero inoxidable austenítico de la soldadura de metales está diseñado para contener algún tipo de estructura ferrítica; en tal caso, posee en cierta medida el magnetismo.

La existencia o no existencia del magnetismo es útil para el juicio aproximado del grado de acero en relación con el procedimiento de soldadura. Por ejemplo, el precalentamiento no se aplica al acero inoxidable no magnético, pero el precalentamiento es eficaz para acero inoxidable magnético en muchos casos.

Tabla 4. Comparación de las propiedades físicas entre acero al carbono y aceros inoxidables

	Acero carbono	Acero inoxidable martensítico	Acero inoxidable ferrítico	Acero inoxidable austenítico
Conductividad térmica 10−2Cal/cm/sec℃	Aprox.11	Aprox.6	Aprox.6	Aprox.4
Coeficiente de expansión térmica 10−6/℃	Aprox.11	Aprox.11	Aprox.11	Aprox.17
Resistencia eléctrica μΩcm	15	57	60	72
Magnetismo	Sí	Sí	Sí	No

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