INFORMACIÓN GENERAL
Las aleaciones 304, 304L, Y 304H de acero inoxidable son variaciones de la aleación austenítica 18%chromo-8% níquel. Son las aleaciones más conocidas y de uso más frecuente en la familia de aceros inoxidables. Estas aleaciones pueden ser consideradas para una amplia variedad de aplicaciones en las que uno o más de las siguientes propiedades sean importantes:
• Resistencia a la corrosión
• Prevención de la contaminación del producto
• Resistencia a la oxidación
• Facilidad de fabricación
• Excelente capacidad de conformación
• Belleza de la apariencia
• Facilidad de limpieza
• Alta resistencia y bajo peso
• Buena resistencia y tenacidad a temperaturas criogénicas
• Disponibilidad inmediata de una amplia gama de formas
Cada aleación representa una excelente combinación entre resistencia a la corrosión y fabricabilidad. Esta combinación de propiedades es la razón para el uso extensivo de estas aleaciones que representan casi la mitad de la producción total de acero inoxidable en los Estados Unidos. Los aceros inoxidables 18-8, principalmente las aleaciones 304, 304L, y 304H están disponibles en una amplia gama de formas, incluyendo a: planchas, plates y bobinas. Estas aleaciones están cubiertas por una variedad de especificaciones y códigos relativos a la construcción o la utilización de equipos fabricados de estas aleaciones para condiciones específicas.
Aleación 304 es la aleación estándar ya que la tecnología AOD (descarburación de oxigeno y argón) ha hecho que niveles mas bajos de carbono sean mas accesibles y económicos. La aleación 304L se utiliza para los productos soldados que podrían ser expuestos a condiciones que causan corrosión intergranular.
La aleación 304H es una modificación de la 304, en la cual se controla el contenido del carbono a un rango de 0.04 – 0.10 para así proporcionar una resistencia mayor a altas temperaturas para partes expuestas a temperaturas por encima de los 427°C.
ESTÁNDARES
304 – UNS S30400 / W.N. 1.4301 / DIN X5CrNi 18 10
304L – UNS S30403 / W.N. 1.4306 / DIN X2CrNi 19 11
304H – UNS S30409 / W.N. 1.4948 / DIN X6CrNi 18 1
APLICACIONES
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• Equipos para la industrias petrolera y del gas
• Equipos para la preparación de comida
• Uso en plantas farmacéuticas
• Aplicaciones marinas
• Aplicaciones arquitecturales
• Implantes médicos, incluyendo a: clavos, tornillos, y reemplazos de cadera y rodilla.
• Sujetadores
COMPOSICIÓN QUÍMICA
RESISTENCIA A LA CORROSIÓN Y OXIDACIÓN
Corrosión General
Las aleaciones 304, 304L y 304H de acero inoxidable austenítico proporcionan una resistencia a la corrosión que es útil en una amplia gama de ambientes moderadamente oxidantes. Estas aleaciones se utilizan en equipos y utensilios para la preparación y procesamiento de alimentos, bebidas y productos lácteos. Los intercambiadores de calor, tuberías, tanques y otros equipos que entran en contacto con agua dulce también ocupan estas aleaciones.
El 18 a 19% de cromo que contienen estas aleaciones proporciona resistencia en ambientes oxidantes tales como el ácido nítrico diluido, como se ilustra por los datos dados abajo.
| % Ácido Nitrico | Temperatura F (C) | Tasa de Corrosión Mils/ Yr (mm/año) |
| 10 | 300 (149) | 5,0 (0,13) |
| 20 | 300 (149) | 10,0 (0,25) |
| 30 | 300 (149) | 17,0 (0,45) |
Las aleaciones 304, 304L, y 304H también son resistentes a ácidos orgánicos moderadamente agresivos, como los ácidos acéticos y reductivos, como el ácido fosfórico. El 9 a 11% de níquel que contienen estas aleaciones ayuda a proporcionar resistencia a ambientes moderadamente reductivos. Los ambientes mas altamente reductores, tales como los diluidos de ácidos clorhídricos y sulfúricos en ebullición, se muestran ser demasiado agresivos para estos materiales. En algunos casos, el 304L puede demostrar una tasa inferior a la corrosión en comparación con aleaciones con más contenido de carbono. De lo contrario, las aleaciones 304, 304L y 304H se pueden considerar iguales en cuanto su resistencia en ámbitos corrosivos. Una excepción notable seria en los ambientes suficientemente corrosivos para causar corrosión intergranular de soldaduras y zonas afectadas por el calor. En esta circunstancia se conseja utilizar la aleación 304, debido a que sus bajos niveles de carbono mejoran su resistencia a corrosión intergranular.
Corrosión Intergranular
La exposición de los aceros inoxidables austeníticos 18-8 a temperaturas en el rango de 427 – 816°C puede causar la precipitación de carburos de cromo en los limites del grano. Estos aceros están “sensibilizados” y son sujetos a la corrosión cuando expuestos a ambientes agresivos. El contenido de carbono de la aleación 304 puede permitir que ocurra la sensibilización debido a condiciones termales experimentadas por las soldaduras autógenas y zonas de la soldadura afectada por el calor. Es por esta razón, se prefiere el contenido menor de carbono de la aleación 304L para aplicaciones en que el material se utilizará en la condición soldada. El bajo contenido de carbono extiende el tiempo necesario para precipitar un nivel perjudicial de carburos de cromo, pero no elimina la reacción de precipitación para el material mantenido durante largos tiempos en el intervalo de temperatura de precipitación.
Agrietamiento por Corrosión Bajo Presión
Las aleaciones 304, 304L, y 304H son los mas susceptibles de los aceros oxidables austeníticos en cuanto a agrietamientos por corrosión bajo tensión en los haluros, debido a su contenido de níquel relativamente bajo. Las condiciones que causan esto son: (1) la presencia de iones haluro (por lo general cloruro), (2) esfuerzos de tracción residuales, y (3) temperaturas que exceden alrededor de 49°C. Tensión puede ocurrir como resultado de la deformación de la aleación durante la formación o por la expansión, o debido a soldadura que resulte en tensión por los ciclos termales que se utilizan. Se podrá reducir los niveles de tensión con el recocido o tratamientos térmicos después de la deformación en frío, lo que reduce la sensibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión por haluro.
Corrosión de Picaduras/Hendiduras
Las aleaciones 18-8 se han utilizado con gran éxito en aguas dulces con bajo contenido de iones de cloruro. Por lo general, cloruro de 100 ppm es considerado el limite par alas aleaciones 18-8, particularmente si hay agrietas presentes. Niveles mas altos de cloruro pueden causar corrosión en fisuras y picaduras. Para condiciones más severas, con niveles más altos de cloruro, pH más bajo, y/o temperaturas más altas, se debe considerar el uso de aleaciones con mayor contenido de molibdeno, como la aleación 316. Las aleaciones 18-8 no se recomiendan para ambientes expuestos a la costa marina.
Corrosión de Picaduras/Hendiduras
Las aleaciones 18-8 se han utilizado con gran éxito en aguas dulces con bajo contenido de iones de cloruro. Por lo general, cloruro de 100 ppm es considerado el limite par alas aleaciones 18-8, particularmente si hay agrietas presentes. Niveles mas altos de cloruro pueden causar corrosión en fisuras y picaduras. Para condiciones más severas, con niveles más altos de cloruro, pH más bajo, y/o temperaturas más altas, se debe considerar el uso de aleaciones con mayor contenido de molibdeno, como la aleación 316. Las aleaciones 18-8 no se recomiendan para ambientes expuestos a la costa marina.
PROPIEDADES FÍSICAS
Permeabilidad Magnética
Por lo general, las aleaciones 18-8 no son magnéticas en estado recocido, con valores de permeabilidad magnética menor de 1.02 a 200 H. Los valores de permeabilidad variarán con cada composición, y se incrementarán con el trabajo en frío.
| Porcentaje de trabajo en frio | Permeabilidad Magnética | |
| 304 | 304L | |
| 0 | 1.005 | 1.015 |
| 10 | 1.009 | 1.064 |
| 30 | 1.163 | 3.235 |
| 50 | 2.291 | 8.840 |
PROPIEDADES MECÁNICAS
Propiedades Mecánicas a Temperatura Ambiente
Las propiedades mecánicas mínimas para las aleaciones recocidas 304 y 304L en plancha, como requerido por las normas ASTME, especificación A240, y ASME, especificación SA-240 se muestran a continuación:
| Propiedad |
Propiedades Mecánicas a Temperatura Ambiente |
||
| 304 | 304L | 304H | |
| 0,2% Desplazamiento Limite Elástico, psi MPa | 30.000 205 | 25.000 170 | 30.000 205 |
| Resistencia a la Tracción, psi MPa | 75.000 515 | 70.000 485 | 75.000 515 |
| Porcentaje de Elongación en 2” o 51mm | 40,0 | 40,0 | 40,0 |
| Dureza, Máx., Brinell RB | 201 92 |
201 92 |
201 92 |
Propiedades en Temperaturas Elevadas y Bajas
A continuación se muestran las propiedades de tracción para temperaturas elevadas y bajas. A temperaturas de 1000°F (538°C) o mas, la rotura por tensión se debe considerar.
Resistencia al Impacto
Los aceros inoxidables austeníticos recocidos mantienen una alta resistencia al impacto incluso a temperaturas criogénicas, una propiedad que, en combinación con su fuerza a bajas temperaturas y su fabricabilidad, ha provocado su uso en la manipulación de gas natural licuado y también en otros ambientes criogénicos.
| Temperatura | Energía Absorbida Charpy V-NOTCH |
||
| F | C | Pies-Libras | Julios |
| 75 | 23 | 150 | 200 |
| -320 | -196 | 85 | 115 |
| -425 | -254 | 85 | 115 |
Resistencia a la Fatiga
La resistencia a la fatiga es el límite máximo por debajo de lo cual es poco probable que el material fallará en 10 millones de ciclos en el entorno de aire. La resistencia a la fatiga de los aceros inoxidables austeníticos se encuentra típicamente alrededor del 35 por ciento de la resistencia a la tracción. Una mayor suavidad de la superficie mejora la fuerza, y el aumento de la corrosividad de un entorno disminuye la fuerza.
PROPIEDADES DE FABRICACIÓN
Soldadura
Los aceros inoxidables austeníticos se consideran los más soldables de los aceros de alta aleación y se pueden soldar con todos los procesos de fusión y soldadura por resistencia. Dos consideraciones importantes en la elaboración de uniones por soldadura en los aceros inoxidables austeníticos son: (1) la preservación de la resistencia a la corrosión, y (2) la evitación de la fisuración. Se produce un gradiente de temperatura en el material que esta siendo soldado que oscila entre por encima de la temperatura de fusión y temperatura ambiente a cierta distancia de la soldadura. Cuanto mayor sea el nivel de carbono de los materiales a soldar, mayor será la probabilidad de que el ciclo de soldadura térmica dará lugar a la precipitación de carburos de cromo que es perjudicial para la resistencia a la corrosión. Para proporcionar el material en el mejor nivel de resistencia a la corrosión, el material de bajo nivel de carbono (aleación 304L) debe ser utilizado para el material puesto en servicio en la condición soldada. Alternativamente, el recocido total disuelve el carburo de cromo y restaura un alto nivel de resistencia a la corrosión de los materiales de contenido estándar de carbono. Soldar el metal con una estructura totalmente austenítica lo hará más susceptible al agrietamiento durante la soldadura. Por esta razón, las aleaciones 304 y 304L están diseñadas para solidificar con una pequeña cantidad de ferrita para así minimizar la susceptibilidad al agrietamiento. Se debe utilizar la aleación 309 o un metal a base de níquel para unir las aleaciones austeníticas 18-8 a aceros de carbono.
Tratamiento Térmico
Los aceros inoxidables austeníticos son tratados con calor para eliminar los efectos de la conformación en frío o disolver los carburos de cromo precipitados. El tratamiento térmico mas seguro para llevar a cabo ambos requisitos es el recocido por solución que se lleva a cabo en el rango de 1.850°F a 2.050°F (1.010°C – 1.121°C). El enfriamiento desde la temperatura del recocido debe ser a tasas suficientemente altas para evitar reprecipitación de carburos de cromo, 1.500-800°F (816°C – 427°C).
Estos materiales no se pueden endurecer a través de tratamientos térmicos.
Limpieza
A pesar de su resistencia a la corrosión, los aceros inoxidables necesitan cuidado durante su fabricación y uso para mantener una superficie uniforme, incluso bajo condiciones normales de uso. Durante la soldadura, los procesos de gas inerte se utilizan. Escoria que se forma a partir de procesos de soldadura se quita con un cepillo de alambre de acero inoxidable. Cepillos normales de acero carbono dejarán partículas de acero carbono en la superficie, las cuales producirán herrumbre en la superficie. Para aplicaciones mas severas, se deben tratar las áreas soldadas con una solución desincrustante, tal como una mezcla de los ácidos nítricos y fluorhídricos, los cuales deben ser enjuagados posteriormente.
Para el servicio de materiales expuestos hacia el interior, o para industria suave, se requiere solo una mantención mínima. En lugares protegidas se necesita solo un lavado ocasional con agua a presión. En áreas de industria pesada, se conseja lavado frecuente para eliminar depósitos de tierra que a la larga pueden causar corrosión y deterioración del aspecto de la superficie.
Manchas persistentes, como alimentos quemados a la superficie, se pueden quitar con un limpiador no abrasiva y un cepillo de fibra, una esponja o con lana de acero inoxidable. Lana de acero inoxidable dejara una marca permanente en la superficie de acero inoxidable liso. Las soluciones de limpieza deben ser enjuagadas bien con agua fresca.
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