aceros - manual aceros inoxidables

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  • 7/25/2019 Aceros - Manual Aceros Inoxidables

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    El contenido de este manual es parte del programa denominadoTcnico especializado en acero inoxidable , el cual est basado en la informacin, recomendaciones y datos quefueron compilados, revisados y aprobados por el Centro Nacional para el Desarrollo delAcero Inoxidable (CENDI).

    En el CENDI consideramos que el uso de esta gua har posible que usted est mejorpreparado para continuar con el programa de capacitacin en acero inoxidable. En casode alguna duda o comentario acerca de este manual o del programa completo, puedeusted contactarnos y con gusto le atenderemos.

    CENTRO NACIONAL PARA EL DESARROLLO DEL ACERO INOXIDABLE, A.C.

    Declaracin de responsabilidad

    El contenido de este manual, incluyendo datos tcnicos y metalrgicos, figuras, tablas, dibujos, procedimientossugeridos y especificaciones, fue recopilado de diversas fuentes nicamente como informacin general. Alrespecto, destaca el libroStainless Steels , de J.R. Davis, del cual se seleccion gran parte de la informacin. El autor, el editor, las instituciones patrocinadoras y los miembros del Centro Nacional para el Desarrollo delAcero Inoxidable no asumen ningn tipo de responsabilidad sobre la aplicacin de este manual sin la asesoraprofesional de tipo especfico.

    Fotografas de portada, cortesa de:

    Jarras, TKSL.Tarja, eb tcnica mexicana.Fundicin, TKSL.Soldadura, Bhler Thyssen.Perfiles tubulares, Fischer Mexicana.Rollos de acero inoxidable, ThyssenKrupp Mexinox.

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    CLASIFICACIN DE LOS ACEROS INOXIDABLES

    1. Fundamentos

    Qu es el acero inoxidable? 2Desarrollo histrico 2

    2. Conocimiento bsico del proceso de produccin 3Laminacin en fro 3

    3. Clasificacin de los aceros inoxidables 3Familias de aceros inoxidables 3Cmo se designan los aceros inoxidables 4

    Aleaciones 4

    4. Clases de acero inoxidable 5Aceros inoxidables martensticos 6Aceros inoxidables ferrticos 7Aceros inoxidables austenticos 8Aceros inoxidables dplex 10Aceros inoxidables endurecibles por precipitacin 10

    CARACTERSTICAS DE LOS ACEROS INOXIDABLES

    1. Clase I Grupo Martenstico 10Tipo 403, 410, 416, 416Se, 420, 420F, 422, 431, 440 A, B y C

    2. Clase II Grupo Ferrtico 12Tipo 405, 409, 430, 430F, 430F Se, 434, 436, 439, 442, 444, 446

    3. Clase III Grupo Austentico 14Tipo 301, 303, 304, 304L, 305, 309, 309S, 310, 310S

    316, 316L, 317, 317L, 321, 330, 347

    4. Clase IV Aleaciones Dplex 16Tipo 2205

    5. Clase V Aleaciones endurecibles por precipitacin 16Tipo 17-4 PH, 15-5 PH, 17-7 PH, 15-7 MO

    C O

    N T E

    N I D O

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    2

    LOSACEROSINOXIDABLES, CLASIFICACINYCARACTERSTICAS

    Clasificacin de los aceros inoxidables

    Figura 1. Pelcula de xido de cromo.

    Fundamentos

    Qu es el acero inoxidable?

    La mayora de los metales se oxidan, por ejemplo, la plata(Ag) se pone negra, el aluminio (Al) cambia a blanco, elcobre (Cu) cambia a verde y, ordinariamente, el acerocambia a rojo. En el caso del acero, el hierro (Fe) presen-te se combina con el oxgeno del aire para formar xidos

    de hierro o herrumbre.A principios del siglo XX algunos metalurgistas descu-

    brieron que adicionando poco ms de 10% de cromo (Cr)al acero, ste no presentaba herrumbre bajo condicio-nes normales; la razn de ello es que el cromo sueleunirse primeramente con el oxgeno para formar unadelgada pelcula transparente de xido de cromo sobre lasuperficie del acero y excluye la oxidacin adicional delacero inoxidable. En caso de que ocurra dao mecnicoo qumico, esta pelcula es auto-reparable en presenciade oxgeno (ver figura 1).

    El acero inoxidable es esencialmente un acero debajo carbono, el cual contiene un mnimo de aproximada-mente 10% de cromo en peso.

    ste es, pues, uno de los mayores adelantos tecnol-gicos en la historia de la metalurgia: el descubrimiento delverdaderamente limpio acero inoxidable.

    Desarrollo histrico

    Dentro de la siderurgia, la historia del acero ino-xidable es relativamente corta y de hecho est endesarrollo continuo. Actualmente se encuentraen una etapa en la que los nuevos materialesdeben vencer la resistencia de los patrones decompra existentes. En teora, slo unos pocos, losinnovadores, lo compran y lo utilizan.

    La paternidad y fecha de aparicin del aceroinoxidable son muy distintas y dieron lugar a c-lebres procesos, sin embargo parece ser que suaparicin en la industria se realiz simultnea-mente en diversos pases.

    En 1913, Brearley revel en Inglaterra la buenaresistencia a la corrosin de los aceros que conte-nan del 9 al 16% de cromo, patentando esta alea-cin en Canad y Estados Unidos.

    Casi simultneamente, en los Estados UnidosElwool Haynes, quien haba estudiado las alea-ciones cobalto-cromo y cobalto-cromo-tungste-no, mencionaba la notable resistencia a la co-rrosin, incluso despus de la adicin de hierro,pero a condicin de que los aceros contengan ensu composicin, al menos, 10% de cromo y 5% decobalto.

    El oxgeno del medio forma una pelcula protectora de xido de cromo sobre la superficie del acero inoxidable.

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    Asimismo, en una memoria publicada en 1914en Alemania, Strauss y Maurer sealaron las pro-piedades de resistencia a la herrumbre y a loscidos, de aquellos aceros que contenan unacantidad considerable de cromo y nquel(Ni).

    En 1917 se patentaron en Francia los acerosque contenan del 10 al 15% de cromo y 20 al 40%de nquel, como resultado de los trabajos realiza-dos por Cheverd.

    No obstante que las patentes datan de 1912, fuedespus de la Primera Guerra Mundial, alrede-dor de 1920, cuando se public un trabajo deta-llado y se lanzaron los aceros al mercado.

    Con las innovaciones tcnicas desarrolladasdespus de la Segunda Guerra Mundial, se introdu- jeron los procedimientos tcnicos de aceleracin aloxiconvertidor, el laminador Sendzimir continuo, eltren planetario para la laminacin en caliente, lacolada continua, etc., lo que ocasion un notableincremento de la produccin con el consiguienteabaratamiento de los costos de produccin y, porende, un precio ms comercial en el mercado.

    Conocimiento bsicodel proceso de produccin

    El proceso de fabricacin inicia con la fusin dehierro, chatarra y ferroaleaciones de acuerdo algrado de acero inoxidable a preparar; contina conla refinacin del acero para eliminar impurezas yreducir el contenido de carbono; posteriormente elacero lquido se cuela en continuo, se corta enplanchones y se forman los rollos rolados en calien-te. El proceso finaliza con el molino de laminacinen fro, recocido y limpieza.

    Laminacin en fro

    Los rollos de acero inoxidable rolados en calientese usan como materia prima para el proceso delaminacin en fro. Este proceso consta de cuatroetapas que son: recocido y decapado de la materia

    prima, molinos de laminacin en fro, lnea de recocidoy limpieza final, y por ltimo la estacin de acabadosuperficial.

    El molino de laminacin en fro reduce el espesorsin calentamiento previo de la lmina que se adelgaza.Actualmente, el tipo de molino ms utilizado es el tiposendzimir, el cual consiste en un molino reversible conmonoblock rgido y veinte rodillos de soporte. Las ca-ractersticas de laminacin en este tipo de equipo sonsu excelente planicidad y la precisin en el espesor.

    Despus de los molinos sendzimir el material de-be ser recocido ya que el trabajado en fro durante el ro-lado causa endurecimiento, por lo que, a fin de ablan-dar nuevamente el material, ste se somete a untratamiento trmico. Este proceso consiste en la aplica-cin de calor a las bobinas de acero inoxidable duranteun tiempo especfico hasta que se logra un calenta-miento uniforme a una determinada temperatura, don-de la estructura cristalina regresa a su forma natural,previa al rolado en fro.

    Despus del recocido, las bobinas de acero inoxida-ble pasan a la etapa de limpieza que usualmente con-siste en una serie de baos electrolticos y de mezcla decidos; posteriormente los rollos estn listos para suacabado final, el cual puede ser opaco, brillante, pulidocon abrasivos, o bien con una textura impresa.

    Clasificacin de los aceros inoxidables

    Familias de aceros inoxidables

    Existen varios grupos o familias de aceros inoxidables,y cada uno contiene un nmero especfico de tipos concaractersticas distintas. Con objeto de entender lanomenclatura, es necesario establecer que la estructu-ra interna de los metales est compuesta de un arregloentre los tomos que forma una red espacial y que parasu estudio se ha llamado estructura cristalina. Conside-re el diagrama simplificado de fases del sistema binariohierrocarbono (ver figura 2).

    El hierro existe en tres formas cristalinas que son:alfa, gama y delta en diferentes y especficas tempera-turas, desde la temperatura ambiente y hasta el punto

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    LOSACEROSINOXIDABLES, CLASIFICACINYCARACTERSTICAS

    de fusin. Los lmites especficos que definen estasformas alotrpicas varan con el contenido de carbono,y las estructuras cristalinas varan de acuerdo con sucapacidad para disolver el carbono.

    Ferrita es el cristal centrado en el cuerpo con unacapacidad muy limitada de disolver carbono; austenita

    es la forma gama ( -austenita) y es un cristal centradoen la cara con alta capacidad de disolver carbono.Ferrita cambia a austenita a temperaturas que disminu-yen desde 910C conjuntamente con el incremento decarbono y el enfriamiento lento permite un gradual yordenado regreso a ferrita. Sin embargo cuando laaleacin Fe-C es enfriada rpidamente, el carbonoqueda fuera de la solucin y produce una estructuraacicular llamada martensita, la cual es muy dura. Estostres trminos martensita, ferrita y austenita sontambin las descripciones de las tres principales fami-

    lias de aceros inoxidables.Cmo se designan los aceros inoxidables

    En el pasado, las designaciones de los aceros inoxi-dables se formularon bajo los lineamientos de Ameri-

    can Iron and Steel Institute (AISI). Recientemente,cuando la AISI fue reemplazada por el SpecialtySteel Institute of North America (SSINA), esasdesignaciones fueron substituidas por el cdigoUNS (Unified Numbering System) formulado con- juntamente por la Society of Automotive Engineers

    (SAE) y por American Society for Testing and Ma-terials (ASTM).

    Aleaciones

    Debido a que los metales puros presentan pro-piedades mecnicas pobres, rara vez tienen apli-caciones industriales, sin embargo se ha desarro-llado una gama muy amplia de aleaciones conpropiedades especficas, adecuadas para aplica-

    ciones industriales particulares. En trminos gene-rales, las aleaciones son mezclas de un metalbase, el cual est presente en mayor proporcin yotro u otros elementos (metlicos o no metlicos),mismos que influyen en las propiedades de la alea-cin (ver figura 3).

    1539o C

    1400o C

    Punto de fusin

    910o C

    Centradaen la cara

    Centradaen el

    cuerpo

    Ferrita delta

    Austenitagama

    Ferrita alfa

    % Carbono

    Figura 2. Diagrama simplificado de fases del sistema binario hierro-carbono.

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    Clases de acero inoxidable

    El acero inoxidable puede ser clasificado en cincodiferentes familias; cuatro de stas corresponden alas particulares estructuras cristalinas formadas enla aleacin: austenita, ferrita, martensita, y dplex(austenita ms ferrita); mientras que la quinta fami-lia son las aleaciones endurecidas por precipita-cin, que estn basadas ms en el tipo de trata-miento trmico usado que en la estructura cristalina.(Ver tabla 1).

    Clase Clasificacin AISI Ejemplos de especificacionesI Martensticos SERIE 410, 420, 431

    II Ferrticos 409, 430, 434

    III Austenticos 304, 304L, 321, 316

    IV Dplex 329, 2205V Endurecibles 17-4 PH, 15-5 PHpor precipitacin 17-7 PH, 15-7 MO

    400

    SERIES 200 y 300

    Tabla 1. Clasificacin de los aceros inoxidables.

    AdicinNi pararesistencia a la

    corrosin enambiente de alta

    temperatura

    AdicinCr y Ni para resistenciamecnica y de

    corrosin

    Adicin mayorMo para aumentarresistencia a lacorrosin

    AdicinS o Se para mejorar

    maquinabilidad

    IncrementaCr,bajo Ni para

    alta resistenciamecnica

    AdicinCu, Ti, Al,bajo Ni para serendurecibles por

    precipitacin

    AdicinMn, N, bajoNi para alta resis-tencia mecnica

    No contieneNi,bajo Cr,

    martenstico

    AdicinNi, Mo, N para resistencia a

    la corrosinSuperaustenticos

    AleacionesNi-Cr-Fe

    309, 310,314, 330

    AdicinMo pararesistencia a la

    corrosin

    316

    317

    303, 303Se

    Dplex

    Endureciblesporprecipitacin

    201, 202

    403, 410

    Superferrticos

    No contieneNi ferrtico

    347

    321

    AdicinCr, Mo

    430

    AdicinNb + Ta para

    mejorarsoldabilidad

    AdicinTi paramejorar

    soldabilidad

    BajoC paramejorar

    soldabilidad

    304L

    316L

    317L

    Ni-Niquel Cr-Cromo Fe-Fierro Se-Selenio Nb-Niobio Ta-Tantalio Cu-Cobre S-Azufre Ti-TitanioAl-AluminioC-Carbono Mo-Molibdeno Mn-Manganeso N-Nitrgeno.

    Figura 3. Relaciones de composicin y propiedades de los aceros inoxidables.

    304 (18-8)Fe -18 a 20%Cr -8 a 10% Ni

    Se usael nombrecomercial

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    LOSACEROSINOXIDABLES, CLASIFICACINYCARACTERSTICAS

    Metalurgia bsica

    Los aceros inoxidables martensticos son esen-cialmente aleaciones de cromo y carbono cuya prin-cipal caracterstica es su habilidad para aumen-tar su resistencia mecnica y dureza mediantetratamiento trmico que produce martensita. Laconfiguracin metalogrfica martenstica poseeestructura cristalina tetragonal centrada en el cuer-po (bct). El contenido de cromo es generalmente enel rango de 10.5 a 18% y el de carbono es alto,alcanzando valores de hasta 1.2%. El contenido deCr y C est balanceado para asegurar la forma-cin de la estructura martenstica durante el trata-miento trmico.

    431

    Incremento deCr y adicin deNi para mejorar laresistencia a la

    corrosin.Tiene buenaspropiedadesmecnicas.

    410USO GENERAL

    414

    Adicin deNi para mejorar laresistencia a la

    corrosin.

    403

    Calidadseleccionadapara turbinas

    y partessometidasa grandesesfuerzos.

    420

    Incremento deC para mejorar las

    propiedadesmecnicas.

    416

    Incremento deP y S para mejorarmaquinabilidad.

    440 C

    Incrementode C paradurezas

    ms altas.Incremento deCr para mayorresistencia a la

    corrosin.

    416 Se

    Adicin deSe para mejorar el

    maquinadode superficies.

    440 B

    Decrementoligero deC

    para mejorarla tenacidad.

    422

    Resistenciamecnica y

    tenacidad hasta650OC mediantela adiccin de

    Mo, V y W.

    420 F

    Incremento deP y S para mejorarmaquinabilidad.

    440 A

    Menor contenido deC que el 440 B,

    para mejorarla tenacidad.

    Aceros inoxidables martensticos

    Los aceros inoxidables martensticos son la primerarama de los aceros inoxidables simplemente al cromo.Fueron los primeros que se desarrollaron industrialmen-te y representan una porcin de la serie 400 AISI.

    Sus caractersticas son las siguientes: Moderada resistencia a la corrosin Son endureciblespor tratamiento trmico y por lo tanto se pueden desa-rrollar altos niveles de resistencia mecnica y dureza. Son magnticos. Debido al alto contenido de carbo-no y a la naturaleza de su dureza, es de pobre solda-bilidad. Despus de ser tratados para endurecimiento,generalmente son utilizados en procesos de maquinadoy formado en fro.

    Figura 4. Familia de los aceros inoxidables martensticos

    Ni-Niquel Cr-Cromo Fe-Fierro Se-Selenio Nb-Niobio Ta-Tantalio Cu-CobreTi-TitanioAl-AluminioC-Carbono Mo-Molibdeno V-Vanadio W-Volfranio S-Azufre P-Fsforo.

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    Aceros inoxidables ferrticos

    Estos aceros inoxidables de la serie 400 AISImantienen su estructura ferrtica estable desde latemperatura ambiente hasta el punto de fusin.

    Sus caractersticas son las siguientes: Resistencia a la corrosin de moderada a buena,la cual se incrementa con el contenido de cromo y enalgunas aleaciones de molibdeno. Endurecidosmoderadamente por trabajo en fro; no pueden serendurecidos por tratamiento trmico. Las aleacio-nes ferrticas son magnticas. Su soldabilidad espobre por lo que generalmente se limitan las unio-nes por soldadura a calibres delgados. Usualmen-te se les aplica un tratamiento de recocido con lo queobtienen mayor suavidad, ductilidad y resistencia ala corrosin

    Debido a su pobre dureza, el uso se limita generalmen-te a procesos de formado en fro.

    Metalurgia bsica

    Como su nombre lo indica tienen una configuracinmetalogrfica ferrtica con la estructura cristalina c-bica centrada en el cuerpo (bcc) que se mantiene es-table desde la temperatura ambiente hasta el puntode fusin. El cromo inhibe la formacin de austenita ypromueve la formacin de ferrita. Estos aceros sonesencialmente aleaciones con cromo, cuyo contenidoes usualmente del rango de 10.5 a 30%, pero conteni-dos limitados de carbono del orden de 0.08% en rela-cin con los martensticos. Algunos grados puedencontener molibdeno, silicio, aluminio, titanio y niobioque promueven diferentes caractersticas.

    446

    Incrementode Cr paramejorar la

    resistencia a laescamacin.

    430USO GENERAL

    442

    Incrementode Cr paramejorar la

    resistencia a laescamacin.

    429

    Ligeramentemenor contenido

    de Cr paramejorar la

    soldabilidad.

    405

    Bajo contenidode Cr, adicin

    de Al paraprevenir el

    endurecimientocuendo se

    enfra desdetemperaturas

    elevadas.

    409

    Bajo contenidode Cr,

    principalmenteusado paraescapes deautomviles.

    430F

    Adicin deP y S para mejorar lamaquinabilidad.

    434

    Adicin deMo para mejorarla resistenciaa la corrosinen molduras

    de autos.

    444

    Bajo contenidode C, alto deCr (18%),

    con 2% deMo, yadicin mnima

    de Ti o Nb diseadopara usos

    especiales.

    439

    Bajo contenidode C yadicionadocon Ti, esideal para

    soldaduras.

    430F Se

    Adicin deSe para mejorar elmaquinado.

    436

    Adicin deMo, Nb y Ta para mayorresistencia

    al calory a la

    corrosin..

    Figura 5. Familia de los aceros inoxidables ferrticos.

    Cr-Cromo Fe-Fierro Se-Selenio Nb-Niobio Ta-Tantalio S-AzufreTi-Titanio Al-Aluminio C-Carbono Mo-Molibdeno P-Fsforo.

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    LOSACEROSINOXIDABLES, CLASIFICACINYCARACTERSTICAS

    Aceros inoxidables austenticos

    Los aceros inoxidables austenticos constituyen la fa-milia con el mayor nmero de aleaciones disponibles,integra las series 200 y 300 AISI. Su popularidad sedebe a su excelente formabilidad y superior resistenciaa la corrosin.

    Sus caractersticas son las siguientes: Excelente resistencia a la corrosin. Endurecidospor trabajo en fro y no por tratamiento trmico. Exce-lente soldabilidad. Excelente factor de higiene y lim-pieza. Formado sencillo y de fcil transformacin. Tienen la habilidad de ser funcionales en tempera-turas extremas, bajas temperaturas (criognicas) pre-viniendo la fragilizacin, y altas temperaturas (has-ta 925C). Son esencialmente no magnticos. Pue-den ser magnticos despus de que son tratados enfro. El grado de magnetismo que desarrollan despusdel trabajo en fro depende del tipo de aleacin de quese trate.

    Metalurgia bsica

    Como su nombre lo indica, tienen configuracinmetalogrfica austentica. Esta estructura cristalina escbica centrada en las caras (fcc).

    Esta familia de aceros se obtiene adicionando ele-mentos formadores de austenita, tales como nquel,manganeso y nitrgeno.

    El contenido de cromo generalmente vara del 16 al26% y su contenido de carbono se mantiene siempremuy bajo, en el rango de 0.03 a 0.08%.

    El cromo proporciona una resistencia a la oxidaciny a la corrosin hasta temperaturas aproximadas de650C en una variedad de ambientes. El nquel, y en

    menor extensin el manganeso, se adiciona a estosaceros para estabilizar la fase austentica en un ampliorango de temperaturas y evitar as su transformacin

    en martensita cuando son enfriados rpidamente atemperatura ambiente.

    Los aceros austenticosse dividen en dos categoras:

    Serie 300 AISI. Aleaciones cromo-nquel.Serie 200 AISI. Aleaciones cromo-manganeso-nitrgeno.

    Serie 300 AISI

    Es la ms extensa y son aleacionesCr-Ni. El nqueles un elemento estabilizador o formador susti-tucional de austenita, y se emplea con este prop-sito en un porcentaje de 4 a 37%. La serie 300 AISImantiene alto contenido de nquel y hasta 2% demanganeso. Tambin pueden contener molibde-no, cobre, silicio, aluminio, titanio y niobio, elemen-tos que son utilizados para conferir ciertas carac-tersticas, como podra ser el prevenir en las estruc-turas soldadas la corrosin en la regin cercana ala soldadura. En ciertos tipos se usa azufre o se-lenio para mejorar su habilidad de ser maquinados.

    Serie 200 AISI

    Son aleaciones Cr-Mn-N y representan la msreciente adicin a la familia austentica. Contienenmenor cantidad de nquel hasta 7% y mantie-nen la estructura austentica con altos niveles denitrgeno. El manganeso de 5 a 20% es necesarioen estas aleaciones bajas en nquel para aumentarla solubilidad del nitrgeno en la configuracinaustentica, adems de prevenir la transformacin

    a martensita.La adicin de nitrgeno tambin incrementa laresistencia mecnica.

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    9

    302B

    Adicin deSi para aumentar la

    resistencia aescamacin.

    205

    N y Mn reemplazanparcialmente al Ni.

    201

    N y Mn reemplazanparcialmente alNi.

    202

    N y Mn reemplazanparcialmente alNi .

    302

    Uso general

    317

    Adicin deMo y Cr

    paramejorar laresistencia

    a lacorrosin.

    316

    Adicin deMo para

    incrementarla

    resistenciaa la

    corrosin.

    309, 309S

    Incrementode Cr y Ni

    para laresistencia a

    altastempera-

    turas.

    308

    AltoCr y Ni,usado

    primordial-mente comomaterial deaporte parasoldadura.

    304

    BajoC paramejorar laresistencia

    a lacorrosin enestructurassoldadas.

    305

    Incrementode Ni paradisminuirendureci-miento portrabajo en

    fro.

    303

    Adicin deS para

    mejorar lamaquina-bilidad.

    301

    Bajocontenidode Cr y Ni

    paraaumentardureza portrabajo en

    fro.

    317L

    Reduccinde C para

    evitarsensitizacindurante lasoldadura.

    316L

    Reduccinde C para

    evitarsensitizacindurante lasoldadura.

    310, 310S

    Incrementode Cr y Ni

    pararesistencia

    a altastempera-

    turas.

    347

    Adicin deNb y Ta

    paraprevenirprecipita-cin de

    carburos.

    321

    Adicin deTi paraprevenirprecipita-cin de

    carburos(sensiti-zacin).

    304L

    Reduccinde C paraevitar lasensiti-zacin

    durante lasoldadura.

    384

    Incrementode Ni paradisminuir ladureza por

    deformacinplstica.

    303Se

    Adicin deSe para

    mejorar elmaquinado.

    316N

    Reduccinde C;

    adicin deN para

    incrementarsu

    resistenciamecnica.

    314

    Incrementode Si para

    mayorresistencia

    a altastempera-

    turas.

    348

    Adicin deTa y Co ;

    restringidopara

    aplicacionesnucleares.

    304N

    Adicinde N paramejorar suresistenciamecnica.

    304LN

    Adicinde N paramejorar suresistenciamecnica.

    S30430

    Adicinde Cu para

    mejorarhabilidad detrabajo en

    fro.

    316F

    Adicinde S y P,

    paramejorar lamaquina-bilidad.

    316N

    Adicinde N paramejorar suresistenciamecnica.

    330

    Adicinde N pararesistir la

    carburizaciny los

    choquestrmicos.

    Figura 6. Familia de los aceros inoxidables austenticos.

    Ni - NquelCr-CromoMn-ManganesoSi-SilicioNb-NiobioTa-TantalioCu-CobreTi-TitanioN-NitrgenoC-CarbonoMo-MolibdenoS-AzufreSe-SelenioCo-CobaltoP-Fsforo.

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    LOSACEROSINOXIDABLES, CLASIFICACINYCARACTERSTICAS

    403Grado de especial calidad usado principalmente enturbinas de vapor y gas. Es similar al tipo 410, por loque algunas veces se le llama 410, calidad turbina.Tiene propiedades metalrgicas ms cuidadosamen-te controladas durante la fundicin y hasta el acabadofinal, que el tipo regular 410. Los procedimientos de

    tratamientos trmicos para el tipo 410 tambin apli-can para el 403.

    El tipo 403 es primariamente empleado en partescrticas de maquinaria sometida a altos esfuerzos ydonde se requiere, adems, buena resistencia al ca-lor, corrosin, desgaste abrasivo o erosin.

    410Aleacin base para el grupo. Es de propsito generaly el tipo ms usado de la clase martenstica.

    Caractersticas de los aceros inoxidables

    CLASE I - Grupo Martenstico

    Aceros inoxidables dplex

    Los aceros inoxidables dplex son los de ms recientedesarrollo; son aleaciones cromo-nquel-molibdeno queforman una mezcla de cantidades aproximadamenteiguales de austenita y ferrita.

    Sus caractersticas son las siguientes: Son magnticos. No pueden ser endurecidos por tra-tamiento trmico. Buena soldabilidad. La estructuradplex mejora la resistencia a la corrosin de fracturabajo tensin en ambientes con iones de cloruro.

    Metalurgia bsica

    Los aceros inoxidables dplex presentan dos fases:dispersin de austenita fcc en una matriz de ferrita bcc.La cantidad exacta de cada fase est en funcin de lacomposicin y el tratamiento trmico. Los principaleselementos de aleacin son cromo y nquel, sin embargola cantidad de nquel es insuficiente para desarrollarcompletamente la estructura cristalina austentica. Elcontenido de cromo vara del 18 al 26%, y el contenidode nquel de 4.5 a 6.5%. La adicin de elementos comonitrgeno, molibdeno, cobre, silicio, y tungsteno permi-te controlar el balance en la configuracin metalogrfica,as como impartir ciertas caractersticas de resistenciaa la corrosin.

    Aceros inoxidablesendurecibles por precipitacin

    Este tipo de aceros inoxidables se desarroll aescala industrial despus de la Segunda GuerraMundial, como una alternativa para elevar las ca-ractersticas de resistencia mecnica mediante tra-tamientos trmicos de envejecimiento. Estos ace-ros se denominan endurecibles por precipitacino PH (precipitation hardening) y ofrecen una alter-nativa a los aceros inoxidables austenticos cuan-do se desee asociar elevadas caractersticas me-cnicas y de maquinabilidad.

    Metalurgia bsica

    Los aceros inoxidables endurecibles por precipita-cin son aleaciones hierro-cromo-nquel que se ca-racterizan por la resistencia mecnica obtenida apartir del endurecimiento por tratamiento trmicode envejecimiento. Estos grados se pueden clasi-ficar en funcin de su estructura en estado de reco-cido y del comportamiento resultante tras el tra-tamiento de envejecimiento, como austenticos,semi-austenticos o martensticos.

    Los aceros endurecibles por precipitacin estnpatentados y frecuentemente se les designa conlas siglas de la empresa productora.

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    Tiene un coeficiente de expansin poco menor que eldel acero al carbono, mientras que la conductividad trmi-ca es casi la mitad del correspondiente valor para el aceroal carbono. Asimismo, puede desarrollar una excelentecombinacin de resistencia mecnica y dureza medianteun adecuado tratamiento trmico.

    Donde el esfuerzo mecnico es importante, debertenerse cuidado de no mantener la temperatura en elrango de 400 a 600 C, ya que en este rango de tempe-ratura toda la serie 400 presenta una menor dureza.

    En la condicin de recocido, el tipo 410 es dctil y esuna buena opcin para formado y otras operaciones detransformacin donde el uso final est destinado a losambientes moderadamente corrosivos. El tipo 410 puedeser soldado y se recomienda un tratamiento de recocidopost-soldadura.

    Este tipo es ampliamente utilizado debido a sus atrac-tivas propiedades y a su relativo bajo costo. El rango de las

    propiedades mecnicas es similar a los deaceros al carbono tipo SAE 4130, con el bene-ficio adicional de que cuenta con buena resis-tencia a la corrosin.

    416, 416SeOtra versin del tipo 410, donde el azufre (tipo416) o el selenio (tipo 416Se) son adicionadospara producir las mejores caractersticas demaquinabilidad de la clase martenstica. Tie-nen propiedades mecnicas y fsicas similaresal tipo 410, excepto por algn decremento en laductilidad y formabilidad. La resistencia a lacorrosin es ligeramente disminuida debido ala adicin de azufre o selenio.

    Este tipo es ampliamente utilizado donde serequieren propiedades mecnicas con buenascualidades de maquinado.

    GradosTipo NmeroAISI UNS Aplicaciones ms comunes

    403 (S40300) Tubos de Bourdon, partes crticas de maquinaria a alta temperatura,partes de motores jet, partes de turbinas de gas o vapor.

    410 (S41000) Tuercas y tornillos, bushings, cubiertos, herramientas de cocina, partesde horno a bajas temperaturas, equipo para refinacin del petrleo, partespara bombas, vlvulas, partes para turbinas a gas o vapor, vajillas,pernos, partes micromtricas.

    414 (S41400) Equipo para minas, tijeras, lminas calibradoras, flechas, remaches,brocas, asientos para vlvulas.

    416 (S41600) Conectores, cerraduras, tuercas y tornillos, cabezas de palos de golf,partes de bombas, flechas, partes para vlvulas.

    416Se (S41623) Adicin deSe para mejorar el maquinado.420 (S42000) Bushings, cubiertos, instrumentos dentales y quirrgicos, anzuelos,

    engranes, hojas de cuchillos, moldes, partes de bombas, herramientas,partes para vlvulas, llaves.

    420F (S42020) Incremento deP y S para mejorar maquinabilidad.422 (S42200) Resistencia mecnica y tenacidad hasta 650C mediante la adicin deMo, V, y W .431 (S43100) Conectores, cerraduras, partes para transportadores, equipo marino,

    flechas de propelas, flechas de bombas, resortes, partes para vlvulas.440A (S44002) Cuchillera.440B (S44003) Cuchillera, partes para vlvulas, partes resistentes al secado.440C (S44004) Inyectores, partes para vlvulas, equipo quirrgico, partes resistentes

    al desgaste, cubiertos.

    Tabla 2. Aplicaciones ms comunes de los grados martensticos.

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    LOSACEROSINOXIDABLES, CLASIFICACINYCARACTERSTICAS

    CLASE II - Grupo Ferrtico

    405Presenta caractersticas parecidas a las del tipo mar-tenstico 410, adems de que puede ser maquinado yfcilmente formado.

    El tipo 405 es una aleacin ferrtica y no puedeser endurecida apreciablemente por tratamientotrmico.

    Tiene la caracterstica de poder ser enfriadodesde elevadas temperaturas sin conseguir unapreciable aumento de dureza; la adicin de alumi-nio en su composicin qumica limita el endureci-miento, motivo por el cual se puede soldar sinnecesidad del subsecuente recocido. Tambin sele conoce como el grado soldable del tipo 410.

    409Es la aleacin con el menor contenido de cromo detoda la serie 400. Es un acero estructural de usogeneral, se conserva ferrtico a temperaturas ma-yores al punto de fusin. Su resistencia a la corro-sin es menor que la del tipo 430 debido al menorcontenido de cromo. Es utilizado en aplicacionesen las que no se requiere alta calidad de apariencia.

    Este grado no es endurecible por tratamientotrmico, sus propiedades mecnicas son pareci-das a las del tipo 410 con excepcin de un ligeroincremento en la propiedad de elongacin. El tipo409 puede ser usado para reemplazar el acero alcarbono pintado, o bien algunos aceros pocoaleados donde se requiere moderada temperaturao resistencia a la corrosin.

    430, 430F, 430F SeEl tipo 430 es, por mucho, el ms popular de losaceros inoxidables simplemente al cromo, y es laaleacin base del grupo ferrtico. Es un acero depropsito general que no puede ser endurecido portratamiento trmico; su tendencia al endurecimien-to por trabajo en fro es mucho menor que la de la

    serie 300, es decir, los aceros inoxidables al nquel.El tipo 430 es dctil y tiene buenas caractersti-cas de formabilidad. Debido a su alto contenido decromo posee buena resistencia a la corrosin,aunque menor a la de aceros inoxidables al nquel,sin embargo es apropiado para muebles y decora-cin interior.

    El tipo 430 tiende a perder ductilidad debido acambios estructurales que suceden cuando selleva el metal por arriba de 900C, razn por la cual

    420, 420FEs una modificacin del tipo 410, con alto contenido decarbono que le permite alcanzar mayor dureza y mejorresistencia al desgaste.

    El tipo 420 presenta mejor resistencia a la corrosindespus del tratamiento trmico, y normalmente no serecomienda en ambientes superiores a 370C. En casode soldar, es necesario precalentar y finalmente some-ter a recocido post-soldadura.

    El tipo 420F es una variante del tipo 420 que seadiciona con azufre o selenio para mejorar sus cualida-des de maquinado; tiene propiedades similares al 420con la excepcin de una ligera disminucin de laresistencia a la corrosin.

    422Diseado para el servicio a temperaturas de hasta650C, combinando resistencia mecnica; es magn-tico en todas las condiciones y presenta maquinabilidadde mediana a baja.

    431Contiene altas adiciones de cromo y nquel y estdiseado para obtener altas propiedades mecnicasmediante tratamiento trmico junto con buena resis-tencia al impacto. Este tipo ofrece mejor resistencia ala corrosin que los tipos 410, 420, 430 (ferrtico) y 440.

    El tipo 431 es frecuentemente utilizado en partescon mayor esfuerzo mecnico y una necesaria altaresistencia a la corrosin.

    440A, 440B y 440CSon aleaciones con alto contenido de carbono que seusan donde se requiere una alta y extremada dureza,resistencia a la abrasin y buena resistencia a la

    corrosin. Los tres tipos son magnticos y de bajamaquinabilidad.

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    no se utiliza normalmente para aplicaciones con soldadu-ra, sin embargo dichas soldaduras pueden ser adecuadasbajo condiciones de servicio moderadas en las que no serequiera alta resistencia a la fatiga.

    Los tipos 430F y 430F Se, son modificaciones paramaquinado del tipo base 430, tienen propiedades simila-res al 430 pero con menor resistencia a la corrosin debidoa la adicin de azufre (430F) o selenio (430F Se). No sonendurecibles por tratamiento trmico.

    434Es una variacin del tipo 430 que contiene molibdeno yniobio que incrementan la resistencia a la corrosin. Estegrado es particularmente ventajoso para usos automotri-ces exteriores donde una adicional resistencia a la corro-sin es importante.

    El tipo 434 es un grado ferrtico y es completamentemagntico en todas las condiciones.

    436Es otra variacin del tipo 430, la cual es adicio-nada con 0.75 a 1.25% de molibdeno y adicinde niobio de por lo menos ocho veces el conte-nido de carbono. El tipo 436 tiene una resisten-cia mayor a la corrosin que el tipo 434, ademsde que posee mejores caractersticas para sertrefilado, lo que tambin beneficia la aparienciasuperficial de productos embutidos y otros com-ponentes formados.

    439Es una aleacin de bajo carbono que contienede 17 a 19% de cromo y un alto contenido detitanio en relacin con el carbono. Es ideal parasoldar y se utiliza en cantidades considerablespara cubiertas de rines de automviles, ascomo en tanques de agua caliente, entre otros.

    GradosTipo NmeroAISI UNS Aplicaciones ms comunes

    405 (S40500) Tubing para intercambiadores de calor, partes resistentes al calor,equipo para refinacin del petrleo, racks para templado de acero.

    409 (S40900) Silenciadores y convertidores catalticos para automviles,cajas de trailer, tanques de fertilizantes, contenedores.

    429 (S42900) Ligeramente menor contenido deCr para mejorar la soldabilidad.430 (S43000) Adornos y molduras automotrices, materiales de construccin,

    equipo qumico de proceso, cremalleras, partes para quemadores,intercambiadores de calor, adornos interiores arquitectnicos y paneles,adornos y equipo de cocinas, equipo para proceso de cido ntrico, equipopara refinacin de petrleo, tubos de proteccin de pirmetros, aparatoscientficos, recipientes de almacenamiento, tubing.

    430F (S43020) Cerraduras, tuercas y tornillos, conectores, partes para quemadores,equipo para refinacin del petrleo, flechas de bombas, partes de vlvulas.

    430F Se (S43023) Adicin de Se para mejorar el maquinado.434 (S43400) El uso de este tipo es generalmente en el rea de adornos y moldurasautomotrices donde es importante tener una buena resistencia a la corrosin.

    436 (S43600) Usado generalmente en el rea de molduras automotrices dondees importante su mejorada resistencia a la corrosin.

    439 (S43035) Bajo contenido deC y adicionado conTi, es ideal para soldadura, tambin seusa en forma de alambre para cubiertas de rines de automvil, as como entanques de agua caliente.

    442 (S44200) Partes para quemadores, intercambiadores de calor, vlvulasy conectores, bases para tubos de rayos-X.

    444 (S44400) Bajo contenido deC , alto deCr (18%), con 2% deMo, y adicin mnimade Ti o Nb , diseado para usos especiales.

    446 (S44600) Partes para quemadores,intercambiadores de calor, silenciadores tubospara pirmetros, vlvulas y conectores, bases para tubos de rayos-X.

    Tabla 3. Aplicaciones ms comunes de los grados ferrticos.

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    LOSACEROSINOXIDABLES, CLASIFICACINYCARACTERSTICAS

    CLASE III - Grupo Austentico

    301Este grado tiene menor resistencia a la corrosin

    que otros aceros inoxidables de la serie 300. Puedeser fcilmente formado, pero es ms susceptiblede endurecimiento por trabajo en fro que otrostipos cromo-nquel.

    El tipo 301 ofrece buenas propiedades desoldabilidad y tiene cinco grados diferentes:

    Recocido. Endurecimiento de un cuarto. Medioendurecido. Tres cuartos endurecido. Endureci-do completo.

    303Fue desarrollado especialmente para propsitos demaquinado, de menor resistencia a la corrosin que eltipo 304. Contiene gran cantidad de azufre, muestrabuena resistencia a la oxidacin en ambientes de hasta900C. Se emplea para cortes pesados.

    304, 304LComnmente llamado el acero inoxidable todo prop-sito, tiene propiedades adecuadas para gran cantidadde aplicaciones. Se recomienda para construccionesligeras soldadas en las que el recocido no es prcticoo posible, pero que requieren buena resistencia a lacorrosin. Otras propiedades del tipo 304 son su servi-cio satisfactorio a altas temperaturas (800 a 900C) ybuenas propiedades mecnicas.

    El tipo 304 contiene bajo carbono con lo que se evitala precipitacin de carburos durante periodos prolon-gados de alta temperatura; tiene un contenido decarbono de 0.08% mximo por lo que se le considera unmaterial satisfactorio para la mayora de las aplicacio-nes con soldadura.

    El tipo 304L es recomendable cuando se tienen quesoldar altos espesores de material (ms de1 / de pulga-da) y la exposicin a la temperatura de soldadura es ma-yor. Este grado contiene 0.03% mximo de carbono.

    En las aplicaciones de soldadura donde es posibleel recocido, los carburos que se forman pueden sereliminados por recocido seguido por enfriamiento rpi-do. El recocido sirve para relevar esfuerzos residualesen el rea soldada.

    305Su principal ventaja es que son ms econmicos ytienen mnima tendencia al endurecimiento por trabajo

    en fro. Se utiliza para severas operaciones de revenido.309, 309S

    Debido al alto contenido de cromo y nquel, los tipos309 y 309S poseen alta resistencia mecnica, tenaci-dad y excelente resistencia a la oxidacin de tempera-turas de hasta 1000C aproximadamente.

    Estos tipos no pueden ser endurecidos por trata-miento trmico, no son magnticos y son utilizadospreferentemente en condicin de recocido. Pueden

    442Tiene excelente resistencia a la corrosin interme-dia entre los tipos 430 y 446, es de tipo ferrtico noendurecible y puede resistir temperaturas de hasta1000C. Es usado en aplicaciones con servicio dealta temperatura.

    444Es una aleacin de bajo carbono y alto contenidode cromo (cerca del 18%), con 2% de molibdeno yadiciones mnimas de titanio para estabilizacin.

    Este tipo es usado en reas especficas.

    446Contiene el mximo contenido de cromo de toda lafamilia ferrtica, por lo que tiene la mayor resisten-cia a la corrosin de su clase. El tipo 446 poseeexcelente resistencia a la corrosin y esencialmen-te se recomienda para uso en atmsferas de com-portamiento azufroso a altas temperaturas. Su usoes posible en altas temperaturas como de 1000C.

    No debe ser usado en aplicaciones donde serequiera alta resistencia mecnica. Los tipos cro-mo-nquel tales como 309 o 310 son preferidos en

    aplicaciones de alta temperatura donde se requie-re resistencia mecnica y al impacto.El tipo 446 es frecuentemente ms empleado

    en aplicaciones de alta temperatura donde la resis-tencia estructural no es importante.

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    soldarse sin el subsecuente tratamiento trmico.El tipo 309S es una modificacin del 309 y contie-

    ne 0.08% mximo de carbono para reducir la tenden-cia a la precipitacin de carburos durante la soldadu-ra o aplicaciones con alta temperatura.

    310, 310SEl tipo 310 tiene mayor contenido de nquel que el 309y es ms resistente a la oxidacin en altas tem-peraturas. Es frecuentemente usado en servicios aalta temperatura y como material de aporte en solda-dura de aleaciones de bajo contenido de cromo.

    El tipo 310S es una variacin del tipo 310 que

    GradosTipo NmeroAISI UNS Aplicaciones ms comunes

    301 (S30100) Partes de aviones, adornos arquitectnicos, cajas de ferrocarril y de trailer,cubiertas de rines, equipo de proceso para alimentos.

    303 (S30300) Conectores, cerraduras, tuercas y tornillos, bushings, cremalleras, partesmaquinadas, partes para bombas, flechas.

    303Se (S30323) Pernos, tornillos, tuercas, accesorios para aviones, remaches.304 (S30400) Equipo qumico de proceso, equipo de proceso y manejo de alimentos,

    intercambiadores de calor, equipo para hospitales.304L (S30403) Reduccin deC para evitar la sensitizacin durante la soldadura .305 (S30500) Equipo para industria del caf, reflectores, partes con calentamiento y

    enfriamiento continuos.308 (S30800) Hornos industriales , usado primordialmente como material de aporte

    para soldadura.309 (S30900) Calentadores de aire, equipo qumico de proceso, partes de quemadores,309S (S30908) de turbinas de gas, intercambiadores de calor.

    310 (S31000) Calentadores de aire, equipo para tratamiento trmico de aceros,310S (S31008) equipo qumico de proceso.

    316 (S31600) Adornos arquitectnicos, equipo qumico de proceso, equipo parael procesamiento de alimentos, farmacutico, fotogrfico, textil, etc.

    316L (S31603) Reduccin deC para evitar sensibilizacin durante la soldadura.316LN (S31651) Reduccin deC; adicin deN para incrementar su resistencia mecnica.317 (S31700) Tornillos y alambre quirrgico, equipo farmacutico, equipo qumico

    de proceso.317L (S31703) Reduccin deC para evitar sensibilizacin durante la soldadura.321 (S32100) Equipo qumico de proceso, recipientes a presin y de almacenamiento,

    partes de motores jet.330 (N08330) Hornos de recocido, equipo qumico de proceso, partes para turbinas

    de gas e intercambiadores de calor.347 (S34700) Equipo para tratamientos trmicos, tanques soldados para

    el almacenamiento de sustancias qumicas orgnicas, juntas de expansin.348 (S34800) Tubos soldados y sin costura para servicio a sistemas radioactivos.

    Tabla 4. Aplicaciones ms comunes de los grados austenticos.

    contiene 0.08% mximo de carbono para reducir laprecipitacin de carburos durante la soldadura oelevadas temperaturas de uso.

    316, 316LEl tipo 316 contiene de 2 a 3% de molibdeno quemejora la resistencia a la corrosin frente a diver-sos qumicos agresivos, cidos y atmsfera salina.Sus propiedades mecnicas son similares a las deltipo 304.

    El tipo 316L contiene menor cantidad de carbonoy es preferido en aplicaciones intensivas con solda-dura.

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    LOSACEROSINOXIDABLES, CLASIFICACINYCARACTERSTICAS

    CLASE IV - Aleaciones Dplex

    2205

    Representa a una nueva familia de aleaciones de ace-ro inoxidable conocidas como dplex y son resultadode la adicin intencional de nitrgeno. El nitrgeno im-parte resistencia a la corrosin, especialmente en zo-nas soldadas. En muchos ambientes, 2205 tiene ma-yor resistencia a la corrosin que el 316 o 317 ademsde ofrecer un rendimiento de casi el doble en cuanto aresistencia mecnica.

    El tipo 2205 puede ser formado en fro y tambinexpandido; cuando se trate de reas mayormentetrabajadas deber ser recocido despus del formado.

    Esta aleacin es resistente a cidos reductoresdiluidos y a moderadas concentraciones de cidosoxidantes. El tipo 2205 tiene superior resistencia a lacorrosin por picadura y por cloruros, comparado conlos aceros 316 o 317.

    El tipo 2205 (UNS S31803) se usa en la construc-cin de tubos de intercambiadores de calor, en refine-ras, industrias qumicas e industrias de procesos queutilizan agua como refrigerante.

    17-4 PH, 15-5 PH

    Estos son martensticos en estado recocido y contie-nen niobio y cobre. Desarrollan su alta resistencia me-cnica y dureza a travs de tratamiento trmico queprecipita el cobre.

    17-7 PH, PH 15-7 MO

    Son austenticos en estado recocido, pero martensticosen condicin endurecida.

    La composicin del 17-7 PH incluye cromo, nquel yaluminio; el 15-7 MO incluye, adems, molibdeno.

    CLASE V - Aleaciones endureciblespor precipitacin

    317, 317LEl tipo 317 es una modificacin del tipo 316 con ma-yor contenido de cromo, nquel y molibdeno paraaumentar la resistencia a la corrosin en aplicacio-nes qumicas especiales; sus propiedades mec-nicas son similares al tipo 316.

    El tipo 317L es similar al 317 con menor canti-dad de carbono, presenta mayor resistencia a lacorrosin intergranular despus de soldadura orelevado de esfuerzos.

    321Es similar al 304, pero contiene una adicin detitanio equivalente a cinco veces el contenido decarbono; el titanio es adicionado para evitar preci-pitar el carburo de cromo durante la soldadura oexposicin a altas temperaturas. La mxima esta-bilizacin se consigue con un recocido en el rangode 900 a 1000C. Frecuentemente es selecciona-do en la fabricacin de recipientes o estructurasque usan placas de ms de 1 / de pulgada de es-pesor donde el recocido no es prctico.

    Este tipo es principalmente usado en el rangode temperaturas de 400 a 800C.

    330Es una variacin del 304 con alto contenido denquel, diseado para aplicaciones de alta tempe-ratura. Esta aleacin posee buena resistencia a laescamacin y a la oxidacin. Sus propiedades me-cnicas se conservan a elevadas temperaturas.

    347Es una modificacin del tipo 304, est estabilizadocon niobio y tantalio y es similar en su composicin

    al 321. El niobio es un efectivo estabilizador que noafecta la resistencia a la corrosin, como lo hace eltitanio.

    La adicin de niobio es deseable cuando el ace-ro inoxidable ser usado en equipos que operan enel rango de temperatura de 400 a 800C, bajoseveras condiciones de corrosin o donde es pro-bable ocurra corrosin por fatiga, la cual es resulta-do de la combinacintensin repetida y corrosin .

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