La ventaja del níquel

Descripción general de los aceros inoxidables que contienen níquel

El acero inoxidable no es un solo material; hay cinco familias, cada una de las cuales consiste en muchos grados. El níquel es una importante adición de aleación en casi dos tercios del acero inoxidable producido hoy en día.

El cromo es el elemento de aleación clave que hace que los aceros inoxidables sean "inoxidables". Se debe añadir más del 10,5 por ciento al acero para permitir la formación de la película protectora de óxido que proporciona su resistencia a la corrosión y el aspecto brillante y plateado. En general, cuanto mayor sea la cantidad de cromo añadido, mayor será la resistencia a la corrosión. Ese descubrimiento se hizo hace poco más de un siglo. Algunos de los primeros aceros inoxidables también contenían níquel, lo que resulta en propiedades mejoradas, y los grados que contienen níquel han estado en uso desde entonces. Hoy en día, aunque el níquel puede ser visto como una adición de aleación relativamente de alto costo, alrededor de dos tercios del tonelaje de acero inoxidable producido cada año contiene níquel. ¿Cuál es el papel del níquel y por qué se utiliza tan extensamente?

La función principal del níquel es estabilizar la estructura austenítica del acero a temperatura ambiente y por debajo. Esta estructura austenítica (es decir, cristal cúbico centrado en la cara) es particularmente resistente y dúctil. Esas y otras propiedades son responsables de la versatilidad de los distintos grados de acero inoxidable. El aluminio, el cobre y el níquel en sí son buenos ejemplos de metales con estructuras austeníticas.

La cantidad mínima de níquel que puede estabilizar la estructura austenítica a temperatura ambiente es de alrededor del 8 por ciento, por lo que es el porcentaje presente en el grado más utilizado de acero inoxidable, a saber, tipo 304. El tipo 304 contiene 18 por ciento de cromo y 8 por ciento de níquel y a menudo se conoce como 18/8. Esa composición fue una de las primeras en desarrollarse en la historia del acero inoxidable, a principios del siglo XX. Fue utilizado para plantas químicas y para reveste el icónico edificio Chrysler en la ciudad de Nueva York, que se completó en 1929.

El manganeso se utilizó por primera vez como adición al acero inoxidable en la década de 1930. La serie 200 de grados austeníticos de níquel bajo se desarrolló aún más durante la década de 1950, cuando el níquel era escaso. Las mejoras más recientes en las prácticas de fusión han permitido la adición controlada de mayores cantidades de nitrógeno, un potente agente formador de austenita. Si bien esto podría sugerir que todo el níquel puede ser reemplazado por la estructura restante austenítica, sin embargo no es tan simple como eso; todos los grados austeníticos de alto manganeso disponibles comercialmente hoy en día todavía tienen una adición deliberada de níquel. Muchos también tienen un contenido reducido de cromo con el fin de mantener la estructura austenítica. Sin embargo, este enfoque reduce la resistencia a la corrosión de estas aleaciones en comparación con los grados de níquel estándar de la serie 300.

A medida que se reduce el contenido total de los ex de austenita, la estructura del acero inoxidable cambia de 100 por ciento de austenita a una mezcla de austenita y ferrita (cristal cúbico centrado en el cuerpo); estos son los aceros inoxidables dúplex. El níquel continúa estabilizando la estructura de la fase de austenita. Todos los grados dúplex de importancia comercial, incluso los "dúplex magros", contienen 1 por ciento o más de níquel como una adición deliberada. La mayoría de los aceros inoxidables dúplex tienen un mayor contenido de cromo que los grados austeníticos estándar; cuanto mayor sea el nivel medio de cromo, mayor será el contenido mínimo de níquel. Esto es similar al caso de la serie 200.

La estructura de dos fases de las calidades dúplex las hace inherentemente más fuertes que las calidades austeníticas comunes. Su contenido de cromo ligeramente superior también les da una resistencia a la corrosión ligeramente mejorada en comparación con los grados estándar. Si bien hay otras características a tener en cuenta, las calidades dúplex han encontrado algunas aplicaciones de nicho valiosas.

Reducir aún más el contenido de níquel, incluso a cero, ofrece grados sin austenita en absoluto. Estos tienen una estructura completamente ferrítica. El hierro y los aceros suaves también tienen una estructura ferrítica a temperatura ambiente.

No todos los grados ferríticos están completamente libres de níquel. Se sabe que el níquel reduce la temperatura de transición dúctil a quebradiza (DBTT), es decir, la temperatura por debajo de la cual la aleación se vuelve quebradiza. El DBTT también es una función de otros factores, como el tamaño del grano y otras adiciones de aleación. Sin embargo, algunos de los grados super ferriticos altamente aleados contienen una adición intencional de níquel para mejorar el DBTT, especialmente de soldaduras.

A diferencia de los grados austeníticos, los grados martensíticos se pueden endurecer mediante tratamiento térmico. Sin embargo, algunos contienen níquel, lo que no sólo mejora la tenacidad, sino que también permite que el acero tenga un mayor contenido de cromo, lo que a su vez da una mayor resistencia a la corrosión. El tratamiento térmico de endurecimiento implica calentar a una cierta temperatura y luego apagar el material, seguido de una operación de templado.

Por último, los grados de endurecimiento por precipitación (PH) también pueden desarrollar una alta resistencia a través del tratamiento térmico. Hay varias familias de grados PH, pero todas contienen níquel. A diferencia de la familia martensítica, el tratamiento térmico no implica un paso de enfriamiento.