Resistencia a la oxidación de los aceros inoxidables

La oxidación es la formación de incrustaciones ricas en óxido. La cascarilla, una vez formada, frena la oxidación posterior, a menos que se elimine mecánicamente o se agriete, lo que puede ocurrir si el acero se deforma bajo carga. En el acero inoxidable, utilizado a elevadas temperatura hasta 1100°C para resistente al calor Esto se aprovecha, ya que la cascarilla formada es predominantemente rica en cromo. La capa de cascarilla reformada impedirá una mayor oxidación, pero el metal perdido en la formación de óxido reducirá la resistencia efectiva de la sección de acero.

La resistencia a la oxidación depende principalmente de la temperatura, la composición del gas y el nivel de humedad y el grado de acero, principalmente el nivel de cromo. Austenítico Los aceros inoxidables austeníticos son la mejor elección, ya que también tienen mejor resistencia a temperaturas elevadas que la familia de los ferríticos. Las mayores tasas de dilatación térmica de los austeníticos pueden provocar problemas como la distorsión y la pérdida de cascarilla (desconchamiento) durante los ciclos térmicos.

Condiciones para la formación de óxido estable
La oxidación depende principalmente del nivel de oxígeno disponible en la atmósfera. Las mezclas gaseosas de aire, dióxido de carbono y vapor favorecen la oxidación. La resistencia a la oxidación se debe a la formación de óxidos ricos en cromo (Cr2O3) en la superficie del acero. Una vez formados, sólo crecen a un ritmo lento, protegiendo así el acero subyacente de una mayor oxidación. La condición de atmósfera oxidante favorece la resistencia a una mayor oxidación. El vapor de agua puede afectar negativamente a la resistencia a la oxidación del acero inoxidable. Esto se debe probablemente a una disminución de la plasticidad de la capa protectora de óxido. Por regla general, las temperaturas máximas de servicio en aire húmedo, en comparación con el aire seco, deben reducirse en unos 40-65℃. El vapor a alta temperatura debe considerarse un caso especial.

Si la capa de óxido se agrieta en condiciones de temperaturas cíclicas, aumenta la tasa global de oxidación. Esto puede ser un problema para la familia austenítica y se refleja en temperaturas de servicio máximas más bajas en condiciones de temperatura "intermitentes" que en condiciones de servicio "continuas". Por el contrario, los aceros inoxidables ferríticos y martensíticos suelen tener temperaturas de servicio intermitentes más altas que las continuas.

El contenido de cromo es el más importante para proporcionar resistencia a la oxidación. Aunque los niveles de Cr 18% del ferrítico 430 1.4016 y austenítico 304 1.4301, 316 1.4401 y 3211.4541 proporcionan una "buena" resistencia a la oxidación, los aceros específicamente diseñados para resistir la oxidación suelen tener niveles de cromo más elevados en el rango de 20-25%, como el grado 310 1.4845.

El níquel también ayuda a mejorar la resistencia a la oxidación. Esto se debe probablemente a una mejor adherencia de la capa de óxido.

El silicio y el aluminio también se añaden para mejorar la resistencia a la oxidación y están presentes en determinadas calidades, en cantidades limitadas, ya que también pueden afectar negativamente a la conformabilidad y al comportamiento frente a la oxidación del acero inoxidable resistente al calor.

El calcio añadido en pequeñas cantidades también puede ser beneficioso resistencia a la oxidación.

También se añaden elementos de tierras raras, como cerio e itrio, para fabricar algunos de los grados especializados de resistencia al calor. Estas adiciones tienen probablemente un efecto similar al del níquel, al favorecer la adherencia de la capa de óxido rica en cromo a la superficie del metal.

Un ejemplo de grado de resistencia al calor que utiliza una combinación de estas ventajas de composición es 253MA (1.4835). Este acero no tiene una especificación aluminio pero se añade nitrógeno para aumentar su resistencia.

Fragilización en servicio temperatura

Además de su menor resistencia a temperaturas elevadas, los aceros ferríticos pueden formar constituyentes frágiles en determinados rangos de temperatura.
Deben evitarse los intervalos de temperatura de 370-540°C. En las calidades ferríticas de cromo superior también puede producirse fragilización a temperaturas más altas debido a la formación de la fase "sigma". Esto también es un problema si se utiliza el tipo 25% cromo 1.4845 (310) a temperaturas POR DEBAJO de unos 900°C. Puede producirse agrietamiento al enfriar a temperatura ambiente para el mantenimiento después del servicio a estas temperaturas.
Los austeníticos "estándar" 1.4878 / 14541(321), 1.4401 (316) o 1.4301(304) pueden ser mejores opciones para estas temperaturas "más bajas", hasta unos 870°C, que es su temperatura máxima de servicio en aire.

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Comportamiento frente a la oxidación del tubo de acero inoxidable tipo 321
310S Resistencia a la oxidación a temperaturas elevadas
316L Resistencia a la oxidación
317L Resistencia a la oxidación
321 Resistencia a la oxidación a temperaturas elevadas
347 Resistencia a la oxidación a temperaturas elevadas
410S Resistencia a la oxidación