0Cr13 frente a 1Cr13: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros inoxidables 0Cr13 y 1Cr13 son dos grados comúnmente especificados dentro de la familia de aceros inoxidables martensíticos, utilizados en válvulas, bombas, cubertería, elementos de fijación y componentes de desgaste. Los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción a menudo deben elegir entre ambos al equilibrar la dureza y la resistencia al desgaste con la tenacidad, la soldabilidad y el coste. Algunos ejemplos típicos de esta decisión incluyen la selección de un material para un eje resistente a la corrosión o la selección de un material para los componentes internos de una válvula, donde la dureza (resistencia a la abrasión) compite con la tenacidad a la fractura y la facilidad de fabricación.

La principal diferencia práctica entre el 0Cr13 y el 1Cr13 radica en su contenido de carbono y en cómo este influye en la templabilidad martensítica: la versión con mayor contenido de carbono ofrece mayor dureza, resistencia y resistencia al desgaste tras el tratamiento térmico, a costa de la tenacidad y la soldabilidad; mientras que la variante con menor contenido de carbono facilita la fabricación y proporciona mayor tenacidad, pero menor dureza máxima. Dado que ambos son aceros inoxidables martensíticos con niveles de cromo similares, se comparan frecuentemente en diseños donde se requiere un equilibrio entre resistencia a la corrosión y rendimiento mecánico.

1. Normas y designaciones

• GB (China): 0Cr13, 1Cr13 (designaciones chinas comunes para aceros inoxidables martensíticos).
• JIS (Japón): las familias análogas incluyen las series SUS410 / SUS420 (útiles para referencias cruzadas).
• EN (Europa): los aceros inoxidables martensíticos están cubiertos por las partes EN 10088, con equivalentes a menudo en la serie 410 / 420.
• ASTM/ASME: se encuentran materiales comparables en las clasificaciones AISI (410, 420, 430, etc.); la equivalencia exacta requiere la referencia cruzada de la química y las propiedades nominales.

Clasificación: Tanto el 0Cr13 como el 1Cr13 son aceros inoxidables martensíticos (acero inoxidable ferroso, tratables térmicamente). No son aceros inoxidables austeníticos (no dúplex), ni aceros HSLA ni aceros para herramientas en sentido estricto, aunque se utilizan en aplicaciones que requieren propiedades de acero inoxidable resistentes al desgaste y tratables térmicamente.

2. Composición química y estrategia de aleación

La siguiente tabla muestra los rangos de composición típicos utilizados comercialmente; los límites reales dependen de la norma o del proveedor. Estos valores son aproximados y tienen como objetivo mostrar las diferencias relativas (no los límites de especificación normativos).

Elemento	0Cr13 (típico, aprox.)	1Cr13 (típico, aprox.)
do	0,03 – 0,08 % en peso (menor contenido de carbono)	0,08 – 0,15 % en peso (mayor contenido de carbono)
Minnesota	≤ 1,0 % en peso	≤ 1,0 % en peso
Si	≤ 1,0 % en peso	≤ 1,0 % en peso
PAG	≤ 0,04 % en peso	≤ 0,04 % en peso
S	≤ 0,03 % en peso	≤ 0,03 % en peso
Cr	12,0 – 14,0 % en peso	12,0 – 14,0 % en peso
Ni	≤ 0,6 % en peso	≤ 0,6 % en peso
Mes	≤ 0,3 % en peso (a menudo ausente)	≤ 0,3 % en peso (a menudo ausente)
V	traza / no especificado	traza / no especificado
Nb, Ti, B, N	niveles traza, si los hubiera.	niveles traza, si los hubiera.

Cómo afecta la aleación al rendimiento: - Carbono: principal elemento endurecedor de los aceros martensíticos. Un mayor contenido de carbono aumenta la dureza máxima alcanzable y la resistencia al desgaste, pero reduce la tenacidad y la soldabilidad. - Cromo (≈12–14%): proporciona resistencia a la corrosión mediante la formación de una capa de óxido pasiva; en estos niveles proporciona un comportamiento “inoxidable” básico en ambientes suaves, pero menor resistencia a la corrosión por picaduras que los aceros inoxidables de mayor aleación. - Manganeso y silicio: desoxidantes e influyen modestamente en la templabilidad. - Bajo contenido de Ni y Mo: típicamente mínimo en estos grados; la ausencia de Mo limita la resistencia a la corrosión por picaduras y la resistencia a la corrosión a altas temperaturas.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructura: - Ambos grados forman martensita al ser templados desde la temperatura de austenización, dada su composición y ruta de tratamiento térmico. - En estado recocido pueden presentar restos de ferrita/perlita dependiendo del enfriamiento, pero para el servicio previsto suelen endurecerse a martensita + martensita revenida.

Respuestas al tratamiento térmico: - Austenización (típica del acero inoxidable martensítico): tratamiento de solución a una temperatura apropiada para formar una austenita homogénea, luego enfriamiento rápido para obtener martensita. - Revenido: reduce la fragilidad, mejora la tenacidad y fija la dureza final. El revenido a temperaturas más altas disminuye la dureza y aumenta la ductilidad. - Normalizado frente a temple: El normalizado puede utilizarse en piezas menos críticas para refinar el tamaño del grano; el temple completo + revenido se utiliza cuando se necesita mayor resistencia o resistencia al desgaste.

Respuesta relativa: - El 1Cr13 (mayor contenido de C) alcanza una mayor dureza tras el temple y puede templarse hasta un rango de dureza retenida superior; es más sensible a la temperatura de revenido al ajustar la resistencia frente a la tenacidad. - El 0Cr13 (menor contenido de C) desarrolla martensita con menor dureza para el mismo tratamiento térmico, y es menos probable que forme estructuras martensíticas frágiles que requieren un revenido muy cuidadoso; esto mejora la tenacidad y reduce el riesgo de agrietamiento durante los ciclos de temple/revenido.

Procesamiento termomecánico: - El forjado y el laminado controlado, seguidos de un tratamiento térmico adecuado, pueden refinar la microestructura y mejorar la tenacidad en ambos grados; sin embargo, el 1Cr13 con mayor contenido de carbono sigue siendo más templable y, por lo tanto, más sensible al espesor de la sección y a la velocidad de enfriamiento.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas dependen en gran medida del tratamiento térmico. En lugar de valores absolutos (que varían con el revenido), la tabla siguiente compara las tendencias relativas para las condiciones típicas de temple y revenido utilizadas en la industria.

Propiedad	0Cr13	1Cr13
Resistencia a la tracción	Moderado	Más alto
Resistencia a la fluencia	Moderado	Más alto
Alargamiento (ductilidad)	Mayor (más dúctil)	Menor (menos dúctil)
Resistencia al impacto	Mejor (mayor resistencia)	Menor (menor tenacidad a dureza equivalente)
Dureza (después del temple/revenido)	Máximo moderado	Mayor máximo alcanzable

Explicación: - El 1Cr13, con mayor contenido de carbono, permite una mayor resistencia y dureza después del temple y revenido; esto lo hace preferible donde la resistencia al desgaste es crítica. - El 0Cr13 ofrece mejor tenacidad y ductilidad para el mismo procesamiento nominal porque un menor contenido de carbono reduce la propensión a la formación de martensita frágil y tensiones residuales. - La selección de un régimen de tratamiento térmico y revenido puede implicar un intercambio de dureza por tenacidad en cualquiera de los grados; el 1Cr13 ofrece un rango de dureza más amplio, pero requiere un tratamiento térmico más cuidadoso para evitar la fragilización.

5. Soldabilidad

La soldabilidad de los aceros inoxidables martensíticos está determinada principalmente por el contenido de carbono, la templabilidad general y la presencia de elementos que amplían la región austenítica.

Fórmulas clave de equivalencia de carbono útiles para la evaluación cualitativa: - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Fórmula PCM: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación (cualitativa): - Debido a que 1Cr13 tiene un mayor contenido de carbono, produce un $CE_{IIW}$ y un $P_{cm}$ mayores en comparación con 0Cr13, lo que aumenta la propensión al agrietamiento en frío, la formación de martensita en la zona afectada por el calor (ZAC) y el agrietamiento asistido por hidrógeno. - El 0Cr13, con menor contenido de carbono, es más fácil de soldar utilizando metales de aporte convencionales y protocolos de tratamiento térmico previo/posterior a la soldadura (PWHT), y requiere un precalentamiento menos agresivo. Orientación práctica: El precalentamiento y el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) suelen ser necesarios para ambos grados al soldar secciones más gruesas o conjuntos críticos. Para el 1Cr13, un precalentamiento más elevado, temperaturas controladas entre pasadas y un PWHT más riguroso reducen la dureza de la zona afectada por el calor (ZAC) y el riesgo de fisuración. - Elección del metal de aporte: utilice un aporte martensítico o austenítico-ferrítico compatible según las propiedades deseadas; los aportes austeníticos pueden minimizar el riesgo de agrietamiento en la ZAT, pero modificarán la corrosión y el comportamiento mecánico localmente.

6. Corrosión y protección de superficies

Tanto el 0Cr13 como el 1Cr13 son inoxidables porque contienen cromo en un rango de ~12–14%, lo que favorece la formación de una película pasiva en diversas atmósferas. Sin embargo, su resistencia a la corrosión es moderada y significativamente menor que la de los aceros inoxidables de mayor aleación (por ejemplo, 304/316).

• Corrosión general: adecuada en ambientes ligeramente corrosivos (aire, agua) pero no se recomienda para ambientes ricos en cloruros o con corrosión por picaduras sin medidas de protección.
• Resistencia a picaduras y grietas: limitada—el contenido de Mo suele ser bajo o nulo; por lo tanto, el número equivalente de resistencia a picaduras (PREN) común es bajo y menos aplicable para estos grados.

Índice de corrosión útil (cuando corresponda): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - Para 0Cr13 y 1Cr13, con cantidades insignificantes de Mo y N, la PREN está impulsada principalmente por el cromo y será modesta en comparación con los aceros inoxidables dúplex o austeníticos.

Protección de superficies para entornos no severos: - Galvanizado: poco común en aceros inoxidables; puede utilizarse en aceros al carbono de bajo coste. - Pintura, chapado: comunes para una protección adicional contra la corrosión donde se requieren estética y protección. - Pasivación: la pasivación química (ácido nítrico o cítrico) puede restaurar/optimizar la capa pasiva después de la fabricación.

Aclaración: PREN es significativo para aceros inoxidables con cantidades apreciables de Mo y N; para estos aceros martensíticos, PREN simplemente subraya su limitada resistencia a la corrosión por picaduras.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: El 1Cr13, con mayor contenido de carbono, es generalmente más duro y, por lo tanto, más difícil de mecanizar en estado de temple. Su maquinabilidad mejora tras el recocido o con un temple de menor dureza. El 0Cr13 es más fácil de mecanizar cuando se requiere una dureza similar tras el tratamiento térmico.
• Rectificado y acabado: la mayor dureza del 1Cr13 dificulta el acabado abrasivo y aumenta el desgaste de las herramientas; el 0Cr13 es más tolerante.
• Conformabilidad y doblado: El acero 0Cr13 con bajo contenido de carbono presenta mejor conformabilidad y recuperación elástica en estado recocido. En general, los aceros inoxidables martensíticos no son tan conformables como los austeníticos.
• Acabado superficial y grabado: Ambos aceros responden a los acabados comunes de acero inoxidable; sin embargo, a menudo se requiere un esmerilado y una pasivación posteriores a la soldadura para restaurar la resistencia a la corrosión después de la fabricación.

8. Aplicaciones típicas

0Cr13 (menor contenido de carbono)	1Cr13 (mayor contenido de carbono)
Cuerpos de válvulas y componentes internos donde se prioriza una mayor resistencia y soldabilidad.	Componentes resistentes al desgaste, como hojas de cuchillo, filos cortantes y ejes que requieren mayor dureza.
Ejes, elementos de fijación y componentes de bombas en servicio moderadamente corrosivo con tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) rutinario.	Jaulas de rodamientos de bolas, asientos de válvulas y anillos de sellado donde la dureza/resistencia al desgaste es crítica
Piezas estructurales de acero inoxidable de uso general donde la facilidad de fabricación es importante.	Herramientas, placas de desgaste y componentes sometidos a desgaste abrasivo donde se requiere mayor dureza

Justificación de la selección: - Utilice 0Cr13 cuando la soldabilidad, la tenacidad y la ductilidad sean más importantes que la dureza máxima; se prefiere para componentes con cargas dinámicas y donde el rendimiento posterior a la soldadura es importante. - Utilice 1Cr13 cuando la dureza y la resistencia al desgaste máximas alcanzables sean los factores clave y cuando se acepten controles cuidadosos de tratamiento térmico y soldadura.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: El costo del material base de las aleaciones 1Cr13 y 0Cr13 es generalmente similar, ya que el contenido de cromo determina el precio de la aleación. La aleación 1Cr13 puede resultar ligeramente más económica por unidad de costo de procesamiento si la dureza final reduce las operaciones de acabado, pero los controles adicionales de soldadura y tratamiento térmico pueden incrementar el costo total de la pieza.
• Disponibilidad: Ambos grados se producen ampliamente y están disponibles en placas, barras y forjados en regiones que fabrican según las especificaciones GB y equivalentes. Los plazos de entrega pueden verse afectados por las formas específicas del producto, los estrictos controles de composición o los tratamientos térmicos especializados.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa)

Característica	0Cr13	1Cr13
soldabilidad	Bueno (mejor que 1Cr13)	Regular a malo (requiere precalentamiento y tratamiento térmico posterior a la soldadura más estrictos)
Compromiso entre resistencia y tenacidad	Equilibrado hacia la resistencia	Equilibrado hacia una mayor resistencia/dureza
Costo (solo material)	Comparable	Comparable

Conclusión — elegir en función de las necesidades de la aplicación: - Elija 0Cr13 si necesita una soldabilidad mejorada, mayor tenacidad y mejor ductilidad para componentes sometidos a cargas dinámicas o donde la simplicidad de fabricación sea importante. - Elija 1Cr13 si necesita mayor dureza y resistencia al desgaste después del tratamiento térmico y puede aplicar controles estrictos de tratamiento térmico y soldadura para gestionar la fragilidad y el riesgo de agrietamiento en la ZAT.

Notas finales sobre especificaciones y adquisiciones: - Solicite siempre al proveedor el análisis químico certificado y las condiciones del tratamiento térmico; especifique las propiedades mecánicas requeridas y el régimen de tratamiento térmico/templado en las órdenes de compra. - Para conjuntos soldados, proporcione especificaciones del procedimiento de soldadura (WPS) que detallen el precalentamiento, el control entre pasadas, los consumibles y los requisitos de PWHT, y considere las END/inspecciones donde las consecuencias de una falla sean significativas.