1Cr13 frente a 2Cr13: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción se enfrentan habitualmente a la necesidad de elegir entre aceros inoxidables y aleados muy similares, donde pequeñas diferencias en su composición tienen un impacto significativo en el rendimiento y el costo. Dos grados comunes para aplicaciones de acero inoxidable martensítico resistente al desgaste son el 1Cr13 y el 2Cr13. El dilema práctico de selección suele centrarse en el equilibrio entre resistencia y resistencia al desgaste frente a tenacidad, soldabilidad y costo.

La principal diferencia entre estas dos calidades comerciales radica en su composición de aleación, sobre todo en los niveles de cromo y carbono, lo que conlleva diferencias en la templabilidad, la dureza alcanzable y el comportamiento frente a la corrosión. Dado que ambas calidades se utilizan en familias de productos similares (válvulas, ejes, componentes de bombas, álabes y herramientas), los ingenieros las comparan para decidir si priorizar una mayor resistencia y durabilidad o una mayor tenacidad y facilidad de fabricación.

1. Normas y designaciones

• Normas comunes y referencias cruzadas donde pueden aparecer grados con una composición química similar:
• GB (China): 1Cr13, 2Cr13 (designaciones chinas comunes)
• JIS (Japón): equivalentes cercanos que a menudo se comparan con la serie SUS420 (para aceros inoxidables martensíticos).
• EN / EN ISO: puede compararse con partes de la serie X12Cr (familia de aceros inoxidables martensíticos).

• ASTM/ASME: no son equivalentes directos 1:1, pero las especificaciones de AISI 420 y otros aceros inoxidables martensíticos son comparaciones funcionales.

• Clasificación:

• Tanto el 1Cr13 como el 2Cr13 son aceros inoxidables martensíticos (inoxidables, tratables térmicamente). No son aceros HSLA de baja aleación ni aceros para herramientas en el sentido tradicional, aunque se utilizan para aplicaciones de desgaste y corte debido a su templabilidad.

Nota: Los rangos numéricos exactos y la nomenclatura varían según el país y la fábrica; verifique siempre con el certificado de material del proveedor.

2. Composición química y estrategia de aleación

La siguiente tabla muestra los rangos de composición representativos utilizados en la industria para los dos grados. Estos son rangos típicos; para la adquisición o los cálculos de diseño, se deben consultar las especificaciones y normas específicas de la fábrica.

Elemento	1Cr13 típico (en peso %)	2Cr13 típico (en peso %)
do	0,08 – 0,20	0,15 – 0,30
Minnesota	≤ 1,0 (típ. 0,3 – 0,8)	≤ 1,0 (típ. 0,3 – 0,8)
Si	≤ 1,0 (típ. 0,2 – 0,8)	≤ 1,0 (típ. 0,2 – 0,8)
PAG	≤ 0,04	≤ 0,04
S	≤ 0,03	≤ 0,03
Cr	~12,0 – 13,5	~13,0 – 14,5
Ni	≤ 0,3	≤ 0,3
Mes	≤ 0.1	≤ 0.1
V	≤ 0,10	≤ 0,10
Nb / Ti / B	trazas / a menudo <0,03	trazas / a menudo <0,03
norte	rastro	rastro

Explicación de cómo la aleación afecta a las propiedades: - El carbono aumenta la resistencia, la dureza, la resistencia al desgaste y la templabilidad, pero reduce la ductilidad y la soldabilidad cuando se somete a un proceso de endurecimiento. - El cromo proporciona resistencia a la corrosión y contribuye a la templabilidad y respuesta al revenido en los aceros inoxidables martensíticos; los incrementos graduales mejoran la estabilidad de la película pasiva y la retención de la dureza a altas temperaturas. - El manganeso y el silicio son desoxidantes e influyen en la templabilidad; un exceso de manganeso puede reducir la tenacidad. - Las microaleaciones menores (V, Nb) pueden refinar los carburos y la estructura del grano, mejorando ligeramente la tenacidad y la resistencia a la fluencia.

La consecuencia práctica: el 2Cr13 tiende a especificarse para proporcionar una mayor dureza y resistencia al desgaste una vez endurecido, mientras que el 1Cr13 se elige cuando se necesita una tenacidad ligeramente mejor y una fabricación más sencilla.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas: - En estado recocido, ambos grados contienen ferrita más carburos; después del temple forman martensita con carburos de cromo distribuidos (M23C6, M7C3 y cementita dependiendo del contenido de C y otros elementos). - El 1Cr13 (menor contenido de C y ligeramente menor de Cr) produce una matriz martensítica con menos carburos y de menor tamaño en un tratamiento térmico determinado, lo que tiende a proporcionar una mejor tenacidad después del revenido. - El 2Cr13 (con mayor contenido de C y a menudo mayor contenido de Cr) forma una mayor fracción de volumen de fase martensítica y más precipitados de carburo, lo que proporciona una mayor dureza y resistencia al desgaste tras el temple, pero una menor tenacidad.

Respuesta al tratamiento térmico: - Ruta común: austenizar (normalmente a 950–1050 °C dependiendo del tamaño de la sección y la composición), enfriar (en aceite o aire para secciones delgadas), y luego revenido para lograr la dureza/tenacidad deseada. - La normalización refina el tamaño del grano y puede mejorar la maquinabilidad y la tenacidad antes del temple y revenido final. - Temple y revenido: la temperatura y el tiempo de revenido controlan el equilibrio entre resistencia y tenacidad. Un revenido más intenso reduce la dureza, pero aumenta la ductilidad y la resistencia al impacto. - El procesamiento termomecánico (laminado controlado + enfriamiento) es menos común para estos grados de acero inoxidable martensítico, pero puede refinar la microestructura y mejorar la tenacidad.

Nota práctica: Debido a que el 2Cr13 tiene mayor carbono/templabilidad, es más susceptible a la formación de martensita dura y quebradiza en secciones gruesas y requiere ciclos cuidadosos de austenización y revenido para evitar el agrietamiento.

4. Propiedades mecánicas

La tabla que se muestra a continuación presenta propiedades representativas que se pueden obtener tras tratamientos típicos de temple y revenido. Los valores dependen en gran medida del tamaño de la sección, los parámetros del tratamiento térmico y la composición química exacta; considere estos rangos como orientativos y no como mínimos garantizados.

Propiedad (típica después de Q&T)	1Cr13	2Cr13
Resistencia a la tracción (MPa)	600 – 900	700 – 1100
Límite elástico (0,2% de deformación, MPa)	300 – 700	500 – 950
Alargamiento (%)	8 – 18	6 – 14
Impacto Charpy (J, sala T)	moderado (más alto)	menor (menor tenacidad)
Dureza (HRC)	35 – 54 (depende del proceso)	40 – 58 (puede alcanzar un HRC más alto)

Interpretación: - El 2Cr13 generalmente alcanza una mayor resistencia a la tracción y dureza debido a un mayor contenido de carbono y una martensita más dura, a expensas de la ductilidad y la tenacidad al impacto. - El 1Cr13 se suele seleccionar cuando se requiere una resistencia moderada con mejor tenacidad y facilidad de fabricación.

5. Soldabilidad

La soldabilidad se ve influenciada principalmente por el equivalente de carbono y la templabilidad. Un mayor contenido de carbono y cromo aumenta la propensión a formar martensita dura en la zona afectada por el calor (ZAC), incrementando el riesgo de fisuración en frío.

Entre los índices empíricos útiles se incluyen el equivalente de carbono IIW y la fórmula Pcm: - $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - El 2Cr13, con su mayor contenido de carbono y un contenido ligeramente mayor de cromo, tiene un equivalente de carbono más alto y una mayor templabilidad, por lo que es más probable que desarrolle martensita dura en la ZAT y, por lo tanto, requiere precalentamiento, temperaturas entre pasadas controladas y tratamiento térmico posterior a la soldadura para evitar el agrietamiento. - El 1Cr13 (menor contenido de C) se suelda más fácilmente, pero aún requiere procedimientos de soldadura apropiados para aceros inoxidables martensíticos (precalentamiento, prácticas con bajo contenido de hidrógeno y revenido posterior a la soldadura cuando sea necesario). - Uso de metales de aporte: son prácticas comunes el uso de alambres de aporte con templabilidad igual o inferior, y el calentamiento/templado posterior a la soldadura.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ambos grados son aceros inoxidables martensíticos con una resistencia a la corrosión moderada en comparación con los grados austeníticos. El cromo contribuye a la formación de una película pasiva, pero el menor contenido total de cromo y la precipitación de carburos ricos en carbono en los límites de grano pueden agotar localmente el cromo y reducir la resistencia a la corrosión.
• Para entornos típicos:
• 1Cr13: adecuado para ambientes ligeramente corrosivos (atmosféricos, agua tibia) cuando se pule y pasiva.
• 2Cr13: mejora ligeramente la resistencia a la corrosión por picaduras si el contenido de cromo es marginalmente mayor, pero el aumento de la formación de carburos puede reducir la resistencia práctica a la corrosión a menos que se trate térmicamente y se pasiva correctamente.
• El PREN (Número Equivalente de Resistencia a la Picadura) no es particularmente útil para estos grados martensíticos con bajo contenido de Mo y N, pero la fórmula es:
• $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Para 1Cr13 y 2Cr13, el PREN será bajo en comparación con los grados dúplex o superausteníticos, porque el Mo y el N son insignificantes.
• Protección superficial: la galvanización, los recubrimientos protectores, la pintura y la pasivación son estrategias comunes cuando se requiere una mayor resistencia a la corrosión. Para las piezas de desgaste, se suelen aplicar recubrimientos de cromo duro o proyección térmica.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte y mecanizado:
• La aleación 2Cr13 (con mayor potencial de dureza) suele ser más abrasiva para las herramientas y más difícil de mecanizar en estado endurecido. El mecanizado en estado recocido reduce el desgaste de la herramienta.
• El 1Cr13 en estado recocido se mecaniza más fácilmente; después del endurecimiento, ambos requieren herramientas de carburo y configuraciones rígidas.
• Conformado y doblado:
• El conformado en frío está limitado una vez que el material se ha endurecido. El recocido previo al conformado es una práctica habitual.
• Refinamiento:
• Ambos grados se pueden rectificar y pulir; el 2Cr13 tiende a requerir una rectificación más agresiva debido a su mayor dureza y contenido de carburo.
• Los riesgos de distorsión y agrietamiento por tratamiento térmico son mayores para el 2Cr13 durante el temple; la sujeción y el enfriamiento controlado ayudan a controlar la distorsión.

8. Aplicaciones típicas

Usos típicos del 1Cr13	Usos típicos del 2Cr13
Ejes, componentes de válvulas, piezas de bombas, álabes de desgaste moderado y tornillería en general donde se requiere robustez y una resistencia razonable a la corrosión.	Piezas de desgaste, ballestas, ejes sometidos a cargas elevadas, elementos de corte, componentes que requieren mayor dureza tras el endurecimiento y resistencia al desgaste.
Elementos de fijación, pernos y componentes sometidos a cargas moderadas donde se valora la facilidad de fabricación.	Herramientas y matrices para componentes de servicio ligero sometidos a mayores tensiones de contacto donde se prioriza la resistencia a la abrasión.

Justificación de la selección: - Elija 1Cr13 cuando el diseño enfatice la tenacidad, la facilidad de fabricación/soldadura y una resistencia a la corrosión moderada a un menor costo. - Elija 2Cr13 cuando una mayor dureza y resistencia al desgaste bajo carga sean requisitos dominantes y cuando se puedan implementar tratamientos térmicos específicos de la aplicación y procedimientos posteriores a la soldadura.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: En general, el costo base del material para ambos es similar porque la diferencia en el contenido de cromo es modesta; el 2Cr13 puede ser ligeramente más caro debido a un control más estricto de los rangos de carbono/cromo y la posibilidad de un procesamiento adicional (por ejemplo, revenido para lograr una alta dureza).
• Disponibilidad: Ambos son comunes en las regiones productoras de aceros inoxidables martensíticos; las formas específicas del producto (barras, forjados, placas, material rectificado de precisión) varían según la fábrica. Los plazos de entrega pueden ser mayores para composiciones químicas especiales, tamaños especiales o lotes certificados.
• Coste del proceso: La fabricación y soldadura del 2Cr13 pueden aumentar el coste total de la pieza debido al tratamiento térmico previo/posterior a la soldadura y al tiempo de mecanizado adicional.

10. Resumen y recomendación

Cuadro resumen (cualitativo)

Atributo	1Cr13	2Cr13
Soldabilidad	Mejor (menor C, menor CE)	Más exigente (mayor C, mayor CE)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Equilibrado entre tenacidad y ductilidad	Mayor resistencia y dureza, menor tenacidad
Costo (material + procesamiento)	De bajo a moderado	De moderado a alto (debido al procesamiento)

Recomendación: - Elija 1Cr13 si necesita un acero inoxidable martensítico que equilibre la resistencia con una mejor tenacidad, una soldadura y fabricación más fáciles y un procesamiento rentable; por ejemplo, ejes, válvulas y componentes generales que requieren resistencia a la corrosión en entornos moderados y una resistencia al impacto decente. - Elija 2Cr13 si la prioridad es una mayor dureza tras el endurecimiento, resistencia al desgaste y mayor resistencia a la tracción para componentes sometidos a abrasión o fatiga por contacto, siempre que pueda asumir un control más estricto del tratamiento térmico, procedimientos de soldadura más exigentes y costes de procesamiento potencialmente más elevados.

Consejo práctico final: especifique siempre la composición química exacta del certificado de fábrica/prueba y el tratamiento térmico requerido, y realice pruebas específicas de la aplicación (dureza, impacto, corrosión) en lotes de producción donde las condiciones de servicio sean críticas.