444 frente a 441: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Elegir entre los aceros inoxidables de grados 444 y 441 es un dilema común para ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción que trabajan en entornos corrosivos, sistemas de alta temperatura y aplicaciones de escape automotriz. La decisión suele basarse en un equilibrio entre la resistencia a la corrosión (especialmente la corrosión por picaduras y la resistencia a los cloruros), la estabilidad térmica a largo plazo, la soldabilidad y el costo total de propiedad (material más fabricación).

En términos generales, tanto el 444 como el 441 son aceros inoxidables ferríticos optimizados para diferentes aplicaciones: uno prioriza una mayor resistencia a la corrosión en ambientes húmedos o con presencia de cloruros mediante la adición de elementos como molibdeno y estabilizadores para prevenir la sensibilización de los límites de grano, mientras que el otro destaca por su resistencia a la oxidación a altas temperaturas y su estabilidad térmica gracias a la estabilización con titanio y una composición adaptada a aplicaciones en sistemas de escape de automóviles y a altas temperaturas. Dado que ambos son aceros ferríticos con bajo contenido de níquel, se suelen comparar cuando se requieren soluciones libres de níquel o con bajo contenido de este elemento.

1. Normas y designaciones

• Los principales sistemas de normalización que cubren los grados de acero inoxidable ferrítico incluyen ASTM/ASME, UNS, EN (europeo), JIS (normas industriales japonesas) y GB (normas nacionales chinas).
• Identificadores comerciales comunes: estos materiales se clasifican como aceros inoxidables ferríticos (bajo contenido de carbono, a base de cromo, bajo contenido de níquel).
• Formas típicas de productos cubiertas por las normas: láminas, flejes, bobinas, placas y tubos soldados para componentes de intercambiadores de calor y escapes.

2. Composición química y estrategia de aleación

La siguiente tabla resume las características típicas de aleación y la presencia relativa de elementos comunes en 444 y 441. Los valores se presentan cualitativamente (presencia o función relativa) en lugar de porcentajes precisos, porque la selección y el rendimiento están controlados por pequeñas diferencias en la estrategia de aleación.

Elemento	Función / efecto	Grado 444 (relativo)	Grado 441 (relativo)
C (carbono)	Resistencia, templabilidad, formación de carburos	Muy bajo (controlado)	Muy bajo (controlado; estabilizado con Ti)
Mn (manganeso)	Estabilizador de austenita, desoxidante	Bajo-moderado	Bajo-moderado
Si (silicio)	Desoxidación, resistencia a altas temperaturas	Bajo-moderado	Bajo-moderado
P (fósforo)	Impureza (frágil en altas concentraciones)	Muy bajo	Muy bajo
S (azufre)	Mecanizado libre (indeseable por corrosión)	Muy bajo	Muy bajo
Cr (cromo)	Pasivación, resistencia a la corrosión	Alto (base ferrítica de cromo)	Alto (base ferrítica de cromo)
Ni (níquel)	Estabilizador de austenita (bajo en ferritas)	Muy bajo	Muy bajo
Mo (molibdeno)	Resistencia a picaduras y grietas, refuerzo por solución sólida	Moderadamente significativa (factor diferenciador clave)	trazas bajas
V (vanadio)	Reforzamiento, formador de carburo	Rastro o nada	Rastro o nada
Nb (niobio)	Estabiliza contra la sensibilización; formador de carburo	Presente (microaleación/estabilización)	Normalmente no se utiliza
Ti (titanio)	Estabilización con carbono (previene la sensibilización, mejora la fluencia a altas temperaturas)	Puede estar presente en pequeñas cantidades.	Presente (estabilizador principal)
B (boro)	Reforzador de límites de grano (muy bajo)	Rastro/ninguno	Rastro/ninguno
N (nitrógeno)	Refuerzo y resistencia a la corrosión por picaduras (limitada en ferríticos)	Muy bajo	Muy bajo

Explicación de la estrategia: - 444: la aleación enfatiza el cromo para la pasividad más molibdeno y microaleación (por ejemplo, Nb) para mejorar la resistencia a picaduras/grietas e inhibir la precipitación de carburos intergranulares; esto respalda su uso en servicios corrosivos húmedos y con cloruros. - 441: la aleación enfatiza la estabilización del carbono con titanio para mejorar la estabilidad a altas temperaturas, reducir la sensibilización durante los ciclos térmicos y proporcionar una buena resistencia a la oxidación para los sistemas de escape; el Mo suele ser mínimo.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Tanto el 444 como el 441 son esencialmente aceros inoxidables ferríticos; su microestructura estable a temperatura ambiente es cúbica centrada en el cuerpo (ferrita). Puntos microestructurales clave:

• Fase primaria: ferrita con pequeñas cantidades de carburos de aleación, nitruros o intermetálicos dependiendo de la historia térmica.
• 441: La estabilización de Ti fija el carbono como carburos/nitruros de titanio, evitando la precipitación de carburo de cromo en los límites de grano durante la exposición térmica; esto mejora la resistencia a la sensibilización y carburización durante las altas temperaturas cíclicas (típicas de los sistemas de escape).
• 444: Las adiciones de molibdeno y microaleación promueven una película pasiva estable y aumentan la resistencia a la corrosión localizada; el Nb u otros estabilizadores, cuando están presentes, ayudan a fijar el carbono y reducen el riesgo de sensibilización.

Respuesta al tratamiento térmico: El recocido de solubilización y el enfriamiento rápido se utilizan para disolver los precipitados y restaurar la resistencia a la corrosión. Los aceros inoxidables ferríticos típicos no responden al temple y revenido para producir martensita como algunos aceros; el aumento de la resistencia se logra principalmente mediante el trabajo en frío, más que mediante el revenido. - La normalización y el recocido alivian las tensiones y pueden influir en el tamaño del grano; la exposición prolongada en rangos de temperatura intermedios puede promover la formación de fases sigma o intermetálicas en ferríticas ricas en Cr si el equilibrio de la aleación es inadecuado; los ciclos térmicos cuidadosos son importantes para el 444 debido a sus adiciones de aleación. - El procesamiento termomecánico y el trabajo en frío controlado son métodos comunes para aumentar la resistencia de ambos grados; la estabilización con Ti del 441 lo hace más tolerante a los ciclos térmicos repetidos.

4. Propiedades mecánicas

El comportamiento mecánico entre los dos grados es similar porque ambos son aceros inoxidables ferríticos; sin embargo, las diferencias de aleación influyen en la resistencia, la ductilidad y la tenacidad.

Propiedad	Grado 444 (comparación típica)	Grado 441 (comparación típica)
Resistencia a la tracción	De moderado a moderadamente alto (fortalecimiento por solución sólida con Mo)	Moderado (puede aumentarse con trabajo en frío)
Resistencia a la fluencia	Moderado	Moderado (similar, dependiendo del trabajo en frío)
Alargamiento (ductilidad)	Bueno, pero se reduce con el trabajo en frío o la aleación pesada.	Por lo general, presenta una ductilidad ligeramente superior con un procesamiento equivalente (el titanio estabiliza los carburos).
Resistencia al impacto	Buen rendimiento a temperatura ambiente; puede degradarse a bajas temperaturas como muchos ferríticos.	Buena a temperatura ambiente; comparable, y a menudo mejor, en ciclos térmicos debido a la estabilización con Ti.
Dureza	Moderado (endurecible con el trabajo)	Moderado (endurecible con el trabajo)

¿Cuál es más fuerte/resistente/dúctil y por qué? Las diferencias de resistencia son modestas y dependen en gran medida del proceso de fabricación. El acero 444 puede alcanzar una resistencia ligeramente superior tras el laminado debido al fortalecimiento por solución sólida de molibdeno; la estabilidad mecánica del acero 441 a temperaturas elevadas suele ser superior porque el titanio forma carburos estables que impiden la precipitación de carburos que provoca fragilidad. La tenacidad y la ductilidad se ven influenciadas por el nivel de trabajo en frío y la historia térmica; ninguno de los dos grados está optimizado para la tenacidad criogénica en comparación con los grados austeníticos.

5. Soldabilidad

Las consideraciones sobre la soldabilidad de los aceros inoxidables ferríticos dependen del bajo contenido de carbono, los factores que contribuyen a la templabilidad y los estabilizadores:

• El bajo contenido de carbono en ambos grados reduce la susceptibilidad al agrietamiento en frío, pero los aceros inoxidables ferríticos pueden ser propensos al crecimiento del grano en las zonas afectadas por el calor si se utiliza un aporte de calor excesivo.
• La aleación con Mo y elementos de microaleación en el acero 444 aumenta el potencial de propiedades alteradas en la ZAT en comparación con las ferritas más simples, por lo que los procedimientos de soldadura deben controlar la temperatura entre pasadas y el aporte de calor.
• La estabilización con Ti en 441 reduce la precipitación de carburos y hace que las soldaduras sean menos susceptibles a la corrosión intergranular después de la soldadura y los ciclos térmicos.

Índices útiles de soldabilidad: - El equivalente de carbono (forma IIW) se utiliza comúnmente para evaluar el riesgo de endurecimiento: $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$ - El Pcm (WRC/IIW) proporciona otra medida de sensibilidad al agrietamiento de la soldadura: $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$ Interpretación (cualitativa): - Ambos grados suelen mostrar buena soldabilidad con las prácticas estándar TIG/MIG/GMAW cuando se controlan las temperaturas de precalentamiento y entre pasadas y se utilizan metales de aporte compatibles con los aceros inoxidables ferríticos. - El 441 a menudo muestra un mejor desempeño posterior a la soldadura en servicio cíclico a alta temperatura debido a la estabilización del Ti; el 444 puede requerir atención a la selección del material de aporte y al aporte de calor para preservar la resistencia a la corrosión cerca de las soldaduras, especialmente en ambientes que contienen cloruros.

6. Corrosión y protección de superficies

• Para el acero inoxidable (tanto el 444 como el 441 son aceros inoxidables), el rendimiento de la película pasiva está determinado por el cromo, con mejoras aportadas por el Mo o el N.
• El PREN (Número Equivalente de Resistencia a la Picadura) es un índice útil para comparar la resistencia a la corrosión localizada: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Interpretación:
• El 444 normalmente tiene un PREN más alto que el 441 debido a su mayor contenido de molibdeno, lo que lo hace mejor en ambientes que contienen cloruro o que están expuestos al agua de mar.
• La estabilización con Ti del 441 no aumenta sustancialmente el PREN, pero mejora la resistencia a la sensibilización y a los problemas de carburización/oxidación a alta temperatura.

Cuando se requiere protección que no sea de acero inoxidable: Si se considera una aleación que no sea de acero inoxidable, el galvanizado, la pintura o los recubrimientos poliméricos son los métodos estándar. En el caso de los aceros inoxidables ferríticos, se pueden aplicar recubrimientos por motivos estéticos o para una mayor protección contra la abrasión y los productos químicos, pero su resistencia intrínseca a la corrosión suele ser suficiente sin necesidad de recubrimientos.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: Los aceros inoxidables ferríticos suelen ser más fáciles de mecanizar que los austeníticos, pero pueden ser más duros que los aceros al carbono. El acero 444 con contenido de molibdeno puede generar mayor desgaste de la herramienta que el 441.
• Conformabilidad: El 441 (con estabilización de Ti) tiende a tener una conformabilidad ligeramente mejor en condiciones térmicas cíclicas o de alta temperatura; ambos se pueden formar mediante operaciones estándar de plegado y laminado, pero la recuperación elástica es característica de los ferríticos.
• Acabado superficial: Ambos grados aceptan prácticas de acabado comunes (cepillado, pulido); el contenido de Mo del 444 puede influir en el comportamiento de grabado y decapado y requiere un tratamiento químico apropiado para recuperar la pasividad después de la fabricación.

8. Aplicaciones típicas

Grado 444 — Usos típicos	Grado 441 — Usos típicos
Intercambiadores de calor de agua de mar, tuberías de agua de mar, bombas y válvulas de agua salada	Componentes de escape de automóviles, silenciadores, carcasas de convertidores catalíticos, protectores térmicos
Desulfuración de gases de combustión, equipos de procesamiento químico expuestos a cloruros	Piezas para hornos de alta temperatura y soportes de aislamiento térmico
Serpentines y condensadores de sistemas de climatización en atmósferas corrosivas	Componentes sometidos a ciclos térmicos donde la resistencia a la carburización es importante
Equipos de procesamiento de alimentos con exposición a cloruros (donde se desea un bajo nivel de Ni)	Componentes estructurales expuestos a oxidación a alta temperatura con carga cíclica

Justificación de la selección: - Elija 444 cuando la corrosión localizada (picaduras/grietas) en ambientes clorados sea una preocupación principal y se requiera un bajo contenido de níquel. - Elija el acero 441 cuando la resistencia a la oxidación a altas temperaturas, la estabilidad a los ciclos térmicos y la producción a escala automotriz, sensible a los costos, sean factores determinantes.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: El acero 444 suele ser más caro que el 441 debido a que el molibdeno y los elementos de microaleación incrementan el coste de la materia prima. El acero 441 suele ser más económico para la producción en masa de piezas de automoción gracias a la aleación a medida y los altos volúmenes de producción.
• Disponibilidad: El 441 está ampliamente disponible en bobinas y láminas para fabricantes de equipos originales y proveedores de la industria automotriz; el 444 está disponible a través de distribuidores especializados de acero inoxidable en láminas, placas y tubos soldados para aplicaciones de intercambiadores de calor y procesos, pero puede tener formatos de existencias más limitados en algunos mercados.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (calificaciones cualitativas: Bueno / Mejor / Superior / Inferior)

Atributo	444	441
Soldabilidad	Bueno (requiere control de entrada de calor)	Bueno (el titanio estabiliza la ZAT)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Bueno (Mo aumenta la fuerza)	Buena (estabilidad térmica con Ti)
Resistencia a la corrosión localizada (cloruros)	Mejor (mayor Mo)	Menor (menos Mo)
Oxidación a alta temperatura y ciclos térmicos	Bien	Mejor (estabilización de Ti)
Costo	Más alto	Más bajo / Más económico

Recomendaciones finales: - Elija 444 si necesita una mayor resistencia a la corrosión localizada (picaduras/grietas) en ambientes húmedos o con cloruros y puede justificar el mayor costo del material; es muy adecuado para tuberías de intercambiadores de calor de agua de mar, desalinización y servicios químicos donde el Mo y los estabilizadores prolongan la vida útil. - Elija 441 si la aplicación exige estabilidad térmica, resistencia a la carburización y a la exposición cíclica a altas temperaturas (por ejemplo, sistemas de escape de automóviles, silenciadores y escudos térmicos), requiere buena conformabilidad y rentabilidad a escala, o cuando es importante un comportamiento estabilizado con Ti para evitar la sensibilización después de la soldadura.

Nota final: tanto el 444 como el 441 son aceros inoxidables ferríticos especiales optimizados para entornos específicos. La selección del material debe ir acompañada de la consulta de las fichas técnicas específicas del producto, las especificaciones del procedimiento de soldadura y las pruebas de corrosión específicas de la aplicación (incluidas las pruebas de corrosión por picaduras, corrosión por hendiduras y oxidación a alta temperatura) para validar el rendimiento a largo plazo en el servicio previsto.