S136 frente a 420: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros inoxidables martensíticos S136 y 420 se utilizan frecuentemente en componentes que requieren dureza, pulido y cierta resistencia a la corrosión. Ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción suelen enfrentarse a la decisión entre un acero inoxidable especializado para moldes (S136) y un acero inoxidable martensítico de uso general (420) al buscar un equilibrio entre resistencia a la corrosión, acabado superficial, coste y facilidad de fabricación.

La principal diferencia práctica entre ambos radica en su aleación y procesamiento: el S136 se formula y procesa para obtener un acabado superficial de alta calidad, bajo contenido de inclusiones y mayor resistencia a la corrosión en aplicaciones de moldeo, mientras que el 420 es un acero inoxidable martensítico de familia más amplia que se utiliza cuando se aceptan propiedades de acero inoxidable endurecible sencillas a un menor costo. Estas similitudes en la familia (acero inoxidable martensítico), pero con diferencias en el control de la composición y el procesamiento, justifican la comparación habitual.

1. Normas y designaciones

• S136
• No se trata de un único número canónico internacional ASTM/ISO; es una designación comercial de acero para moldes utilizada por proveedores europeos e internacionales de acero para herramientas (a menudo aparece en catálogos de acero para moldes).
• Clasificado como acero inoxidable para herramientas/moldes resistente a la corrosión (acero inoxidable martensítico, familia de aceros para herramientas).
• Suelen suministrarse como placas, bloques o componentes de moldes pulidos preendurecidos y se mencionan en las normas de los proveedores de acero para herramientas (designaciones propietarias).
• 420
• Estandarizado en muchas especificaciones como AISI/SAE 420 y en normas de productos ASTM (por ejemplo, ASTM A276 para barras/varillas de acero inoxidable).
• También aparece bajo las normas EN y JIS como grados de acero inoxidable martensítico con una composición química similar.
• Clasificado como acero inoxidable martensítico (acero inoxidable endurecible).

Resumen de la clasificación: - S136: Acero inoxidable para herramientas (martensítico), grado para herramientas/moldes, designación comercial. - 420: Acero inoxidable, martensítico, grado estandarizado AISI/ASTM.

2. Composición química y estrategia de aleación

Elemento	420 típico (descripción típica AISI/ASTM)	S136 típico (caracterización del acero para moldes comerciales)
do	0,15–0,40% (templabilidad, resistencia)	Valor C controlado relativamente más alto (optimizado para dureza/pulido): específico del proveedor
Minnesota	≤ ~1% (desoxidación y resistencia)	Bajo contenido de manganeso (minimizado para mayor limpieza y resistencia a la corrosión)
Si	≤ ~1% (desoxidación)	Bajo contenido de silicio (controlado para facilitar el pulido y mejorar la calidad de la superficie)
PAG	≤ ~0,04% (impureza)	Muy bajo P (controlado para la corrosión y la capacidad de pulido)
S	≤ ~0,03–0,04% (impureza)	Muy bajo valor S (entre las alternativas para mejorar la maquinabilidad se puede incluir la microaleación).
Cr	~12–14% (comportamiento del acero inoxidable, templabilidad)	Cromo similar (proporciona resistencia a la corrosión); composición controlada con precisión.
Ni	Generalmente bajo o nulo (martensítico)	Normalmente mínimo o ausente (mantiene la respuesta martensítica); algunas variantes comerciales pueden incluir trazas de Ni.
Mes	Normalmente ausente en 420	Algunas variantes de S136 pueden incluir pequeñas adiciones de Mo o producirse con un control de impurezas más estricto para mejorar la resistencia a la corrosión localizada.
V	Trazas o niveles bajos (no es un elemento de aleación principal en el acero estándar 420)	Puede estar presente en pequeñas cantidades en variantes de acero para herramientas para refinar los carburos/el grano.
Nb/Ti/B	Normalmente no está presente (excepto trazas).	Puede ser utilizado en cantidades mínimas por los proveedores para controlar el grano y las inclusiones en fundidos S136 especializados.
norte	Bajo (acero inoxidable martensítico)	Bajo; se mantuvo controlado para evitar la formación de ferrita delta/nitruros que afectan la capacidad de pulido.

Notas: - El S136 se produce y especifica con un control más estricto de las impurezas (P, S) y las inclusiones no metálicas; su estrategia de aleación enfatiza una distribución fina y uniforme de carburos y una baja segregación para optimizar la capacidad de pulido y una resistencia a la corrosión consistente en toda la superficie. - El acero 420 utiliza una aleación más simple para proporcionar una templabilidad económica y resistencia a la corrosión; la amplia gama de contenidos de carbono en la familia 420 produce diferentes subgrados (por ejemplo, las variantes 420A, 420B, 420C históricamente difieren por el contenido de carbono).

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructuras típicas:
• Ambos grados son aceros inoxidables martensíticos tras un temple adecuado. La microestructura consiste principalmente en martensita con cantidades y morfologías variables de carburos de cromo.
• S136: producido y tratado térmicamente para obtener una martensita fina y homogénea con un bajo nivel de carburos primarios grandes y una distribución controlada de carburos secundarios. Los proveedores pueden utilizar pulvimetalurgia o procesos de fusión refinados para reducir la segregación, lo que proporciona un acabado superficial superior tras el pulido.

• 420: forjado o fundido convencionalmente; matriz martensítica con carburos de cromo de distribución más gruesa en comparación con los aceros para moldes de alta precisión. La cantidad de carburos depende en gran medida del contenido de carbono y del historial térmico.

• Respuesta al tratamiento térmico:

• Ambos grados responden a la austenización, el temple y el revenido. La dureza, la resistencia y la tenacidad dependen en gran medida del contenido de carbono, la temperatura de austenización, el medio de temple y el régimen de revenido.
• El acero S136 se suministra habitualmente en estado preendurecido y con acabado superficial; acepta tratamientos criogénicos o bajo cero y ciclos de revenido optimizados para mantener la resistencia a la corrosión y minimizar la distorsión en las herramientas.

• El acero 420 se somete a tratamiento térmico para obtener una amplia gama de durezas para diferentes aplicaciones: variantes con menor contenido de carbono para mecanizado y dureza moderada; variantes con mayor contenido de carbono para mayor dureza después del temple y revenido.

• Normalización / procesamiento termomecánico:

• El acero S136 se beneficia de una normalización controlada y, potencialmente, de un tratamiento a temperaturas bajo cero para reducir la austenita retenida y refinar los carburos.
• El acero 420 puede normalizarse/recocerse para mejorar su maquinabilidad antes del endurecimiento final.

4. Propiedades mecánicas

Propiedad	S136 (comportamiento típico)	420 (comportamiento típico)
Resistencia a la tracción	Alta dureza una vez tratado térmicamente por completo (diseñado para una alta dureza y resistencia a la compresión en moldes).	De moderado a alto, dependiendo del contenido de carbono y el tratamiento térmico.
Fuerza de fluencia	Alto en condición endurecida	Moderado a alto
Alargamiento (%)	Menor en estado endurecido (frágil a muy alta dureza)	Ductilidad comparable o ligeramente superior con la misma dureza si se utiliza una variante con menor contenido de carbono.
resistencia al impacto	De moderada a baja dureza; las variantes optimizadas y el revenido mejoran la tenacidad.	Variable; el acero 420 con menor contenido de carbono tiende a tener mejor tenacidad que las variantes de alta dureza con alto contenido de carbono.
Dureza (HRC)	Diseñado para una alta dureza superficial y resistencia al desgaste (generalmente se suministra en estado templado y revenido para herramientas).	Amplio rango de dureza; puede endurecerse considerablemente dependiendo del carbono.

Explicación: - El acero S136 suele lograr una alta dureza superficial e integridad superficial con carburos cuidadosamente controlados, lo que mejora la resistencia al desgaste y la capacidad de pulido, pero puede reducir la tenacidad volumétrica si se lleva a una dureza extrema. Las propiedades del acero 420 varían más según su grado de carbono. El acero 420 con menor contenido de carbono es más dúctil y tenaz, con una dureza moderada; el acero 420 con mayor contenido de carbono se aproxima a la dureza del S136, pero puede presentar carburos de mayor tamaño y un acabado superficial menos predecible.

5. Soldabilidad

La soldabilidad depende del contenido de carbono, la templabilidad (Cr y aleación) y el contenido de impurezas/microaleaciones. Dos índices empíricos comunes son útiles para la interpretación cualitativa:

• Instituto Internacional de Equivalente de Carbono en Soldadura: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Parámetro tipo Dearden y O'Neill ($P_{cm}$): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: Un mayor contenido de carbono y cromo aumenta la templabilidad y el riesgo de fisuración en la zona afectada por el calor (ZAC). El acero S136, al estar optimizado para una alta dureza y, a menudo, presentar un mayor contenido de carbono efectivo y partículas de carburo fino, suele ser más difícil de soldar que las variantes 420 con bajo contenido de carbono. La soldabilidad del acero 420 varía según el subgrado: el acero 420 con menor contenido de carbono es relativamente más soldable; el acero 420 con mayor contenido de carbono y el S136 requieren precalentamiento, temperatura entre pasadas controlada y tratamiento térmico posterior a la soldadura para evitar el agrietamiento de la ZAT y la formación excesiva de martensita. - Además, la estricta estrategia de limpieza y baja impureza del S136 significa que la soldadura puede alterar localmente la condición de la superficie, lo que podría degradar la resistencia a la corrosión cerca de las soldaduras a menos que se suelden y se traten posteriormente con cuidado.

6. Corrosión y protección de superficies

• En el caso de los aceros inoxidables martensíticos, la resistencia general a la corrosión depende principalmente del contenido de cromo y del estado de la superficie. Ni el S136 ni el 420 ofrecen la resistencia a la corrosión por picaduras de los aceros inoxidables austeníticos o dúplex cuando se exponen a ambientes ricos en cloruros.
• El PREN (Número Equivalente de Resistencia a la Picadura) se utiliza comúnmente para evaluar la resistencia a la picadura en aceros inoxidables: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Aplicación de PREN:
• Tanto para el S136 como para el 420, los valores de PREN son modestos porque los contenidos de Mo y N son bajos; la superficie más limpia y la química controlada del S136 a menudo producen un mejor rendimiento de corrosión local que el 420 genérico después del pulido y en medios menos agresivos.
• Alternativas/protección no inoxidables:
• Cuando se requiera una mayor protección contra la corrosión para cualquiera de los grados, considere los tratamientos superficiales: níquel químico, cromado duro (teniendo en cuenta las restricciones ambientales y reglamentarias), nitruración (para el desgaste, beneficio limitado contra la corrosión), pasivación o recubrimientos de barrera (pinturas, recubrimientos de polímeros).
• Para una resistencia ambiental superior a la que proporcionan estos materiales martensíticos, considere los aceros inoxidables austeníticos, los aceros dúplex o las aleaciones a base de níquel.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad:
• Las variantes 420 con menor contenido de carbono son más fáciles de mecanizar en estado recocido. El acero S136, debido a su mayor contenido de carbono, su templabilidad y su potencial alta dureza en estado de suministro, puede ser más difícil de mecanizar; muchas placas de S136 se suministran preendurecidas y pueden requerir electroerosión o rectificado en lugar de mecanizado convencional.
• Formabilidad:
• Ambas aleaciones presentan limitaciones en su conformabilidad en frío tras el endurecimiento. En estado recocido, la aleación 420 se puede conformar razonablemente bien; la conformabilidad de la aleación S136 depende del temple del proveedor, pero está principalmente orientada a la fabricación de moldes, más que al conformado de chapa.
• Acabado superficial:
• El S136 está optimizado para el pulido y los acabados superficiales de alto brillo, prestando atención al bajo contenido de inclusiones y a la fina dispersión de carburos.
• El acero 420 se puede pulir, pero a menudo produce un acabado espejo menos uniforme en comparación con el S136, a menos que se procese especialmente.

8. Aplicaciones típicas

S136 (acero inoxidable de calidad para moldes)	420 (Acero inoxidable martensítico)
Moldes de inyección de plástico de alta calidad con cavidades pulidas a espejo	Cubiertos, instrumental quirúrgico (algunas variantes), ejes, componentes de válvulas
Moldes que requieren un pulido constante y una resistencia moderada a la corrosión	Elementos de fijación, componentes de bombas, piezas estructurales donde se requiere acero inoxidable y dureza
Insertos para fundición a presión, herramientas para trabajo en frío donde el acabado superficial y la resistencia a la corrosión son críticos	Componentes reforzados de uso general donde el costo y la disponibilidad determinan la selección

Justificación de la selección: - Elija S136 cuando el acabado superficial, la retención del pulido y la resistencia constante a la corrosión en las cavidades del molde sean primordiales. - Elija el acero inoxidable 420 para piezas de acero inoxidable endurecido rentables donde una excelente capacidad de pulido sea menos crítica.

9. Costo y disponibilidad

• 420: Ampliamente disponible en todo el mundo en barras, varillas, placas y láminas; generalmente de menor costo debido a la metalurgia estandarizada y a la amplia base de suministro.
• S136: Acero para moldes especializado, disponible a través de proveedores y distribuidores de acero para herramientas; generalmente tiene un costo por kg más elevado y, en ocasiones, plazos de entrega más largos para grandes dimensiones o acabados superficiales específicos. El S136 suele ofrecerse en formatos preendurecidos y prepulidos, lo que aporta valor añadido para aplicaciones de utillaje.

10. Resumen y recomendación

Atributo	S136	420
soldabilidad	De dificultad moderada a difícil (requiere controles)	Variable — más fácil para variantes bajas en C
Resistencia-Tenacidad (tal como se suministra)	Alta dureza y resistencia; la tenacidad depende del temple.	Variable; los grados C inferiores ofrecen mayor tenacidad con una resistencia moderada.
Costo	Superior (procesamiento especializado y controlado)	Inferior (estandarizado, ampliamente disponible)

Conclusiones y recomendaciones: - Elija S136 si: - Su aplicación requiere un pulido de calidad espejo, una integridad superficial uniforme y una mayor resistencia a la corrosión localizada en herramientas o moldes. - Usted acepta un mayor costo de material y una fabricación potencialmente más restrictiva (electroerosión, rectificado, soldadura especializada/tratamiento posterior a la soldadura). - Elige 420 si: - Necesitas un acero inoxidable endurecible y económico para componentes generales donde no se requiere una excelente capacidad de pulido ni una resistencia a la corrosión de moldes de primer nivel. - Se necesita una amplia disponibilidad en muchas formas de producto y un mecanizado convencional más sencillo (para variantes con menor contenido de carbono).

Nota final: Ambos grados deben seleccionarse teniendo en cuenta el subgrado específico, el procesamiento del proveedor (p. ej., preendurecido frente a recocido) y el programa de tratamiento térmico previsto. Para herramientas críticas o componentes con un acabado superficial de alta calidad, consulte al proveedor de acero para obtener información sobre las fórmulas de tratamiento térmico, las condiciones de entrega y las recomendaciones de soldadura/reparación adaptadas a la variante de aleación elegida.