Acero inoxidable serie 400: propiedades y aplicaciones clave

El acero inoxidable de la serie 400 es una categoría de acero inoxidable compuesta principalmente por aceros inoxidables ferríticos y martensíticos. Estos grados se caracterizan por su alto contenido de cromo, que suele oscilar entre el 11 % y el 30 %, lo que proporciona una excelente resistencia a la corrosión y a altas temperaturas. Los principales elementos de aleación de la serie 400 incluyen cromo, carbono y, en algunos casos, níquel. La presencia de cromo es crucial, ya que forma una capa pasiva sobre la superficie del acero, mejorando su resistencia a la oxidación y la corrosión.

Descripción general completa

La Serie 400 se clasifica en dos tipos principales: aceros inoxidables ferríticos y martensíticos. Los grados ferríticos, como el 430, son conocidos por su buena resistencia a la corrosión y conformabilidad, mientras que los grados martensíticos, como el 410 y el 420, ofrecen mayor resistencia y dureza, pero son menos resistentes a la corrosión. El equilibrio de cromo y carbono en estos aceros influye en sus propiedades mecánicas, haciéndolos adecuados para diversas aplicaciones.

Características significativas:
- Resistencia a la corrosión: generalmente buena, pero varía según el grado específico.
- Resistencia y dureza: Los grados martensíticos exhiben mayor resistencia y dureza debido a su contenido de carbono.
- Soldabilidad: Varía significativamente; los grados ferríticos son más soldables que los grados martensíticos.
- Propiedades magnéticas: Los grados ferríticos son magnéticos, mientras que los grados martensíticos pueden ser magnéticos dependiendo de su tratamiento térmico.

Ventajas:
- Alta resistencia y dureza (especialmente grados martensíticos).
- Buena resistencia a la oxidación y a la formación de incrustaciones a temperaturas elevadas.
- Rentable en comparación con los aceros inoxidables austeníticos.

Limitaciones:
- Resistencia a la corrosión limitada en comparación con los grados austeníticos.
- Susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión en determinados entornos.
- Menor ductilidad y tenacidad, especialmente en los grados martensíticos.

Históricamente, la Serie 400 ha sido importante en aplicaciones que requieren resistencia a la corrosión moderada y alta resistencia, como componentes automotrices, utensilios de cocina y equipos industriales.

Nombres alternativos, estándares y equivalentes

Organización estándar	Designación/Grado	País/Región de origen	Notas/Observaciones
UNS	S41000	EE.UU	Martensítico, buena dureza.
AISI/SAE	410	EE.UU	De uso común para cubiertos.
ASTM	A240	EE.UU	Especificación estándar para placas de acero inoxidable
ES	1.4006	Europa	Grado ferrítico, buena conformabilidad.
ESTRUENDO	X20Cr13	Alemania	Similar al AISI 410, con pequeñas diferencias de composición.
JIS	SUS410	Japón	Equivalente a AISI 410
GB	0Cr13	Porcelana	Equivalente a AISI 410

Las diferencias entre estos grados pueden afectar la selección según los requisitos específicos de rendimiento. Por ejemplo, si bien UNS S41000 y AISI 410 son equivalentes en cuanto a propiedades mecánicas, el procesamiento y el tratamiento térmico específicos pueden dar lugar a variaciones en el rendimiento.

Propiedades clave

Composición química

Elemento (Símbolo y Nombre)	Rango porcentual (%)
Cr (cromo)	11.5 - 13.5
C (Carbono)	0,08 máximo
Ni (níquel)	0,75 máximo
Mn (manganeso)	1.0 máximo
Si (silicio)	1.0 máximo
P (Fósforo)	0,04 máximo
S (Azufre)	0,03 máximo

El cromo es el principal elemento de aleación que mejora la resistencia a la corrosión y a la oxidación. El carbono aumenta la dureza y la resistencia, especialmente en los grados martensíticos. El níquel, aunque presente en bajas cantidades, puede mejorar la tenacidad y la ductilidad.

Propiedades mecánicas

Propiedad	Condición/Temperamento	Temperatura de prueba	Valor/rango típico (métrico)	Valor/rango típico (imperial)	Norma de referencia para el método de prueba
Resistencia a la tracción	Recocido	Temperatura ambiente	480 - 620 MPa	70 - 90 ksi	ASTM E8
Límite elástico (0,2 % de compensación)	Recocido	Temperatura ambiente	275 - 410 MPa	40 - 60 ksi	ASTM E8
Alargamiento	Recocido	Temperatura ambiente	20 - 30%	20 - 30%	ASTM E8
Dureza (Rockwell C)	Recocido	Temperatura ambiente	20 - 30 HRC	20 - 30 HRC	ASTM E18
Resistencia al impacto	Recocido	-20 °C (-4 °F)	30 - 50 J	22 - 37 pies-lbf	ASTM E23

La combinación de estas propiedades mecánicas hace que la Serie 400 sea adecuada para aplicaciones que requieren alta resistencia y resistencia moderada a la corrosión, como en las industrias automotriz y aeroespacial.

Propiedades físicas

Propiedad	Condición/Temperatura	Valor (métrico)	Valor (Imperial)
Densidad	Temperatura ambiente	7,75 g/cm³	0,28 lb/pulgada³
Punto/rango de fusión	-	1400 - 1450 °C	2550 - 2642 °F
Conductividad térmica	Temperatura ambiente	25 W/m·K	14,5 BTU·pulgada/h·pie²·°F
Capacidad calorífica específica	Temperatura ambiente	500 J/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Resistividad eléctrica	Temperatura ambiente	0,73 µΩ·m	0,0000013 Ω·pulgada
Coeficiente de expansión térmica	20 - 100 °C	10,5 x 10⁻⁶/K	5,8 x 10⁻⁶/°F

Propiedades físicas clave, como la densidad y el punto de fusión, son importantes para aplicaciones en entornos de alta temperatura. La conductividad térmica indica la capacidad del material para disipar el calor, lo cual es crucial en aplicaciones como los sistemas de escape.

Resistencia a la corrosión

Agente corrosivo	Concentración (%)	Temperatura (°C/°F)	Clasificación de resistencia	Notas
cloruros	3-10	20-60 / 68-140	Justo	Riesgo de picaduras
Ácido sulfúrico	10-20	20-40 / 68-104	Pobre	No recomendado
Ácido acético	5-10	20-60 / 68-140	Bien	Resistencia moderada
Atmosférico	-	-	Excelente	Buena resistencia

La Serie 400 presenta distintos grados de resistencia a la corrosión según el entorno. Si bien presenta un buen rendimiento en condiciones atmosféricas, es susceptible a la corrosión por picaduras en entornos con cloruros y debe evitarse en condiciones ácidas. En comparación con los grados austeníticos como el 304, la Serie 400 presenta una menor resistencia a los agentes corrosivos, lo que la hace menos adecuada para entornos hostiles.

Resistencia al calor

Propiedad/Límite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Observaciones
Temperatura máxima de servicio continuo	815	1500	Adecuado para aplicaciones de alta temperatura.
Temperatura máxima de servicio intermitente	870	1600	Sólo exposición a corto plazo
Temperatura de escala	600	1112	Riesgo de escalamiento por encima de esta temperatura
Fuerza de fluencia	600	1112	Comienza a degradarse a esta temperatura.

A temperaturas elevadas, la Serie 400 mantiene su resistencia, pero puede sufrir oxidación y descamación. La temperatura máxima de servicio continuo indica el límite superior para una exposición prolongada, mientras que la temperatura de descamación destaca el riesgo de degradación de la superficie.

Propiedades de fabricación

Soldabilidad

Proceso de soldadura	Metal de relleno recomendado (clasificación AWS)	Gas/fundente de protección típico	Notas
TIG	ER410	Argón	Se recomienda precalentar
MIG	ER308L	Argón + CO2	Bueno para secciones delgadas
Palo	E410	-	Adecuado para trabajos al aire libre.

La soldabilidad varía significativamente dentro de la Serie 400. Los grados ferríticos suelen ser más soldables que los martensíticos, que pueden requerir precalentamiento para evitar el agrietamiento. El tratamiento térmico posterior a la soldadura puede mejorar las propiedades de la misma.

Maquinabilidad

Parámetros de mecanizado	[Serie 400]	AISI 1212	Notas/Consejos
Índice de maquinabilidad relativa	60	100	Menor maquinabilidad que 1212
Velocidad de corte típica (torneado)	30 metros por minuto	50 metros por minuto	Ajustar las herramientas para un mejor rendimiento

La maquinabilidad es moderada en la Serie 400, siendo los grados martensíticos más difíciles de mecanizar debido a su dureza. El uso de herramientas y velocidades de corte adecuadas son esenciales para un rendimiento óptimo.

Formabilidad

La Serie 400 presenta una conformabilidad limitada, especialmente en los grados martensíticos, que son propensos a agrietarse durante el trabajo en frío. Los grados ferríticos ofrecen mejor conformabilidad y pueden conformarse en frío con técnicas adecuadas.

Tratamiento térmico

Proceso de tratamiento	Rango de temperatura (°C/°F)	Tiempo típico de remojo	Método de enfriamiento	Propósito principal / Resultado esperado
Recocido	800 - 900 / 1472 - 1652	1 - 2 horas	Aire	Aliviar el estrés, mejorar la ductilidad.
Endurecimiento	1000 - 1100 / 1832 - 2012	30 minutos	Aceite	Aumentar la dureza y la resistencia.
Templado	400 - 600 / 752 - 1112	1 hora	Aire	Reduce la fragilidad, mejora la tenacidad.

Los procesos de tratamiento térmico afectan significativamente la microestructura y las propiedades de la Serie 400. El recocido puede mejorar la ductilidad, mientras que el endurecimiento aumenta la resistencia, por lo que es esencial seleccionar el tratamiento adecuado según la aplicación deseada.

Aplicaciones típicas y usos finales

Industria/Sector	Ejemplo de aplicación específica	Propiedades clave del acero utilizadas en esta aplicación	Motivo de la selección (breve)
Automotor	Sistemas de escape	Resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión.	Durabilidad y rendimiento
Batería de cocina	Cuchillería	Dureza, retención del filo	Nitidez y longevidad
Petróleo y gas	Componentes de la válvula	Resistencia, resistencia a altas temperaturas.	Fiabilidad en entornos hostiles
Construcción	sujetadores	Alta resistencia, resistencia moderada a la corrosión.	Integridad estructural

Otras aplicaciones incluyen:
- Equipos industriales
- Ferretería marina
- Aplicaciones arquitectónicas

La selección de la Serie 400 para estas aplicaciones se debe a menudo a su equilibrio entre resistencia, dureza y resistencia moderada a la corrosión, lo que la hace adecuada para entornos donde estas propiedades son críticas.

Consideraciones importantes, criterios de selección y más información

Característica/Propiedad	[Serie 400]	[AISI 304]	[AISI 316]	Breve nota de pros y contras o compensación
Propiedad mecánica clave	Moderado	Alto	Alto	304 y 316 ofrecen una mejor resistencia a la corrosión
Aspecto clave de la corrosión	Justo	Excelente	Excelente	La serie 400 es menos resistente a los cloruros.
Soldabilidad	Moderado	Bien	Bien	La serie 400 puede requerir precalentamiento
Maquinabilidad	Moderado	Bien	Justo	La serie 400 es más difícil de mecanizar
Formabilidad	Limitado	Bien	Bien	Los grados ferríticos son más moldeables
Costo relativo aproximado	Más bajo	Más alto	Más alto	Rentable para aplicaciones moderadas
Disponibilidad típica	Común	Muy común	Común	La serie 400 está ampliamente disponible

Al seleccionar la Serie 400, se deben considerar la rentabilidad, la disponibilidad y los requisitos específicos de resistencia mecánica y a la corrosión. Si bien puede no igualar el rendimiento de los grados austeníticos en entornos corrosivos, su resistencia y dureza la hacen adecuada para muchas aplicaciones donde se priorizan estas propiedades. Además, las propiedades magnéticas de los grados ferríticos pueden ser ventajosas en ciertas aplicaciones, como en componentes eléctricos.

En conclusión, el acero inoxidable Serie 400 ofrece una combinación única de propiedades que lo hacen adecuado para diversas aplicaciones de ingeniería. Su equilibrio entre resistencia, dureza y resistencia moderada a la corrosión, junto con su rentabilidad, lo posiciona como un material valioso dentro de la familia de los aceros inoxidables.