Acero inoxidable aleación 20: propiedades y aplicaciones clave

La aleación 20, también conocida como Carpenter 20 o UNS N08020, es una aleación de níquel-cromo-molibdeno diseñada para ofrecer una excelente resistencia a la corrosión, especialmente en entornos con ácido sulfúrico. Se clasifica como un acero inoxidable austenítico, caracterizado por su alto contenido de níquel, que le proporciona una mayor resistencia a la corrosión por picaduras y grietas. Los principales elementos de aleación incluyen níquel (Ni), cromo (Cr) y molibdeno (Mo), cada uno de los cuales contribuye al rendimiento y la durabilidad general de la aleación.

Descripción general completa

La aleación 20 se utiliza principalmente en aplicaciones donde la resistencia a entornos corrosivos es crucial. Su composición suele incluir alrededor de un 20 % de níquel, un 20 % de cromo y entre un 2 % y un 3 % de molibdeno, lo que, en conjunto, mejora su resistencia a diversos agentes corrosivos, en particular al ácido sulfúrico. El alto contenido de níquel estabiliza la estructura austenítica, garantizando una buena ductilidad y tenacidad, mientras que el cromo proporciona resistencia a la oxidación y el molibdeno mejora la resistencia a las picaduras.

Ventajas:
- Resistencia a la corrosión: Resistencia excepcional al ácido sulfúrico y otros ambientes corrosivos.
- Ductilidad y Tenacidad: Mantiene buenas propiedades mecánicas incluso a bajas temperaturas.
- Soldabilidad: Apto para diversos procesos de soldadura sin riesgo significativo de agrietamiento.

Limitaciones:
- Coste: Un mayor contenido de níquel supone mayores costes de material en comparación con los aceros inoxidables estándar.
- Endurecimiento por trabajo: puede ser difícil de mecanizar debido a las características de endurecimiento por trabajo.

La aleación 20 tiene una importante presencia en el mercado de industrias como la química, la farmacéutica y la alimentaria, donde su resistencia a la corrosión es fundamental. Históricamente, ha sido la opción preferida para aplicaciones con productos químicos agresivos, lo que la convierte en un elemento fundamental en el campo de la ciencia de los materiales.

Nombres alternativos, estándares y equivalentes

Organización estándar	Designación/Grado	País/Región de origen	Notas/Observaciones
UNS	N08020	EE.UU	Equivalente más cercano al AISI 316L pero con mejor resistencia al ácido sulfúrico.
ASTM	A387 Grupo 20	EE.UU	Se utiliza para recipientes a presión en entornos corrosivos.
ES	2.4660	Europa	Propiedades similares pero pueden tener ligeras diferencias de composición.
JIS	G 4305	Japón	Equivalente a SUS 316L con resistencia a la corrosión mejorada.

Las diferencias entre la aleación 20 y sus equivalentes suelen radicar en su composición específica y el rendimiento resultante en entornos específicos. Por ejemplo, mientras que el AISI 316L ofrece buena resistencia a la corrosión, la aleación 20 está específicamente formulada para un rendimiento superior en ácido sulfúrico, lo que la convierte en una mejor opción para ciertas aplicaciones.

Propiedades clave

Composición química

Elemento (Símbolo)	Rango porcentual (%)
Níquel (Ni)	19.0 - 21.0
Cromo (Cr)	19.0 - 21.0
Molibdeno (Mo)	2.0 - 3.0
Hierro (Fe)	Balance
Carbono (C)	≤ 0,03
Manganeso (Mn)	≤ 2.0
Silicio (Si)	≤ 1.0
Fósforo (P)	≤ 0,045
Azufre (S)	≤ 0,030

La función principal del níquel en la Aleación 20 es mejorar su resistencia a la corrosión y estabilizar la estructura austenítica, mientras que el cromo contribuye a la resistencia a la oxidación. El molibdeno es especialmente eficaz para mejorar la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas, lo que hace que la Aleación 20 sea adecuada para entornos químicos agresivos.

Propiedades mecánicas

Propiedad	Condición	Valor/rango típico (métrico)	Valor/rango típico (imperial)	Estándar de referencia
Resistencia a la tracción	Recocido	620 - 750 MPa	90 - 110 ksi	ASTM E8
Límite elástico (0,2 % de compensación)	Recocido	310 - 450 MPa	45 - 65 ksi	ASTM E8
Alargamiento	Recocido	40 - 50%	40 - 50%	ASTM E8
Dureza (Rockwell B)	Recocido	85 - 95 HRB	85 - 95 HRB	ASTM E18
Resistencia al impacto (Charpy)	-20°C	40 J	30 pies-lbf	ASTM E23

La combinación de alta resistencia a la tracción y al límite elástico, junto con una buena elongación, hace que la Aleación 20 sea adecuada para aplicaciones que requieren tanto resistencia como ductilidad. Su resistencia al impacto a bajas temperaturas garantiza su fiabilidad en entornos fríos, lo que la convierte en una opción versátil para diversas aplicaciones de ingeniería.

Propiedades físicas

Propiedad	Condición/Temperatura	Valor (métrico)	Valor (Imperial)
Densidad	Temperatura ambiente	8,0 g/cm³	0,289 lb/pulgada³
Punto de fusión	-	1370 - 1400 °C	2500 - 2550 °F
Conductividad térmica	Temperatura ambiente	14 W/m·K	81 BTU·pulgada/pie²·h·°F
Capacidad calorífica específica	Temperatura ambiente	500 J/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Resistividad eléctrica	Temperatura ambiente	0,7 µΩ·m	0,7 µΩ·pulgadas

La densidad de la Aleación 20 indica su considerable masa, lo cual resulta beneficioso en aplicaciones que requieren durabilidad. Su conductividad térmica es moderada, lo que la hace adecuada para aplicaciones térmicas sin pérdidas de calor excesivas. Su capacidad calorífica específica sugiere que puede absorber calor significativo sin cambios bruscos de temperatura, lo cual resulta ventajoso en entornos de procesamiento térmico.

Resistencia a la corrosión

Agente corrosivo	Concentración (%)	Temperatura (°C)	Clasificación de resistencia	Notas
Ácido sulfúrico	0 - 98	20 - 60	Excelente	Altamente resistente, picaduras mínimas.
cloruros	0 - 10	20 - 50	Bien	Riesgo de picaduras en concentraciones más altas.
Ácido acético	0 - 100	20 - 80	Bien	Generalmente resistente, pero se recomienda precaución a altas temperaturas.
Agua de mar	-	Ambiente	Justo	Susceptible a la corrosión localizada.

La aleación 20 presenta una resistencia excepcional al ácido sulfúrico, lo que la hace ideal para aplicaciones de procesamiento químico. Sin embargo, es importante destacar que, si bien ofrece un buen rendimiento en diversos entornos, puede ser susceptible a la corrosión localizada en entornos ricos en cloruro, especialmente a temperaturas elevadas. En comparación con grados como el AISI 316L, la aleación 20 ofrece un rendimiento superior en condiciones ácidas, pero podría no ser tan eficaz en entornos alcalinos.

Resistencia al calor

Propiedad/Límite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Observaciones
Temperatura máxima de servicio continuo	400 °C	752 °F	Adecuado para servicio continuo a esta temperatura.
Temperatura máxima de servicio intermitente	450 °C	842 °F	Puede soportar temperaturas más altas de forma intermitente.
Temperatura de escala	600 °C	1112 °F	Riesgo de formación de incrustaciones por encima de esta temperatura.

A temperaturas elevadas, la Aleación 20 conserva sus propiedades mecánicas y su resistencia a la corrosión, lo que la hace adecuada para aplicaciones con calor. Sin embargo, se debe tener cuidado y evitar la exposición prolongada a temperaturas superiores a 400 °C, ya que esto puede provocar incrustaciones y degradación de las propiedades.

Propiedades de fabricación

Soldabilidad

Proceso de soldadura	Metal de relleno recomendado (clasificación AWS)	Gas/fundente de protección típico	Notas
TIG	ERNiCr-3	Argón	Excelente para secciones delgadas.
MIG	ERNiCrMo-3	Argón + CO2	Bueno para secciones más gruesas.
SMAW	E NiCrFe-3	-	Adecuado para aplicaciones de campo.

La aleación 20 es altamente soldable, con un riesgo mínimo de agrietamiento durante los procesos de soldadura. Generalmente no se requiere precalentamiento, pero el tratamiento térmico posterior a la soldadura puede mejorar sus propiedades. Se debe tener cuidado al seleccionar los metales de aportación adecuados para garantizar la compatibilidad y el rendimiento.

Maquinabilidad

Parámetros de mecanizado	Aleación 20	AISI 1212	Notas/Consejos
Índice de maquinabilidad relativa	30%	100%	La aleación 20 es más difícil de mecanizar.
Velocidad de corte típica (torneado)	30 metros por minuto	60 metros por minuto	Utilice herramientas afiladas y avances apropiados.

El mecanizado de la aleación 20 puede ser más complejo que el de aceros al carbono debido a sus características de endurecimiento por deformación. Se recomienda utilizar herramientas afiladas y velocidades de corte adecuadas para minimizar el desgaste de la herramienta y lograr los acabados superficiales deseados.

Formabilidad

La aleación 20 presenta buena conformabilidad, lo que permite procesos de conformado en frío y en caliente. Puede doblarse y moldearse sin riesgo significativo de agrietamiento, aunque se debe tener cuidado para evitar un endurecimiento excesivo por acritud. Se deben respetar los radios de curvatura recomendados, especialmente en aplicaciones de conformado en frío.

Tratamiento térmico

Proceso de tratamiento	Rango de temperatura (°C/°F)	Tiempo típico de remojo	Método de enfriamiento	Propósito principal / Resultado esperado
Recocido en solución	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 minutos	Aire	Disuelve carburos, mejora la resistencia a la corrosión.
Alivio del estrés	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 hora	Aire	Reducir las tensiones residuales.

Los procesos de tratamiento térmico, como el recocido en solución, son fundamentales para optimizar la microestructura de la aleación 20. Este proceso ayuda a disolver los carburos y mejora la resistencia a la corrosión de la aleación, lo que garantiza un rendimiento óptimo en entornos agresivos.

Aplicaciones típicas y usos finales

Industria/Sector	Ejemplo de aplicación específica	Propiedades clave del acero utilizadas en esta aplicación	Motivo de la selección
Procesamiento químico	Tanques de almacenamiento de ácido sulfúrico	Resistencia a la corrosión, resistencia	Imprescindible para el manejo de productos químicos agresivos.
Farmacéutico	Equipos en la fabricación de medicamentos	Limpiabilidad, resistencia a la corrosión.	Garantiza la pureza y seguridad del producto.
Procesamiento de alimentos	Equipos de procesamiento	Resistencia a la corrosión, higiene.	Cumple estrictas normas sanitarias.

Otras aplicaciones incluyen:
- Petróleo y Gas: Componentes expuestos a ambientes corrosivos.
- Pulpa y Papel: Equipos para manejo de procesos de pulpa ácida.
- Aplicaciones Marinas: Componentes en ambientes de agua de mar.

La aleación 20 se elige para estas aplicaciones debido a su resistencia superior a la corrosión, particularmente en entornos donde otros aceros inoxidables pueden fallar.

Consideraciones importantes, criterios de selección y más información

Característica/Propiedad	Aleación 20	AISI 316L	Hastelloy C-276	Breve nota de pros y contras o compensación
Propiedad mecánica clave	Alta resistencia	Fuerza moderada	Alta resistencia	La aleación 20 ofrece un equilibrio entre resistencia y resistencia a la corrosión.
Aspecto clave de la corrosión	Excelente en ácidos	Bueno en general	Excelente en entornos hostiles	La aleación 20 destaca en el ácido sulfúrico, mientras que Hastelloy es mejor para condiciones extremas.
Soldabilidad	Bien	Excelente	Bien	La aleación 20 es adecuada para diversos procesos de soldadura.
Maquinabilidad	Moderado	Bien	Pobre	La aleación 20 es más difícil de mecanizar que la 316L.
Costo relativo aproximado	Alto	Moderado	Muy alto	Las consideraciones de costos son esenciales para los presupuestos de los proyectos.
Disponibilidad típica	Moderado	Alto	Bajo	La aleación 20 puede tener plazos de entrega más largos en comparación con la 316L.

Al seleccionar la Aleación 20, son cruciales consideraciones como el costo, la disponibilidad y los requisitos específicos de la aplicación. Sus propiedades únicas la hacen adecuada para aplicaciones especializadas, especialmente en entornos corrosivos, mientras que su mayor costo en comparación con los aceros inoxidables estándar debe justificarse por las necesidades de rendimiento.

En resumen, la Aleación 20 es un material versátil y altamente eficaz para aplicaciones que requieren una resistencia excepcional a la corrosión, especialmente en entornos con ácido sulfúrico. Sus propiedades mecánicas, soldabilidad y conformabilidad la convierten en la opción preferida en diversas industrias, a pesar de su mayor coste y las dificultades de mecanizado.