Acero resistente al calor: propiedades y aplicaciones clave

El acero resistente al calor es una categoría especializada de acero, diseñada para mantener sus propiedades mecánicas a temperaturas elevadas. Estos aceros se clasifican principalmente como aceros aleados, que suelen contener cantidades significativas de cromo, níquel y molibdeno, lo que mejora su resistencia a la oxidación y la deformación por fluencia. Los principales elementos de aleación del acero resistente al calor incluyen:

• Cromo (Cr) : mejora la resistencia a la oxidación y aumenta la resistencia a altas temperaturas.
• Níquel (Ni) : Aumenta la tenacidad y la ductilidad a temperaturas elevadas.
• Molibdeno (Mo) : Mejora la resistencia y la resistencia al ablandamiento a altas temperaturas.

Características y propiedades

Los aceros resistentes al calor se caracterizan por su capacidad para soportar altas temperaturas manteniendo la integridad estructural. Sus principales propiedades incluyen:

• Resistencia a altas temperaturas : conserva la resistencia y la dureza a temperaturas elevadas.
• Resistencia a la oxidación : forma una capa de óxido protectora que evita una mayor degradación.
• Resistencia a la fluencia : Capacidad de resistir la deformación bajo exposición prolongada a altas temperaturas y tensiones.

Ventajas y limitaciones

Ventajas	Contras
Excelente resistencia a altas temperaturas	Mayor coste en comparación con los aceros estándar
Buena resistencia a la oxidación	Disponibilidad limitada en algunos grados
Adecuado para entornos extremos.	Puede requerir técnicas de soldadura especiales.

Los aceros resistentes al calor se utilizan comúnmente en industrias como la generación de energía, la aeroespacial y la petroquímica. Su importancia histórica reside en su desarrollo para aplicaciones que requieren durabilidad y fiabilidad en condiciones adversas.

Nombres alternativos, estándares y equivalentes

Organización estándar	Designación/Grado	País/Región de origen	Notas/Observaciones
UNS	S31000	EE.UU	Acero inoxidable austenítico, buena resistencia a la oxidación.
AISI	310	EE.UU	Similar a UNS S31000, a menudo se usan indistintamente
ASTM	A213	EE.UU	Especificación estándar para tubos de acero aleados ferríticos y austeníticos sin costura
ES	1.4845	Europa	Equivalente a AISI 310, pequeñas diferencias de composición.
JIS	SUS310S	Japón	Similar al AISI 310, menor contenido de carbono para una mejor soldabilidad

Las diferencias entre estos grados pueden afectar el rendimiento, especialmente en términos de soldabilidad y resistencia a la oxidación. Por ejemplo, aunque UNS S31000 y AISI 310 suelen usarse indistintamente, el tratamiento térmico y el procesamiento específicos pueden provocar variaciones en las propiedades mecánicas.

Propiedades clave

Composición química

Elemento (Símbolo y Nombre)	Rango porcentual (%)
Carbono (C)	0,08 - 0,15
Cromo (Cr)	19.0 - 22.0
Níquel (Ni)	9.0 - 12.0
Molibdeno (Mo)	0.0 - 0.5
Silicio (Si)	0.0 - 1.0
Manganeso (Mn)	0.0 - 2.0
Fósforo (P)	≤ 0,045
Azufre (S)	≤ 0,030

El cromo es crucial para la resistencia a la oxidación, mientras que el níquel mejora la tenacidad. El molibdeno contribuye a la resistencia a altas temperaturas, lo que hace que estos elementos sean vitales para el rendimiento de los aceros resistentes al calor.

Propiedades mecánicas

Propiedades a temperatura ambiente

Propiedad	Condición/Temperamento	Valor/rango típico (métrico)	Valor/rango típico (imperial)	Norma de referencia para el método de prueba
Resistencia a la tracción	Recocido	515 - 690 MPa	75 - 100 ksi	ASTM E8
Límite elástico (0,2 % de compensación)	Recocido	205 - 310 MPa	30 - 45 ksi	ASTM E8
Alargamiento	Recocido	40 - 50%	40 - 50%	ASTM E8
Dureza (Rockwell B)	Recocido	70 - 90 HRB	70 - 90 HRB	ASTM E18

Propiedades de temperatura elevada

Propiedad	Condición/Temperamento	Temperatura de prueba	Valor/rango típico (métrico)	Valor/rango típico (imperial)	Norma de referencia para el método de prueba
Fuerza de fluencia	1000°C	1000°C	100 - 150 MPa	14,5 - 21,8 ksi	ASTM E139
Dureza	Templado y revenido	600°C	150 - 200 HB	150 - 200 HB	ASTM E10

La combinación de alta resistencia a la tracción y elongación hace que el acero resistente al calor sea adecuado para aplicaciones que requieren tanto resistencia como ductilidad bajo carga mecánica, particularmente en entornos de alta temperatura.

Propiedades físicas

Propiedad	Condición/Temperatura	Valor (métrico)	Valor (Imperial)
Densidad	Temperatura ambiente	7,9 g/cm³	0,284 lb/pulgada³
Punto de fusión	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Conductividad térmica	Temperatura ambiente	16 W/m·K	92 BTU·pulgada/(hora·pie²·°F)
Capacidad calorífica específica	Temperatura ambiente	500 J/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Resistividad eléctrica	Temperatura ambiente	0,72 µΩ·m	0,0000013 Ω·pulgada

La densidad y el punto de fusión son críticos para aplicaciones que involucran altas cargas térmicas, mientras que la conductividad térmica afecta la disipación del calor en componentes expuestos a temperaturas extremas.

Resistencia a la corrosión

Agente corrosivo	Concentración (%)	Temperatura (°C/°F)	Clasificación de resistencia	Notas
Ácido sulfúrico	10%	25 °C/77 °F	Justo	Riesgo de picaduras
cloruros	3%	60°C/140°F	Bien	Susceptible al agrietamiento por corrosión bajo tensión
Atmosférico	-	-	Excelente	Forma una capa protectora de óxido

El acero resistente al calor presenta una buena resistencia a diversos entornos corrosivos, especialmente en aplicaciones de alta temperatura. Sin embargo, puede ser susceptible a picaduras y corrosión bajo tensión en entornos con cloruros. En comparación con otros grados, como el AISI 316, el acero resistente al calor puede ofrecer un rendimiento superior a altas temperaturas, pero podría ser inferior en ciertos entornos ácidos.

Resistencia al calor

Propiedad/Límite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Observaciones
Temperatura máxima de servicio continuo	1150°C	2100°F	Adecuado para exposición prolongada.
Temperatura máxima de servicio intermitente	1200°C	2192°F	Exposición a corto plazo
Temperatura de escala	1000°C	1832°F	Comienza a perder resistencia a la oxidación.
Consideraciones sobre la resistencia a la fluencia	800°C	1472°F	Crítico para el diseño

El acero resistente al calor ofrece un buen rendimiento a temperaturas elevadas, manteniendo la integridad mecánica y la resistencia a la oxidación. Sin embargo, puede producirse incrustaciones a temperaturas superiores a 1000 °C, lo que requiere una cuidadosa consideración en el diseño y la aplicación.

Propiedades de fabricación

Soldabilidad

Proceso de soldadura	Metal de relleno recomendado (clasificación AWS)	Gas/fundente de protección típico	Notas
TIG	ER310	Argón	Bueno para secciones delgadas
MIG	ER310	Argón/CO2	Adecuado para secciones más gruesas.
Palo	E310	-	Requiere precalentamiento

El acero resistente al calor puede soldarse mediante diversos métodos, pero suele ser necesario precalentarlo para evitar el agrietamiento. También puede requerirse un tratamiento térmico posterior a la soldadura para aliviar las tensiones.

Maquinabilidad

Parámetros de mecanizado	Acero resistente al calor	AISI 1212	Notas/Consejos
Índice de maquinabilidad relativa	50	100	Requiere velocidades más lentas
Velocidad de corte típica (torneado)	20 metros por minuto	40 metros por minuto	Utilice herramientas de carburo

La maquinabilidad es menor en comparación con los aceros estándar, por lo que se requieren herramientas y velocidades de corte específicas para lograr resultados óptimos.

Formabilidad

El acero resistente al calor se puede conformar mediante procesos tanto en frío como en caliente. El conformado en frío puede provocar endurecimiento por deformación, mientras que el conformado en caliente permite formas más complejas sin riesgo significativo de agrietamiento.

Tratamiento térmico

Proceso de tratamiento	Rango de temperatura (°C/°F)	Tiempo típico de remojo	Método de enfriamiento	Propósito principal / Resultado esperado
Recocido	1000 - 1150 °C / 1832 - 2102 °F	1 - 2 horas	Aire fresco	Reducir la dureza, mejorar la ductilidad.
Temple	900 - 1000 °C / 1652 - 1832 °F	30 minutos	Agua/aceite	Aumentar la dureza
Templado	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 hora	Aire fresco	Reducir la fragilidad

Los procesos de tratamiento térmico afectan significativamente la microestructura y las propiedades del acero resistente al calor, mejorando su desempeño en aplicaciones de alta temperatura.

Aplicaciones típicas y usos finales

Industria/Sector	Ejemplo de aplicación específica	Propiedades clave del acero utilizadas en esta aplicación	Motivo de la selección (breve)
Generación de energía	Tubos de caldera	Resistencia a altas temperaturas, resistencia a la oxidación.	Esencial para la durabilidad en condiciones extremas.
Aeroespacial	Componentes del motor	Resistencia a la fluencia, tenacidad	Crítico para la seguridad y el rendimiento
Petroquímico	Vasijas de reactor	Resistencia a la corrosión, resistencia a altas temperaturas.	Necesario para la confiabilidad en entornos hostiles

Otras aplicaciones incluyen:

• • Intercambiadores de calor
• • hornos industriales
• • turbinas de gas

El acero resistente al calor se elige para estas aplicaciones debido a su capacidad para soportar temperaturas extremas y ambientes corrosivos, lo que garantiza longevidad y confiabilidad.

Consideraciones importantes, criterios de selección y más información

Característica/Propiedad	Acero resistente al calor	AISI 316	AISI 304	Breve nota de pros y contras o compensación
Propiedad mecánica clave	Resistencia a altas temperaturas	Buena resistencia a la corrosión	Buena formabilidad	El acero resistente al calor destaca en aplicaciones de alta temperatura.
Aspecto clave de la corrosión	Moderado en ácidos	Excelente en cloruros	Bueno en atmósfera	El 316 ofrece una mejor resistencia a la corrosión en ciertos entornos.
Soldabilidad	Requiere precalentamiento	Bien	Bien	El acero resistente al calor puede necesitar técnicas especiales.
Maquinabilidad	Moderado	Bien	Bien	El acero resistente al calor requiere velocidades más lentas
Costo relativo aproximado	Más alto	Moderado	Más bajo	El costo refleja las capacidades de rendimiento
Disponibilidad típica	Limitado	Ampliamente disponible	Ampliamente disponible	La disponibilidad puede afectar los plazos del proyecto

Al seleccionar acero resistente al calor, se deben considerar la rentabilidad, la disponibilidad y los requisitos específicos de rendimiento. Sus propiedades únicas lo hacen adecuado para aplicaciones específicas donde los aceros estándar pueden fallar, lo que proporciona una ventaja crucial en entornos exigentes.