Acero inoxidable martensítico: propiedades y aplicaciones clave

El acero inoxidable martensítico es una categoría única de acero inoxidable que se caracteriza por su alta resistencia y dureza, logradas mediante un proceso de tratamiento térmico específico. Clasificados principalmente como aceros con alto contenido de carbono, los aceros inoxidables martensíticos suelen contener entre un 12 % y un 18 % de cromo y cantidades variables de carbono, que pueden oscilar entre el 0,1 % y más del 1 %. Los principales elementos de aleación, cromo y carbono, influyen significativamente en la microestructura y las propiedades del acero, lo que les confiere sus características distintivas.

Descripción general completa

El acero inoxidable martensítico es conocido principalmente por sus excelentes propiedades mecánicas, incluyendo alta resistencia a la tracción y dureza, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren durabilidad y resistencia al desgaste. La estructura martensítica, formada mediante un enfriamiento rápido (templado) a partir de la fase austenítica, da como resultado un acero con una capacidad de endurecimiento considerable. Este grado de acero se utiliza a menudo en aplicaciones donde la resistencia y la resistencia a la corrosión son cruciales, como en la fabricación de herramientas de corte, instrumental quirúrgico y diversos componentes en las industrias aeroespacial y automotriz.

Ventajas:
- Alta resistencia y dureza: Los aceros inoxidables martensíticos pueden alcanzar altos niveles de dureza, lo que los hace ideales para aplicaciones de corte y resistencia al desgaste.
- Buena resistencia a la corrosión: si bien no son tan resistentes a la corrosión como los grados austeníticos, los aceros inoxidables martensíticos aún ofrecen una resistencia razonable a la oxidación y la corrosión en ciertos entornos.
- Tratable térmicamente: La capacidad de ser tratado térmicamente permite obtener propiedades mecánicas personalizadas para adaptarse a aplicaciones específicas.

Limitaciones:
- Menor tenacidad: en comparación con los aceros inoxidables austeníticos, los grados martensíticos pueden ser más frágiles, particularmente en el estado endurecido.
- Problemas de soldabilidad: Los aceros inoxidables martensíticos pueden ser difíciles de soldar debido a su susceptibilidad al agrietamiento y la distorsión durante el proceso de soldadura.
- Resistencia a la corrosión: Si bien poseen cierta resistencia a la corrosión, no son adecuados para entornos altamente corrosivos, especialmente aquellos que involucran cloruros.

Históricamente, los aceros inoxidables martensíticos han desempeñado un papel importante en el desarrollo de materiales de alto rendimiento, con aplicaciones que se remontan a principios del siglo XX en la producción de cubiertos e instrumentos quirúrgicos.

Nombres alternativos, estándares y equivalentes

Organización estándar	Designación/Grado	País/Región de origen	Notas/Observaciones
UNS	S41000	EE.UU	Equivalente más cercano a AISI 410
AISI/SAE	410	EE.UU	Se utiliza comúnmente para cubiertos e instrumentos quirúrgicos.
ASTM	A240	EE.UU	Especificación estándar para placas, láminas y tiras de acero inoxidable al cromo y al cromo-níquel
ES	1.4006	Europa	Equivalente a AISI 410, pequeñas diferencias de composición.
JIS	SUS 410	Japón	Propiedades similares a AISI 410
ISO	410S	Internacional	Designación para acero inoxidable martensítico con menor contenido de carbono

Las diferencias sutiles entre grados equivalentes, como variaciones en el contenido de carbono o elementos de aleación adicionales, pueden afectar significativamente las características de rendimiento del acero, particularmente en términos de dureza, resistencia a la corrosión y soldabilidad.

Propiedades clave

Composición química

Elemento (Símbolo y Nombre)	Rango porcentual (%)
C (Carbono)	0,08 - 1,00
Cr (cromo)	12.0 - 18.0
Ni (níquel)	0.0 - 2.0
Mo (molibdeno)	0.0 - 1.0
Mn (manganeso)	0.0 - 1.0
Si (silicio)	0.0 - 1.0
P (Fósforo)	≤ 0,04
S (Azufre)	≤ 0,03

La función principal de los elementos de aleación clave en el acero inoxidable martensítico incluye:
- Carbono (C): Aumenta la dureza y la resistencia mediante la formación de martensita durante el tratamiento térmico.
- Cromo (Cr): Mejora la resistencia a la corrosión y contribuye a la formación de la capa de óxido pasivo.
- Níquel (Ni): Mejora la tenacidad y la ductilidad, aunque está presente en menores cantidades en comparación con los grados austeníticos.
- Molibdeno (Mo): Mejora la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas, particularmente en entornos de cloruro.

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	Templado y revenido	Temperatura ambiente	600 - 900 MPa	87 - 130 ksi	ASTM E8
Límite elástico (0,2 % de compensación)	Templado y revenido	Temperatura ambiente	400 - 700 MPa	58 - 102 ksi	ASTM E8
Alargamiento	Templado y revenido	Temperatura ambiente	10 - 20%	10 - 20%	ASTM E8
Dureza (HRC)	Templado y revenido	Temperatura ambiente	40 - 55 HRC	40 - 55 HRC	ASTM E18
Resistencia al impacto (Charpy)	Templado y revenido	-20 °C (-4 °F)	30 - 50 J	22 - 37 pies-lbf	ASTM E23

La combinación de alta resistencia a la tracción y dureza hace que el acero inoxidable martensítico sea adecuado para aplicaciones que requieren resistencia a cargas mecánicas e integridad estructural. Su capacidad para mantener la resistencia a temperaturas elevadas también contribuye a su versatilidad en diversas aplicaciones de ingeniería.

Propiedades físicas

Propiedad	Condición/Temperatura	Valor (métrico)	Valor (Imperial)
Densidad	-	7,7 g/cm³	0,278 lb/pulgada³
Punto de fusión	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Conductividad térmica	20°C	25 W/m·K	17,3 BTU·pulgada/h·pie²·°F
Capacidad calorífica específica	20°C	500 J/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Resistividad eléctrica	20°C	0,7 µΩ·m	0,0000007 Ω·pie
Coeficiente de expansión térmica	20-100°C	16,5 µm/m·K	9,2 µpulgada/pulgada·°F

Propiedades físicas clave, como la densidad y el punto de fusión, son cruciales para aplicaciones que requieren peso específico y gestión térmica. La conductividad térmica indica la capacidad del material para disipar el calor, lo cual es esencial en aplicaciones de alta temperatura.

Resistencia a la corrosión

Agente corrosivo	Concentración (%)	Temperatura (°C/°F)	Clasificación de resistencia	Notas
cloruros	3-10	20-60 (68-140)	Justo	Susceptible a picaduras
Ácido sulfúrico	10-30	20-60 (68-140)	Pobre	No recomendado
Ácido acético	5-20	20-60 (68-140)	Bien	Resistencia moderada
Agua de mar	-	20-60 (68-140)	Justo	Riesgo de corrosión por grietas

El acero inoxidable martensítico presenta una resistencia moderada a la corrosión, especialmente en entornos con cloruros, donde es susceptible a la picaduras y al agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC). En comparación con los aceros inoxidables austeníticos, como el 304 o el 316, los aceros martensíticos son menos resistentes a la corrosión, lo que los hace menos adecuados para aplicaciones marinas o entornos de procesamiento químico.

Resistencia al calor

Propiedad/Límite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Observaciones
Temperatura máxima de servicio continuo	300	572	Por encima de esta temperatura, la oxidación aumenta.
Temperatura máxima de servicio intermitente	400	752	Sólo exposición a corto plazo
Temperatura de escala	600	1112	Riesgo de escalamiento por encima de esta temperatura
Las consideraciones sobre la resistencia a la fluencia comienzan	500	932	El deslizamiento puede convertirse en un problema

A temperaturas elevadas, los aceros inoxidables martensíticos pueden sufrir oxidación y pérdida de propiedades mecánicas. La temperatura máxima de servicio continuo es crítica para aplicaciones que implican calor, ya que la exposición prolongada puede degradar la integridad del material.

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	ER410	Mezcla de argón + CO2	Se recomienda un tratamiento térmico posterior a la soldadura.
Palo (SMAW)	E410	-	Requiere un control cuidadoso

Los aceros inoxidables martensíticos pueden ser difíciles de soldar debido a su susceptibilidad al agrietamiento. El precalentamiento antes de la soldadura y el tratamiento térmico posterior suelen ser necesarios para aliviar tensiones y prevenir defectos. La elección del metal de aportación es crucial para garantizar la compatibilidad y mantener las propiedades deseadas.

Maquinabilidad

Parámetros de mecanizado	Acero inoxidable martensítico	Acero de referencia (AISI 1212)	Notas/Consejos
Índice de maquinabilidad relativa	60	100	Requiere herramientas afiladas
Velocidad de corte típica	20-30 m/min	40-50 m/min	El uso de refrigerante es esencial

La maquinabilidad del acero inoxidable martensítico es moderada; requiere una cuidadosa selección de las herramientas de corte y los parámetros para evitar un desgaste excesivo. Se recomienda el uso de herramientas de acero rápido o carburo para un rendimiento óptimo.

Formabilidad

Los aceros inoxidables martensíticos no son tan moldeables como los austeníticos debido a su alta resistencia y dureza. Se puede realizar el conformado en frío, pero se debe tener cuidado para evitar el agrietamiento. El conformado en caliente es posible, pero requiere un control preciso de la temperatura para mantener las propiedades deseadas.

Tratamiento térmico

Proceso de tratamiento	Rango de temperatura (°C/°F)	Tiempo típico de remojo	Método de enfriamiento	Propósito principal / Resultado esperado
Recocido	800-1000 / 1472-1832	1-2 horas	Aire o agua	Reducir la dureza, mejorar la ductilidad.
Temple	1000-1100 / 1832-2012	-	Agua o aceite	Endurecimiento
Templado	300-700 / 572-1292	1 hora	Aire	Reduce la fragilidad, mejora la tenacidad.

Los procesos de tratamiento térmico alteran significativamente la microestructura del acero inoxidable martensítico, mejorando su dureza y resistencia, a la vez que permiten ajustes en su tenacidad. La transformación de austenita a martensita durante el temple es crucial para lograr las propiedades mecánicas deseadas.

Aplicaciones típicas y usos finales

Industria/Sector	Ejemplo de aplicación específica	Propiedades clave del acero utilizadas en esta aplicación	Motivo de la selección
Aeroespacial	Componentes de aeronaves	Alta resistencia, resistencia a la fatiga.	Crítico para la seguridad y el rendimiento
Médico	instrumentos quirúrgicos	Resistencia a la corrosión, dureza.	Se requiere esterilización y durabilidad.
Automotor	Componentes del motor	Resistencia al desgaste, rendimiento a altas temperaturas.	Fiabilidad bajo estrés
Petróleo y gas	Componentes de la válvula	Resistencia a la corrosión, resistencia	Los entornos hostiles requieren materiales duraderos

Otras aplicaciones incluyen:
- Cubiertos: Alta dureza para retención del filo.
- Sujetadores: Resistencia y resistencia a la corrosión en diversos ambientes.
- Bombas y válvulas: Durabilidad en fluidos corrosivos.

El acero inoxidable martensítico se elige para estas aplicaciones debido a su combinación única de resistencia, dureza y resistencia moderada a la corrosión, lo que lo hace adecuado para entornos exigentes.

Consideraciones importantes, criterios de selección y más información

Característica/Propiedad	Acero inoxidable martensítico	Acero inoxidable AISI 304	Acero inoxidable AISI 316	Breve nota de pros y contras o compensación
Propiedad mecánica clave	Alta resistencia	Buena ductilidad	Excelente resistencia a la corrosión	El martensítico es más fuerte pero menos dúctil.
Aspecto clave de la corrosión	Resistencia moderada	Excelente resistencia	Resistencia superior	El martensítico es menos adecuado para entornos corrosivos.
Soldabilidad	Desafiante	Bien	Bien	El martensítico requiere mayor cuidado en la soldadura
Maquinabilidad	Moderado	Bien	Moderado	La martensítica requiere herramientas más afiladas
Formabilidad	Limitado	Excelente	Bien	El martensítico es menos moldeable
Costo relativo aproximado	Moderado	Moderado	Más alto	El costo varía según los elementos de aleación.
Disponibilidad típica	Común	Muy común	Común	La disponibilidad puede afectar los plazos del proyecto

Al seleccionar acero inoxidable martensítico, se deben considerar los requisitos mecánicos y de corrosión específicos de la aplicación, la necesidad de soldadura o mecanizado, y la rentabilidad. Sus propiedades únicas lo hacen adecuado para aplicaciones especializadas, pero es necesario prestar especial atención a sus limitaciones, especialmente en entornos corrosivos y durante los procesos de fabricación.