Aceros Inoxidables en Soldadura
Los aceros inoxidables son aleaciones Fe-Cr (mínimo 10,5 % Cr) cuya resistencia a la corrosión resulta de la formación espontánea de una capa pasivante de Cr₂O₃ en la superficie. Su soldadura exige conocer las transformaciones metalúrgicas específicas de cada familia, bajo riesgo de comprometer la resistencia a la corrosión o la integridad mecánica de la unión.
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1. Clasificación y Composición
| Familia | Estructura | Composición típica | Características |
|---|---|---|---|
| Austeníticos (ej. 304, 316) | CFC | 18 % Cr, 8–12 % Ni; 316 contiene 2 % Mo | No magnéticos; excelente tenacidad; no templables |
| Ferríticos (ej. 430, 444) | CCC | 17–29 % Cr; bajo Ni | Magnéticos; menor tenacidad; no templables |
| Martensíticos (ej. 410, 420) | CCC→TCC | 12–18 % Cr; alto C | Magnéticos; templables; dureza elevada |
| Dúplex (ej. 2205, 2507) | CFC + CCC | 22–25 % Cr, 4–7 % Ni, 3 % Mo | Bifásicos; alta resistencia; resistencia a la corrosión por picadura |
| Endurecidos por precipitación (ej. 17-4 PH) | Variable | Cr, Ni + Cu, Nb, Ti | Alta resistencia mecánica tras tratamiento térmico |
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2. Diagrama de Schaeffler y Predicción de Microestructura
El diagrama de Schaeffler permite predecir la microestructura del metal depositado en función de los equivalentes de cromo (Creq) y níquel (Nieq):
$$Cr_{eq} = Cr + Mo + 1{,}5 Si + 0{,}5 Nb$$
$$Ni_{eq} = Ni + 30C + 0{,}5 Mn$$
Para aceros austeníticos, se recomienda un contenido de ferrita delta (δ) entre 3 y 8 FN (Ferrite Number) en el metal depositado, para evitar agrietamiento en caliente sin comprometer la resistencia a la corrosión. El contenido de ferrita se mide con ferritoscopio (método magnético, calibrado según EN ISO 8249) o se determina por el diagrama WRC-1992.
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3. Sensibilización — El Principal Riesgo en los Austeníticos
La sensibilización ocurre cuando el acero austenítico se expone al rango de temperaturas 425–850 °C, donde el cromo precipita como carburos de cromo (Cr₂₃C₆) en los bordes de grano:
$$Cr_{23}C_6 \rightarrow \text{empobrecimiento en Cr en las zonas adyacentes al borde de grano}$$
La zona empobrecida (< 10,5 % Cr) pierde la pasivación y queda susceptible a la corrosión intergranular. En la ZAC, esta precipitación ocurre típicamente a 5–15 mm de la línea de fusión.
Medidas preventivas:
- Aceros de bajo carbono — Usar grados L (ej. 304L, 316L; C ≤ 0,03 %).
- Aceros estabilizados — Usar grados con Ti (321) o Nb (347).
- Control del aporte térmico — Minimizar el tiempo en el rango de sensibilización. Temperatura entre pasadas ≤ 150 °C.
- Recocido de solubilización post-soldadura — 1050–1100 °C seguido de enfriamiento rápido en agua.
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4. Aceros Ferríticos — Fragilización y Crecimiento de Grano
Los aceros ferríticos presentan dos riesgos específicos:
- Crecimiento de grano irreversible en la ZAC junto a la línea de fusión (T > 1100 °C): el grano ferrítico crece rápidamente y no refina por transformación de fase en el enfriamiento.
- Fragilización a 475 °C: exposición prolongada provoca precipitación de una fase rica en Cr.
Recomendaciones: minimizar el aporte térmico; usar consumibles con adiciones de Ti o Nb; TTPS a 750–800 °C.
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5. Aceros Martensíticos — Precalentamiento Obligatorio
Protocolo típico (EN 1011-3):
- Precalentamiento: 200–300 °C
- Temperatura entre pasadas: mantener por encima del precalentamiento
- TTPS: revenido a 650–750 °C inmediatamente tras la soldadura
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6. Aceros Dúplex — Equilibrio de Fases
Parámetros críticos (EN ISO 15614-1 para dúplex):
- Aporte térmico: 0,5–2,5 kJ/mm
- Temperatura entre pasadas: ≤ 150 °C
- Consumible: con 2–4 % Ni en exceso respecto al metal base
- Gas de purga: Argón puro en la raíz
Si el enfriamiento es demasiado rápido, la proporción de austenita es insuficiente. Si el aporte es excesivo, precipitan fases intermetálicas (fase sigma σ, fase chi χ) a 700–950 °C que fragiliza el acero.
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7. Contaminación y Ferroxil Test
La contaminación por partículas de hierro provoca corrosión galvánica localizada. El ferroxil test (solución de ferricianuro potásico + ácido nítrico) detecta hierro libre: coloración azul intensa indica contaminación. Usar exclusivamente herramientas dedicadas al inoxidable.
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8. Consumibles — Selección Según EN ISO 3581 y EN ISO 14343
| Metal base | Consumible recomendado | Norma |
|---|---|---|
| 304 / 304L | ER308L / E308L | EN ISO 14343 / 3581 |
| 316 / 316L | ER316L / E316L | EN ISO 14343 / 3581 |
| 321 (estabilizado Ti) | ER347 / E347 | EN ISO 14343 / 3581 |
| 2205 (dúplex) | ER2209 / E2209 | EN ISO 14343 / 3581 |
| 410 (martensítico) | ER410 / E410 | EN ISO 14343 / 3581 |
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Referencias
- EN 1011-3:2000 — *Welding. Recommendations for welding of metallic materials. Part 3: Arc welding of stainless steels.* CEN, Brussels.
- EN ISO 3581:2003 — *Welding consumables. Covered electrodes for manual metal arc welding of stainless and heat resisting steels.* ISO/CEN.
- EN ISO 14343:2009 — *Welding consumables. Wire electrodes for arc welding of stainless and heat resisting steels.* ISO/CEN.
- Lancaster, J.F. — *Metallurgy of Welding.* 6th ed. Abington Publishing, Cambridge, 1999.
- Chiaverini, V. — *Aços e Ferros Fundidos.* 7ª ed. ABM, São Paulo, 2002.