ACEROS INOXIDABLES AUSTENÍTICOS
Son la crème de la crème entre las familias de Aceros Inoxidables, los más caros y resistentes a la corrosión. Se llevan usando con éxito desde principios del siglo XX, siendo el Nirosta Stahl “Acero Nirosta” en Alemán el primer ejemplar de su tipo. Más tarde, y con el auge de la Industria del Acero en EE.UU. y la creación del Instituto Americano del Hierro y el Acero (AISI – American Insitute of Steel and Iron) el dominio de esta familia de aceros y su estudio pasarían a manos de la organización ya mentada, con la formulación de grados que aún hasta nuestros días continúan siendo los más eficientes ya que tienen la relación calidad – precio mínima para gozar de buena calidad y sin embargo, ser producidas masivamente.
El Acero Inoxidable Austenítico es radicalmente distinto al Ferrítico y al Martensítico por varias razones.
La más importante es su composición química y estructura cristalina. Mientras que los aceros previamente mentados son sencillos de producir en el sentido de que adoptan estructuras cristalinas de fácil creación, los Aceros Austeníticos sólo pueden serlo gracias a la presencia en cantidades suficientes de Níquel y/o Manganeso. En efecto, esta familia de Aceros se caracteríza por el elevado contenido de Níquel (mínimo 10%) lo cual se traduce en un precio mayor. La cantidad de Carbono en masa es tan reducida que incluso el “Acero dulce” más común lo sobrepasa en este sentido (0.06% de Carbono en un Acero Inox Austenítico típico contra el 0.1% de Carbono en el Acero Dulce). Otros aleantes de importancia son, cómo no, el Cromo (contenido nunca inferior al 16%), el Manganeso (1-2%), el Silicio (0.6-1%) y el Molibdeno en grados que requieran una resistencia a la corrosión por parte de los compuestos del elemento Cloro y otras substancias reductoras. La presencia de Azufre se considera una impureza y no sobrepasa el 0.03% en los Aceros de calidad. El Fósforo es agregado deliberadamente para facilitar la fabricabilidad de la pieza en algunas ocasiones, pero al igual que el Azufre, se considera una impureza. Ronda el 0.045% en masa.
Los Austeníticos son los Aceros Inoxidables más tenaces con diferencia, se pueden obtener planchas muy finas y alambres muy delgados, lo cual significa que son muy dúctiles y maleables. La dureza es similar a la de los Aceros Ferríticos, pero muy inferior a la de los Martensíticos, por lo que no se utilizan para fabricar partes que deban someterse al desgaste por contacto (abrasión). La rigidez tampoco es su fuerte, ya que al ser un Acero más bien “blando” puede deformarse ante la ejerción de una presión localizada lo suficientemente fuerte como para deformarlo.
Se utilizan en rangos de temperaturas más altos que los Ferríticos y la mayoría de los Martensíticos y también a temperaturas bajo cero, sin fragilizarse. Es el único tipo de Acero que no se “cristaliza” conforme baja la temperatura.
La resistencia a la corrosión es su mayor baza, con diferencia. Una pieza típica de Acero Austenítico presenta gran resistencia a la corrosión, debido a la mezcla Cromo – Níquel. En los aceros que incluyen pequeñas dosis de Molibdeno, la resistencia es aún mayor y se consideran inertes respecto al cuerpo humano, es decir, son bio-compatibles.
El porqué son tan maleables y dúctiles se debe a su composición química, que aúna un bajo contenido de Carbono con un alto contenido de Níquel, elemento que fomenta la Austenita una vez en masa y enfriado lentamente. Otros metales que pueden imitar esta función son el Manganeso, el Cobalto y más raramente, el Cobre. La estructura cristalina Austenita se consigue en el Hierro puro a partir de los 912 Cº, pero en ausencia de los elementos previamente mentados, la pierde conforme se va enfriando. En un acero líquido con la suficiente cantidad de Níquel y/o Manganeso, esta estructura se -retiene- incluso cuando el acero se enfría, de ahí que el acero Austenítico sea un claro ejemplo de aleación -estabilizada- por un metal en específico, en este caso, el Níquel.
Para que la pieza en cuestión sea 100% Austenítica y por ende retenga una estructura cristalina conocida como Cúbica centrada en las caras, es necesario atendernos al diagrama de Schaeffler. En él podemos apreciar cómo la cantidad de Níquel y Cromo varían según la cantidad de cada uno de estos metales por separado. El Cromo tiende a desestabilizar la Austenita y favorece la Ferrita (o la Martensita, en caso de que haya suficiente Carbono) por lo que mientras más Cromo lleva el acero, más Níquel ha de agregarse para retener la Austenita. Esto se conoce como equilibro de la fase: demasiado Cromo puede formar zonas en las cuales nos encontremos tanto con la Ferrita como con la Martensita. Mientras que esto tiene sus ventajas (véase a continuación Aceros Inox Dúplex), la demanda pública exige por varias razones que la pieza de Acero Austenítico sea, en efecto, 100% Austenítica y estable termodinámicamente hablando, de otro modo, el Acero no será considerado de calidad.
Estos aceros son paramagnéticos, es decir, no se ven atraídos a los imanes en circunstancias normales, no obstante, si tratados térmicamente, presentan cierto ferromagnetismo, aunque es muy leve, especialmente en las versiones de Manganeso.
La resistencia a la corrosión (en general) es muy superior a la de los Aceros Ferríticos y Martensíticos no sólamente por la presencia de Níquel sino por la estructura cristalina en sí misma y el bajo contenido de Carbono, además, el proceso de elaboración es mucho más detallado a como ocurre en el caso de los otros Aceros Inoxidables. Ningún acero Austenítico es tratable térmicamente a altas temperaturas, pero se pueden endurecer mediante el trabajado en frío.
Los grados clásicos se encuentran agrupados en la llamada “Serie 300” (ejemplo, AISI 302, AISI 303, AISI 304, AISI 310, AISI 316, et cétera). Los grados más importantes a razón de la cuota de uso, producción y polivalencia son el AISI 304, el AISI 302 y el AISI 316, en ese orden.
AISI 304
Es el Acero Inoxidable Austenítico por definición en el sentido de que es el más abundante, es decir el que se produce en mayor cantidad año a año a nivel mundial. La razón es que tiene la mejor relación de calidad-precio, no sólo para el comprador, si no también para el fabricante. Me explico.
Antes siquiera de poner en venta una aleación (independientemente del tipo que sea) el fabricante hace miles de tests (pruebas) para lograr la aleación que con la cantidad mínima de los aleantes más caros cumpla con el cometido para el cual fue diseñada. Esto significa que las cantidades en éste tipo de Aceros son las mínimas requeridas para obtener buenos resultados.
¿Se pueden incrementar las buenas prestaciones de una aleación con mayor contenido de Níquel y/o Cromo? Por supuesto que sí, pero la enorme mayoría de las veces, no es necesario comprar grados más altos. Además, ten en cuenta que cuando hablamos de Acero Inoxidable, sea del tipo que sea, cuanto mejor es la resistencia a la corrosión, peores son las prestaciones mecánicas. De hecho, físicamente el AISI 302 es mejor al AISI 304, sólo que presenta peores índices de resistencia a la corrosión, especialmente a largo plazo.
Los contenidos de Níquel y Cromo para éste grado oscilan, pero la definición clásica es 18-8, que hace referencia al 18% de Cromo y el 8% de Níquel. Dichos contenidos varían según el fabricante, pero el estándar es 18-8. La cantidad de Maganeso es estándar, con un 2%.
La cantidad de Carbono también es fija: 0,08% para el AISI 304 y 0,03% para el AISI 304L. La “L” es indicativa para “Low Carbon Content”, o sea, bajo contenido en Carbono. Ambas versiones son, ante todo, muy resistentes a la corrosión y presentan gran tenacidad, gracias al contenido de Níquel y Manganeso.
AISI 302
El AISI 302 es el Acero Austenítico “original”, el más parecido químicamente al Nirosta Stahl (Acero Nirosta alemán).
Es prácticamente lo mismo que el AISI 304, por lo que no hay mucho qué decir de este grado salvo por el (ligeramente) mayor contenido de Carbono y menor de Cromo, lo cual se traduce en un aumento de las prestaciones mecánicas sacrificando resistencia a la corrosión.
Se lleva usando desde por lo menos ochenta años, y continúa usándose. En la ciudad de Nueva York hay un edificio muy famoso, el edificio de Chrysler (la compañía automovilística) que está construido con paneles exteriores de este grado de acero tan eficiente. Lleva en pie más de sesenta años y sigue “como nuevo”, nunca se ha limpiado ni sometido a un mantenimiento específico. Creo que con eso lo digo todo.
AISI 316, 316L y 316Ti
Se le llama con más o menos razón “Acero quirúrgico”. El motivo es fácil de entender: se usa en medicina, no directamente sobre el cuerpo, pero sí para envases, piezas no-cortantes, et cétera. Es el material de preferencia para la fabricación de los famosos “piercings”. Tiene un brillo característico, muy agradable a la vista y estético. Se usa tanto en la industria como en joyería.
Siempre que vayas a una joyería moderna (ahora “todo es joyería”, pero en el fondo no deja de ser bisutería de alta gama) y veas cadenas, pendientes, esclavas (pulseras), anillos, piercings, relojes (ya sea la caja, las correas o ambas partes), colgantes, et cétera, te encontrarás siempre, y cuando digo siempre es siempre, con el grado AISI 316L.
Como ya sabrás por el caso del AISI 304L, la “L” final es un indicativo para un contenido de Carbono aún más bajo.
Se parece mucho al 304 en todo, sólo que es más resistente a la corrosión, especialmente a la corrosión en medios que contengan iones de Cloro. La composición típica es de 16-10 para el % de Cromo – Níquel típico, con la adición de 2,5% de Molibdeno.
Como ves, el Cromo se reduce en un 2% que a su vez se aumenta en el Níquel, es decir, pasamos de 18-8 a 16-10. Ésto se debe a que el % de Cromo puede bajarse a 16% debido a la adición de Molibdeno, que compensa por el mismo y por el Cromo al mismo tiempo (son metales del mismo grupo de la Tabla Periódica), mientras que el Nïquel pasa de un 8% a un 10%. Ésto último se hace para estabilizar la fase gamma (Austenita) que con la presencia de un 2,5% de Molibdeno sería más difícil de mantener con tan sólo un 10% de Níquel. Como puedes observar, en todos los casos se usa el mínimo posible que a su misma vez funcione correctamente o mejor dicho cumpla las expectativas. Has de tener en cuenta que si bien los anillos, pulseras, colgantes, et cétera de joyería (bisutería en realidad) no pasan de los 200 gramos de peso salvo extrañísima ocasión, éstas aleaciones que se usan en joyería hoy en día proceden nada más y nada menos que de la industria, sí, tal cual has leído. Se usa el AISI 316 en cantidades masivas en la industria química y alimenticia por su alta resistencia a la corrosión.
Finalmente, el AISI 316Ti es una versión poco común de éste grado que como su nombre sugiere contiene pequeñas cantidades de Titanio. Éstas mejoran levemente las prestaciones mecánicas y la resistencia a la corrosión.
AISI 904L y el caso Rolex
Durante años Rolex buscó una alternativa al Oro y en menor medida, a la Plata en sus cajas. No seré yo quien ponga en duda a ésta marca, que es símbolo de estatus social elevado y se vende por sí sola. A lo que voy no es al reloj en sí, si no al material que lo recubre. Dado que se trataba de Rolex, en la compañía debieron pensar que el AISI 316L, hasta entonces (y actualmente) el grado de Acero Inoxidable más usado no correspondía a una marca que se considera propia de la nobleza entre las clases sociales. Por eso escogieron un grado todavía más resistente que el 316L, que no pertenece siquiera a la serie “300” de AISI, si no a la de “900”, en su caso concreto, 904L.
Ésta aleación clasifica como Acero Inoxidable, pero el % de Hierro en la masa de la misma apenas supera la mitad en peso. Los contenidos de Cromo y de Níquel se han elevado hasta el 20-25, respectivamente, frente al 16-10 del AISI 316L. El % de Molibdeno ha subido de un 2,5% a un 4,5% y también se ha añadido un 1,5% de Cobre. Todos éstos valores son aproximados ya que los porcentajes varían, pero básicamente son esos.
Más Níquel significa mayor estabilidad en la Austenita y mejor resistencia a la corrosión y tenacidad. El aumento de Molibdeno lo hace especialmente inerte frente a soluciones con iones de Cloro (el cáncer de los Aceros Inoxidables) mientras que la adición de Cobre habilita a la aleación para ser usada en medios con iones de Azufre. Es una de las aleaciones de Acero Inoxidable más resistentes a la corrosión. Ignoro si otras compañías relojeras de lujo también la usan, en cualquier caso, mi experiencia personal me dice que AISI 316L es más que suficiente, incluso en períodos prolongados de sesiones bajo el agua.
¿Porqué llamo Bisutería a la “Joyería” de Acero Inoxidable?
Por respeto. No al joyero, si no a la joya. Hay una buena razón, a día de hoy más simbólica o cultural pero igualmente respaldada por la ciencia de forma empírica para que podamos decir que la Plata y el Oro son metales preciosos. La Luna y el Sol, el principio femenino y el masculino, llámalo como quieras. Como aficionado, adoro el Níquel y especialmente el Hierro metálico (es de hecho, mi elemento favorito) pero NO es un metal precioso, ergo no ha de ser tratado como tal ni puro ni combinado. Los alemanes llaman “Edelstahl” (“Edel” significa “noble” y “stahl” es “acero”) al Acero Inoxidable, pero no porque sea “noble” realmente, si no porque se comporta como tal. No es menos cierto que éstas aleaciones mantienen el brillo durante más tiempo y son más duras que las tradicionales de Oro, Plata, et cétera, pero en cualquier caso nos encontramos ante mezclas de metales de uso industrial. Ni siquiera el Wolframio, con todo lo que significa para mí (estudiándolo me enamoré definitivamente de la Metalurgia) clasifica como metal “noble” o “precioso”, a pesar de que lo es más que todos los ya mentados, salvo la Plata y el Oro, claro.
Tampoco es un metal precioso el Titanio, y sin embargo cada vez es más popular. ¿Significa ésto que éstos metales y aleaciones son un timo? ¡Para nada! Todo tiene su momento y lugar. Actualmente está de moda y lo respeto. ¡De hecho, tengo docenas de “joyas” de Acero 316L y me encantan! Lo único que quiero que entiendas es cómo funciona todo. A lo mejor hasta te hace más gracia llevar un anillo de Acero Inoxidable por aquello de que contiene Hierro, el verdadero núcleo de la Tierra, antes que la Plata o el Oro, que encima, son más caros y se rayan con facilidad. Como siempre, la decisión está en tus manos (también puedes tener de varios o no tener ninguno).
Versiones con bajo contenido de Níquel
Debido al precio del Níquel durante períodos de crisis (especialmente durante la Segunda Guerra Mundial), el Insituto Americano del Hierro y el Acero (AISI por sus siglas en inglés) desarrolló un grado alternativo de Acero Austenítico como reemplazo a la serie 300 (La combinación más famosa, Cromo – Níquel) por la serie “200”, Manganeso – Níquel – Cromo. Un detalle importante a tener en cuenta es que no se menciona que esta serie, la 200, usaba pequeñas dosis de Níquel para facilitar la formación de Austenita, en ningún caso nos encontramos frente a un Acero sin Níquel (En inglés: Nickel Free). Como cabe de esperar, la serie 200 es inferior a la 300 pero más económica. Se utiliza sólo cuando por impedimentos económicos la serie 300 no puede utilizarse.
Ejemplos de esta familia son el AISI 200, AISI 201 y AISI 204.
Aceros Súper-Austeníticos
Que no le engañe el nombre. Básicamente son Aceros Austeníticos con un contenido de Cromo, Níquel y Molibdeno particularmente altos. Se utilizan en algunas aplicaciones extremas, como por ejemplo en la industria petrolífera (pozos abiertos en el mar), industria química, transporte o procesamiento de substancias muy agresivas (como ácidos o bases alcalinas), etc. El ejemplo más famoso es el AISI 904L, usado por Rolex para la fabricación de algunos de sus modelos en “Acero”. Digo “Acero” entre comillas porque la cantidad de Hierro apenas supera el 50% en masa.
Otros ejemplos son el Zeron, el Ultron, el Celestrium y el Ultrium. Estos nombres, aunque peliculeros y llamativos, son sólo nombres que el fabricante les da a básicamente la misma aleación que como ya he dicho se basa en el Cromo – Níquel – Molibdeno con base de Hierro. Un detalle a tener en cuenta es que -algunos- de estos Aceros contienen pequeñas dosis de Titanio, Niobio, Tántalo, Wolframio y/o Cobre para aumentar la resistencia a la corrosión.