Acero inoxidable: ¿Por qué lo llamamos inoxidable?

Aceros inoxidables modernos y sus usos

Lo que hoy llamamos acero inoxidable se divide en cuatro familias que, a grandes rasgos, hacen referencia a su estructura cristalina microscópica y a sus distintas fases metalúrgicas:

Aceros austeníticos: El acero inoxidable en fase austenita se compone de níquel y molibdeno como principales elementos de aleación y tiene una estructura cristalina cúbica centrada en las caras. La adición de níquel aumenta su resistencia a la corrosión y ductilidad, mientras que el molibdeno mejora la resistencia a la corrosión en condiciones ácidas. Los grados comunes de acero inoxidable austenítico son 304 y 316.
Usos comunes: este tipo de acero inoxidable se considera resistente al calor y se utiliza comúnmente para producir intercambiadores de calor, calderas y hornos. Otras aplicaciones comunes del acero inoxidable austenítico son componentes aeroespaciales, electrónica, piezas de locomotoras y tanques químicos. Los aceros inoxidables de la serie 200 también pertenecen a la familia austenítica, pero tienen manganeso como elemento de aleación adicional.

 

Aceros martensíticos: la familia de aceros inoxidables en fase martensita utiliza carbono y cromo como principales elementos de aleación. En concentraciones más altas de carbono, el material tiene una estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo; concentraciones más bajas de carbono forman una estructura cristalina centrada en el cuerpo. La martensita se forma cuando la austenita se enfría rápidamente a temperatura ambiente. El acero inoxidable martensítico se conoce comúnmente como acero inoxidable de la serie 400, como los grados 410, 420 y 440.
Usos comunes: El acero inoxidable martensítico se utiliza comúnmente en aplicaciones donde se desea dureza y durabilidad, como cubiertos, herramientas, palas de turbinas, sujetadores y engranajes.

 

Aceros ferríticos: El acero inoxidable con fase de ferrita no es magnético y tiene una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo. Sus principales componentes de aleación son el cromo, el hierro (de ahí el nombre ferrítico) y una baja concentración de carbono. Por lo tanto, el acero inoxidable ferrítico es más blando, pero también tiene una mayor ductilidad y una mejor conformabilidad, pero no se puede tratar térmicamente. Ejemplos de acero inoxidable ferrítico son otros grados de la serie 400, como 409, 430 y 446.
Usos comunes: los aceros inoxidables ferríticos son una opción común para utensilios de cocina, componentes de automóviles y maquinaria industrial.

 

Aceros dúplex: el acero inoxidable dúplex es una mezcla de acero austenita y ferrita.
Usos comunes: Los aceros dúplex se utilizan a menudo en las industrias del petróleo y el gas, el papel y la química.

Los orígenes del acero inoxidable: bases en el siglo XIX

La historia del acero inoxidable está plagada de escándalos, similar a la historia de mi científico favorito, Nikola Tesla y su rival Thomas Edison. Al igual que su electrizante historia (juego de palabras), el acero inoxidable provino de varios hombres que se atribuyeron el mérito del trabajo de otro. Hay países enteros que, hasta el día de hoy, discuten quién es el "inventor" del acero inoxidable.

Si bien algunos sostienen que los herreros de la antigua India, Sri Lanka, la península arábiga y China utilizaban acero inoxidable antes de la Revolución Industrial, esas historias no estaban bien registradas. Lo que sí sabemos es que a principios del siglo XIX, científicos de varios países observaron un fenómeno con aleaciones metálicas que contenían cromo y hierro: eran capaces de resistir la corrosión ácida.

Se atribuye a un metalúrgico francés, Pierre Berthier, el mérito de ser el primero en reconocer en 1821 que se podía fabricar una aleación de acero resistente a la corrosión añadiendo cromo al hierro. Si bien los metalúrgicos llegaron a esta conclusión, aún no sabían la importancia de limitar el contenido de carbono en esas mismas aleaciones para prevenir la corrosión intergranular y la fractura debido a la fragilidad. Pero tuvieron un buen comienzo al descubrir cómo el cromo alteraba las propiedades físicas de una aleación metálica.

En Inglaterra, en 1872, John Clark y John Woods presentaron la primera patente oficial para lo que hoy consideramos acero inoxidable. Llamaron a su producto Aleación Resistente al Agua y era notablemente similar a las aleaciones modernas, pero el material todavía tenía demasiado carbono.

El primero en reconocer oficialmente la cuestión del carbono fue un investigador conocido simplemente como Brustlein en 1875. Su revelación provocó varias décadas de investigación para desarrollar la mezcla óptima de metales y un método de producción para desarrollar acero con bajo contenido de carbono. Si bien hoy en día contamos con procesos modernos para crear aleaciones metálicas, la ciencia en aquel entonces era rudimentaria. Encontrar una manera de separar el cromo del carbono que se encontraba naturalmente fue el principal obstáculo para producir acero con bajo contenido de carbono a base de cromo.
Aproximadamente dos décadas después de la epifanía de Brustlein con bajas emisiones de carbono, en 1895 Hans Goldschmidt desarrolló el proceso de reacción aluminotérmica para producir/refinar cromo para que esté libre de carbono. Este fue el punto de inflexión que permitió el desarrollo del acero inoxidable moderno. A continuación se muestra la reacción química de lo que también se conoce como método de reducción de aluminio para producir cromo metálico.

cr₂O₃+ 2Al → 2Cr + Al₂O₃

Método de reducción de aluminio para la producción de cromo

Es un proceso en el que se añaden óxido de cromo (y cualquier impureza que se encuentre naturalmente en él, como silicio, azufre o carbono) y aluminio a un recipiente de acero revestido con un aglutinante orgánico, alúmina u óxido de magnesio, y se calienta. La mezcla se enciende con peróxido de bario para crear una reacción exotérmica, lo que significa que hay una liberación neta de energía (calor) cuando se producen el cromo y la escoria resultante.

Hoy en día, este proceso todavía se utiliza para producir cromo y óxido de aluminio "puros" para diversas aplicaciones de posprocesamiento. Las concentraciones de los constituyentes de la reacción química se pueden modificar para producir diferentes niveles de pureza de los metales resultantes.

Avances en acero inoxidable en el siglo XX

A principios del siglo XX se produjeron varios descubrimientos importantes en el avance de la familia de aleaciones de acero inoxidable:

– En 1904, León Guilet descubrió varias aleaciones de acero inoxidable de hierro-cromo de la serie 400 e investigó las aleaciones de hierro-níquel-cromo de la serie 300, aunque no se dio cuenta de que los metales eran resistentes a la corrosión.

– P. Monnartz y W. Brochure descubrieron que agregar cromo a la aleación metálica aumentaba su resistencia a la corrosión y cuantificaron la concentración mínima de cromo en 10,5%. También trabajaron en detallar e investigar la mayor resistencia a la corrosión que conlleva la adición de molibdeno.

Por qué lo llamamos acero inoxidable

El siguiente gran avance se produjo en 1913, cuando se dice que Harry Brearley descubrió oficialmente el acero inoxidable en un intento de crear acero resistente a la erosión. Ahora bien, Harry Brearly es probablemente la respuesta correcta a la pregunta de trivia sobre quién inventó el acero inoxidable, pero la verdad no es tan sencilla. Experimentó añadiendo cromo al acero, pero el resto de su historia está plagada de mitos.

Algunos dicen que Brearly tiró su aleación de metal experimental a la basura, solo para sacarla más tarde y darse cuenta de que el acero no se manchaba ni se oxidaba. Otros afirman que tuvo que grabar su muestra con ácido nítrico para examinarla microscópicamente, pero descubrió que el metal no se oxidaba cuando se exponía a ácidos nítricos y otros ácidos o agentes reductores. Harry vio el potencial de su aleación para usarse en hojas de cuchillos, pero sus empleadores no lo apoyaron y no pudo lograr que la aleación resistiera la oxidación o las manchas durante largos períodos de tiempo.

Así, siguió los pasos de su amigo Ernest Stuart, quien descubrió que endurecer las hojas de los cuchillos mejoraba su resistencia al óxido y a las manchas. Brearly quería llamar al material "acero inoxidable", pero Stuart lo llamó "acero inoxidable" debido a su capacidad para resistir las manchas después de haber sido expuesto a una solución de vinagre.

Además, si bien Brearly afirma haber descubierto el acero inoxidable, se dice que otros lo descubrieron antes que él, entre ellos:

En 1908, Kupp Iron Works desarrolló una aleación de cromo-níquel para aplicaciones marinas.

En 1911, Elwood Haynes creó un acero resistente a la corrosión para reemplazar sus hojas de afeitar oxidadas.

A partir de 1911-1914, Becket y Dantsizen crearon algunas aleaciones de acero ferrítico.

En 1912, Max Mauermann afirmó haber creado el acero inoxidable, pero probablemente sólo creó un método de producción viable para el acero inoxidable. Presentó una patente para el proceso, pero fue cuestionada en ese momento y no fue reconocido como inventor del acero inoxidable hasta después de su muerte.

La rica historia del acero inoxidable y el desarrollo de los distintos grados del material se debe a los esfuerzos de muchos científicos, investigadores, metalúrgicos e ingenieros. Durante el último siglo, los tipos de acero inoxidable, los métodos de producción y los métodos de reciclaje han mejorado. Ahora podemos aprovechar y monopolizar plenamente los fenómenos naturales de la oxidación del acero inoxidable.

Desde sus controvertidos inicios hasta su presente altamente sofisticado y metalúrgicamente interesante, el acero inoxidable es un metal increíblemente versátil y robusto, adecuado incluso para los proyectos más complejos.