Acero al carbono y acero inoxidable

¿Qué significa realmente el término «acero al carbono»?

Este término tiene dos significados: una definición técnica y una clasificación más general. La definición técnica es muy clara: Según el Instituto Americano del Hierro y el Acero (AISI), para ajustarse a la definición técnica de acero al carbono, el acero debe cumplir las siguientes normas:

• No se especifica ni se exige ningún contenido mínimo de cromo, cobalto, columbio [niobio], molibdeno, níquel, titanio, wolframio, vanadio o circonio, ni de ningún otro elemento que deba añadirse para obtener un efecto de aleación deseado.
• Cuando el mínimo especificado para el cobre no supere el 0,40 %.
• Cuando el contenido máximo especificado para cualquiera de los siguientes elementos no supere los porcentajes señalados: manganeso 1,65 %, silicio 0,60 % y cobre 0,60 %.
  

La definición técnica, aunque compleja, se reduce a una simple restricción: los verdaderos aceros al carbono deben carecer casi por completo de elementos de aleación, por lo que se componen principalmente de dos materiales: hierro y carbono. La cantidad de carbono puede variar y existen algunos materiales de aleación aceptables, pero estos aceros son sencillos.

Además de la definición precisa, el término «acero al carbono» también se utiliza para referirse al amplio grupo de aceros aleados que no son inoxidables. A diferencia de los aceros al carbono, los aceros de baja aleación pueden contener pequeñas cantidades de una amplia gama de elementos de aleación, lo que permite adaptarlos a una mayor variedad de aplicaciones. Estos aceros, aunque no satisfacen los requisitos técnicos del acero al carbono, constituyen la principal división del acero: acero inoxidable frente a todo lo demás.

Acero al carbono y acero inoxidable (por definición)

Por definición, el acero al carbono es extremadamente simple. Es hierro con un poco de carbono y un número limitado de elementos de aleación. Además, cualquier acero que requiera elementos de aleación (como el 4140 y el 4340, por ejemplo) no se considera acero al carbono. Dentro de la definición de acero al carbono, los materiales pueden definirse como acero con bajo contenido en carbono o acero con alto contenido en carbono. Los aceros con bajo contenido en carbono son extremadamente comunes, mientras que los aceros con alto contenido en carbono solo se utilizan en entornos no corrosivos de alta resistencia. El acero 1020, un acero con bajo contenido en carbono, es uno de los aceros más habituales que se fabrican en la actualidad.

Las propiedades mecánicas del acero al carbono varían en función del contenido de carbono. Los aceros con bajo contenido en carbono son más débiles y blandos, pero pueden mecanizarse y soldarse con facilidad; mientras que los aceros con alto contenido en carbono son más resistentes, pero su tratamiento es mucho más difícil. Todos los aceros al carbono son susceptibles de oxidarse, por lo que no son aptos para una amplia variedad de aplicaciones de uso final. En general, el acero al carbono es excelente si se busca un metal de bajo coste, pero no es apto para la fabricación de alta calidad o precisión.

Aceros de baja aleación (en ocasiones denominados aceros al carbono)

Los aceros de baja aleación integran uno o varios elementos de aleación (como cromo, cobalto, niobio, molibdeno, níquel, titanio, wolframio, vanadio o circonio) para mejorar las propiedades de los aceros al carbono tradicionales. Suelen ser más fuertes, rígidos y ligeramente más resistentes a la corrosión que los aceros al carbono tradicionales.

Los aceros aleados se definen a través de los materiales de aleación primarios (además del carbono). El 4140, uno de los aceros aleados más comunes, es un acero aleado al cromo-molibdeno. Esto significa que los principales elementos de aleación son el cromo (que aumenta la resistencia a la corrosión) y el molibdeno (que aumenta la dureza). Por ello, el 4140 se utiliza en aplicaciones de alta resistencia al desgaste y a las temperaturas elevadas.

Los aceros aleados son uno de los tipos de acero más utilizados actualmente en la industria. Son mecanizables, asequibles y fáciles de conseguir, y poseen buenas propiedades mecánicas. Si una pieza no necesita ser resistente a la corrosión, los aceros de baja aleación ofrecen la mejor relación calidad-precio.

Las propiedades que hacen que el acero de aleación sea adecuado para producir mediante métodos convencionales son las que hacen que no sea el candidato ideal para imprimir en 3D. Dado que es fácil de mecanizar y se adquiere a bajo precio, los mayores costes inherentes de las piezas metálicas hacen que la impresión en 3D sea insostenible desde el punto de vista económico. Algunas empresas de impresión en metal ofrecen aceros de baja aleación como el 4140, pero esto no suele ser habitual.

Aceros inoxidables

Los aceros inoxidables tienen en común una propiedad clave: una excelente resistencia a la corrosión, atribuible a un alto contenido de cromo (>10,5 % en masa) y un bajo contenido de carbono (<1,2 % en masa). Más allá de la resistencia a la corrosión, las propiedades mecánicas de estos aceros pueden variar enormemente.

Los aceros inoxidables austeníticos son el tipo más común de acero inoxidable. Son resistentes a la corrosión y pueden mecanizarse y soldarse fácilmente, aunque no se pueden tratar térmicamente. El 303 y el 304 son los tipos más comunes de aceros inoxidables austeníticos, y el 316L es una variante que ofrece la máxima resistencia a la corrosión. Estos aceros se utilizan en una gran variedad de operaciones y, al ser resistentes a la intemperie, funcionan prácticamente en cualquier lugar. Debido a su mayor coste, la impresión 3D en metal puede ser un método de fabricación viable para estas piezas.

Los aceros inoxidables martensíticos ofrecen mejores propiedades mecánicas que los austeníticos, pero son menos dúctiles. Como grupo, carecen de la versatilidad general de los aceros austeníticos; sin embargo, su dureza de alta resistencia unida a una resistencia a la corrosión muy superior a la de los aceros de baja aleación los hacen adecuados para cualquier pieza de alta resistencia que se encuentre en un entorno oxidante. Además, los aceros martensíticos pueden tratarse térmicamente para aumentar aún más su dureza, resistencia y rigidez.

El acero 17-4 PH es un tipo de acero inoxidable martensítico especialmente útil, que puede tratarse térmicamente para adaptarse a diferentes propiedades materiales. Debido a su gran dureza y a su escasa mecanizabilidad, suele resultar más económico imprimirlo en 3D que mecanizarlo, porque este proceso requiere mucho tiempo y esfuerzo. Si desea obtener más información sobre la impresión 3D de piezas de metal, descubra el sistema Metal X de Markforged.

Acero al carbono frente a acero inoxidable: veredicto final

El debate del acero al carbono frente al acero inoxidable es un poco más complicado de lo que se pensaba en un principio, ya que el acero al carbono puede referirse a dos tipos distintos de acero: el acero al carbono tradicional y el acero de baja aleación.

Si se compara con el acero con bajo contenido en carbono, el acero inoxidable ofrece muchas ventajas en cuanto a resistencia, dureza y, lo que es más importante, resistencia a la corrosión. El acero con alto contenido en carbono ofrece una resistencia que rivaliza con la del acero inoxidable y a veces la supera, pero es en gran medida un material de nicho en el mundo de la fabricación. A diferencia de los aceros al carbono, el acero inoxidable puede utilizarse perfectamente en entornos corrosivos o húmedos sin oxidarse. Dicho esto, el acero al carbono es mucho más económico que el inoxidable, y también más adecuado para grandes componentes estructurales, como tubos, vigas y chapas laminadas.

El acero de baja aleación es superior al acero al carbono en la mayoría de los aspectos, pero carece de resistencia a la corrosión. Puede igualar las propiedades del acero inoxidable, por lo que aleaciones como la 4140 y la 4340 suelen mecanizarse y utilizarse en muchas aplicaciones en las que un poco de oxidación no supone un problema. El acero inoxidable es un material de grado superior que se utiliza en operaciones industriales, donde la calidad de las piezas es fundamental.