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¿Que son los aceros inoxidables?

Por aceros inoxidables nos referimos a los aceros resistentes a la corrosión y tienen una amplia gama de propiedades mecánicas y físicas relacionadas con su composición química. Según las normas EN 10088-1, aceros inoxidables son aceros que contienen al menos un 10,5% de cromo y un máximo de carbono del 1%.

Para los aceros inoxidables utilizadas para hormigón armado el contenido máximo de carbono permitido es de 0,07%: su alta resistencia a la corrosión se debe a la formación de una película delgada de óxido incoloro (principalmente Cr 203) unida a la superficie de acero y que hace que el material prácticamente inerte para el medio ambiente agresivo circundante.

Dentro de la familia de acero inoxidable existen al menos cuatro principales categorías de aceros, sobre la base de su estructura cristalina (microestructura):

Los aceros inoxidables austeníticos

– Aceros inoxidables  austenítico ferrítico (o dúplex)

Los aceros inoxidables martensíticos

Los aceros inoxidables ferríticos.

Para la aleación hierro-carbono (acero estándar), además de cromo, a veces se añaden otros elementos tales como níquel, molibdeno y titanio.

Tales elementos influyen en gran medida de la microestructura, las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión.

Resistencia a la corrosión, en particular, se incrementa mediante la reducción de contenido de carbono y un aumento en los demás elementos añadidos a la aleación.

Las dos primeras categorías (austeníticos y austenítico – ferrítico) son de particular interés para la producción de barras de refuerzo de acero inoxidable.

Esas categorías se clasifican a menudo según normas americanas AISI (American Iron and Steel Institute), ahora se utilizan comúnmente grados comerciales Euronorm.

Grados de Acero
AISI 304 * (austenitico) 316 * (austenitico) 329 (duplex) — (superaustenico)
EN 10088-1 1.4301 1.4436 1.4462 1.4529
Grado Cogne 304HT 316HT 329HT 354/1
C <=0.07 <=0.05 <=0.03 <=0.02
Mn <=2.0 <=2.0 <=2.0 <=1.0
P <=0.045 <=0.045 <=0.035 <=0.030
S <=0.03 <=0.015 <=0.015 <=0.010
Si <=1.0 <=1.0 <=1.0 <=0.5
Ni 8.0 – 10.5 10.0 – 13.0 4.5 – 6.5 24 – 26
Cr 17 – 19.5 16.5 – 18.5 21 – 23 19 – 21
Mo 2.5 – 3.0 2.5 – 3.5 6 – 7
N <=0.11 <=0.11 0.1 – 0.2 0.15 – 0.25 + Cu
Composición química nominal de los principales aceros inoxidables utilizados como barras de refuerzo

RESISTENCIA A LA CORROSIÓN

El acero al carbono usado en barras de refuerzo está normalmente protegida contra la corrosión ya que el hormigón es un entorno sujeto a alta basicidad (pH 12-13) ; Bajo las condiciones de hierro, un elemento básico en acero al carbono, es en condiciones pasivas.

Sin embargo, dependiendo de las condiciones de funcionamiento , no siempre es posible garantizar la integridad física y estructural de hormigón.

Si se produce un fenómeno de carbonatación ( agresión química del dióxido de carbono contenido en la atmósfera en el hormigón y , en particular, en la mezcla de cal ) , una disminución en el nivel de pH se puede ver, después de la reacción relevante Ca ( OH ) 2 + CO2 -> CaCO3 + H2O.

Una disminución en la alcalinidad de hormigón permite el desarrollo de una amplia gama de fenómenos de corrosión en las armaduras de acero al carbono a través de la formación de óxidos y / o hidróxidos de hierro (herrumbre típico).

Por otra parte , ya que en algunas aplicaciones el concreto está contaminado generalmente por soluciones de sales ( cloruros penetran en el hormigón ), el problema de relieve puede llegar a ser muy importante en cuanto a la resistencia estructural.

En algunos ejemplos mostrados en la imagen 1 , es obvio cómo los fenómenos corrosivos son a menudo relacionada con la formación de óxido que tiene un volumen específico hasta 6-8 veces mayor que la barras de hierro , hace que la división, la desintegración y, en algunos casos, la grietas del revestimiento de concreto fina . ( fenómeno llamado ” spalling “).

En los aceros inoxidables , la presencia de cromo en grandes cantidades les da la capacidad de ” auto pasividad ” de una manera espontánea cuando la superficie limpia está en contacto con un entorno externo , corrosivos o oxidativo (foto 2 ) .

Además al cromo los elementos que contribuyen a aumentar la resistencia a la corrosiónson:

molibdeno

Níquel

nitrógeno

El carbono actua en forma inversamente proporcional : cuanto menor sea su contenido , mayor es su resistencia a la corrosión . En hormigones con pH alcalino o neutro ( después del proceso de carbonatación ) Los aceros inoxidables no se someten a la corrosión ( Foto 3 ).

Los fenómenos de corrosión en las armaduras de acero inoxidable se pueden observar sólo si hay una concentración relevante de cloruros en el hormigón poroso hechos por la carbonatación.

Una vez que una contracción como tale supera un umbral crítico, una reducción se lleva a cabo y la eliminación de la capa de óxido pasiva se puede notar es entonces cuando la corrosión comienza, siempre que exista una cantidad apropiada de oxígeno. El fenómeno es más conocido como picaduras.

Imagen 3 – Use las condiciones de seguridad de los diferentes aceros en función de la concentración de cloruros y pH

Una forma sencilla de evaluar la resistencia a la corrosión a las picaduras de los aceros inoxidables es el llamado coeficiente o índice PREN ( resistencia a las picaduras número de equivalencia ), calculado como sigue: PREN =% Cr + 3,3 % Mo + 16 % N ( para los aceros austeníticos ) PREN =% Cr + 3 , 3 % Mo + 30 % N (para los aceros dúplex )

Sobre la base de la fórmula anterior podemos establecer una clasificación para aceros inoxidables comunes, tales como barras de refuerzo de acero inoxidable :

AISI EN 10088-1 Grado Cogne Indice PREN
304L – austenitico 1.4301 304HT 18
316L – austenitico 1.4436 316HT 25
329 – duplex 1.4462 329HT 35
—- superaustenitico 1.4529 354/1 45
Tab. 2 – Classification of Stainless steels used in concrete according to their resistance to pitting

Clase Clasificación de los aceros inoxidables utilizados en concreto Nivel de agreción Nivel recomendado de Acero inoxidable
      Aplicaciones comunes Estructuras de seguridad de alto nivel
1 – Concreto enriquecido con Carbono

– Medio Ambiente ligeramente alcalino

– Libre de Cloruros

Modesto 1.4301
(AISI 304L)
1.4301
(AISI 304L)
2 –   Concreto con un nivel normal de alcalinidad y Cl- < 1%

–   Concreto Ligeramente enriquecido carbono

Algo agresivo 1.4301
(AISI 304L)

1.4436
(AISI 316L)

1.4436
(AISI 316L)
3 –   Concreto enriquecido con carbono Cl- > 1 %

–   Concreto ligeramente enriquecido con carbono y presencia de cloruros

Muy agresivo 1.4436
(AISI 316L)
1.4462
(AISI 329)
4 • concreto enriquecido con carbono en un entorno de alta concentración de cloruros

• estructuras de concreto armado sin posibilidad de entrada para los controles

• Bisagras para conectar bloques separados de concreto armado expuesto a alta Cl- o para ambientes altamente agresivos.

Extremadamente agresivo 1.4462
(AISI 329)

1.4529
(354/1)

1.4529
(354/1)
Tab.3 Indicaciones de aplicaciones de aceros inoxidables de acuerdo a las diferentes condiciones ambientales. ( EUROINOX )

DUCTILIDAD

Debido a su naturaleza dúctil, acero inoxidable austenítico y ferrítico – austeníticos muestran no sólo los mayores alargamientos porcentuales a romperse, sino también un porcentaje de 50/50 al endurecimiento.

La curva de deformación-esfuerzo es bastante diferente de la de acero al carbono como se muestra en la imagen 5 .   Confronto tra acciaio al carbono como se muestra en la Imagen 5

  • Comparación entre el acero al carbono y acero inoxidable en la curva de tensión –

Teniendo en cuenta que la zona sostenida por las dos curvas es proporcional a la energía mecánica absorbida en el ensayo de tracción, podemos entender fácilmente la diferencia relevante en la capacidad de disipación de energía ligada a acontecimientos que están sometidos a deformaciones importantes.

En barras de acero inoxidable , la diferencia correspondiente de ambos materiales en términos de porcentaje de alargamiento a la rotura es de hacerse notar ( casi un 12 % para el acero al carbon, casi el 20 % para el acero inoxidable ), como aparece en la tabla.

  Carbon steel 1.4301 1.4436 DM. 9.1.96
Structure   Austenitic Austenitic FeB44k
Rp0,2 [N/mm2] (yield characteristic strenght fyk) >=430 670 Ø <= 6 12 mm
540 Ø >12 mm
>=430
Rm [N/mm2] (Rupture strenght ftk) >=540 810 Ø <= 6 12 mm
780 Ø >12 mm
>=540
Elongation A5% >=12 20 Ø <= 6 12 mm
35 Ø >12 mm
>=12
Ratio (ft/fy)k >=1.13 1.20 Ø <= 6 12 mm
1.40 Ø >12 mm
V. Tab 5a e 5b
Elastic modulus [kN/mm2] 190 200  
Tab. 4 – Mechanical characteristics of steels applied for stainless steel rebars.

Por ductilidad, nos referimos a la capacidad del material para someterse a alta deformación con resistencia reducida ya sea bajo cargas monotónicas o cíclicas.

Considerando al acero inoxidable desde un punto de vista dúctil, la clasificación se refiere a la tensión final ( en el dibujo 5 se indica “la fuerza de tracción máxima” ) y la relación 50/50 resulta ser interesante.

El modelo de código 90 da las tres categorías B , A, S sujeta a aumentar la ductilidad y se aconseja el uso de acero de Grado S en zonas sísmicas, siempre que la relación entre la ruptura y la resistencia a la fluencia no supere el 1.3 valor (Tabla 5a . )

En el eurocódigo 2, por el contrario, se consideran dos barras de refuerzo de acero inoxidable diferente, llamado de alta ductilidad (HD ) y ductilidad normal ( ND ) (Tabla 5 b).

Por otro lado se proporcionan mayores restricciones en el Eurocódigo 8 de barras de acero inoxidable en los edificios en una zona sísmica (aún en la Tabla 5b ) .

Modelo CEB codigo 90
  Categoría B Categoría A Categoría S
u >=2.5% >=5% >=6%
ft/fy >=1.05 >=1.08 >=1.15
Tab. 5a – Los valores mínimos de los coeficientes de resistencia y de la tensión final de acuerdo con el Modelo Código 90

  Eurocode 2 Eurocode 8
  ND HD DC-M DC-H
u >=2.5% >=5% >=6% >=9%
ft/fy >=1.05 >=1.08 >=1.15 >=1.20
Tab. 5b – Los valores mínimos de resistencia final y la tensión de acuerdo con EC2 y EC8 .

TENACIDAD

Esta es la resistencia de un material a la rotura frágil: se determina mediante un ensayo de Charpy que mide las propiedades de impacto.

Los aceros inoxidables austeníticos (Con una estructura típica fcc, estable a todas las temperaturas) difieren de los aceros al carbon por su alto nivel de tenacidad (En algunos casos, un nivel doble se puede conseguir); aceros austeníticos-ferrítico con una estructura mixta de austenita homogénea, granos de ferrita y con una relación entre las dos estructuras cercanas a 1, los valores de tenacidad presentes intermedia que oscilan entre las de los aceros austeníticos completos y las de los aceros C comunes.

Dos factores son interesantes a destacar:

La Tenacidad de los aceros inoxidables no varía mucho cuando el nivel de endurecimiento varía.

Esto es particularmente interesante ya que posibles técnicas de producción diferentes (estirado en frío o laminado en caliente) no crear grandes diferencias en la resistencia a los ciclos de trabajo, y son capaces de generar efectos de marcas en la base de las costillas (si el radio es mínimo) (Ver resistencia de trabajo);

La tenacidad de los aceros inoxidables no es mucho más influenciada por la temperatura, ya que no presenta una velocidad dúctil frágil transitoria en alrededor de 0-20 ° C como sucede en los aceros al carbón.

Esto significa que el comportamiento mecánico de un acero inoxidable (en particular, de una estructura austenítica) no cambia incluso a bajas temperaturas (generalmente tan bajas como -196 ° C) (véase la resistencia a temperaturas altas y bajas).

COMPORTAMIENTO EN ALTA Y BAJAS TEMPERATURAS

El acero inoxidable austenítico mantiene una alta resistencia a las altas temperaturas.

Incluso más de 500 ° C la disminución de la resistencia a la fluencia es todavía insignificante.

A diferencia para los aceros austenítico – ferríticos, donde las temperaturas mayores a 300 ° C reducen considerablemente su dureza interior.

Algunas de las pruebas llevadas a cabo en los últimos años en el marco de la investigación europea producen resultados muy interesantes, como se informa en la imagen 6 .

Al comparar los coeficientes de expansión térmica reportado en la Tabla 6 resulta que los aceros inoxidables tienen valores ligeramente superiores a los del acero al carbon mientras que muestran una conductividad térmica de menos de la mitad .

Imagen 6 – Reducción del límite elástico de los aceros inoxidables austeníticos ( 304-316 ), en comparación con el acero al carbono de acuerdo con el Eurocódigo 3 parte 1.2 ( fuente: VTT )

    1.4301
1.4401
1.4462
Estructura Acero al Carbón Austeniticos Austenitico-Ferriticos
Térmico coeficiente de expansión lineal entre

20 y 100 °C

10-12 16 13
Conductividad térmica a

20°C [W/m x°K]

40-50 15 18
Tab. 6 Valores característicos de acero inoxidable de la conductividad y la expansión lineal térmica para diferentes tipos de acero en armadura.

En general , el comportamiento de los aceros inoxidables está mejorando, en comparación con los aceros al carbón, que colapso a temperaturas más altas.

El mayor coeficiente de expansión térmica que los aceros inoxidables muestran comparados con aceros al carbón no causa un efecto negativo en el refuerzo, ya tal efecto se ve contrarrestado por la conductividad térmica reducida de acero inoxidable.

Por otra parte cabe destacar que también a altas temperaturas sin óxido aparece en la superficie del acero con la consiguiente grieta en el revestimiento de concreto fino ( desprendimiento ), la división de la barra en el concreto.

Igualmente interesante es el comportamiento de acero inoxidable a bajas temperaturas, cuando una mejor tenacidad del acero se genera sin ningún efecto transitorio, dúctil frágil, tal como ocurre en aceros al carbón , en casi 0 ° C ( ver figura 7 ).

Foto 7 – Las comparaciones sobre la capacidad de recuperación a distintas temperaturas entre aceros inoxidables y aceros al carbón.

Los aceros inoxidables dúplex ( austenítico – ferrítico ), debido a la presencia de fases ferríticos muestran un colapso de propiedades en alrededor de – 50 ° C .

El uso de acero inoxidable en las estructuras de hormigón reiforcement

¿Cuáles son los aceros inoxidables
Resistencia a la corrosión
Ductilidad
Dureza
Comportamiento a altas y bajas temperaturas
Resistencia al desgaste
Soldabilidad
Propiedades magnéticas
Consideraciones económicas
Campos de aplicación
Especificaciones
bibligraphy Técnico
www.stainless- reinforcement.co.uk

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