Por qué se corroe el inoxidable austenítico

Por qué el inoxidable austenítico sufre picaduras y corrosión intergranular

Por Harris, técnico de SHUNFU METAL

¿Cómo puede «oxidarse» un acero que se llama inoxidable? La pregunta vuelve cada vez que un lote de tubos o barras aparece con corrosión localizada tras meses de almacén —o al final de un transporte marítimo largo— y acaba complicando una entrega o la recepción por parte del cliente. La respuesta corta es que el inoxidable no resiste «porque sí»: su protección depende de una película pasiva de óxido de cromo, de espesor nanométrico, que se forma en la superficie gracias al cromo del acero y que se mantiene mientras haya cromo suficiente para alimentarla. Ese «suficiente» tiene una cifra de referencia: más del 10,5 % de Cr.

Pero la composición no lo decide todo. Un material perfectamente conforme al grado puede fallar si algo se tuerce en la otra mitad de la historia —la historia térmica— o si el ataque encuentra un punto débil concreto. En el inoxidable austenítico, los dos mecanismos que más fallos provocan son la picadura y la corrosión intergranular. Este artículo repasa ambos: dónde nacen, qué papel juegan el cromo y el PREN, por qué la franja de 425 a 850 °C aparece una y otra vez en los informes de fallo, y qué conviene especificar y comprobar —al pedir el material y al recibirlo— para que el problema no aparezca en el peor momento.

La picadura: un ataque localizado que empieza en un punto

La picadura no es un desgaste progresivo: es un ataque puntual que perfora hacia el interior mientras la superficie de alrededor permanece intacta. Y el punto de inicio no es aleatorio. Igual que la fatiga, que nace siempre en el defecto más desfavorable, la picadura se origina en discontinuidades químicas o físicas del material: inclusiones no metálicas, partículas de segunda fase, daños mecánicos en la superficie… cualquier lugar donde la película pasiva sea más débil que en el resto.

Por eso aparece muchas veces «sin que el material haya trabajado»: en lotes que pasan meses en almacén o en tránsitos marítimos largos, la humedad y los cloruros del ambiente encuentran esos puntos débiles. Y cuando el lote llega con corrosión localizada, el problema es doble: se compromete la entrega y, sobre todo, queda la duda de fondo —si el material falla así en reposo, ¿qué cabe esperar en servicio?

La prevención tiene dos vías. La primera es metalúrgica: cuanto más limpio esté el acero —menos inclusiones, menos partículas de segunda fase, menos daño superficial—, menos puntos donde la picadura pueda iniciarse. La segunda vía es de composición, y es la que se puede especificar desde el pedido.

El indicador estándar para esto es el PREN (Pitting Resistance Equivalent Number), que resume el efecto de tres elementos: PREN = Cr % + 3,3 × Mo % + 16 × N %. Es, en palabras llanas, el ADN del acero en lo que a picadura se refiere: el cromo pesa de forma directa, el molibdeno multiplica por 3,3 y el nitrógeno por 16.

El caso del 316 (AISI 316 / EN 1.4401 / SUS 316) lo ilustra muy bien. Sus requisitos habituales de norma: Cr mínimo 16 %, Mo mínimo 2 %, N máximo 0,1 %. Por coste, si el cliente no pide nada en especial, el material suele producirse pegado al mínimo de esos rangos. Pero dentro de la norma cabe mucho margen: un 316 con Cr en 17,5 % y Mo en 2,8 % —cerca de los máximos— sigue siendo igual de «316» y, sin embargo, resiste bastante mejor la picadura. El PREN lo cuantifica: recuperar esos 1,5 puntos de Cr y 0,8 de Mo equivale a 4,14 puntos de índice (1,5 + 3,3 × 0,8 = 4,14), porque el molibdeno pesa en la fórmula multiplicado por 3,3. Para servicios corrosivos, especificar «Cr y Mo cerca del máximo del rango» es una de las decisiones más baratas que existen.

Tabla 1. El margen interno del 316: todo dentro de norma, pero no es lo mismo. Con Cr en 17,5 % y Mo en 2,8 %, el PREN sube más de cuatro puntos respecto a los mínimos.

La corrosión intergranular: cuando falta cromo en el borde de grano

Si la picadura empieza en la superficie, la corrosión intergranular empieza dentro del material. Y su rastro es fácil de reconocer: tras analizar un fallo de corrosión en un austenítico, basta con mirar la microestructura. La práctica totalidad de los casos —ocho o nueve de cada diez— muestra carburos precipitados en los bordes de grano. Esa es la pista que hay que seguir.

El mecanismo, paso a paso, es el siguiente. Formar un carburo consume cromo: los átomos de Cr de las inmediaciones difunden hacia el precipitado para alimentarlo. Alrededor de cada carburo —es decir, a lo largo del borde de grano— queda entonces una franja fina empobrecida en cromo. Cuando el contenido de esa franja cae por debajo del 10,5 % —el mínimo para una película pasiva estable—, la zona se convierte en el punto más vulnerable de la pieza.

El ataque, lógicamente, va allí: la corrosión avanza siguiendo los bordes de grano, y por eso el daño es engañoso —por fuera el metal puede parecer intacto mientras la cohesión entre granos se pierde por dentro—. Y con frecuencia no se queda ahí: sobre la corrosión intergranular se desarrolla después una fisuración por corrosión bajo tensión, que ya es un fallo estructural.

De ahí sale la pregunta clave: ¿y de dónde vienen esos carburos? La respuesta está en la historia térmica — y es notablemente concreta, con una franja de temperatura con nombre propio.

La raíz: la ventana de 425–850 °C

Los carburos se forman durante el enfriamiento del tratamiento de solubilización. Si el enfriamiento no es suficientemente rápido, el material permanece el tiempo suficiente dentro de la franja de 425 a 850 °C para que el carbono —un elemento muy móvil— migre hacia los bordes de grano y se combine allí con el cromo. La precipitación es más rápida a 675 °C. Y la relación es directa: cuanto más tiempo en la franja, más carburos; cuanto más carburo, más cromo sustraído de los alrededores y más grave la zona empobrecida.

La solución, en consecuencia, es de una simplicidad engañosa: atravesar esa franja lo más rápido posible durante el enfriamiento. Si el carburo no tiene tiempo de formarse, no hay zona empobrecida; y sin zona empobrecida, la resistencia a la corrosión intergranular se mantiene. Es un problema de cinética, no de receta: no se corrige añadiendo nada al acero, se corrige gestionando el enfriamiento.

Tabla 2. La franja crítica del austenítico, conocida como franja de sensibilización. El punto de máxima velocidad de precipitación está en torno a 675 °C.

Qué conviene comprobar al recibir el material

En la práctica, cuando se controla la calidad del material entrante el foco suele estar en el análisis de composición: verificar que la colada responde a un 304, a un 316 o al grado pedido. Es un control necesario, pero no suficiente — porque un análisis de composición no dice nada sobre el tratamiento de solubilización. Un 316 con la química perfecta puede llegar con carburos en los bordes de grano y fallar antes que un material peor sobre el papel.

Por eso, en piezas de inoxidable sometidas a carga o con requisitos críticos, merece la pena añadir un examen metalográfico que verifique el resultado del tratamiento y, en particular, si hay carburos precipitados en los bordes de grano. Es un ensayo relativamente sencillo, y aporta justo lo que la composición no puede dar: cómo es la microestructura que realmente va a trabajar. Con ese dato, las probabilidades de sufrir después corrosión intergranular o fisuración bajo tensión se recortan —casi hasta desaparecer—.

Al final es la lógica de siempre, aplicada a un material crítico: lo que no se comprueba, no se controla. Un ensayo más en recepción protege la fiabilidad del producto y, con ella, la reputación de la empresa — mucho antes de que el problema llegue al cliente.

En resumen, tres cosas que merece la pena poner por escrito con el proveedor:

• Composición conforme al grado — y, cuando el servicio sea corrosivo, con Cr y Mo cerca del máximo del rango (más PREN), no en el mínimo.
• En piezas cargadas o críticas, examen metalográfico de la microestructura, con foco en los carburos de borde de grano.
• Trazabilidad del enfriamiento de solubilización: que atraviese rápido la franja de 425–850 °C.

De la falla al sistema de calidad

Todo lo anterior es también un ejemplo de una idea más amplia: la forma de hacer calidad cambia con la exigencia del mercado. Se pasa del juicio grueso —parámetro bien o parámetro mal— al equilibrio fino entre parámetros que se condicionan entre sí. Y en corrosión esto se ve con claridad: solo se previene de verdad cuando se entiende el mecanismo y se actúa sobre la variable correcta.

Un caso típico de ese cambio de etapa son las piezas con requisitos de forma exigentes. Durante años, la discusión era si el material era el adecuado y si la precisión de mecanizado bastaba. Resuelto eso, aparece un problema más fino: la deformación por tensiones residuales. Y con él, una decisión delicada —el recocido de distensionado—: si la temperatura es demasiado alta, se sacrifica resistencia; si es demasiado baja, la relajación de tensiones no llega. Ese tipo de equilibrio no se copia de ningún manual: se fija con ensayos y con práctica, y suele costar tiempo y esfuerzo — pero es tiempo bien invertido.

Por eso conviene actualizar la filosofía de calidad y los métodos de análisis al mismo ritmo que sube la exigencia. Los problemas, una vez resueltos de verdad, dejan de dar miedo: se convierten en la nueva ventaja competitiva de quien los ha entendido. En corrosión, este principio se cumple al pie de la letra: los mecanismos se repiten una y otra vez, y quien los conoce los evita desde el pedido, no desde la reclamación.

Conclusión

¿Por qué se corroe el inoxidable austenítico? Porque su protección no es incondicional: depende del cromo y de la historia térmica, y ambos se pueden gestionar. La picadura enseña que cumplir el grado no es lo mismo que estar preparado para un servicio corrosivo — y que el PREN se puede subir sin salirse del rango, moviendo Cr y Mo hacia sus máximos. La corrosión intergranular enseña que el enemigo puede estar en un paso del proceso —el enfriamiento de la solubilización— y en una franja de temperatura muy concreta: 425–850 °C, con el pico de precipitación en 675 °C. Y la práctica de taller da la herramienta más directa: además de la composición, un examen metalográfico a tiempo evita que el fallo aparezca donde más caro sale.

El inoxidable no falla por casualidad: falla por un mecanismo. Y los mecanismos, cuando se conocen, se controlan.

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