Acero inoxidable vs acero al carbono: una comparación exhaustiva

A la hora de elegir el material adecuado para tu proyecto, es importante que conozcamos la diferencia entre el acero inoxidable y el acero al carbono. En esta guía, conocerás las propiedades, los beneficios y los casos de uso adecuados para que puedas hacer la elección correcta.

Comprensión del acero inoxidable y del acero al carbono

Los dos materiales más utilizados en las industrias manufactureras y de construcción son el acero inoxidable y el acero al carbono. Pero, ¿qué los diferencia? Veamos ahora con más detalle sus composiciones básicas y las características más importantes.

Acero inoxidable

Acero inoxidable Es una aleación que contiene un mínimo de cromo 10,5%. Esta composición es la clave de su característica más notable: la resistencia a la corrosión. Al entrar en contacto con el oxígeno, el cromo sale en forma de una película fina e invisible de óxido de cromo. Esta capa, también conocida como “capa pasiva”, protege al metal subyacente de cualquier corrosión adicional porque se restringe la difusión del oxígeno. 

También se sabe que el acero inoxidable tiene varios grados que difieren en su formación de aleación para mantener sus propiedades. Algunos grados comunes incluyen: 

• 304: Este grado es uno de los más populares conocidos por sus excelentes cualidades de resistencia a la erosión y otras características mecánicas que permiten una fácil formación de productos. 
• 316: Casi igual que 304, pero se utiliza principalmente en condiciones que pueden incluir exposición al cloruro, es decir, condiciones marinas. 
• 430: Es un acero inoxidable ferrítico que posee una excelente formabilidad y también tiene buena resistencia a la corrosión de los ácidos nítricos.

Acero carbono

Acero carbono Es una combinación de hierro y carbono, siendo el carbono el componente principal. El contenido de carbono oscila por regla general entre 0,05% y 2,1% y este porcentaje es muy importante y contribuye a las propiedades del acero. El acero al carbono, por el contrario, no contiene mucho cromo ni otros elementos similares que lo hagan resistente a la corrosión, como el acero inoxidable. 

El acero al carbono a menudo se clasifica según su contenido de carbono:

• Acero con bajo contenido de carbono (acero dulce): acero de carbono de 0,05% a 0,25%
• Acero de carbono medio: 0,25% a 0,60% de carbono.
• Acero con alto contenido de carbono: 0,60% a 2,1% de carbono.

El aumento del porcentaje de carbono también mejora la resistencia del acero, volviéndose rígido pero menos dúctil.

Diferencias clave entre el acero inoxidable y el acero al carbono

Profundicemos en los principales factores que distinguen estos dos tipos de acero.

Composición

La diferencia fundamental entre el acero inoxidable y el acero al carbono radica en su composición:

El acero inoxidable contiene: 

• Hierro (Fe): El metal base
• Cromo (Cr): Al menos 10,51 TP3T, crucial para la resistencia a la corrosión.
• Níquel (Ni): Se encuentra normalmente, pero ayuda a mejorar las propiedades de corrosión y la formabilidad del material. 
• Otros elementos de aleación: Estos incluyen molibdeno, titanio, cobre, etc., que se agregan para mejorar algunas características deseables. 

El acero al carbono contiene: 

• Hierro (Fe): El componente principal
• Carbono (C): 0,05% a 2,1% controla propiedades del acero como su resistencia y dureza. 
• Pequeñas cantidades de otros elementos: manganeso, silicio y cobre, que en pequeñas cantidades influyen en las características del acero. 

La presencia de cromo en el acero inoxidable es un factor decisivo. El cromo reacciona con el oxígeno del aire y crea una capa fina e invisible de óxido de cromo en la superficie, lo que impide que el metal se corroa. Es esta característica de autorreparación la que confiere al acero inoxidable un nivel mucho mayor de resistencia a la corrosión.

Resistencia a la corrosión

Cuando se trata de combatir el óxido y la corrosión, el acero inoxidable es el claro ganador. A continuación, le explicamos por qué:

Acero inoxidable: En el acero inoxidable, el cromo se convierte en una capa de óxido. Si esta capa se raya de algún modo, se forma inmediatamente y protege al metal contra la oxidación. Esto lo hace adecuado para su uso en áreas con condiciones adversas, como áreas cercanas al mar y en empresas químicas. 

Acero carbono: Cuando se elimina el componente de cromo del acero al carbono, este se vuelve mucho más vulnerable al óxido y la corrosión. Al reaccionar con la humedad y el oxígeno, se convierte en óxido de hierro u óxido, lo que debilita la estructura del metal a largo plazo. 

Si existe un requisito especial en cuanto a la resistencia a la corrosión de las estructuras, generalmente se prefiere el acero inoxidable. Sin embargo, en los casos en que el proyecto no requiere una alta resistencia a la corrosión pero se desea ahorrar en los costos de adquisición de materiales, el acero al carbono puede ser una opción adecuada.

Resistencia y durabilidad

Tanto el acero inoxidable como el acero al carbono ofrecen una resistencia impresionante, pero brillan en diferentes áreas:

Acero inoxidable: 

1. La mayoría de las veces, ofrece una resistencia a la tracción mayor que el acero al carbono, es decir, es más capaz de soportar la tensión antes de posiblemente romperse. 
2. Contiene mayores cantidades de ductilidad en comparación con el acero al carbono, lo que le permite doblarse sin romperse.
3. Tiene una mejor resistencia a la tracción a alta temperatura que otros aceros al carbono. 
4. El endurecimiento por trabajo de grados de acero inoxidable como 304 y 316 puede aumentar la resistencia del material mediante el trabajo en frío. 
5. Excelente relación resistencia-peso, por lo que se puede utilizar donde el peso es un factor determinante. 

Acero carbono: 

1. En muchos casos, posee una mayor resistencia al rendimiento que el acero inoxidable, por lo que puede soportar más tensión antes de doblarse por completo. 
2. Generalmente es más resistente que el acero inoxidable y, por lo tanto, puede soportar el desgaste en determinadas aplicaciones. 
3. Se puede tratar térmicamente fácilmente para aumentar considerablemente su resistencia y dureza. 
4. Los aceros con alto contenido de carbono pueden alcanzar niveles de resistencia muy elevados, pero a costa de una ductilidad reducida.

Cuál elegir entre los dos dependerá en gran medida de las fortalezas específicas que necesites. Por ejemplo: 

• Si desea un material que proporcione la capacidad de fatiga para doblarse sin fracturarse, como en resortes o algunos usos arquitectónicos, entonces el acero inoxidable podría ser el material a utilizar. 
• Los aceros al carbono, por el contrario, pueden ser más adecuados si lo que se requiere es un material que no se deforme bajo presión como en el caso de soportes de construcción, fabricantes de estructuras y mecanismos. 
• Cuando se requiere una alta resistencia junto con resistencia a la corrosión, por ejemplo en usos marinos o plantas químicas, el acero inoxidable puede ser ideal.

Resistencia al calor

Cuando se trata de soportar altas temperaturas, ambos tipos de acero tienen sus puntos fuertes:

Acero inoxidable: Cualquier grado de acero inoxidable es resistente al tratamiento térmico porque tiene una gran resistencia y es resistente a la corrosión. La durabilidad de algunos grados se puede experimentar sin un deterioro considerable a temperaturas de hasta 2000 °F (1093 °C). Esto se debe a que el acero inoxidable debe usarse en condiciones en las que se esperan temperaturas extremadamente altas, como hornos, piezas de motores, etc. 

Acero carbono: Aunque el tipo de acero al carbono del material es apto para altas temperaturas, tiene propiedades de resistencia al calor comparativamente menores que el acero inoxidable. La aplicación de altas temperaturas puede debilitar el material y hacerlo más propenso al proceso de oxidación cuando se utiliza en acero al carbono. Sin embargo, varios aceros al carbono tratados térmicamente pueden soportar dichas propiedades a temperaturas moderadamente altas. 

A la hora de seleccionar el material adecuado para su proyecto, en un lugar con temperaturas extremas, especialmente donde puede producirse corrosión, es más seguro seleccionar la opción de acero inoxidable. Para operaciones a temperaturas moderadas, el acero al carbono podría funcionar a un precio más razonable que los aceros aleados.

Comparación de costos

Al considerar el costo de estos materiales, es necesario pensar más allá del precio inicial:

Acero inoxidable: En primer lugar, estos materiales son más costosos que el acero al carbono simple porque los costos de los elementos de aleación son más altos. Sin embargo, debido a su durabilidad y a que no requieren mantenimiento o reemplazo frecuentes, resultan menos costosos cuando se utilizan en áreas corrosivas. 

Acero carbono: Suelen ser menos costosos en las primeras etapas del proyecto o fases iniciales de desarrollo, por lo que son adecuados para su uso en situaciones en las que la corrosión no será un problema significativo o en las que es posible realizar un mantenimiento con frecuencia. Pero cuando se expone a una atmósfera corrosiva, hay muchos gastos en los que incurrir en términos de mantenimiento, reemplazo y modos de falla. 

No olvide que el costo del material también incluye los costos de fabricación, instalación, mantenimiento e incluso de reemplazo. En términos de costos, aunque el acero inoxidable es relativamente más costoso que el acero al carbono en la etapa inicial de un proyecto, resulta en un costo menor a largo plazo.

Trabajabilidad y fabricación

La facilidad de trabajar con estos materiales puede afectar significativamente el cronograma y los costos de su proyecto:

Acero inoxidable: 

• Soldadura: Generalmente es difícil de soldar debido a su alta tasa de expansión térmica y baja conductividad térmica. Aun así, a menudo se requieren técnicas y equipos especiales.
• Mecanizado: Son un poco más difíciles de mecanizar debido a su extrema dureza y al efecto de endurecimiento por deformación de los materiales. Puede requerir mandriles o herramientas de corte especiales y también puede hacer que el proceso de corte sea un poco lento. 
• Conformado: Además de esto, es más dúctil en comparación con el acero al carbono, lo que a su vez significa que se puede moldear en varias formas sin romperse. 

Acero carbono: 

• Soldadura: Aunque es más duro que el acero al carbono, es comparativamente más fácil de soldar que el acero inoxidable. Aun así, tiene un coeficiente de expansión térmica más bajo y una mayor tasa de conductividad térmica, lo que también reduce el riesgo de deformación. 
• Mecanizado: En general es menos difícil de mecanizar que el acero inoxidable, esto da como resultado herramientas más baratas y, por lo tanto, una producción más rápida. 
• Conformado: A pesar de ser más rígido que el acero inoxidable, es relativamente fácil de moldear y dar forma.

Su elección puede depender de las capacidades de fabricación que tenga, así como de la densidad del proyecto asociado. Si está trabajando con diseños intrincados o necesita formar formas complejas, el acero inoxidable puede ser preferible. Para fabricar objetos con estructuras menos complejas o si desea soldarlos o mecanizarlos, el acero al carbono puede ser preferible.

Aplicaciones

Las propiedades únicas de cada tipo de acero los hacen adecuados para diferentes aplicaciones:

El acero inoxidable se utiliza comúnmente en:

• Equipos de procesamiento de alimentos: Esto permite mantener una buena higiene ya que están libres de corrosión y son fáciles de limpiar. 
• Dispositivos médicos e instrumentos quirúrgicos: Su biocompatibilidad y resistencia a los procesos de esterilización son cruciales.
• Plantas de procesamiento químico: Por su capacidad de resistir los efectos de diferentes compuestos químicos pueden ser utilizadas para entrar en contacto con sustancias corrosivas. 
• Ambientes marinos: Es resistente a la corrosión del agua salada, lo que hace que este tipo de acero sea útil para la fabricación de barcos, plataformas marinas, entre otros. 
• Aplicaciones arquitectónicas: Debido a su impresionante apariencia y versatilidad, se utiliza en el revestimiento de edificios y esculturas.

El acero al carbono se encuentra a menudo en:

• Construcción (acero estructural): Por su resistencia y rentabilidad, el producto es muy adecuado para construcciones como edificios y puentes. 
• Piezas de automóvil: Su resistencia y asequibilidad lo hacen adecuado para muchos componentes de vehículos.
• Herramientas y maquinaria: Es duro y tiene buena resistencia al desgaste, por lo que se utiliza en la fabricación de cuchillería y para fabricar maquinaria pesada. 
• Oleoductos: Se utilizan mejor en el transporte de petróleo y gas, ya que son fuertes y económicos. 
• Vías del ferrocarril: Son bastante duraderas y lo suficientemente fuertes como para soportar cargas extremadamente altas sin problemas como el desgaste. 
• Sartenes para cocinar (cuando están sazonadas): Dado que tienen buena conductividad térmica, se utilizan a menudo para preparar utensilios de cocina, además, forman una superficie antiadherente después de ser sazonadas. 

Por supuesto, su decisión dependerá principalmente de las características de su aplicación particular. Algunos de los factores que se deben tener en cuenta al tomar una decisión incluyen el entorno corrosivo, la resistencia, la temperatura y el costo.

Requisitos de mantenimiento

Las necesidades de mantenimiento de estos materiales pueden tener un impacto significativo en los costos y la usabilidad a largo plazo:

Acero inoxidable: 

• Bajos requisitos de mantenimiento 
• Resistente a las manchas y a la corrosión. 
• Solo requiere enjuague y lavado con agua y jabón suave la mayor parte del tiempo. 
• Es posible que ocasionalmente sea necesario pulirlo para mantener su apariencia. 

Acero carbono: 

• Mayores requisitos de mantenimiento, especialmente en entornos corrosivos. 
• Necesita lavarse y secarse periódicamente para evitar la oxidación. 
• Podría estar expuesto a la corrosión y podría requerir una capa protectora o pinturas. 
• También es obligatorio inspeccionar periódicamente los vehículos para detectar óxido y daños. 

En otras palabras, si es fácil de mantener, especialmente en condiciones extremas, entonces el acero inoxidable es la solución preferida. Pero si se puede proporcionar un servicio de mantenimiento periódico y el entorno no es demasiado agresivo, el acero al carbono resultará mucho más económico.

Impacto ambiental

Ambos tipos de acero tienen consideraciones medioambientales:

Acero inoxidable: 

• Este material se puede reciclar una y otra vez sin tener que degradar la calidad del producto en el que se utiliza. 
• Tienen una larga vida útil, lo que significa que no se reemplazarán con frecuencia. 
• La producción puede requerir un uso intensivo de energía debido a los elementos de aleación.

Acero carbono: 

• También se pueden reciclar, pero pueden sufrir un ligero cambio en sus propiedades durante el proceso. 
• La reducción de la vida útil del producto en entornos corrosivos implica que los productos se reemplazarán con mayor frecuencia. 
• Por lo general, se necesita menos energía para fabricarlo en comparación con el acero inoxidable. 

Ambos materiales pueden utilizarse para abordar el diseño sostenible, pero el impacto ambiental positivo relativo está vinculado, en la mayoría de los casos, al uso específico y a las consideraciones sobre el ciclo de vida del material en cuestión. La longevidad del acero inoxidable está vinculada a su capacidad de reciclarse y, en muchas situaciones, su uso resulta mejor para el medio ambiente que el de un material que siempre se reemplaza con frecuencia.

Conclusión

La elección entre acero inoxidable y acero al carbono depende de sus necesidades específicas. Algunos de los factores que se deben tener en cuenta pueden incluir la resistencia a la corrosión, la solidez, los métodos de fabricación y el alcance del costo a largo plazo. Cada material tiene ventajas y desventajas, y el uso del material ideal puede marcar una gran diferencia en su tarea. Si está buscando asesoramiento profesional sobre el material más adecuado para usar en su proyecto, debe acudir a KDM.