Acero inoxidable austenítico de alta nitrógeno novedoso: De la evaluación a gran escala a la validación experimental y la relación de propiedades

La búsqueda de alternativas asequibles y estables en precio para el níquel como el principal elemento de aleación austenitizante está impulsando a las industrias del acero inoxidables a desarrollar nuevos tipos de aceros inoxidables austeníticos con bajo contenido de níquel. Este trabajo se centra en los desafíos de diseñar aceros inoxidables austeníticos con un contenido apreciable de nitrógeno utilizando métodos computacionales, que aún se pueden producir a 1 atm de presión de N2 y procesados termomecánicamente sin agrietamientos excesivos ni desgasificación de N2. Las herramientas computacionales basadas en CALPHAD permitieron la identificación de aleaciones prometedoras mediante una evaluación a gran escala de más de 2000 candidatos basada en criterios predefinidos considerando composición (pobre en Ni, rico en N), estabilidad de fase (austenita), desgasificación (lejos de la pérdida de N2 de la fase líquida o sólida), costo (pobre en Ni) y número equivalente de resistencia a picaduras (PREN > acero inoxidable AISI 201). Las aleaciones resultantes exhibieron una microestructura austenítica con precipitaciones de nitruros de aluminio (AlN) micrométricos y nanométricos dispersos. Incluso con la ocurrencia de precipitaciones apreciables de AIN, se realizó el laminado en caliente sin agrietamientos, resultando en granos austeníticos equiaxiales. Las propiedades mecánicas de las aleaciones desarrolladas superaron las del acero inoxidable AISI 201 en términos de dureza, límite elástico y resistencia a la tracción última, con valores de 304 HV, 534 MPa y 953 MPa, respectivamente, y con una ductilidad considerable (∼40% de elongación). Incluso en presencia de AlN que absorbe parte del nitrógeno de la solución sólida, la resistencia a la corrosión de la aleación desarrollada fue superior a la del acero inoxidable AISI 201. Esta investigación proporciona valiosos conocimientos para el desarrollo y procesamiento de aceros inoxidables austeníticos de alto nitrógeno para competir con los aceros inoxidables 201 y 304 en términos de propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión.