El molibdeno es uno de los elementos de aleación más versátiles disponibles para el fabricante de acero. Incluso pequeñas adiciones, frecuentemente inferiores al uno por ciento, cambian la forma en que se endurece el acero, cómo se comporta a altas temperaturas y cómo resiste ciertos medios corrosivos. Aparece en especificaciones tan diferentes como el tubo de caldera de cromo-molibdeno ASTM A335, la barra templada y revenida AISI 4140 y el acero inoxidable austenítico Tipo 316, por lo que comprender qué hace el molibdeno es el primer paso para seleccionar un grado.
¿Qué hace el molibdeno dentro de la matriz de acero?
El molibdeno se disuelve en ferrita y, debido a que es un fuerte formador de carburos, también se combina con el carbono para formar carburos de aleaciones estables. En solución sólida eleva la temperatura a la cual el acero comienza a ablandarse, por lo que la resistencia se conserva por más tiempo durante el templado y en servicio en caliente. Como formador de carburo, contribuye al endurecimiento secundario, refina la distribución del carburo y ayuda a estabilizar la microestructura contra el engrosamiento. En conjunto, estos efectos explican las tres propiedades por las que se compra el molibdeno: templabilidad, resistencia a altas-temperaturas y resistencia a la corrosión.
Templabilidad: una tasa de enfriamiento más baja para la misma resistencia
La templabilidad describe la profundidad a la que se puede endurecer un acero en una sección. El molibdeno es uno de los promotores de templabilidad más eficientes: retarda la transformación de austenita en perlita y bainita, por lo que disminuye la velocidad de enfriamiento crítica requerida para producir martensita. En términos de producción, esto significa que una sección pesada puede endurecerse completamente mediante enfriamiento con aceite, o incluso mediante enfriamiento por aire, en lugar de un enfriamiento severo con agua. Un enfriamiento más suave reduce la distorsión, la tensión residual y el riesgo de agrietamiento por enfriamiento, lo cual es decisivo para ejes, engranajes, matrices y piezas forjadas grandes que no se pueden rectificar hasta su tamaño después del tratamiento térmico.
Resistencia a altas-temperaturas, fluencia y revenido
A temperaturas elevadas, el molibdeno fortalece la matriz y evita que los carburos se fusionen, lo que aumenta la resistencia a la fluencia y a la rotura por tensión. Esta es precisamente la razón por la que existen los grados de calderas y recipientes a presión de cromo-molibdeno: acero 0,5Mo como ASTM A335 P1 y A213 T1, 1,25Cr-0,5Mo como A335 P11 y A213 T11, 2,25Cr-1Mo como A335 P22 y A213 T22, y 9Cr-1Mo como A335 P9. En los aceros templados y revenidos, el molibdeno retrasa el ablandamiento durante el revenido, por lo que la pieza mantiene su dureza y resistencia al desgaste a la temperatura de trabajo. También se utilizan pequeñas adiciones de molibdeno para reducir la susceptibilidad a la fragilización del temple en aceros con cromo.
Resistencia a la corrosión y papel del molibdeno en el acero inoxidable
Al igual que el cromo, el molibdeno afecta la resistencia a la corrosión del acero. En el acero inoxidable austenítico mejora la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas en ambientes que contienen cloruro, razón por la cual el Tipo 316 y su variante con bajo contenido de carbono 316L contienen de 2,00 a 3,00 % de Mo y se seleccionan sobre el 304 para uso en plantas marinas, químicas y de procesos. El molibdeno también mejora el rendimiento en la reducción del servicio ácido, lo que lo convierte en una adición estándar en aceros para equipos de ácido sulfúrico y fosfórico. El efecto combinado del cromo, el molibdeno y el nitrógeno se compara comúnmente utilizando un número equivalente de resistencia a las picaduras expresado como Cr + 3.3 Mo + 16 N, una clasificación simple que los compradores utilizan al comparar grados de acero inoxidable.
Prácticas de adición y grados típicos de rodamientos de molibdeno-
| Calificación | Tipo | Gama de Molibdeno |
|---|---|---|
| ASTM A335 P1 / A213 T1 | Caldera de 0,5 Mo y tubo intercambiador de calor. | 0.44 - 0.65 % |
| ASTM A335 P11 / A213 T11 | Tubo de 1,25Cr-0,5Mo | 0.44 - 0.65 % |
| ASTM A335 P22 / A213 T22 | Tubo de 2,25Cr-1Mo | 0.87 - 1.13 % |
| ASTM A335 P9 / A213 T9 | tubo 9Cr-1Mo | 0.90 - 1.10 % |
| ASTM A335 P91 / A213 T91 | Tubo de 9Cr-1Mo-V | 0.85 - 1.05 % |
| AISI 4140 | Barra de acero aleado templado y revenido | 0.15 - 0.25 % |
| AISI 4340 | Acero de aleación de alta resistencia | 0.20 - 0.30 % |
| Tipo 316 / 316L | Acero inoxidable austenítico | 2.00 - 3.00 % |
| ferromolibdeno FeMo60 | Adición de aleación para la masa fundida | 55 - 65 % |
El molibdeno ingresa a la masa fundida como ferromolibdeno, más comúnmente el grado FeMo60 que contiene entre 55 y 65% de Mo, agregado en el horno o en la cuchara después del soplado de oxígeno. La recuperación es alta y predecible, por lo que la adición se calcula a partir del análisis objetivo y luego se confirma en una muestra fundida mediante espectroscopía de emisión óptica. Para calores críticos, las pruebas de seguimiento-son igualmente directas: dureza y templabilidad mediante la prueba de enfriamiento final Jominy, propiedades de tracción de una muestra fundida por separado y, para grados de acero inoxidable, pruebas de corrosión intergranular cuando la especificación lo requiera.
Preguntas frecuentes
P: ¿Por qué se agrega molibdeno al acero?
R: Se agrega para aumentar la templabilidad, aumentar la resistencia a altas-temperaturas y la resistencia a la fluencia, y para mejorar la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas. También retrasa el ablandamiento durante el templado, por lo que la dureza se conserva a la temperatura de trabajo.
P: ¿Cómo mejora el molibdeno la templabilidad?
R: Ralentiza la transformación de austenita en perlita y bainita, lo que reduce la velocidad de enfriamiento necesaria para formar martensita. Luego, las secciones gruesas se pueden endurecer en aceite o aire en lugar de agua, lo que reduce el riesgo de distorsión y agrietamiento.
P: ¿Qué aceros contienen molibdeno?
R: Aceros al cromo-molibdeno para calderas y recipientes a presión, como A335 P1, P11, P22 y P9, grados de barras templados y revenidos como 4140 y 4340, muchos aceros para herramientas y aceros inoxidables que contienen molibdeno, como el Tipo 316 y 316L.
P: ¿Cuánto molibdeno hay en el acero inoxidable 316?
R: El tipo 316 y su variante baja en carbono 316L especifican entre 2,00 y 3,00 % de molibdeno. Esa adición es lo que los separa del Tipo 304 y les da una mejor resistencia a los cloruros.
P: ¿El molibdeno afecta la dureza?
R: Con un tratamiento térmico correcto, se mejora el equilibrio entre resistencia y tenacidad al refinar los carburos y aumentar la resistencia al templado. Sin control de la temperatura de templado y los niveles de impurezas, el beneficio puede perderse debido a la fragilización, por lo que el tratamiento térmico se especifica junto con la química.
P: ¿De qué forma se carga el molibdeno en el horno?
R: Ferromolibdeno, generalmente de grado FeMo60 con entre 55 y 65 % de Mo, es la adición estándar, cargada de manera que se disuelva por completo y se confirma mediante el análisis de una muestra fundida.