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“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
 
 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados 
para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
TESIS 
PARA OBTENER EL GRADO DE 
DOCTOR EN CIENCIAS EN METALURGIA Y MATERIALES 
PRESENTA 
 
M. en C. ALCÁNTARA CÁRDENAS JUAN ALBERTO 
 
DIRECTORES: 
 
DR. JOSÉ FEDERICO CHÁVEZ ALCALÁ 
ASESOR EXTERNO: DR. MIGUEL SÁNCHEZ PASTEN 
 
 
 CIUDAD DE MÉXICO MAYO 2016 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS 
EXTRACTIVAS 
 DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA METALÚRGICA 
1 
 
 
DEDICATORIAS 
 
 
 
Gracias a Dios por haberme permitido lograr una meta más 
en mi vida. 
Especialmente a mi esposa Laura que es un pilar muy 
importante en mi vida, por darme el aliento y el ímpetu, por 
haberme alentado para la realización y conquista en esta 
meta. Y a alguien muy importante mi hijo Mateo el cual es 
un motivo para seguir luchando en esta vida y demostrarle 
que los sueños son posibles y que no hay imposibles en esta 
vida si se persevera; Los Amo. 
A mis padres y hermanos por su amor y apoyo incondicional, 
así como a toda la familia de mi esposa. 
Especialmente para la persona que nunca ha perdido la Fé 
en mí gracias por su amor y su apoyo mi mama Regina. 
A todos mi amigos que me aconsejaron para lograr mi meta 
en especial a: Fabian, Javier, Felipe, Adan, Samuel, Alfredo, 
Eder, Rafael. Y a todos aquellos que involuntariamente haya 
omitido pero que los consideró mis amigos. 
 
 
 
 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
 
Al Dr. Federico Chavez Alcalá por la confianza depositada 
en mí, por sus consejos, comentarios, así como por el aporte 
a este trabajo a través de sus conocimientos y experiencia, 
muchas gracias. 
 
Al Dr. Miguel Sanchez Pasten por su apoyo a la elaboración 
de este trabajo. 
 
Al Dr Adan Ramirez Lopez Por sus consejos y apoyo por 
todos sus consejos y llamadas de atención gracias Adan. 
 
A los miembros del jurado, por sus comentarios al presente 
trabajo. 
 
Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) 
por el apoyo recibido durante la realización del presente 
trabajo. 
 
Al igual a la UTFV por al apoyo a la investigación. 
 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
Índice 
 Página 
Lista de figuras i 
Lista de tablas vi 
RESUMEN 
ABSTRACT 
vii 
viii 
I. INTRODUCCIÓN 1 
II. CONSIDERACIONES TEÓRICAS 4 
2.1 PRINCIPIOS DE ACEROS INOXIDABLES 4 
2.1.1 Los Aceros Inoxidables 4 
2.2 TIPOS DE ACEROS INOXIDABLES 6 
2.2.1 Aceros Inoxidables Martensíticos 6 
2.2.2 Aceros Inoxidables Austeníticos 7 
2.2.3 Aceros Inoxidables Ferríticos 7 
2.1.3. EFECTO DE LOS ALEANTES EN LOS ACEROS INOXIDABLES 9 
2.1.3.1 Sistema Fe-Al 9 
2.1.3.2 Sistema Fe-Si 9 
2.3.3 Sistema Fe-Mo 10 
2.4 INFLUENCIA DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA EN LA RESISTENCIA A LA 
CORROSIÓN 
11 
2.5 INCONVENIENTES QUE PRESENTAN LOS ACEROS INOXIDABLES 
FERRITICOS 
12 
2.5.1 Excesivo crecimiento de grano 12 
2.5.2 Sensibilización 12 
2.5.3 Pérdida de ductilidad por presencia de fases 12 
2.6 PRINCIPIOS DE CORROSIÓN A ALTA TEMPERATURA 13 
2.6.1 Definiciones de Corrosión 13 
2.6.2 Clasificación de los Procesos de Corrosión en Metales 13 
2.6.3 Corrosión a Altas Temperaturas 14 
2.6.4 Corrosión Caliente (Hot Corrosion) 14 
2.6.5 Metal Dusting 14 
2.6.6 Corrosión por Sales Fundidas (MoltenSaltsCorrosion) 15 
2.6.7 Oxidación Activa. 15 
2.7 PRINCIPIOS TERMODINAMICOS DE CORROSION A ALTA TEMPERATURA 16 
2.7.1 Energía Libre Estándar de Formación Vs Diagramas de Temperatura 16 
2.7.2 Diagramas especies en estado vapor 16 
2.7.3 Diagramas de estabilidad isotérmica en dos dimensiones 18 
2.8 PRINCIPIOS CINETICOS DE CORROSION A ALTA TEMPERATURA 18 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
2.8.1 Condiciones para que un óxido sea protector a altas temperaturas 18 
2.8.2 Variables que influyen en la cinética de corrosión 18 
2.8.3 Estudio de la corrosión a altas temperaturas 19 
2.8.4 Mecanismos de crecimiento de los óxidos 19 
2.8.5 Realización de curvas termogravimétricas 20 
2.8.6 Reacciones de oxidación y reducción 20 
2.9 IDENTIFICACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE PRODUCTOS DE CORROSIÓN 21 
2.10 ECUACIONES DE VELOCIDAD 21 
2.10.1 Ecuación de Velocidad Logarítmica 22 
2.10.2 Ecuaciones de velocidad parabólicas 23 
2.10.3 Ecuaciones de velocidad lineal 23 
2.11 FORMACIÓN DE PRODUCTOS NO PLANARES DE REACCIÓN 24 
2.11.1 Crecimiento de “whiskers” 24 
2.12 APLICACIONES DE ACEROS INOXIDABLES ALEADOS EN MEDIOS DE 
CORROSION A ALTA TEMPERATURA 
27 
2.13. MECANISMOS DE LA CORROSIÓN A TEMPERATURA ELEVADA 
 
28 
2.13.1 GENERALIDADES 28 
2.13.2 MECANISMOS DE CORROSIÓN GASEOSA 29 
2.13.2.1 Decohesión y formación doble 29 
2.13.2.2 Oxidación Interna/Sulfatación 30 
2.13.2.3 Oxidación selectiva 31 
2.13.2.4 Oxidación simultánea 31 
2.13.2.5. Óxidos dobles 33 
2.14. Estado del arte de la corrosión a temperatura elevada en aleaciones Fe-
Cr 
33 
III. Desarrollo Experimental 46 
3.1 FABRICACIÓN DE LOS ACEROS 46 
3.2 TRATAMIENTO DE HOMOGENIZACIÓN 47 
3.3 TRATAMIENTO TERMOMECÁNICO 47 
3.4 PRUEBAS DE CORROSIÓN 48 
3.5 MEDICIÓN DE MICRODUREZA VICKERS (MDV) 49 
3.6 CARACTERIZACIÓN POR MICROSCOPIA ELECTRÓNICA DE BARRIDO (MEB) 49 
3.7 CARACTERIZACIÓN POR DIFRACCIÓN DE RAYOS X 50 
IV Resultados y Discusión 51 
4.1 MONITOREO MICROESTRUCTURAL 51 
4.2 MEDICIÓN DE DUREZA 53 
4.3 ANALISIS PUNTUAL DE PRECIPITADOS EN ACEROS UTILIZADOS 55 
4.4 RESULTADOS ATMOSFERA H2O 57 
4.4.1 Morfología de Corrosión 57 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
4.4.2 Difracción de rayos X 60 
4.4.3 Pérdida de masa 62 
4.4.4 Termogravimetría 62 
4.4.5 Caracterización de la capa de óxido 63 
4.5 RESULTADOS DE ATMOSFERA DE HCl 65 
4.5.1 Morfología de Corrosión 65 
4.5.2 Difracción de rayos X 66 
4.5.3 Pérdida de masa 68 
4.5.4 Termogravimetría 68 
4.5.5 Caracterización de la capa de óxido 69 
4.6 RESULTADOS DE ATMOSFERA DE HCl-H2O 71 
4.6.1 Morfología de Corrosión 71 
4.6.2 Difracción de rayos X 72 
4.6.3 Pérdida de masa 74 
4.6.4 Termogravimetría 
4.6.5 Diagramas de Estabilidad 
74 
75 
4.7 RESULTADOS ATMOSFERA DE INCINERADOR DE BASURA 76 
4.7.1 Morfología de corrosión 76 
4.7.2 Caracterización de la capa de óxido 77 
4.7.3 Mapeos sobre la capa de óxido 78 
4.7.5 Pérdida de Masa 88 
4.7.6 Termogravimetría 88 
4.7.7 Difracción de rayos X 89 
4.8 RESULTADOS DE ATMOSFERA DE INCINERADOR DE BASURA CON 
ADICION DE CLORUROS DE Zn y K. 
91 
4.8.1 Morfología de corrosión 91 
4.8.2 Caracterización de la capa de óxido 92 
4.8.3 Mapeos sobre la capa de óxido 94 
4.8.4 Pérdida de Masa 99 
4.8.5 Termogravimetría 99 
4.8.6 Difracción de rayos X 
4.8.7 Diagramas de Estabilidad 
4.8.8 Discusión de Resultados 
100 
102 
103 
V Conclusiones 106 
VI Referencias 108 
 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
i 
 
Lista de Figuras 
 Página 
Figura 1. Diagrama de equilibrio de fases Fe-Cr. 5 
Figura 2. Efecto de diferentes elementos aleantes sobre el límite de estabilidad de la 
austenita en el diagrama Fe-Cr. 
5 
Figura 3. Familias típicas de los Aceros Inoxidables Ferríticos. 8 
Figura 4. Diagrama Fe-Al. 9 
Figura 5. Diagrama Fe-Si. 10 
Figura 6. Diagrama Fe‐Mo. 10 
Figura 7. Diagrama de Ellingham para óxidos metalúrgicamente importantes. 17 
Figura 8. Mecanismo de oxidación a altas temperaturas de un metal. Interacción 
entre el metal, el gas y la película de óxidos. 
20 
Figura 9. Ilustraciónesquemática de la variación de x con el tiempo para oxidación 
logarítmica y logarítmica inversa de metales. 
22 
Figura 10. Ilustracion esquematica de la varacion de x con el tiempo para oxidacion 
parabolica y lineal. 
23 
Figura 11. “Whisker” de Nb2O5 formado a temperatura alta (900° C) de oxidación del 
niobio. 
24 
Figura 12. Crecimiento de “whiskers” y óxidos laminares de Fe2O3 a 450ºC. 25 
Figura 13. Esquema de los fenómenos principales que tienen lugar durante la 
reacción del metal con el oxígeno. 
29 
Figura 14. Ruptura del óxido. 30 
Figura 15. Esquema del flujo de masa y crecimiento de la capa de óxido durante la 
oxidación selectiva de una aleación binaria. 
32 
Figura 16. Crecimiento simultaneo de óxidos. BO es más estable, pero AO crece 
muy rápido. 
32 
Figura 17. Proceso de corrosión del hierro puro debajo de la mezcla eutéctica KCl-
ZnCl2. 
39 
Figura 18. Modelo esquemático del mecanismo de degradación para aleaciones Fe-
Al. 
41 
Figura 19. Diagrama de flujo de la secuencia experimental. 47 
Figura 20. Representación esquemática de la forma de las muestras para corrosión. 48 
Figura 21.Esquema del reactor utilizado. 49 
Figura 22. Micro estructura de los aceros empleados. 54 
Figura 23. Comparación de dureza en condición de colada y tratamiento térmico. 55 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
ii 
 
Figura 24. Micrografías de la aleación Fe9Cr2.5AlSi5Mo. 56 
Figura 25. Micrografías de la aleación Fe9Cr2.5AlSi3Mo. 56 
Figura 26. Micrografías de la aleación Fe9Cr1.5AlSi3Mo. 57 
Figura 27. Micrografías de la aleación Fe9Cr3AlSi3Mo. 58 
Figura 28. Morfologías superficiales de las aleaciones Fe-Cr corroídas en N2 - 360 
vppm H2O a 500°C durante 300h. 
59 
Figura 29. Morfologías superficiales de las aleaciones Fe-Cr corroídas en N2 - 360 
vppm H2O a 600°C durante 300h. 
60 
Figura 30. Patrones de difracción de DRX de las capas de óxido formadas en las 
aleaciones Fe-Cr corroídas en N2 - 360 vppm H2O a 500°C durante 300h. 
61 
Figura 31. Patrones de difracción de DRX de las capas de óxido formadas en las 
aleaciones Fe-Cr corroídas en N2 - 360 vppm H2O a 600°C durante 300h. 
61 
Figura 32. Pérdida de masa de las aleaciones investigadas después de 300h de 
exposición 500- 600°C en N2-360 ppm H2O 
62 
Figura 33. Gráfica de Termogravimetría para aleaciones Fe-Cr corridas por 300h a 
500 y 600°C en N2-360 vppm H2O. 
63 
Figura 34. Micrografías de la Sección Transversal de Aleaciones Fe-Cr en N2 - 360 
ppm H2O durante 300 horas a 500°C. 
64 
Figura 35. Micrografías de la Sección Transversal de Aleaciones Fe-Cr en N2 - 360 
ppm H2O durante 300 horas a 600°C. 
64 
Figura 36. Morfologías superficiales de las aleaciones Fe-Cr corroídas en N2 - 220 
vppm HCl a 500°C durante 300h. 
65 
Figura 37. Morfologías superficiales de las aleaciones Fe-Cr corroídas en N2 - 220 
vppm HCl a 600°C durante 300h. 
66 
Figura 38. Patrones de difracción de DRX de las capas de óxido formadas en las 
aleaciones Fe-Cr corroídas en N2 - 220 vppm HCl a 500°C durante 300h. 
67 
Figura 39.Patrones de difracción de DRX de las capas de óxido formadas en las 
aleaciones Fe-Cr corroídas en N2 - 220 ppm HCl a 600°C durante 300h. 
67 
Figura 40. Pérdida de masa de las aleaciones investigadas después de 300h de 
exposición 500- 600°C en N2-220 ppm HCl. 
68 
Figura 41.Grafica de Termogravimetría para aleaciones Fe-Cr corridas por 300h a 
500 y 600°C en N2-220 vppm HCl. 
69 
Figura 42. Micrografías de la Sección Transversal de Aleaciones Fe-Cr en N2 - 220 
ppm HCl durante 300 horas a 500°C. 
70 
Figura 43. Micrografías de la Sección Transversal de Aleaciones Fe-Cr en N2 - 220 
ppm HCl durante 300 horas a 600°C. 
70 
Figura 44.Morfologías superficiales de las aleaciones Fe-Cr corroídas en N2 - 360 
vppm H2O, 220 vppm HCl a 500°C durante 300h. 
71 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
iii 
 
Figura 45. Morfologías superficiales de las aleaciones Fe-Cr corroídas en N2 - 360 
vppm H2O, 220 vppm HCl a 600°C durante 300h. 
72 
Figura 46. Patrones de difracción de DRX de las capas de óxido formadas en las 
aleaciones Fe-Cr corroídas en N2 - 360 vppm H2O , 220 vppm HCl a 
500°C durante 300h. 
73 
Figura 47. Patrones de difracción de DRX de las capas de óxido formadas en las 
aleaciones Fe-Cr corroídas en N2 - 360 vppm H2O , 220 vppm HCl a 
600°C durante 300h. 
73 
Figura 48. Pérdida de masa de las aleaciones investigadas después de 300h de 
exposición 500- 600°C en N2- 360 vppm H2O, 220 ppm HCl. 
74 
Figura 49. Grafica de Termogravimetría para aleaciones Fe-Cr corridas por 300h a 
500 y 600°C en N2-360 vppm H2O, 220 vppm HCl. 
75 
 
Figura 50 Diagramas de estabilidad de aleaciones Fe-Cr a 500 y 600°C 
 para el sistema (Fe-O-Cl). 
75 
 Figura 51 Diagramas de estabilidad de aleaciones Fe-Cr a 500 y 600°C 
 para el sistema (Cr-O-Cl). 
76 
Figura 52. Micrografías de Aleaciones Fe-Cr en N2-O2 8% vol. 220 vppm HCl 360 
vppm H2O 200vppm SO2 durante 300 horas a 600°C. 
77 
Figura 53. Micrografías de Aleación Fe-Cr en N2-O2 8% vol. 220 vppm HCl 360 
vppm H2O 200vppm SO2 durante 300 horas a 500°C. 
78 
Figura 54. Micrografías de la Sección Transversal de Aleaciones Fe-Cr en N2-O2 
8%vol. 220 vppm HCl 360 vppm H2O 200vppm SO2 durante 300 horas a 
500°C. 
79 
Figura 55. Micrografías de la Sección Transversal de Aleaciones Fe-Cr en N2 - O2 
8% vol. 220 vppm HCl 360 vppm H2O 200vppm SO2 durante 300 horas a 
600°C. 
80 
Figura 56. Mapeo de la Sección Transversal de Aleación Fe9Cr2.5AlSi5Mo en N2-
O2 8%vol. 220 vppm HCl 360 vppm H2O 200vppm SO2 durante 300 horas 
a 500°C. 
81 
Figura 57. Mapeo de la Sección Transversal de Aleación Fe9Cr2.5AlSi3Mo en N2-
O2 8%vol. 220 vppm, HCl 360 vppm H2O 200vppm SO2 durante 300 
horas a 500°C 
82 
Figura 58. Mapeo de la Sección Transversal de Aleación Fe9Cr1.5AlSi3Mo en N2 
O2-8% 220 vppm HCl 360 vppm H2O 200vppm SO2 durante 300 horas a 
500°C. 
83 
Figura 59. Mapeo de la Sección Transversal de Aleación Fe9Cr3AlSi3Mo en N2-O2 
8%vol. 220 vppm HCl 360 vppm H2O 200vppm SO2 durante 300 horas a 
500°C. 
84 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
iv 
 
Figura 60. Mapeo de la Sección Transversal de Aleación Fe9Cr2.5AlSi5Mo en N2-
O2 8%vol. 220 vppm HCl 360 vppm H2O 200vppm SO2 durante 300 horas 
a 600°C. 
85 
Figura 61. Mapeo de la Sección Transversal de Aleación Fe9Cr2.5AlSi3Mo en N2 -
O2 8%vol. 220 vppm HCl 360 vppm H2O 200vppm SO2 durante 300 horas 
a 600°C. 
86 
Figura 62. Mapeo de la Sección Transversal de Aleación Fe9Cr1.5AlSi3Mo en N2 -
O2 8%vol. 220 vppm HCl 360 vppm H2O 200vppm SO2 durante 300 horas 
a 600°C. 
87 
Figura 63. Grafica de pérdida de peso de Aleaciones Fe-Cr en N2 O2-8%vol. 220 
ppm HCl 360 vppm H2O 200ppm SO2 durante 300 horas a 500-600°C. 
88 
Figura 64.Termogravimetrías de Aleaciones Fe-Cr en N2-O2 8%vol. 220 ppm HCl 
360vppm H2O 200ppm SO2 durante 300 horas a 500-600°C. 
89 
Figura 65. Patrón de Difracción de Rayos X de una aleaciones Fe-Cr en N2-O2 
8%vol. 220 vppm HCl 360 vppm H2O 200vppm SO2 durante 300 horas a 
600°C. 
90 
Figura 66. Patrón de Difracción de Rayos X de una aleaciones Fe-Cr en N2 -O28% 
vol. 220 vppm HCl 360 vppm H2O 200vppm SO2 durante 300 horas a 
500°C. 
90 
Figura 67. Morfología superficial de aleaciones en N2 -O2 8% vol. 220 vppm HCl 360 
vppm H2O 200vppm SO2 durante 300 horas a 500°C con adición de 
cloruros de Zn y K. 
91 
Figura 68. Morfología superficial de aleaciones en N2 -O2 8% 220 vppm HCl 360 
vppm H2O 200vppm SO2 durante 300 horas a 600°C con adición de 
cloruros de Zn y K. 
92 
Figura 69. Micrografías de la Sección Transversal de Aleaciones Fe-Cr en N2-O2 
8%vol. 220 vppm HCl 360 vppm H2O 200vppm SO2 durante 300 horas a500°C con adición de cloruros de Zn y K. 
93 
Figura 70. Micrografías de la Sección Transversal de Aleaciones Fe-Cr en N2-O2 
8%vol. 220 vppm HCl 360 vppm H2O 200vppm SO2 durante 300 horas a 
600°C con adición de cloruros de Zn y K. 
94 
Figura 71. Mapeo de la Sección Transversal de Aleación Fe9Cr1.5AlSi3Mo en N2-
O2 8%vol. 220 vppm HCl 360 vppm H2O 200vppm SO2 durante 300 horas 
a 600°C. 
95 
Figura 72.Mapeo superficial de la aleación Fe9Cr1.5AlSi3Mo en N2-O2 8%vol. 220 
vppm HCl 360 vppm H2O 200vppm SO2 durante 300 horas a 600°C. 
96 
Figura 73. Mapeo superficial de la aleación Fe9Cr1.5AlSi3Mo en N2-O2 8%vol. 220 
vppm HCl 360 vppm H2O 200vppm SO2 durante 300 horas a 600°C. 
97 
Figura 74. Mapeo superficial de la aleación Fe9Cr1.5AlSi3Mo en N2-O2 8%vol. 220 
vppm HCl 360 vppm H2O 200vppm SO2 durante 300 horas a 600°C. 
98 
 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
v 
Figura 75. Grafica pérdida de peso de Aleaciones Fe-Cr en N2 O2-8%vol. 220v ppm 
HCl 360 vppm H2O 200vppm SO2 durante 300 horas a 500-600°C con 
adición de cloruros de Zn y K. 
99 
Figura 76. Termogravimetrías de Aleaciones Fe-Cr en N2-O2 8%vol. 220 ppm HCl 
360 vppm H2O 200ppm SO2 durante 300 horas a 500-600°C con adición 
de cloruros de Zn y K. 
100 
Figura 77. Patrón de Difracción de Rayos X de una aleaciones Fe-Cr en N2 -O2 8% 
vol. 220 vppm HCl 360 vppm H2O 200vppm SO2 con adición de cloruros 
de Zn y K, durante 300 horas a 600°C. 
101 
Figura 78. Patrón de Difracción de Rayos X de una aleaciones Fe-Cr en N2 -O2
8% vol. 220 vppm HCl 360 vppm H2O 200vppm SO2 con adición de 
cloruros de Zn y K, durante 300 horas a 500°C. 
101 
Figura 79 Diagrama de estabilidad de aleaciones Fe-Cr a 600°C para el sistema 
 Fe-Cl-O-K) líneas sólidas, (Zn-Cl-O-K) líneas punteadas, (Cr-Cl-O-K) 
 líneas con dos puntos. 
102 
Figura 80 Diagrama de estabilidad de aleaciones Fe-Cr a 600°C para el sistema 
 Fe-Cl-O-K) líneas sólidas, (Zn-Cl-O-K) líneas punteadas, (Cr-Cl-O-K) 
 líneas con dos puntos. 
103 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
vi 
Índice de Tablas 
Página 
Tabla 1. Clasificación de Aceros Inoxidables. 7 
Tabla 2. Aleaciones experimentales. 33 
Tabla 3. Composición de Aceros Inoxidables. 38 
Tabla 4. Comparativa de velocidades de corrosión con y sin Azufre. 43 
Tabla 5. Composición de aceros fabricados. 46 
Tabla 6. Composición de los aceros nominados. 46 
Tabla 7. Resultados de Microdureza Vickers, de las cuatro aleaciones, en condiciones 
de fusión. 53 
Tabla 8. Resultados de Microdureza Vickers, de las cuatro aleaciones en condiciones 
de tratamiento térmico. 54 
Tabla 9. Elementos presentes en precipitados. 57 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
vii 
Resumen 
En los últimos años, con el crecimiento de nuevas industrias de generación de energía que utilizan la 
incineración de residuos orgánicos, como la generación de energía eléctrica, se requiere de materiales 
capaces de operar a temperaturas muy elevadas (mayores a 400ºC) en condiciones altamente corrosivas. 
En este trabajo se desarrolla una nueva familia de aceros inoxidables ferríticos con 9 % Cr y combinaciones 
de Mo, Al y Si, con la intención de mejorar los aceros inoxidables existentes para su empleo en condiciones 
extremas de corrosión a alta temperatura y buscar la composición más adecuada en este sistema. 
Por lo que se determinó las condiciones adecuadas de fabricación de los aceros a nivel laboratorio en un 
horno de inducción y se establecen las secuencias de fusión y refinación a partir de materias primas 
convencionales, para obtener las composiciones químicas deseadas y un alto grado de limpieza, así como 
la secuencia de desarrollo microestructural mediante procesamiento termomecánico. 
Posteriormente estos aceros se evaluaron en pruebas de corrosión en atmosferas de (1) N2 - 220 vppm 
HCl; (2) N2-360 vppm H2O; (3) N2- 220 vppm HCl, 360 vppm H2O; (4) N2 - O2 8%vol, 220 vppm HCl, 360 
vppm H2O, 200vppm SO2 y (5) N2 - O2 8%vol, 220 vppm HCl, 360 vppm H2O, 200vppm SO2 sin y con 
adición de sales de ZnCl2 y KCl durante un periodo de 300h de exposición a 500 y 600 °C, simulando el 
ambiente de un incinerador de basura para la generación de energía eléctrica, cabe señalar que las tres 
primeras atmosferas se realizaron para observar el efecto individual de los gases que conforman la 
atmósfera. Por lo que se analizaron las curvas de cambio de peso de las muestras de acero sometidas a 
las condiciones corrosivas en función del tiempo y los productos de corrosión se caracterizaron por técnicas 
de microscopia electrónica de barrido, microanálisis y difracción de rayos X. 
En las atmosferas de HCl, H2O y la mezcla se encontraron los óxidos Fe2O3, Cr2O3, (Fe0.6Cr0.4)2O3 y CrO2; 
adicionalmente en la atmósfera simulada de incineración de basura y la atmosfera con adición de Cloruros 
se obtuvieron los compuestos (Cr, Fe)2O3, FeSiO4 y FeAlO3, Fe(Cr, Al)2O4, K2CrO4, FeCrMo, Cr2MoO6, 
ZnCl2, γZnCl2, KCl. Por otro lado en la atmosfera simulada de incineración de basura se formaron 
compuestos adicionales respecto a las atmosferas más simples. La adición de Al y Si mejora las 
propiedades de los aceros ante la corrosión, en el acero Fe9Cr1.5AlSi3Mo se observa el mejor 
comportamiento y más regular en todas las atmosferas proponiéndolo como el mejor para estas 
atmosferas. 
La presencia de Mo, Al y Si no fue significativo debido a que no había evidencia de una reacción química 
de estos elementos. Las sales en la entrada promueven la corrosión y el aumento de la corrosión; los 
elementos más activos fueron la Fe y Cr en el metal base, la presencia de Cr fue beneficioso contra la 
corrosión. Este elemento disminuyo el proceso de corrosión debido a la formación de capas de óxidos 
protectoras sobre las superficies expuestas. 
Los aceros fabricados y conformados fueron caracterizados microestructuralmente por técnicas de 
microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido (MEB), microanálisis y microdureza Vickers 
(MDV). Y Difracción de rayos X.
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
viii 
ABSTRACT 
In recent years with the growth of new industries of power generation using incineration of organic waste 
such as power generation it requires materials capable of operating at very high temperatures (over 400 ° 
C) in highly corrosive conditions.
In this work a new family of ferritic stainless steels with 9% Cr and combinations of Mo, Al and Si, with the 
intention of improving existing stainless steels for use in extreme conditions of high temperature corrosion 
in addition to finding the most suitable composition in this system. 
As suitable conditions of manufacture of steels at laboratory level was determined in an induction furnace 
and sequences smelting and refining are established from conventional raw materials, to obtain the desired 
chemical composition and a high degree of cleanliness as well as the sequence of microstructural 
development through thermomechanical processing. 
Subsequently these steels were evaluated in corrosion tests in atmospheres (1) N2 - 220 vppm HCl; (2) N2-
360 vppm H2O; (3) N2- 220 vppm HCl, H2O vppm 360; (4) N2 - O2 8% vol, 220 vppm HCl, 360 vppm H2O, 
200vppm SO2 and (5) N2 - O2 8% vol, 220 vppm HCl, 360 vppm H2O, 200vppm SO2 with and without the 
addition of salts ZnCl2 and KCl for a period of 300h exposure to 600 and 500 °C, simulating the environment 
of a garbage incinerator to generate electricity, it should be noted that the first three atmospheres were 
conducted to observe the individual effect of the gases that make up the atmosphere. As curves weight 
change of steel samples subjected to corrosive conditions versus time they wereanalyzed and the corrosion 
products were characterized by techniques of scanning electron microscopy, microanalysis and X-ray 
diffraction. 
In the atmospheres of HCl, H2O and the mixture of Fe2O3, Cr2O3, (Fe0.6Cr0.4) 2O3 and CrO2 oxides are found; 
additionally in the simulated atmosphere garbage incineration and atmosphere with the addition of Chloride 
compounds (Cr, Fe) 2O3, FeSiO4 and FeAlO3, Fe (Cr, Al) 2O4, K2CrO4, FeCrMo, Cr2MoO6, ZnCl2, γZnCl2, 
KCl were obtained .On the other hand in the simulated atmosphere waste incineration additional compounds 
were formed about the simplest atmospheres. The addition of Al and Si improves the properties of steels 
against corrosion in steel Fe9Cr1.5AlSi3Mo better and more regular behavior observed in all atmospheres 
proposing it as the best for these atmospheres. 
The presence of Mo, Al and Si was not significant because there was no evidence of a chemical reaction of 
these elements. The salts at the entrance promote corrosion and increased corrosion; the most active 
elements were Fe and Cr in the base metal, the presence of Cr was beneficial against corrosion. This 
element decreased the corrosion process due to the formation of protective oxides on layers exposed 
surfaces. 
They manufactured and shaped steels were characterized microstructurally by optical microscopy 
techniques, scanning electron microscopy (SEM), microanalysis and Vickers microhardness (MDV). And X-
ray Diffraction 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
1 
 
I. Introducción 
El acero es el más importante, multifuncional y adaptable de los materiales (1).La importancia de este 
material, se debe a sus notables propiedades, una de las más trascendentes, es su gran plasticidad y 
maleabilidad a elevada temperatura, que permite transformar su forma o dimensiones (2). Entre los aceros 
que son sujetos de constante desarrollo están los aceros inoxidables. En la actualidad se cuenta con un 
gran número de tipos y grados de acero inoxidable en diversas presentaciones, y con una gran variedad 
de acabados, dimensiones, tratamientos, etc. 
Los Aceros Inoxidables reciben este nombre por su contenido de Cromo de mínimo 12%, que le da la 
propiedad de la resistencia a la corrosión, además de ser estabilizador de la ferrita y se combina con el 
oxígeno del aire o en cualquier otra condición oxidante para formar una película sobre el acero que lo 
aísla del medio agresivo. Pueden estar aleados además con Cu, Ni, Mo. Nb, Ti, Al y Si. Recientemente se 
ha encontrado que el Aluminio y el Silicio aumentan la resistencia a la corrosión a altas temperaturas en 
las aleaciones Fe-Cr (4). 
Los aceros Inoxidables son capaces de presentar un amplio rango de resistencia a la corrosión, 
resistencia mecánica y posibilidades de ser trabajado. Algunos de ellos se autotemplan, otros no toman 
temple, resisten las altas temperaturas, son de fácil maquinabilidad, tienen capacidad de deformarse 
plásticamente o son soldables. Su aplicación se extiende desde usos arquitectónicos hasta la utilización 
en equipos de la industria química con condiciones extremas de servicio cabe mencionar que su costo se 
eleva entre 5 y 10 veces al de un acero al carbono (3). 
Este tipo de aceros han generado un gran interés como un material candidato para aplicaciones donde se 
requieren alta resistencia a la corrosión a temperaturas altas. En la actualidad algunos campos de 
desarrollo tecnológico han enfocado la atención en la eliminación eficaz de la basura mediante la 
combustión y la obtención de energía eléctrica obtenida a partir de la producción de vapor (5), lo que 
conlleva a incrementar la temperatura en que se desarrollan procesos de combustión y la presencia de 
atmósferas complejas en las que coexisten compuestos que son producto de la descomposición de 
productos orgánicos. Las superficies de los incineradores avanzados de basura expuestas a ambientes 
de combustión sufren de fallas debido a reacciones complejas entre estos materiales y los cloruros y 
sulfuros oxidantes tales como HCl, SO2 y depósitos de sales de cloruros de sulfato (6). Estos procesos 
requieren, por lo tanto del desarrollo de reactores y componentes que resistan novedosas condiciones de 
corrosión a alta temperatura. 
La durabilidad de los materiales usados en plantas incineradores de basura es afectada por diferentes 
factores que en combinación degradan a los materiales. Los efectos de los elementos aleantes así como 
la composición del depósito y los rangos de temperatura han sido investigados a una específica 
atmosfera de incineración de basura simulada (N2. O2 8%vol. HCl 110 ppm. H2O 180ppm – 200ppm SO2). 
La presencia de Aluminio y Silicio en las aleaciones disminuyeron el efecto de cambio de masa (7). 
Sin embargo, las reacciones químicas sobre las superficies del metal continúan generando nuevos 
productos y reacciones especialmente a temperaturas elevadas. Aquí los cloruros metálicos volátiles se 
forman en la interfase metal/óxido, los cuales son evaporados; entonces estos se difunden hacia el 
exterior y luego se convierten en óx-idos tomando lugar en las regiones de alta presión parcial de oxígeno 
(8). 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
2 
 
La composición específica de los gases (N2, HCl, SO2, CO, O2 y H2O) y los depósitos de sal son siempre 
variables debido a la heterogeneidad de los desechos quemados, sin embargo se han identificado 
muchos cloruros y sulfatos en todas las muestras (9). La reacción entre las sales alcalinas y agua en 
pequeñas cantidades provoca la ruptura de la capa protectora de Cr2O3 en el acero (10), adicionado a esto 
las condiciones termodinámicas del sistema (11). 
El efecto de algunos elementos de aleación tales como Mo en los aceros inoxidables no es significativo, 
ya que no protege el acero contra la corrosión; este hecho ha sido reportado en estudios de laboratorio 
(12), y durante las operaciones reales de incineración de residuos (13). La adición de Al y Si para el acero 
inoxidable ha demostrado su eficiencia para formar capas de óxido protectoras contra la corrosión debido 
a los productos formados que son estables termodinámicamente a temperaturas elevadas; inhibiendo la 
reacción química y evitando la pérdida de masa. Sin embargo, esto no se puede observar durante la 
prueba, tal vez porque Cr era el elemento en mayor proporción en la composición de metal base. 
 
Los intercambiadores de calor a menudo son hechos de aleaciones Fe-Cr Ferríticos o Austeníticos y 
aleaciones FeCrNi, ésto debido a la formación de una capa protectora la cual principalmente es una 
solución solida tipo corundo (Cr,Fe)2O3 , por lo que las propiedades del óxido dependen principalmente 
de la composición, por lo que los óxidos ricos en cromo son protectores mientras que los óxidos ricos en 
fierro son muy poco protectores(14). 
 
En los incineradores de basura para generar energía eléctrica el efecto de la corrosión depende de 
factores como la composición química del acero, la temperatura de combustión, la composición de los 
gases de la atmosfera de la cámara de combustión y los diferentes compuestos formados sobre los 
componentes metálicos de los calentadores e intercambiadores de calor(15). 
 
La mayoría de los trabajos reportados han efectuado pruebas con aceros inoxidables austeníticos con 
depósitos de sales agresivas y en algunos con sales eutécticas. 
Se ha reportado los efectos de vapor de KCl y KCl solido a 650°C y aire sobre cromo y Fe puros así como 
en las siguientes aleaciones Fe- Cr con aluminio y silicio: Fe-15Cr, Fe-35Cr, Fe-15Cr-5Al, Fe-15Cr-5Si, 
Fe-21Cr-5Al así como la aleación HK40 (Fe-55%, Cr-25%, Ni-20%). La composición esta en %peso. 
La masa de los productos de corrosión por el vapor de KCl es mayor en los metales puros, seguido por el 
acero Fe-15Cr, la aleación Fe-15Cr-5Al tuvo mayor resistencia, mientrasque Fe-15Cr-5Si y Fe-35Cr 
presentaron resistencia similar y por último HK40 fue la aleación más resistente. Esta última, a pesar del 
mayor contenido de Cr (25%) tiene una matriz con níquel, el cual es más inerte al cloruro que el cromo y 
el hierro (16). 
Por otro lado experimentos hechos con mezclas de KCl-ZnCl2 (50%-50%) aproximadamente eutécticas 
en atmosfera de O2 y Ar sobre Fe, Ni y Cr puros indican por medio de termogravimetría y microscopia 
electrónica de barrido que las etapas de corrosión de los tres materiales están controladas por la 
solubilidad de los respectivos cloruros metálicos en la mezcla eutéctica y la difusividad de éstos hacia la 
interfase gaseosa (17). 
En el Centro Sueco de Corrosión a Temperatura Elevada (HTC por sus siglas en inglés) de la 
Universidad Tecnológica de Chalmers ha investigado acerca de la corrosión en calentadores hechos de 
acero ferrítico y austenítico así como en aleaciones de FeCr y FeCrNi calentados por la combustión de 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
3 
 
biomasa y basura. Se han revelado dos mecanismos que destruyen la capa protectora de óxido de 
cromo: la evaporación del ácido crómico y la formación del Cromato de potasio (18). 
En una planta de incineración de basura para generación de energía eléctrica se han registrado durante 
un año la composición de los deshechos y fue reportado que en su mayoría se componen de comida que 
junto con los plásticos genera gran cantidad de cloruros (19). 
Por lo tanto, el objetivo general en el presente trabajo es proponer aceros inoxidables ferríticos 
resistentes a la corrosión a alta temperatura, estableciendo su desarrollo microestructural desde el 
proceso de fusión hasta el tratamiento termomecánico,para posteriormente evaluar su comportamiento de 
corrosion en ambientes con la presencia de los compuestos típicos presentes en incineradores de basura 
de N2-220 vppm HCl, N2-360 vppm H2O, N2- 220 vppm HCl 360 vppm H2O, N2-O2 8%vol. 220 vppm HCl 
360 vppm H2O 200vppm SO2 y N2-O2 8%vol. 220 vppm HCl 360 vppm H2O 200vppm SO2 con adición de 
sales de ZnCl2 y KCl. 
Entre los materiales que se han estado manejando para resolver esta nueva demanda se encuentran 
aceros inoxidables de composición mejorada, ferríticos y austeníticos, con diferentes recubrimientos, sin 
embargo, los materiales deberán cumplir no sólo con sus características técnicas específicas, sino 
también con procesos de fabricación de bajo costo. En el presente trabajo se establece la investigación y 
el desarrollo de la fabricación de aceros inoxidables ferríticos con adiciones de Al, Si y Mo los cuales 
incrementaran la resistencia a la corrosión a alta temperatura para aplicación de incineradores de basura. 
 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
4 
 
II. Consideraciones Teóricas 
2.1 PRINCIPIOS DE ACEROS INOXIDABLES 
El desarrollo original de lo que son actualmente los aceros inoxidables aconteció en los inicios de la 
primera guerra mundial. En forma independiente y casi simultánea, en Inglaterra y en Alemania se 
descubrieron los aceros inoxidables tal como los conocemos ahora. El metalurgista inglés Harry Brearly 
investigando cómo mejorar una aleación para proteger los cilindros de los cañones, encontró que 
agregando cromo a los aceros de bajo carbono, obtenía aceros resistentes a las manchas o resistentes a 
la oxidación. 
Strauss y Maurer, de Alemania, en 1912 patentaron dos grupos de aceros inoxidables al cromo-níquel de 
bajo contenido de carbono; uno de éstos, con la denominación 18-8, ha sido utilizado desde entonces en 
numerosas aplicaciones. Las propiedades y composiciones de los aceros inoxidables se mantuvieron en 
secreto por los países combativos mientras duró la primera guerra mundial. Posteriormente, a partir de 
las pocas aleaciones experimentadas en 1920, y de un limitado número de grados comercialmente 
disponibles en 1930, la familia de los aceros inoxidables ha crecido en forma impresionante (3). 
2.1.1 Los Aceros Inoxidables 
Los aceros inoxidables son simplemente aleaciones de hierro-carbono con un elemento principal que es 
el Cr. Se adicionan otros elementos de aleación (Ni, Mo, Al, Ti, Nb), que los mantienen brillantes, 
resistentes a la oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos, resistentes 
a altas temperaturas. También pueden tener buena ductilidad y resistencia al impacto. 
El cromo es un elemento que estabiliza la estructura ferrita bcc del hierro, por lo tanto con incrementos en 
el contenido de cromo, el campo de la ferrita (δ) de alta temperatura y alfa (α) de baja temperatura se 
expande (Figura 1(20)). 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
5 
 
 
Figura 1. Diagrama de equilibrio de fases Fe-Cr 
A contenidos de cromo mayores o iguales a 12% en masa, la estructura ferritica bcc es completamente 
estable, desde temperatura ambiente y hasta alcanzar al punto de fusión. Como el campo de la ferrita se 
expande, el campo de la austenita se contrae, dando lugar a una pequeña región de estabilidad de la 
austenita conocida como curva de gama (gama lop). Por otro lado, existen elementos de carácter 
gamágeno que contribuyen a expandir el campo de estabilidad de la austenita tales como el vanadio, el 
molibdeno, el níquel y el nitrógeno, por mencionar algunos (Figura 2(20)). 
 
Figura 2. Efecto de diferentes elementos aleantes sobre el límite de estabilidad de la austenita en el diagrama Fe-Cr. 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
6 
 
Otra zona de importancia que se observa en el diagrama de fase Fe-Cr, se presenta entre 800 y 650ºC 
en un intervalo de composición de 10-90% de Cr. Esta zona está dominada por la precipitación de la fase 
sigma (σ), la cual es una fase intermetálica frágil que se presenta principalmente en aceros inoxidables 
ferríticos, pero también precipitan en los aceros inoxidables dúplex cuando son sometidos a ciertas 
condiciones de trabajo, debido a su alto contenido de Cr(24). 
Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia 
durante largos periodos a temperaturas extremas. En particular se estudiaran aleaciones base para 
producir cualquier tipo de acero inoxidable. Las propiedades del acero inoxidable son conferidas 
principalmente por el cromo. 
2.2 TIPOS DE ACEROS INOXIDABLES 
Los aceros inoxidables se dividen en tres grupos: Austeníticos, Ferríticos, Martensíticos. 
Estas clasificaciones se refieren principalmente a la estructura del acero. La estructura martensítica es 
dura y frágil, la ferrítica es blanda y dúctil, en cambio la austenítica es de alta resistencia a la tensión, al 
impacto y al mismo tiempo dúctil. En general mientras más alto sea el contenido de cromo, más 
resistente a la corrosión será el acero. Hay tres clases comunes de aceros inoxidables austenítico, 
ferrítico y martensítico. Los nombres de estas clases reflejan la microestructura de la cual está compuesto 
en forma normal el acero. Los elementos de aleación pueden clasificarse como estabilizadores de 
austeníta y estabilizadores de ferrita. Los estabilizadores de austeníta de importancia son el carbono, 
níquel, nitrógeno y manganeso. 
Estos elementos mejoran la retención de la austeníta conforme se enfría el acero. Cuando está presente 
12% o más de manganeso o cuando está presente 20% o más de níquel es imposible enfriar el acero con 
la lentitud suficiente para permitir que la austenita se transforme en ferrita. Aun con contenidos mucho 
más bajos de níquel y manganeso, la transformación es muy lenta y la austeníta es estable a la 
temperatura ambiente. 
Los estabilizadores de ferrita de importancia son el cromo y los formadores fuertes de carburos.Los estabilizadores de ferrita tienden a evitar la transformación del acero en austenita bajo el 
calentamiento. El que un acero sea austenítico, ferrítico o martensítico depende del balance entre las 
cantidades presentes de estabilizadores de austenita y ferrita y el ciclo de calentamiento-enfriamiento al 
cual se sujete el acero. (20) 
2.2.1 Aceros Inoxidables Martensíticos 
Estos aceros son magnéticos y contienen entre 11.5% y 18% de cromo como su principal elemento de 
aleación. Algunos ejemplos de este grupo son los aceros martensíticos AISI 410, 416, 420, 431, 501 y 
502. En la soldadura de los aceros martensíticos se pueden producir tensiones y por consiguiente grietas, 
si no se adoptan las precauciones convenientes. Siempre que sea posible debe emplearse como metal 
de aporte aleaciones austeníticas (como AISI 309 y 310) para absorber las tensiones en las zonas 
cercanas al cordón y así evitar grietas. (20) 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
7 
 
La mejor resistencia a la corrosión para estos aceros se obtiene efectuando tratamientos térmicos de 
temple y revenido a las temperaturas recomendadas. La resistencia a la corrosión en estos aceros, no es 
tan buena como en los aceros austeníticos o los ferríticos. Son utilizados principalmente, en piezas que 
van a estar sometidas a corrosión y que requieren de cierta resistencia mecánica. Algunos usos son: 
aletas para turbinas, rodetes de turbinas hidráulicas, cuchillería, piezas de válvula. 
 
2.2.2 Aceros Inoxidables Austeníticos 
Estos son los acero inoxidables al cromo-níquel (tipo 3XX) y al cromo-níquel-manganeso (tipo 2XX). Son 
esencialmente no magnéticos en la condición de recocido y no endurecen por tratamiento térmico. El 
contenido total de cromo y níquel es de por lo menos 23%. Se puede trabajar fácilmente en caliente o en 
frio. El trabajo en frio les desarrolla una amplia variedad de propiedades mecánicas y, en esta condición, 
el acero puede llegar a ser ligeramente magnético. Son muy resistentes al impacto y difíciles de 
maquinar. Estos aceros tienen la mejor resistencia a temperaturas y resistencia a la formación de 
escamas de todos los demás aceros inoxidables; su resistencia a la corrosión suele ser mejor que la de 
los aceros martensíticos o ferríticos.(20) 
El mayor inconveniente que presenta la soldadura de los aceros austeníticos es la precipitación de 
carburos que pueden producirse en las zonas cercanas al cordón de soldadura, quedando sensibilizados 
a la corrosión intergranular. Para evitar esta precipitación se deben soldar las piezas sin precalentamiento 
y con el menor aporte de calor posible. Otra posibilidad es emplear aceros austeníticos con porcentaje de 
carbono menor a 0.03% o aceros austeníticos estabilizados con Titanio o Tántalo. 
Tabla 1. Clasificación de Aceros Inoxidables. (21) 
 
2.2.3 Aceros Inoxidables Ferríticos 
Los aceros inoxidables ferríticos son esencialmente aleaciones binarias hierro-cromo, que se caracterizan 
por lo siguiente: 
• Un contenido en cromo comprendido entre 10 – 30% Cr. 
• Un contenido en carbono menor del 0.12% C. 
Tipo Composición Típica 
Ac
er
os
 In
ox
id
ab
le
s 
Aceros inoxidables Martensíticos 12-18 wt. % Cr 
Carbono< 1.2 wt. % C 
Aceros Inoxidables Ferríticos 17-30 wt. % Cr 
Carbono< 0.2 wt. % C 
Aceros Inoxidables Austeníticos 18-25 wt. % Cr 
8-20 wt. % Ni 
Aceros Inoxidables Duplex 18-26 wt. % Cr 
4-7 wt. % Ni 
2-3 wt. % Mo 
Aceros Inoxidables endurecibles por 
Precipitación 
12-30 wt. % Cr 
(Al, Ti, Mo) 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
8 
 
Poseen una estructura cristalina BCC (cúbica centrada en el cuerpo), lo que les confiere una buena 
resistencia mecánica y una ductilidad moderada, derivadas del endurecimiento por solución sólida y 
endurecimiento por deformación (23). 
A temperaturas elevadas presentan una resistencia menor que los aceros inoxidables martensíticos, pero 
su resistencia a la corrosión y formación de cascarilla es generalmente mayor. Estos aceros son 
magnéticos; no es posible tratarlo térmicamente; tienen una capacidad de conformado moderada y son 
relativamente económicos (2). 
El contenido de carbono es mucho menor que en los martensíticos, con el fin de obtener una estructura 
totalmente ferrítica. En los aceros ferríticos con alto contenido de cromo, puede aparecer fase sigma 
(dura y frágil) cuando se les mantiene por mucho tiempo a temperaturas cercanas a 470°C. Por otro lado 
los aceros ferríticos son muy propensos al crecimiento de grano (850 -900 C) inconveniente para 
soldadura. Debido a ello, estos aceros no responden a los tratamientos térmicos, aunque cuando se 
calientan a 1095ºC crece el tamaño de grano y sólo puede regenerarse por trabajado en frío posterior. 
Cuando el contenido de carbono es grande, se forman carburos de cromo, dando lugar a un 
empobrecimiento de cromo en la matriz y disminuyendo por tanto su resistencia a la corrosión. En 
relación a su comportamiento frente a la corrosión, ocupan un lugar intermedio entre los martensíticos y 
austeníticos. Una característica mecánica a destacar, común a los aceros ferríticos y martensíticos, es 
que al tener una estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC), poseen una temperatura de transición 
dúctil-frágil, por debajo de la cual la tenacidad se hace muy pequeña (24). Las familias típicas de los 
aceros inoxidables ferríticos son las que se muestran en la Figura 3.
 
Figura 3. Familias típicas de los Aceros Inoxidables Ferríticos (24). 
43
0 
U
so
 G
en
er
al
446: Incremento de Cr para
mejorar la resitencia a la
escamación.
442: Incremento de Cr para
mejorar la resitencia a la
escamación.
444: Bajo contenido de C, alto de
Cr (18%), con 2% de Mo y adición
mínima de Ti o Nb diseñado para
usos especiales.
429: Ligeramente menor
contenido de Cr para mejorar la
soldabilidad.
439: Bajo contenido de Cr y
adicionado de Ti. Es ideal para la
soldadura.
405: Bajo contenido de Cr.
Adición de Al para prevenir el
endurecimiento cuando se enfría
desde temperaturas elevadas.
409: Bajo contenido de Cr.
Principalmente usado para
escapes de automóviles
430 F: Adición de P y S para
mejorar la maquinabilidad.
430 F Se: Adición de Se para
mejorar el maquinado.
434: Adición de Mo para
mejorar la resistencia a la
corrosión en molduras de autos.
436: Adición de Mo, Nb y Ta para
mayor resistencia al calor y a la
corrosión.
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
9 
 
2.3 EFECTO DE LOS ALEANTES EN LOS ACEROS INOXIDABLES 
2.3.1 Sistema Fe-Al 
El Aluminio es un elemento que inhibe fuertemente la formación de la fase austenítica, y con contenidos 
muy bajos elimina por completo su existencia, como se puede ver en la Fig. 4. También es un elemento 
poco soluble en Fe y con más de 10% en peso, tiene fuerte tendencia a formar diversos compuestos 
intermetálicos con el Fe, en función de su relación atómica. Por esta razón sólo se utiliza en cantidades 
muy bajas. En este trabajo tiene la función, tanto de inhibir la formación de austenita, como de formar 
óxidos complejos en la superficie del material, en contacto con el medio ambiente. 
 
Figura 4. Diagrama Fe-Al 
2.3.2 Sistema Fe-Si 
El Si es también un fuerte inhibidor de la fase austenítica y su principal función radica en su aportación a 
la resistencia a la corrosión en ambientes agresivos y a altas temperaturas. En cantidades mayores a 6% 
forma compuestos intermetálicos que hacen muy frágil al acero (Figura 5). 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
10 
 
 
Figura 5. Diagrama Fe-Si 
2.3.3 Sistema Fe-Mo 
El Molibdeno es un elemento que aporta gran resistencia, templabilidad y resistencia a la corrosión en los 
aceros, esto último principalmente en combinacióncon Cromo. En contenidos mayores a 5% tiende a 
formar precipitados (Figura 6). 
 
Figura 6. Diagrama Fe‐Mo (25). 
 
 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
11 
 
2.4 INFLUENCIA DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA EN LA RESISTENCIA A LA CORROSIÓN 
Níquel (Ni): Es el segundo más importante de los elementos aleantes del acero inoxidable. Eficaz para 
regenerar la capa pasiva (repasivación). El Ni estabiliza la austenita en la temperatura ambiente, 
mejorando la resistencia a la corrosión y potencializando la viabilidad del acero inoxidable. 
Molibdeno (Mo): Mezclado con cromo, es eficaz en la estabilización de la capa pasiva en la presencia de 
soluciones cloradas. Las adiciones de Mo aumentan la resistencia general a la corrosión, por picaduras y 
por aberturas en el acero inoxidable. Actúa como apoyo del Cr en la resistencia a la corrosión provocada 
por cloruros a los aceros inoxidables. Cuando el contenido de Cr de un acero inoxidable es menor de 
18% las adiciones de Mo mejorarán cerca de 3 veces la resistencia a la corrosión por picaduras y en 
grietas en ambientes de cloruro. 
Manganeso (Mn): Este elemento en cantidades inferiores al 1% tiene muy poca influencia en la 
resistencia a la corrosión, pero en cantidades de 8-10% hace que en los aceros se consigan estructuras 
austeníticas que favorecen sensiblemente la resistencia a la corrosión. 
Carbono (C): La influencia del carbono en la resistencia a la corrosión depende del estado en que se 
encuentre dentro del acero. Si está uniformemente repartido en la estructura su influencia será mucho 
menos nociva que si se encuentra en forma de carburos. Se considera que los carburos y el resto de la 
matriz pueden formar pares galvánicos al ser de distinta composición. Además, los carburos hacen que la 
película pasiva sea discontinua (14). En cantidades pequeñas de C proporcionan una mayor resistencia a 
la corrosión en los aceros inoxidables. Es un elemento que otorga tratamiento térmico de temple de los 
aceros martensíticos, y promueve mayor resistencia mecánica en aplicaciones por alta temperatura. En 
los aceros ferríticos, el aumento de C provoca una disminución en la tenacidad. 
Nitrógeno (N): Aumenta la resistencia mecánica y resistencia a la corrosión por picaduras en aceros 
austeníticos. Sin embargo, el N es perjudicial para las propiedades mecánicas de los aceros ferríticos. 
Azufre (S), selenio (Se) y fósforo (P): Estos elementos reducen la resistencia a la corrosión de los 
aceros inoxidables. 
Cobre (Cu): Mejora la resistencia a la corrosión de los aceros altos en cromo y de algunos austeníticos 
frente algunas soluciones corrosivas (soluciones cloradas, soluciones de ácido sulfúrico), intervienen en 
los aceros en pequeñas cantidades, ya que dificulta la transformación en caliente y los hace propensos a 
las fisuras. 
Aluminio (Al): En los aceros con cromo, con cantidades de 3-4% de aluminio, este hace que presente 
una buena resistencia a la oxidación en caliente al formarse una película de alúmina en la superficie. Su 
influencia es superior a la del silicio. Mejora sensiblemente la resistencia a la corrosión en ambientes 
salinos. Es un elemento alfágeno, ya que favorece la formación de ferrita (26). 
Silicio (Si): Adiciones de silicio de 0.5 a 1% mejoran la resistencia a la corrosión en ciertos ácidos, pero 
su mayor influencia radica en la resistencia a la oxidación a elevadas temperaturas que confiere a los 
aceros inoxidables y refractarios. 
Tungsteno (W): La influencia del tungsteno en la resistencia a la corrosión es poco sensible. 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
12 
 
Titanio (Ti), Niobio (Nb) y Tántalo (Ta): La finalidad que tienen estos elementos en los aceros 
inoxidables y refractarios es evitar la corrosión intergranular, al impedir la precipitación de carburo de 
cromo en las juntas de los granos. 
 
2.5 INCONVENIENTES QUE PRESENTAN LOS ACEROS INOXIDABLES FERRITICOS 
Los aceros inoxidables ferríticos presentan tres problemas que adquieren mayor importancia según sea la 
aplicación en la que se utilicen: 
2.5.1 Excesivo crecimiento de grano 
La falta de recristalización del cambio alotrópico de ferrita a austenita de estos aceros hace que por 
encima de 950ºC se intensifique el crecimiento de grano dando lugar a un grano grueso con menor 
ductilidad y tenacidad que el grano fino. La única manera de afinar el tamaño de grano es con un 
tratamiento de recristalización precedido de un proceso de deformación plástica. En el caso de las 
soldaduras éste es un problema serio pues no puede realizarse este tratamiento.(24) 
2.5.2 Sensibilización 
Los aceros inoxidables ferríticos pueden generar durante el calentamiento a más de 900ºC algo de 
austenita en el borde de grano ferrítico, ya sea por segregación del cromo o por estar próximos al bucle 
gamma.(24) 
Si esta transformación va seguida de un enfriamiento rápido, la austeníta se transforma en martensita, 
disminuyendo la plasticidad y sobre todo la resistencia a la corrosión en el borde de grano. Por este 
motivo para estos aceros, debe tener lugar un enfriamiento lento a partir de 1000ºC. 
2.5.3 Pérdida de ductilidad por presencia de fases 
A medida que aumenta la proporción de cromo de estos aceros, se acercan a la transformación de Fe-α; 
a carburo sigma (σ). 
Esta fase es dura y frágil, y se forma durante el intervalo de enfriamiento de 870 a 530ºC, lo cual fragiliza 
la estructura. Puede ser redisuelta con calentamientos del orden de 1100ºC o también se puede evitar su 
formación con enfriamientos rápidos que retengan la fase alfa (24). 
 
 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
13 
 
2.6 PRINCIPIOS DE CORROSIÓN A ALTA TEMPERATURA 
2.6.1 Definiciones de Corrosión 
La corrosión es un proceso natural que ataca a cualquier metal o aleación bajo ciertas condiciones. 
Debido a que los metales son ampliamente usados en el mundo moderno, la corrosión esta en todo 
nuestro alrededor y puede afectar nuestras vidas en diferente manera. Probablemente, los daños más 
severos de la corrosión se presentan en la industria. Las fallas por corrosión en procesos industriales 
como tuberías o equipos de proceso pueden ocasionar explosiones, incendios y desprendimiento de 
gases tóxicos al medio ambiente. La corrosión no solamente es peligrosa, también es costosa, con daños 
anuales en billones de dólares. 
Mientras que los costos materiales por fallas provocadas por la corrosión son enormes, esto es 
secundario si se compara con posibles pérdidas humanas y de daños al medio ambiente. Es esencial 
entonces contar con programas de control de la corrosión en equipos y plantas de proceso. Para que un 
programa sea efectivo, éste deberá facilitar una operación segura de la unidad de proceso, considerando 
la vida útil proyectada así como maximizar el retorno de inversión del equipo o instalación. El programa 
de control de corrosión debe considerar: características de la corriente de proceso (toxicidad, 
flamabilidad, etc.); selección de materiales de construcción; control de condiciones de operación; 
inyección de neutralizantes o inhibidores de corrosión y monitoreo de corrosión para asegurarse de que 
los resultados proyectados serán obtenidos.(27) 
La química como la metalurgia son conocimientos básicos para el estudio de la corrosión. Los puntos de 
vista científico y técnico, se complementan mutuamente en el diagnóstico de los daños que causa la 
corrosión y en la prescripción de los remedios apropiados. 
La importancia de los estudios de la corrosión es doble. En primer lugar figura el aspecto económico que 
comprende la reducción de las pérdidas de materiales que se producen por el desgaste progresivo o 
rotura repentina de tuberías, recipientes, componentes metálicos de máquinas, cascos debuques, 
estructuras marinas, etc. En segundo término hay que considerar la conservación de los recursos 
naturales, aplicada en principio a los metales cuya reserva mundial es limitada, y cuyo consumo incluye 
las correspondientes perdidas de reservas de energía y agua que acompañan a la producción y montaje 
de las estructuras metálicas. 
No menos importante es el consiguiente ahorro de potencial humano que se emplea en diseñar y 
construir los equipos metálicos corroídos, que de otra manera seria utilizado para otros fines útiles a la 
sociedad. 
Uno de los problemas más graves causado por los avances de la tecnología, es la corrosión de los 
materiales como consecuencia de la agresividad atmosférica, incluyendo la destrucción de las estructuras 
metálicas, construcciones, metales y aleaciones, debido a que 80% están expuestos a este medio (27). 
2.6.2 Clasificación de los Procesos de Corrosión en Metales 
Existen varios criterios para clasificar los procesos de corrosión. Los más importantes, descritos para 
materiales metálicos se pueden dividir en tres grandes grupos. 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
14 
 
1. Corrosión húmeda, donde el ambiente corrosivo es agua con especies disueltas. 
El líquido es un electrolito y el proceso es generalmente electroquímico. 
2. Corrosión en otros líquidos tales como las sales fundidas y los metales fundidos. 
3. Corrosión seca, donde el ambiente corrosivo es un gas seco. También llamada corrosión química, 
el ejemplo más conocido es el de la corrosión a alta temperatura. 
2.6.3 Corrosión a Altas Temperaturas 
Corrosión a alta temperatura es un deterioro químico de un material (normalmente un metal) bajo 
condiciones de muy altas temperaturas. Esta forma no galvánica de corrosión puede ocurrir cuando un 
metal está sujeto a una temperatura elevada en una atmósfera que contenga oxígeno, sulfuros u otros 
compuestos capaces de oxidar o ayuden en la oxidación de los materiales expuestos. 
2.6.4 Corrosión Caliente (Hot Corrosion) 
La corrosión de materiales incluyendo súper aleaciones base Cobalto, inducida por sales fundidas en un 
gas oxidante a elevadas temperaturas es llamada hot corrosion. Este es el resultado de oxidación 
acelerada a temperaturas típicas entre 700ºC y 925ºC cuando los metales y aleaciones son cubiertos con 
una película de sales contaminadas. Las sales en su fase vapor son generalmente favorables. El rango 
de temperatura con el cual la hot corrosion ocurre fuertemente depende de la composición de la sal y los 
constituyentes del gas, como la composición de las aleaciones. Este tipo de corrosión ha sido observada 
en equipos de procesamiento petroquímico, calderas, turbinas de gas, combustión interna, aplicaciones 
industriales y en incineradores de basura (29). 
Corrosión en caliente es un análogo de alta temperatura de la corrosión atmosférica acuosa. Un depósito 
de capa fina de sal fundida es una superficie de una aleación en un gas caliente oxidante causa la 
aceleración de la cinética de corrosión (28). 
 
2.6.5 Metal Dusting 
Es una forma catastrófica de carburización caracterizada por la desintegración de Fe, Ni y aleaciones 
base Cobalto a un polvo que contiene partículas metálicas, carbón y posibles óxidos y carburos (29).El 
polvo de las aleaciones a alta temperatura es frecuentemente localizado en la superficie del material, esto 
conduce al desarrollo de picaduras y surcos como la desintegración de la aleación. La ocurrencia del 
metal dusting ha sido reportada en una variedad de industrias en la cual usan procesos ambientales 
altamente carburizantes típicamente estos enriquecidos con H2, y CO. Dichos ambientes se encuentra en 
plantas para la síntesis de hidrocarburos, metanol y ácido nítrico, y en plantas de producción de acero (34). 
El metal dusting ocurre a temperaturas de 480 – 850ºC con una velocidad de reacción optima entre 650 – 
730 ºC dependiendo de la composición de la aleación. Un criterio establecido para que se lleve a cabo el 
metal dusting es para el potencial de no equilibrio del carbón del ambiente, definido aquí como: ac, será 
más grande que la unidad. Para un ambiente que contiene H2 y CO, el potencial del carbón puede ser 
definido por la reacción: 
CO + H2 ------ H2O + C … (1) 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
15 
 
Por lo cual: 
ac=KeqPCOPH2 / PH2O … (2) 
Dónde: Keq es la constante de equilibrio para la reacción. Un valor de ac significativamente grande que 
uno corresponde fuertemente a la dirección para que la reacción proceda hacia la derecha y por lo tanto 
la depositación de carbón puede ocurrir. El valor de ac decrece con el incremento de la temperatura para 
la relación dada de las presiones parciales de gas. Por esta razón que el metal dusting no tiende a ser un 
problema a temperaturas por arriba de 850ºC (41). 
Es una forma catastrófica de carburización por caracterizada por la desintegración de Fe, Ni y aleaciones 
base Cobalto a un polvo que contiene partículas metálicas, carbón y posibles óxidos y carburos (29). 
Según R.F. HOCHMAN (30), el Metal Dusting es una forma severa de degradación corrosiva de metales y 
aleaciones a altas temperaturas (300-850ºC) en ambientes sobresaturados de carbón. Fe, Ni y Co y 
aleaciones basadas en estos metales son susceptibles. 
 
2.6.6 Corrosión por Sales Fundidas (Molten Salts Corrosion) 
Los materiales metálicos pueden sufrir corrosión acelerada a altas temperaturas cuando sus superficies 
están en contacto con una película delgada de sales fundidas en un ambiente oxidante. Este fenómeno 
se puede ver del lado del gas de las calderas cuando el combustible es un aceite (31). 
La corrosión en sales fundidas es generalmente incrementada debido a la disolución de la capa de óxido 
pasiva en la sal fundida (7). 
 
2.6.7 Oxidación Activa 
El modelo de corrosión inducida por cloruros en atmosferas oxidantes/clorizantes es mecanismo 
conocido como oxidación activa (32,33). El primer paso en el mecanismo de la oxidación activa es la 
formación de cloruros por la reacción de Deacon de HCl en la parte superior de la capa de óxido sobre el 
metal oxidado o por reacción de cloruros sólidos con la capa de óxido: 
2HCl (g) + 1/2O2 (g) ---- H2O (g) + Cl2 (g) … (3) 
2KCl + Fe2O3 + ½ --------- K2Fe2O4 + Cl2 … (4) 
2NaCl + Fe2O3 + ½ O2 ----- Na2Fe2O4 + Cl2 … (5) 
El segundo paso de este mecanismo es la difusión de cloruros a través de las grietas y poros de la capa 
de óxido en el metal/ en la interfase del óxido. El tercer paso es la formación de un cloruro metálico por 
ejemplo FeCl2 en aleaciones base hierro (32,33). 
Fe + Cl2 ---- FeCl2 … (6) 
A 500ºC o más alto, la presión de vapor de los cloruros metálicos es significativa y volatizan: 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
16 
 
FeCl2(s) ------ FeCl2(g) … (7) 
Es formado el espesor y porosidad de las capas de óxido y no ocurre la pasivación del metal debido a la 
difusión al exterior y a la subsecuente oxidación del cloruro metálico: 
2FeCl2 (g) + 3/2O2 ---- Fe2O3 + 2Cl2 … (8) 
 
2.7 PRINCIPIOS TERMODINAMICOS DE CORROSION A ALTA TEMPERATURA. 
2.7.1 Energía Libre Estándar de Formación Vs Diagramas de Temperatura 
Las gráficas de energía libre estándar de reacción (ΔGº) como una función de la temperatura, 
comúnmente llamados diagramas de Ellingham pueden ayudar a visualizar la estabilidad relativa de 
metales y sus productos oxidados. La Figura 7 muestra un diagrama de Ellingham para algunos óxidos 
simples. Los valores de ΔGº en el diagrama son expresados en Kilojoules por mol de O2 para normalizar 
la escala y pueda ser capaz de comparar la estabilidad de estos óxidos directamente (por ejemplo la líneaque aparece más abajo, es el óxido más estable). Para la reacción 9 y asumiendo que las actividades de 
M y MO2 son tomadas como uno, las ecuaciones 10 y 11 son de la forma logarítmica las cuales son 
usadas para expresar la presión parcial de oxígeno a la cual el metal y el óxido coexisten(29). 
M + O2 = MO2 … (9) 
pO
M MO
2
2/ = eΔGº/RT … (10) 
Log pO
M MO
2
2/ = ΔGº/RT … (11) 
Los valores de pO
M MO
2
2/ pueden ser obtenidos directamente de los diagramas de Ellingham la línea recta 
del origen marcado O a través de la línea de energía libre a la temperatura de interés y leyendo la presión 
de oxigeno de su intersección con la escala al lado derecho Log (Po2). 
 
2.7.2 Diagramas especies en estado vapor 
Las especies en estado vapor que se forman en algunas situaciones de corrosión a alta temperatura rara 
vez tienen una fuerte influencia en la velocidad de ataque, las velocidades generalmente es acelerada 
con la formación de productos de corrosión volátiles. 
Los diagramas más adecuados para la presentación de datos de presión de vapor en sistemas de óxidos 
son Log (pMxOy) versus Log (pO2) a temperatura constante y los diagramas de Arrhenius de Log (pMxOy) 
versus 1/T a presión de oxigeno constante. 
 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
17 
 
 
Figura 7. Diagrama de Ellingham para óxidos metalúrgicamente importantes. 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
18 
 
2.7.3 Diagramas de estabilidad isotérmica en dos dimensiones. 
Cuando un metal reacciona con un gas conteniendo más de un oxidante, un número de diferentes fases 
pueden ser formadas dependiendo de las consideraciones termodinámicas y cinéticas. Los diagramas de 
estabilidad isotérmica, usualmente construidos con valores logarítmicos de las actividades o presiones 
parciales de dos componentes no metálicos como los ejes coordinados, son completamente usados en la 
interpretación de las fases condensadas que puedan formarse(29). 
 
2.8 PRINCIPIOS CINETICOS DE CORROSION A ALTA TEMPERATURA. 
2.8.1 Condiciones para que un óxido sea protector a altas temperaturas 
Debe tener los siguientes: Buena adherencia, punto de fusión alto, baja presión de vapor, coeficiente de 
expansión térmico casi igual al del metal, plasticidad a alta temperatura para evitar su ruptura, baja 
conductividad eléctrica, bajo coeficiente de difusión para iones metálicos y oxígeno. 
La relación de Pilling-Bedworth, mide el volumen del óxido formado por el del metal consumido: 
 
𝑃𝑃.𝐵𝐵. = 𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣.𝑑𝑑𝑑𝑑𝑣𝑣 ó𝑥𝑥𝑥𝑥𝑑𝑑𝑣𝑣 𝑓𝑓𝑣𝑣𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑑𝑑𝑣𝑣
𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣.𝑑𝑑𝑑𝑑𝑣𝑣 𝑓𝑓𝑑𝑑𝑚𝑚𝑓𝑓𝑣𝑣 𝑐𝑐𝑣𝑣𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑓𝑓𝑥𝑥𝑑𝑑𝑣𝑣
 … (12) 
 
 
Dónde: 
• Si P.B. < 1; se forman óxidos no protectores, suelen ser porosos. 
• Si P.B. > 2; se forman óxidos no protectores, aumenta el volumen, las tensiones internas y hacen 
que el óxido tienda a romperse. 
• Si 1 < P.B. < 2; se forman óxidos protectores. 
2.8.2 Variables que influyen en la cinética de corrosión. 
Las variables que influyen en la ley cinética de la corrosión a altas temperaturas son la temperatura, las 
características físicas de la película y sus características estequiométricos. 
La temperatura determina el tipo de ley de una manera básica. Así, a temperaturas inferiores a los 150°C 
se suelen presentar leyes logarítmicas. 
En este caso la velocidad de corrosión disminuye rápidamente al crecer el espesor, ya que la velocidad 
de crecimiento y el espesor de la película tienen una relación inversa y exponencial. 
Las circunstancias que justifican este comportamiento suelen ser baja velocidad de difusión iónica en 
estado sólido, la distorsión de la estructura cristalina del óxido respecto de la del metal que impide el 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
19 
 
movimiento de los iones y la formación de microporos que también impiden la difusión, resultado del 
fenómeno de variación de estructura cristalina. 
Si existen factores que favorecen la difusión iónica, por ejemplo el campo eléctrico generado en la 
película de óxido por la acumulación de cargas positivas, el crecimiento de la película puede estar 
controlado por la conductividad electrónica de la película (34). 
2.8.3 Estudio de la corrosión a altas temperaturas. 
En el estudio de la corrosión, no sólo es importante investigar la tendencia a la corrosión de los diferentes 
materiales en diferentes ambientes, sino la velocidad de proceso, para poder determinar la vida media del 
material en cada ambiente. 
La oxidación de los metales y sus aleaciones por reacción química directa del oxígeno se debe a la 
formación de óxidos estables. En algunos metales, el recubrimiento del óxido es tenaz y proporciona 
protección ante un ataque adicional del ambiente. En otros, el recubrimiento tiende a agrietarse y no los 
protege. 
Las características distintivas en los mecanismos de la corrosión generalizada son las siguientes: 
 Solamente es relevante a temperaturas elevadas, normalmente por encima de los 100°C. 
 Se suele producir un ataque del metal generalizado. 
 El producto de corrosión primaria es un óxido metálico. 
 El óxido se genera directamente en la superficie metálica, teniendo lugar la circulación de 
electrones e iones a través de la cada de óxido (27). 
2.8.4 Mecanismos de crecimiento de los óxidos 
Cuando se forma una primera capa de óxido sobre la superficie del metal o aleación, se establece una 
barrera entre la superficie del material y el gas agresivo. La formación de nuevas moléculas de óxido 
tiene lugar en varias etapas. 
 Interfase metal-óxido. 
 Paso de electrones a través de la película de óxido desde la interfase metal-óxido hasta la 
interfase óxido-atmosfera. 
 En la interfase óxido-atmosfera. 
Paso por difusión, debido al gradiente de concentración, del catión desde la interfase metal-óxido hasta la 
interfase óxido-atmosfera, o bien, el paso del anión O2- desde la interfase óxido-atmosfera hasta la 
interfase metal-óxido, o paso de ambos para entrar en contacto entre si y que se forme una nueva 
molécula de óxido como se observa en la Figura 8. 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
20 
 
 
Figura 8. Mecanismo de oxidación a altas temperaturas de un metal (34). Interacción entre el metal, el gas y la 
película de óxidos. 
 
2.8.5 Realización de curvas termogravimétricas. 
Las curvas termogravimétricas representan el incremento de la masa con respecto al tiempo bajo una 
atmosfera controlada y una temperatura determinada. El peso inicial de las muestras es restado a los 
pesos que se obtuvieron durante la experimentación y el resultado de esta operación es dividido entre el 
área de las muestras. En términos matemáticos seria: 
 𝑊𝑊𝐼𝐼 =
𝑊𝑊𝑐𝑐,𝑚𝑚 −𝑊𝑊0
𝐴𝐴𝑐𝑐
 … (13) 
Dónde: 
𝑊𝑊𝐼𝐼: Incremento de la masa [𝑔𝑔 𝑐𝑐𝑐𝑐2⁄ ] 
𝑊𝑊𝑐𝑐,𝑚𝑚: Peso de la muestra n a tiempo t [𝑔𝑔] 
𝑊𝑊0: Peso de la muestra a tiempo 0 [𝑔𝑔] 
𝐴𝐴𝑐𝑐: Área de la muestra n [𝑐𝑐𝑐𝑐2] 
 
2.8.6 Reacciones de oxidación y reducción 
La oxidación de los metales por el oxígeno es un proceso electroquímico, donde el metal se oxida y el 
oxígeno se reduce: 
Oxidación: Me  Me2+ + 2e- … (14) 
 Me2+ + O2-MeO … (16) 
Reducción: ½ O2 + 2e- O2- … (15) 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
21 
 
Los iones metálicos se forman en la interfase metal-óxido y el oxígeno se reduce en la interfase óxido-
gas. 
Debido a que los óxidos metálicos presentan conductividad eléctrica, tanto iones como de electrones, no 
se precisa ningún conductor eléctrico externo entre ánodo y cátodo.Varios de estos posibles mecanismos son los siguientes: 
• Película de óxido porosa 
Si la película de óxido formada al comienzo es porosa, el oxígeno molecular puede pasar a través 
de los poros y reaccionas en la interfase metal-óxido. Esta situación prevalece cuando la relación 
de P.B. es menor de la unidad, como ocurre en los metales alcalinos. 
• Película de óxido no porosa 
Si la película de óxido no es porosa podrían darse los siguientes mecanismos: 
o La oxidación puede ocurrir en la interfase óxido-gas. En este caso los iones metálicos se 
difunden desde la interfase metal-óxido hasta la interfase óxido-gas. Los electrones 
también se desplazan en la misma dirección para completar la reacción. 
o La oxidación puede ocurrir en la interfase metal-óxido. En este caso los iones oxígeno se 
difunden a través de la película para reaccionar en la interfase metal-óxido, mientras que 
los electrones tienen que poder moverse hacia el exterior. 
o El posible mecanismo final es una combinación de los casos anteriores (óxido-gas; metal-
óxido) en que los iones oxígeno se difunden hacia el interior y los iones metálicos, junto 
con los electrones, hacia el exterior. En este caso el lugar de la reacción puede estar en 
cualquier sitio dentro de la película de óxido. 
 
2.9 IDENTIFICACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE PRODUCTOS DE CORROSIÓN. 
Los productos de reacción son caracterizados por diferentes métodos. Las técnicas de difracción de 
electrones y Rayos X son usadas para la determinación de las estructuras del cristal y de esta manera 
para la identificación de los productos de corrosión. La microestructura y morfología de los productos de 
la reacción son estudiados por técnicas metalográficas. Por ejemplo microscopia óptica y microscopia 
electrónica. El Microscopio electrónico de barrido es particularmente capaz de identificar la morfología de 
los productos de reacción. Las técnicas de alta temperatura las cuales permiten la exanimación directa de 
muestras durante la oxidación también proporciona información valiosa como los cambios 
microestructurales y morfológicos que toman lugar en las reacciones de oxidación. 
 
2.10 ECUACIONES DE VELOCIDAD. 
El conocimiento de la cinética y de las velocidades de reacción es una importante base importante para 
especificar los mecanismos de reacción. Las velocidades de reacción y sus correspondientes ecuaciones 
de velocidad para la oxidación de un metal dependen de un número de factores como la temperatura, la 
presión de oxígeno, el tiempo transcurrido de reacción, la preparación de la superficie y el pre tratamiento 
del metal. Aunque las ecuaciones de velocidad son insuficientes para la interpretación de los mecanismos 
de oxidación, estas ecuaciones pueden ser usadas para clasificar el comportamiento de la oxidación de 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
22 
 
metales. El número de posibles mecanismos puede ser reducido por otro, o el propio mecanismo puede 
ser ratificado por la correlación con otros estudios (34). 
Las ecuaciones de velocidad pueden ser clasificadas en logarítmicas, parabólicas y lineales. 
 
2.10.1 Ecuación de Velocidad Logarítmica. 
Esta es característica de la oxidación de un gran número de metales a bajas temperaturas (generalmente 
debajo de 300ºC o 400ºC), donde inicialmente la reacción es muy rápida. Este comportamiento puede 
rara vez ser descrito por las ecuaciones de velocidad logarítmicas la cual incluye ecuaciones de velocidad 
logarítmica directa y logarítmica inversa. (34) 
 
Logarítmica directa: x =kloglog(t+t0)+A … (17) 
Logarítmica Inversa: 1/x = B – killog t … (18) 
Donde x puede alternativamente representar el espesor de la capa de óxido, la cantidad de oxigeno 
consumido por unidad de área superficial del metal, la cantidad de metal transformado en oxido. T denota 
el tiempo, klog y kil representan las constantes de velocidad, A y B son constantes. Ejemplos gráficos de 
cómo x varia con el tiempo para las dos ecuaciones de velocidad en la Figura 9. 
 
 
 
Figura 9. Ilustración esquemática de la variación de x con el tiempo para oxidación logarítmica y logarítmica inversa 
de metales. 
 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
23 
 
2.10.2 Ecuaciones de velocidad parabólicas. 
A altas temperaturas la oxidación de algunos metales se encuentra que sigue una dependencia con el 
tiempo parabólico (Figura 10).Las formas diferencial e integral de la ecuación parabólica son dadas por: 
dx/dt= k´p/x … (19) 
x2 = 2k´pt + C =kpt + C … (20) 
Donde k`p y kp denotan las constantes de velocidad parabólicas y C es la constante de integración. 
 
 
Como regla, la oxidación parabólica a altas temperaturas significa que un proceso de difusión térmica es 
determínate en la velocidad. Así los procesos pueden incluir difusión uniforme de uno o ambos de los 
reactantes a través de un crecimiento compacto de la capa (34). 
 
 
 
Figura 10. Ilustracion esquematica de la varacion de x con el tiempo para oxidacion parabolica y lineal. 
 
2.10.3 Ecuaciones de velocidad lineal. 
La oxidación lineal puede ser descrita por: 
dx/dt = k1t … (21) 
x=k1t + C … (22) 
Donde k1 es la constate de velocidad lineal y C es la constante de integración. 
x 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura” 
 
24 
 
En contraste con las ecuaciones anteriores, para la cual las velocidades de reacción decrecen con el 
tiempo, la velocidad de oxidación lineal es constante con el tiempo y así tan independencia de la cantidad 
de gas o metal previamente consumido en la reacción. Si la relación es lineal una superficie o fase límite 
del proceso o reacción pueden ser determinantes en la reacción (34). 
 
2.11 FORMACIÓN DE PRODUCTOS NO PLANARES DE REACCIÓN 
2.11.1 Crecimiento de “whiskers” 
En condiciones de uso, los metales son policristalinos, con pocas excepciones. Los metales recocidos 
han desarrollado crecimiento de grano; estos a su vez tienen diferente orientación y una gran anisotropía 
en la formación de una película, granos diferentes pueden desarrollar películas con espesor diferente (por 
ejemplo la oxidación de una esfera de monocristal). Así, para metales policristalinos el espesor de la 
película de óxido en la superficie puede variar de un tipo de grano a otro. 
Como las películas de óxido van aumentando su espesor y se desarrollan gradualmente en capas, varios 
estudios han mostrado que se pueden desarrollar crecimientos no planares de óxidos. Los metales con 
películas de óxido pueden desarrollar núcleos muy grandes de óxido o partículas pequeñas en forma de 
montículos o poliedros, particularmente a presiones reducidas de oxígeno a temperaturas muy altas (34). 
Otro tipo de crecimiento es la formación de óxido en forma de “whiskers”, cristales, columnares, laminares 
y plaquetas. Tal crecimiento nunca ocurre durante la etapa inicial de la oxidación, pero siempre está 
asociado con las películas más gruesas o con las capas de óxido. En las Figuras 11 y 12 se muestran 
ejemplos de “whisker”. La Figura 11 muestra un “whisker” de Nb2O5 formado a temperatura alta (900° C) 
de oxidación del niobio. El “whisker” es un monocristal de α-Nb2O5 creciendo en el eje b monoclínico 
paralelo al eje del “whisker”. 
 
Figura 11. “Whisker” de Nb2O5 formado a temperatura alta (900° C) de oxidación del niobio. 
La Figura 12 muestra el crecimiento de “whiskers” y óxidos laminares de Fe2O3 formado por la oxidación 
de hierro en 90% O2+10% H2O a 450° C. los “whiskers” están presentes únicamente durante poco 
tiempo, las primeras horas de reacción y aparentemente la formación de laminillas tiene lugar donde se 
“Desarrollo de aceros inoxidables ferríticos aleados para condiciones altamente corrosivas a alta temperatura”