El acero se funde entre 1370 °C y 1540 °C (2500 °F y 2800 °F), dependiendo de su composición. A diferencia del hierro puro, que se funde exactamente a 1538 °C, el acero pasa de sólido a líquido en un rango de temperatura determinado, ya que es una aleación de hierro, carbono y otros elementos.
El contenido de carbono es el factor más importante que afecta el punto de fusión del acero. Un mayor contenido de carbono implica temperaturas de fusión más bajas: un acero con alto contenido de carbono y un 1 % de carbono comienza a fundirse alrededor de los 1425 °C, mientras que el acero dulce con bajo contenido de carbono no comienza a fundirse hasta aproximadamente los 1500 °C.
Los aceros al carbono funden entre 1425 °C y 1540 °C, y la temperatura exacta se determina principalmente por el contenido de carbono. Los aceros con bajo contenido de carbono (como el acero dulce con un 0.2 % de carbono) funden en el extremo superior, cerca de los 1500-1525 °C, mientras que los aceros con alto contenido de carbono (alrededor del 1 % de carbono) comienzan a fundirse en el extremo inferior, alrededor de los 1425 °C.
Esto ocurre porque el carbono altera la estructura cristalina del hierro y forma una mezcla eutéctica que se funde a temperaturas más bajas. Por cada 0.1 % de aumento en el contenido de carbono, el punto de fusión disminuye aproximadamente entre 10 y 15 °C.
La mayoría de los aceros al carbono que encontrará siguen este patrón:
La presencia de pequeñas cantidades de manganeso, silicio y azufre en los aceros al carbono comerciales tiene un impacto mínimo en la temperatura de fusión. El tratamiento térmico tampoco altera el punto de fusión: independientemente de si el acero está recocido o endurecido, se funde a la misma temperatura según su composición.
Los aceros inoxidables generalmente funden entre 1370 °C y 1530 °C, con rangos específicos que varían significativamente según el grado. El contenido de cromo (mínimo 10.5 %) combinado con níquel, molibdeno y otras adiciones crea comportamientos de fusión diferentes a los del acero al carbono simple.
La mayoría de los aceros inoxidables tienen puntos de fusión ligeramente más bajos que el acero al carbono, ya que el níquel y otros elementos de aleación reducen la temperatura de fusión. El comportamiento de fusión depende completamente del tipo de acero inoxidable con el que se trabaje.
Los grados austeníticos, como el 304 y el 316, presentan los rangos de fusión más bajos entre los aceros inoxidables, típicamente entre 1375 y 1450 °C. El acero inoxidable tipo 304 (18 % de cromo, 8 % de níquel) comienza a fundirse alrededor de los 1400 °C y alcanza su punto de fusión completo a los 1455 °C.
El alto contenido de níquel es responsable de este punto de fusión más bajo. El níquel se funde a 1453 °C, significativamente más bajo que los 1538 °C del hierro, y al alearse con este último forma una solución sólida que se funde a temperaturas intermedias.
El acero inoxidable tipo 316 se funde a un rango aún más bajo, de 1375 a 1400 °C, debido a su mayor contenido de níquel y a la adición de un 2-3 % de molibdeno. Esto facilita la soldadura de los grados austeníticos, pero limita su uso en aplicaciones de temperaturas extremadamente altas.
Los aceros inoxidables ferríticos se funden a temperaturas más altas que los austeníticos, típicamente entre 1450 y 1510 °C. El acero inoxidable tipo 430 (16-17 % de cromo, sin níquel) comienza a fundirse alrededor de los 1425 °C y alcanza su estado líquido completo a los 1510 °C.
La ausencia de níquel mantiene el punto de fusión más cercano al del hierro simple. Si bien el cromo tiene un punto de fusión muy alto (1890 °C), en las concentraciones utilizadas en el acero ferrítico no eleva el punto de fusión, simplemente lo mantiene cerca de los niveles del acero al carbono.
Estos aceros conservan mejor su resistencia a altas temperaturas que los aceros austeníticos. Su mayor rango de fusión los hace adecuados para sistemas de escape y otras aplicaciones donde la resistencia a la temperatura es fundamental.
Los aceros inoxidables martensíticos presentan la mayor variación en sus rangos de fusión, de 1370 a 1530 °C, dependiendo del contenido de carbono. El acero inoxidable tipo 410 (12 % de cromo, 0.1 % de carbono) se funde de forma similar a los aceros ferríticos, a 1480-1530 °C.
Los grados martensíticos con alto contenido de carbono presentan una situación diferente. El tipo 440C (17 % de cromo, 1 % de carbono) comienza a fundirse a temperaturas tan bajas como 1370 °C debido a su alto contenido de carbono, a pesar de tener más cromo que muchos otros grados.
Esto demuestra cómo el efecto del carbono sobre el punto de fusión anula la influencia del cromo. Esta combinación crea un amplio rango de fusión: el 440 °C no se licúa completamente hasta alrededor de los 1480 °C, lo que le otorga un rango de fusión de 110 °C, en comparación con los tan solo 50 °C de los grados con bajo contenido de carbono.
Los aceros para herramientas suelen fundirse entre 1420 °C y 1540 °C, aunque sus complejas composiciones generan rangos de fusión inusualmente amplios. Estos aceros contienen entre un 0.5 % y un 2 % de carbono, además de cantidades significativas de cromo, tungsteno, molibdeno y vanadio, lo que genera un comportamiento de fusión complejo.
El alto contenido de carbono implica que los aceros para herramientas comienzan a fundirse a temperaturas relativamente bajas, alrededor de 1400-1420 °C para la matriz hierro-carbono. Sin embargo, los elementos formadores de carburo crean compuestos extremadamente estables que no se funden hasta alcanzar temperaturas mucho más altas.
Tomemos como ejemplo el acero para herramientas D2 (1.5 % de carbono, 12 % de cromo). Comienza a fundirse a 1420 °C, pero no alcanza su estado líquido completo hasta 1540 °C, un rango de 120 °C. Los carburos de cromo dispersos por el acero permanecen sólidos mucho después de que la matriz circundante se haya fundido.
Los aceros de alta velocidad como el M2 presentan un comportamiento aún más extremo. La matriz de acero se funde a una temperatura de entre 1400 y 1425 °C, pero los carburos de tungsteno que contiene pueden permanecer sólidos a temperaturas muy superiores a los 1500 °C. Esto dificulta notablemente la fundición o soldadura de los aceros para herramientas sin equipos especializados de alta temperatura.
| Grado de acero | Composición | Rango de fusión (°C) | Factor clave |
|---|---|---|---|
| Acero bajo en carbono (1020) | ~0.2 % C, 99 % Fe | 1500 - 1525 | Hierro casi puro |
| Acero con alto contenido de carbono (1095) | ~0.95 % C, 98-99 % Fe | 1425 - 1500 | El carbono reduce el solidus |
| Acero inoxidable 304 (austenítico) | 18 % Cr, 8 % Ni, 0.08 % C | 1400 - 1450 | El níquel deprime el punto de fusión |
| Acero inoxidable 430 (ferrítico) | 16% Cr, <0.1% C, sin Ni | 1450 - 1510 | alto contenido de hierro |
| Acero inoxidable 440C (martensítico) | 17 % cromo, 1.0 % carbono | 1370 - 1480 | El alto contenido de carbono crea una amplia gama |
| Acero para herramientas D2 | 1.5 % C, 12 % Cr, Mo, V | 1420 - 1540 | Los carburos amplían el rango |
| Acero de alta velocidad M2 | 0.8 % C, 6 % W, 5 % Mo | 1400-1425 * | *Solo matriz; los carburos permanecen sólidos |
