Manual de Aceros Inoxidables de Euro Inox

26/4/2015 Manual de Aceros Inoxidables de Euro Inox

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Manual de Aceros Inoxidables de Euro InoxCunat, PierreJean

LOS ACEROS INOXIDABLESPor PierreJean CUNATDirector Técnico EURO – INOX(Asociación para el Desarrollo del Acero Inoxidable)

Prólogo 3

LOS ACEROS INOXIDABLES 3

1. HISTORIA, PROPIEDADES FUNDAMENTALES Y MODO DE EMPLEO DE LOS ACEROSINOXIDABLES 31.1 – Descubrimiento y Desarrollo de los aceros inoxidables 31.2 – Criterios para la selección de los aceros inoxidables 31.3 Campos de aplicación 32. ESTRUCTURA DE LOS ACEROS INOXIDABLES 32.1 El diagrama hierrocromo 32.2 Sistema Hierro – Cromo – Níquel 32.3 – Aceros inoxidables martensíticos 32.4 – Los aceros inoxidables ferríticos 32.5 Los aceros inoxidables austeníticos 32.6 Los aceros inoxidables austenoferríticos 32.7 Los aceros inoxidables endurecidos por precipitación 33 RESISTENCIA A LA CORROSIÓN DE LOS ACEROS INOXIDABLES 33.1 – Pasividad de los aceros inoxidables 33.2 Interpretación electroquímica 33.3 – Resistencia a la corrosión uniforme 33.4 Resistencia a la corrosión localizada 33.5 Resistencia a ciertos tipos determinados de corrosión localizada 33.6 Resistencia a la corrosión a altas temperaturas 33.7 Ensayos de resistencia a la corrosión 34 – Propiedades físicas y características mecánicas de los aceros inoxidables 34. 1 – Aceros inoxidables martensíticos 34.2 Aceros inoxidables ferríticos 34.3 – Aceros inoxidables austeníticos 34.4– Aceros inoxidables austeno ferríticos 34.5 Los aceros inoxidables endurecidos por precipitación 35. Aplicación de los aceros inoxidables (17) 35.1 – Mecanización – Corte 35.2 Mecanizado 35.3 – Conformación plástica 35.4 Aplicación por deformación en caliente 35.5 Ensamblaje 35.6 – Tratamiento térmico de los aceros inoxidables 35.7 Tratamientos de acabado 36 FABRICACIÓN DE LOS ACEROS INOXIDABLES 36.1 – Elaboración 36.2 Colada 36.3 – Transformación en caliente 364– Transformación en frío 36.5– Tratamientos térmicos 3



6.6. – Planchas chapadas y recargadas 36.7 – Moldeado 3BIBLIOGRAFÍA 3

PRÓLOGO

Los aceros inoxidables constituyen una gran familia de aleaciones metálicas que tienen comoelementos comunes, el hierro y el cromo.

Aparte de tener todos un contenido en cromo mínimo del 10,5% y los mismos tratamientosmetalúrgicos, ofrecen un gran abanico de propiedades en el que uno es común, su resistencia a lacorrosión.

En este documento, vamos a tratar de describir sus diferentes estructuras, además de sus propiedades ycaracterísticas.

Estas propiedades y características permiten determinar los usos adecuados para encontrar la idoneidadde un tipo específico y sus propiedades de empleo. Además se describen, de manera detallada, suscondiciones y la mayoría de aplicaciones.

Para concluir, el capítulo que trata de la fabricación de los aceros inoxidables revisa la mayoría de lostipos que se utilizan hoy en día, aunque también se indican aquellos que probablemente tengan un uso amedio plazo.

LOS ACEROS INOXIDABLES

1.1 – Descubrimiento y Desarrollo de los aceros inoxidables1. HISTORIA, PROPIEDADES FUNDAMENTALES Y MODO DE EMPLEO DE LOS ACEROSINOXIDABLESLa historia de los aceros inoxidables está íntimamente ligada a la historia del cromo y a lasinvestigaciones del químico francés NicolasLouis VAUQUELIN (17631889) quien, en 1797, fue elprimero en aislar este elemento (1).Las primeras observaciones de las propiedades “inoxidables” del hierro aleado con el cromo fueronrealizadas por BERTHIER, otro francés. El año 1821 demostró que la aleación hierro cromo era másresistente a determinados ácidos, cuanto mayor era su contenido en cromo. Por el contrario, la casiimposibilidad de bajar el contenido de carbono de la aleación constituía un obstáculo mayor a sudesarrollo.En 1904, Leon GUILLET (2), y después Albert PORTEVIN (3) publicaron una serie de estudiosrelativos a la estructura y las propiedades de las aleaciones hierro – cromo, que incluían los tiposmartensíticos con el 13% de cromo y los ferríticos con 17% de cromo.En 1909, GUILLET publicó un estudio sobre los aceros inoxidables al cromo – níquel, o acerosinoxidables austeníticos, completando así los estudios anteriores sobre las aleaciones hierro – cromo ycubriendo prácticamente toda la familia de los aceros inoxidables. La metalúrgica alemana W.GIESEN (4) llegó, en la misma época, a resultados similares.Los estudios de GUILLET, PORTEVIN Y GIESEN permitieron, en 1909, clasificar los acerosinoxidables en función de su estructura y definir las tres familias principales: martensítica, ferrítica yaustenítica.A Harry BREARLEY se le atribuye el paso al campo industrial con los aceros inoxidablesmartensíticos. Sería el origen de la primera elaboración realizada en Sheffield, en 1913.A los alemanes Benno STRAUSS y Eduard MAURER (5) se les atribuye un mérito análogo por laproducción de los aceros inoxidables austeníticos, igual que a los americanos Frederik BECKET yChristian DANTSIZEN con los aceros inoxidables ferríticos.La primera descripción de la pasividad de los aceros inoxidables fue dada a conocer por el alemánPhilipp MONNARTZ (6).

Posteriormente se realizaron descubrimientos sobre los elementos de aleación. Pierre CHEVENARD(7) estudió los tipos de endurecimiento estructural, y sus propiedades a temperaturas elevadas. Y apartir de los años 1930, J. HOCJMANN descubrió los tipos bifase, austeno – ferríticos, actualmentellamados “dúplex”.Si el periodo comprendido entre 1904 y 1920 fue rico en trabajos de laboratorio, ha habido que esperara la mitad del siglo para lograr un estado realmente industrial.También hay que señalar el hecho de que si los aceros inoxidables han conocido un desarrollo



extraordinario que examinaremos posteriormente, es debido a la gran gama de metales que entran en sucomposición, es decir, el cromo, níquel, molibdeno y el manganeso. Este último puede ser utilizadocomo sustituto del níquel.La mayoría de estos metales son económicamente rentables, de manera que se puede fabricar aceroinoxidable a un precio competitivo.El cromo ocupa el decimotercer rango de los elementos presentes en la corteza terrestre. Su promediode concentración es de 400 ppm.El mineral principal del cromo, conocido con el nombre de cromita, es una espinela de cromo quecorresponde a la siguiente fórmula química:(Mg, Fe ++) (Cr, Al, Fe+++) 2 O4Los principales yacimientos de cromita se encuentran en Sudáfrica (Bushveld), en Kazakhstan y enZimbabwe. Las reservas mundiales de cromo (cromo contenido) se estiman en 482 millones detoneladas (8). Se reparten de la manera siguiente: Sudáfrica: 61,2%; Kazakhstan: 20,6%; Zimbabwe:9,0%; India: 3,8% y Finlandia: 2,4%. El 3% restante se encuentra esencialmente entre Turquía yAlbania.Prácticamente el 80% del cromo se utiliza en la metalurgia, sobre todo en la fabricación de los acerosinoxidables. Gracias al desarrollo del procedimiento AOD (ArgónOxígenoDescarburación) del quetrataremos posteriormente, la materia prima utilizada para la fabricación de los aceros inoxidables es la“carga de cromo” (HCFeCr: 5055% Cr, 68 % C). Con la excepción del año 1995, en el que sealcanzó un nivel de 0,8 USD/lb (dólares/ libra), el precio de este material tiene, a largo plazo, tendenciaa bajar. Actualmente está a 0,4 dólares USA/ libra.A pesar de la incertidumbre sobre la situación económica de Kazakhastan, se estima que el consumodel mundo occidental en cromo (FCFeCr), está en el orden de 3,8 millones de toneladas (1998), quedeberá ser satisfecha y permitir el desarrollo del acero inoxidable. Hay que señalar que existe unabuena correlación entre la producción de cromo y la del acero inoxidable, como se ilustra en la Tabla 1.

Tabla 1: Evolución de la producción mundial de cromo y del acero inoxidable

Año 1993 1994 1995 1996 1997Producción de HCFeCr (kT)Producción de acero inoxidable (kT)Informe: (HCFeCr)/Acero inoxidable 2807116470,24 3106130960,24 4270148520,29 3545146070,24 3875158770,24

El caso del níquel es más complejo. Este elemento ocupa el lugar 24 en el rango de los elementos presentes en la corteza terrestre. Laconcentración media es del orden de 80 ppm.Existen dos grandes familias de minerales: sulfuros y lateritas. Los principales yacimientos del mineralse encuentran en Canadá, Rusia, Nueva Caledonia, Australia e Indonesia.La producción minera esta repartida de la siguiente manera: Norteamérica (Canadá): 28%, Rusia: 27%,Oceanía: 24%, Asia: 11%, resto (Europa y África): 10%. En la actualidad, el 65% del níquel se empleaen la fabricación de aceros inoxidables, mientras que hace una docena de años no llegaba al 45%. En1997 se produjeron 929.600 toneladas, de las que 602.800 se utilizaron para fabricar acero inoxidable.Las previsiones para el año 2002 estiman una producción de 1.140 toneladas, de las que 770.000 (68%)serán para los aceros inoxidables.Contrariamente al caso del cromo, el precio del níquel ha mostrado gran variación durante los 10últimos años, con unos precios que han oscilado entre 1,8 y 4.0 dólares USA por libra.En 1997, el precio del níquel representaba entre el 25 y el 30% del producto final, sólo en la familia delos austeníticos, que representa el 80% de la producción mundial. Con esta simple cifra, se explica laimportancia estratégica del níquel y el papel que puede jugar en el desarrollo de los aceros inoxidables.Por este motivo, durante las épocas confusas de la economía mundial (segunda guerra mundial, guerrafría, o conflictos locales en Asia), determinados países productores han intentado encontrar un sustitutoal níquel y lo han reemplazado, cuando ha sido posible, por el manganeso. En este contexto se handesarrollado los austeníticos de la serie 200 de la norma AISI, en los Estados Unidos de América y enla India (87% del mercado nacional). En este último país, los aceros inoxidables con manganeso seutilizan mayoritariamente en los artículos domésticos.



Otra opción consiste en poner a punto los aceros inoxidables ferríticos (sin níquel) cuyas propiedadesde uso están próximos a los aceros inoxidables austeníticos; se trata de los aceros inoxidables ferríticosestabilizados. Su elaboración ha sido posible gracias al convertidor AOD.

Este equipo permite, en efecto, conseguir la cantidad de carbono necesaria para “trampear” coneficacia, utilizando uno o varios elementos estabilizantes. Los dos elementos estabilizantes másutilizados son el titanio y el niobio. Los descubrimientos más recientes atribuyen al vanadio un poderestabilizante. Aunque las propiedades de esta familia de aleaciones son claramente más extensas quelas del acero inoxidable ferrítico estándar, son mucho menores que las de los aceros austeníticos. Lasustitución sólo puede ser parcial.El molibdeno es el tercer elemento añadido en la fabricación de los aceros inoxidables. El principalmineral del que se explota es un sulfuro de molibdeno, la molibdenita MoS2 que contiene un 60% deMo.Las principales reservas mundiales de molibdeno (12 millones de toneladas) están situadasmayoritariamente en USA (5,4 millones de toneladas), en Chile (2,5 millones de toneladas), China (1millón), Canadá (0,9 millones) y en la antigua Unión Soviética (0,7 millones de toneladas). El restoestá repartido entre Méjico, Perú, Irán y Mongolia.La producción mundial de molibdeno es del orden de 100.000 toneladas, de las que el 25% se destina alos aceros inoxidables. Aunque el precio del ferromolibdeno (FeMo) permaneció estable hasta 1993(3,0 dólares/libra), a partir de esa fecha ha conocido fluctuaciones importantes: 5,0 dólares/libra en1994, 8,5 en 1995, para volver a 4,5 en 1996.Aunque el molibdeno se ha utilizado en las diferentes familias de acero inoxidable, su uso principal esen algunos tipos austeníticos, en cantidades del 2,03,0 %. En otros ferríticos se usa igualmente entre el1,0 y 4,0%, y en los tipos austeno – ferríticos, entre el 1,5 y 4,0%. Aunque sólo se sitúa en el tercerlugar del rango de los elementos de aleación, el molibdeno ha jugado un papel importante en eldesarrollo de los aceros inoxidables, sobre todo en las aleaciones ferríticas y austeno – ferríticas.De este breve análisis del impacto de los precios de los diferentes elementos de aleación, se observa elpapel estratégico que juega el níquel y en menor medida el molibdeno. A pesar de las incertidumbresque pesan sobre las materias primas, el mercado mundial de los aceros inoxidables está aumentando aun ritmo medio del 9%, durante los cuatro últimos años. Este resultado se debe al logro de nuevosproductos destinados a aplicaciones específicas. Por último, si el precio del níquel se mantiene a unnivel de 2,0 dólares/libra, los aceros inoxidables austeníticos (aleaciones de FeCrNi) seráncompetitivos en los sectores que, hasta ahora, le estaban prohibidos.1.2 – Criterios para la selección de los aceros inoxidables

1.2.1– Criterios técnicosLa elección de un acero inoxidable se basa en una serie de criterios relacionados directamente con suexcelente resistencia a la corrosión. Esta propiedad otorga al material inoxidable una duraciónexcepcional entre la mayoría de medios y sus aplicaciones. A esta propiedad fundamental, hay queañadir las características mecánicas (resistencia mecánica, ductilidad, tenacidad) que cubre una grangama de temperaturas, desde las temperaturas criogénicas hasta las que superan los 1000ºC. La uniónde estas propiedades hacen del acero inoxidable un material para estructuras, en el que la relaciónelevada entre el módulo de Young y la densidad permiten unos comportamientos excelentes entérminos de ligereza.Gracias a su gran facilidad para poder ser trabajados con las técnicas habituales basadas en ladeformación en frío (deformación, plegado, embutición,...) y en la unión (soldaduras, pegado,..) losaceros inoxidables, permiten, un número siempre creciente de realizaciones en los que el aspecto de losacabados (rugoso, recocido brillante, pulido,..) juega también un papel importante. La capacidad deembutición profunda, sobre todo la de los tipos austeníticos (aleaciones: FeCrNi), permite obtenerunas piezas de forma particularmente compleja.El acero inoxidable es considerado como el material más adecuado para las aplicaciones alimentarias ymédicas. En efecto, no altera las propiedades organolépticas de los alimentos y es fácil de limpiar,desinfectar y esterilizar.Por último, el acero inoxidable es 100% reciclable. Teniendo en cuenta su valor, el acero inoxidable serecicla en un porcentaje muy elevado y los nuevos productos son totalmente idénticos al tipo reciclado.Esta propiedad debe ser señalada a la hora de compararlo con el resto de los materiales.En la Tabla 2 se muestra un resumen de las principales aplicaciones del acero inoxidable, en función delos diferentes criterios y de la agresividad de los medios y atendiendo a la resistencia a la corrosión.

Tabla 2: Elección de un acero inoxidable, en función de los principales criterios técnicos, en susprincipales aplicaciones

Aplicación Familia Resistencia a la corrosión Características mecánicas Deformación, Embutición, curvatura



SoldaduraEquipos para: Comedores públicos, hospitales, industria alimentaria, industria láctea, fermentación yalmacenamiento de vino, etc. Austeníticos:FeCrNi (Mo) *** * * **Utensilios domésticos, fregaderos Austeníticos: FeCrNi *** * *** *Sistemas de escape en el automóvil Ferríticos: FeCr (Ti/Nb) ** ** *** **Cubas de electrodomésticos Austeníticos:FeCrNiFerríticos:FeCr (Ti) ** * *** **Estructuras para materiales de transporte Austeníticos:FeCrNi (N)Ferríticos:FeCr ** *** ** **Cuchillos, instrumentos quirúrgicos MartensíticoFeCr(NiMo) *** *** Equipos para las industrias químicas y papeleras Austeníticos:FeCrNiMoAustenoFerríticos:FeCrNiMo *** ** * ***

Exigencias:*** : Muy elevada** : Elevada* : Mediana1.2.2 – Criterios económicos: El “Coste del ciclo de vida” o el concepto de coste global

El concepto del coste global tiene en cuenta la suma de los costes de un equipo o de una instalacióncompleta, desde su concepción hasta el fin de su explotación. El “Coste global” o el “Coste del ciclo devida” está integrado por el coste de la inversión y los costes de mantenimiento durante toda la vida delequipo o instalación.El concepto del coste global está asociado a un método original desarrollado por EURO INOX (*) quese consigue fácilmente gracias a un programa informático. El método se basa en una fórmula que tieneen cuenta: el coste de compra de los materiales (AC), el coste de ejecución (IC), los costes defuncionamiento y conservación (OC), el coste de las pérdidas de producción durante las fases de parada(LP) y por último, el coste de los materiales de sustitución (RC). Si se designa por N, la duración devida teórica de la instalación (es decir, el previsto en el momento de la inversión), i, la tasa de interésreal (a largo plazo corregido según la tasa de inflación) y n, los años de intervención para realizar laslabores de mantenimiento, el coste global LCC, se calcula según la relación:Se aplicó el método de coste global a un proyecto de fábrica de tratamiento de aguas residuales con unacapacidad de casi 6500 m³/hora, siendo la duración de vida prevista de 30 años. Los dos materialesproyectados inicialmente fueron acero al carbono pintado y acero inoxidable. El conjunto de losmateriales representaba casi 150 toneladas de producto en forma de chapa, barra, tubo y conexiones. Apesar de una reducción de masa del 10%, el coste inicial (AC) fue 3,7 veces más elevado en el caso delacero inoxidable que el del acero al carbono. El coste de ejecución (IC), incluyendo la pintura para elacero al carbono, era ligeramente más bajo para el acero inoxidable (menos de 7%). La mayordesviación se observó al juntar los costes de explotación: (OC) + (LP) + (RC). Era 23 veces máselevado en el caso del acero al carbono que el acero inoxidable. En total, la reducción del coste a favordel acero inoxidable era aproximadamente el 27%.Este ejemplo demuestra que, en una instalación que debe funcionar durante un largo periodo, los costesde explotación juegan un papel fundamental en el coste global, y raramente se suelen tener en cuenta aldecidir la inversión. En este caso, representaron cerca del 45% del LCC en el acero al carbono,mientras que fueron inferiores al 3%, en el caso del acero inoxidable.

(*) EURO INOX: Asociación europea para el desarrollo del acero inoxidable

1.3 Campos de aplicación

1.3.1Equipos para industrias químicas y petroquímicas, agroalimentarias y farmacéuticas

Se emplean esencialmente en los aparatos de calderería que operan a presión atmosférica, aunque, en el



caso de los reactores, pueden estar sometidos a elevadas presiones.La resistencia a la corrosión debe ser elevada, por lo que en determinados casos se justifica el uso dealeaciones austeníticas que llevan aproximadamente un 2% de molibdeno (X2CrNoMo17122/1.4404)(*) incluso del 3,5% (X2CrNiMo18154/1.4438). Si existe el temor de una posible corrosión bajotensión, se recomienda un tipo austenoferrítico del tipo X2CrNiM02253/1.4462.Además de estas consideraciones en cuanto a la resistencia a la corrosión, hay que remarcar que esabsolutamente necesario que los materiales que se utilicen posean una buena soldabilidad.

1.3.2Electrodomésticos, utensilios de cocina, cubertería y cuchillería

En este amplio terreno del menaje y de los electrodomésticos, la elección del tipo de acero no eshomogénea. Sin embargo, cualquiera que sea el tipo elegido, deberá presentar una superficie quepermita una fácil limpieza, para evitar cualquier retención de origen bacteriano. En general, el nivel deresistencia a la corrosión se puede calificar de medio. Pero algunas piezas se embuten duramente. Enese caso, hay que recurrir a un tipo austenítico (aleación: FeCrNi) del tipo X5CrNi1810/1.4301. Paralos elementos poco conformados y unidos mecánicamente o pegados, suele ser suficiente emplear elX6Cr17/1.4016, ya que resisten bien la corrosión en el medio considerado. Si las uniones se realizanmediante soldadura, hay que utilizar un ferrítico estabilizado del tipo X3CrTi17/1.4510.En el campo de la cuchillería, el elemento determinante es la calidad del corte de la hoja. Para ello seutilizará una aleación martensítica que contenga al menos el 0,2% de carbono (X20Cr13/1.4021) demanera que después del tratamiento de temple se obtenga una estructura totalmente martensítica con ladureza suficiente para asegurar un buen corte. Los tipos con un contenido en carbono mayor permiten,en principio, una dureza superior, siempre que el tratamiento térmico del temple esté perfectamenterealizado.

(*) Las designaciones utilizadas son las definidas por la norma europea EN 10088. Al final de estecapítulo tendremos ocasión de explicarlas.

1.3.3 – Automóviles: sistemas de escape, decoración, piezas de seguridad y elementos estructurales

Dentro de la línea de escape de los automóviles, el acero inoxidable utilizado mayoritariamente es eltipo ferrítico X2CrTi12/1.4512. Por motivos estéticos de las partes visibles y para evitar que haya unapátina el producto puede ser aluminizado.Ahora bien, la parte fría del sistema de escape (la zona del silencioso) está sometida a la agresión de losácidos condensados que se producen en la parte caliente (la más cercana al catalizador y junto almotor) por lo que se utilizarán tipos con 17% de cromo estabilizados con titanio y/o niobio.En la parte caliente, la resistencia a la oxidación, deformación y a la fatiga térmica pueden imponer eluso de aleaciones austeníticas refractarias del tipo X18CrNiSi2012/1.4828 o X12CrNi2313/1.4833.La decoración del automóvil pertenece exclusivamente al campo de los tipos ferríticos con 17% decromo con o sin adición de molibdeno y estabilizados con niobio para los elementos que tienen que serperfilados y doblados.En cuanto a los elementos de seguridad, la aplicación principal es el hinchador del “air bag”. Es unapieza que se suele realizar mediante la mecanización de barras o embutiendo discos en aceroinoxidable austenítico X5CrNi1810/1.4301. Las presiones de inflado tienden a aumentar, por lo que aveces hay que utilizar austenoferríticos del tipo X2CrNiN234/1.4362.En la actualidad, hay algunos elementos de las estructuras que se realizan en acero inoxidable. Graciasa sus elevadas características mecánicas, en estado endurecido debido a su conformación en frío, el tiporecomendado es el X2CrNiN187/1.4318. En la actualidad se están diseñando bastidores de coches yautobuses con este material.

1.3.4 Industria del transporte: vagones y coches ferroviarios, contenedores y cisternas rodantes,contenedores frigoríficos

En este sector, la ligereza es un criterio de primer orden, sobre todo en los vehículos ferroviarios, quese fabrican mayoritariamente con el tipo X2CrNiN187/1.4318 que permite obtener, por una parte,unos límites de elasticidad elevados, y por otro, una excelente soldabilidad.Para los vagones, además de para los armazones de los contenedores, se utiliza un tipo con el 12% decromo (X2CrNi12/1.4003) en el que el límite elástico es superior a 320 N/mm², que es fácil de pintar yque presenta una buena soldabilidad.

Si se trata de contenedores cisterna o de cisternas rodantes, y teniendo en cuenta la variedad de losproductos que transportan, se utilizan esencialmente tipos austeníticos con molibdeno:(X2CrNiMo17122/1.4404 o X6CrNiMoTi17122/1.4571). El interior de los contenedoresfrigoríficos se realiza partiendo de chapas finas de acero inoxidable austenítico



X5CrNi1810/1.4301

1.3.5 Tubos para el transporte de fluidos, decoración y aplicaciones estructurales

En los tubos destinados al transporte de fluidos llamados también tubos “corrosión” el acero inoxidablemás utilizado es el austenítico X2CrNi189/1.4307. En medios más agresivos se utilizan losausteníticos X2CrNiMo17122/1.4404 y, en algunos casos determinados, la aleación austenoferríticaX2CrNiMoN2253/1.4462. La mayoría de los tubos utilizados se sueldan longitudinalmente, ya quehay que efectuarles un tratamiento de hipertemple a fin de recobrar su estructura metalúrgica original.Si este tratamiento se realiza bajo una atmósfera oxidante se realizará a continuación una operacióndecapante y un tratamiento de pasivación. Si el tratamiento de hipertemple se realiza en una atmósferaneutra o ligeramente reductora, la operación de decapado no será necesaria, y sólo se realizará laoperación de pasivación.Para los tubos destinados a la decoración se utiliza sobre todo el tipo X5CrNi1810/1.4301. En estecaso, no es necesario realizar los tratamientos descritos antes (hipertemple, decapado, pasivación)aunque el exterior del tubo será pulido “en línea” en sentido transversal, con ayuda de bandas abrasivasoscilantes.Los tubos para aplicaciones estructurales se realizan a partir de flejes gruesos, sobre todo en la gamaferrítica X2CrNi12/1.4003. Suelen tener una sección cuadrada o rectangular. La soldadura longitudinalsuele estar pulida en sentido longitudinal por una banda abrasiva. Existe una última categoría de tubosdestinados a intercambiadores de calor (condensadores, recalentadores, evaporadores, etc.) Teniendoen cuenta que la conductividad térmica de los tipos ferríticos es 1,7 veces más elevada que losausteníticos, se les prefiere a estos últimos. Las dos aleaciones más utilizadas son X3CrTi17/1.510 yX2CrMoTi294/1.4592 para los intercambiadores utilizados con agua de mar.

1.3.6 Construcción: decoración y estructuras

Se trata de un extenso campo donde se utiliza acero inoxidable tanto en el exterior (cubiertas, muroscortina, entradas de casa y oficinas, mobiliario urbano) como en el interior de los edificios (decoración,escaleras mecánicas, cajas de ascensor, escaleras). También se utiliza en chimeneas, rígidas y flexibles,que se usan tanto para la rehabilitación de viejas chimeneas como en edificios de nueva construcción.

En cubiertas, se utilizan los tipos ferríticos (desde 17% hasta 29% de cromo con o sin adición demolibdeno) y los austeníticos del tipo X5CrNi1810/1.4301 aunque en todos los casos, el productodebe ser mate. Este aspecto se obtiene directamente de la laminación, siendo después revestido por unafina capa de estaño.En el campo de la decoración se utilizan gran variedad de aspectos superficiales: brillante, mate,pulido, grabado, etc. que responden al deseo de todos los arquitectos.Aunque es notoria su resistencia al fuego, el acero inoxidable todavía es poco utilizado en estructuras.Se abre, por tanto, un campo inmenso, en los que sus características mecánicas “con calor” permiten suempleo sin tener que recurrir a protecciones térmicas.

2. ESTRUCTURA DE LOS ACEROS INOXIDABLES

Los aceros inoxidables son aleaciones metálicas con una base de hierro, o más exactamente, con unabase de acero (aleación: hierro – carbono), que debe contener al menos un 10,5% de cromo (según lanorma europea EN 100881) y al que muchas veces se añaden otros elementos como el níquel (omanganeso su sustitución) y, en menor medida, el molibdeno.Antes de examinar los diferentes diagramas de equilibrio, conviene recordar las variedades alotrópicasdel hierro. A temperaturas bajas, hasta 910ºC, el hierro tiene una estructura cúbica centrada, que es elhierro α. A partir de 910ºC se transforma en hierro γ, cuya estructura es cúbica centrada en las caras, ya 1400ºC sufre una nueva transformación para crear el hierro δ en la que su estructura es cúbicacentrada. Estas transformaciones son reversibles, y se resumen en el esquema de la Tabla 3:

Tabla 3: Variedades alotrópicas del hierro y sus estructuras correspondientes

Hierro α (ferrita)(O 910° C) Hierro γ (austenita)(910° C 30%) son particularmente sensibles a este fenómeno. Sin embargo, también se puede dar entipos con 17% de cromo que hayan estado durante mucho tiempo a una temperatura en el intervaloentre 550850ºC. Esta situación es rara y no se suele presentar nada más que en el enfriamiento depiezas moldeadas, que presentan una gran inercia térmica, o en casos de soldadura de chapas gruesas.Se puede producir una última transformación entre 400 y 550ºC (figura 4). Se trata de una separaciónde la fase α en dos fases ferríticas, en la que la de mayor contenido en cromo, es conocida como fase α



´. Esta se presenta bajo la forma de finos precipitados en la matriz α. Este mecanismo es análogo a unfenómeno de endurecimiento estructural aunque puede entrañar la fragilización de la aleación.

2.2 Sistema Hierro – Cromo – Níquel

El níquel, elemento gammágeno, amplía el campo de existencia de la fase austenítica. La figura 5, quees un corte del diagrama ternario FeCrNi, muestra el desplazamiento del bucle γ hacia los contenidosmás elevados en cromo cuando se aumenta el contenido en níquel.Sin embargo, el efecto gammágeno del níquel es mucho más débil que el del carbono. Si se estableceque el efecto gammágeno del níquel está afectado de un coeficiente de 1, el carbono estarágeneralmente afectado de un coeficiente igual a 30.Para una aleación que contenga el 18% de cromo (el más representativo de los tipos austeníticos), sedemuestra en la (figura 6), que si el contenido en níquel permanece inferior al 2%, la estructura semantiene ferrítica durante todo el intervalo de temperatura. Por encima de un contenido en níquel del2%, se observa la aparición de una estructura bifásica α + γ, llamada austenoferrítica. Alrededor de un4% de níquel, el campo de existencia de la austenita γ se amplía desde la temperatura de fusión a los500ºC para contenidos en níquel entre 8 y 10%.Partiendo de que ciertos elementos de aleación tienen un efecto alfágeno, es decir, que favorecen laformación de una estructura cristalográfica cúbica centrada como el cromo, y que otros tienen un efectogammágeno, es decir, que favorecen la formación de una estructura cristalográfica cúbica de carascentradas como el níquel, estos elementos se han reagrupado en dos familias. La primera, es la de loselementos llamados alfágenos. Son: el cromo, molibdeno, silicio, titanio, niobio, vanadio, tungsteno,aluminio y tántalo. La segunda es la de los elementos llamados gammágenos. Son: el níquel, carbono,nitrógeno, cobalto y manganeso. Según sea el contenido de este último elemento en la aleación, sucomportamiento será más complejo y se puede producir una alteración de esta clasificación.Sobre estas bases se han propuesto muchos diagramas para determinar la estructura de las aleacionesmetálicas. Pryce y Andrews (12) han establecido un diagrama que permite determinar la estructura delas aleaciones FeCrNi a 1.150ºC (figura 7). La temperatura de 1150ºC corresponde sensiblemente asu transformación en caliente. El diagrama más conocido es el de Schaeffler (13) (figura 8). Permiteprever, a temperatura ambiente, la estructura de las juntas soldadas en el estado bruto de soldadura, esdecir, justo después de una solidificación rápida. Este diagrama ha sido objeto de numerosas mejoras.Entre las más notables, hay que señalar la de DeLong (14) (figura 9) y la de Espy (15) quienes tienenen cuenta el nitrógeno. DeLong afecta un valor medio según el método de soldadura utilizado.

El silicio añadido por motivos de resistencia a la oxidación es un elemento alfágeno afectado por uncoeficiente de 1,5 en el cálculo de la equivalencia del cromo. El molibdeno, otro elemento alfágeno,permite mejorar la resistencia a la corrosión por picaduras en un medio cerrado. A altas temperaturas,el molibdeno tiene tendencia a favorecer la formación de fases intermetálicas (fase sigma) aunque atemperatura ambiente va a disminuir la tenacidad de la aleación y su resistencia a la corrosión. Elmolibdeno tiene un coeficiente de 1,0 en la expresión de equivalencia del cromo.Una de las diferencias esenciales entre los diagramas de DeLong y Espy, y el de Schaeffler reside en latoma en cuenta del nitrógeno, un poderoso elemento gammágeno. El diagrama de DeLong, que sólocubre una parte de los dos diagramas precedentes, permite calcular el índice de ferrita que presenta unabuena correlación con el contenido de ferrita delta medido, a temperatura ambiente, con la ayuda de uncaptador magnético. Permite prever el riesgo de fisuración en caliente de una estructura soldada.

2.3 – Aceros inoxidables martensíticos

La obtención de una estructura completamente martensítica, después del templado, confiere a estostipos, un límite de elasticidad, una resistencia a la rotura y una dureza muy elevadas. Como en todoslos aceros con escasa o nula aleación, el carbono juega un papel esencial. Para los aceros inoxidables,que siguen la norma EN 10020 de Junio de 1989, el contenido máximo en carbono está limitado a1,2%. Su contenido en cromo está comprendido entre 11,5 y 18%, y pueden contener hasta 6% deníquel y hasta 1,5% de molibdeno. Según su composición química, se dividen en cuatro grupos (tabla4).

Tabla 4: Clasificación de los aceros inoxidables martensíticos

Grupo Composición química (%)Carbono Cromo Níquel Molibdeno1



234 ≤ 0,150,15 a 0,500,60 a 1,20≤ 0,22 11,5 a 13,512,0 a 14,514,0 a 18,012,0 a 18,0 ≤ 1,0≤ 1,0≤ 1,01,5 a 6,0 ≤ 0,60≤ 0,80≤ 0,80≤ 1,50

Los tipos del grupo 1 son los que menos carbono poseen. Su contenido en cromo limitado al 13,5%,permite realizar un tratamiento de temple desde el estado austenítico del interior del bucle γ deldiagrama FeCr. El punto de transformación en caliente se sitúa hacia los 900ºC, y el fin detransformación α → γ representado por el punto Ac3 está en el orden de los 920ºC. La transformacióncompleta en austenita necesita de un calentamiento y un mantenimiento a una temperatura superior a920ºC. El diagrama Hierro – Carbono (figura 10) establecido por BUNGARDT (16) para un contenidodel 13% de cromo, ilustra su estado estructural. Los tipos del grupo 2 se caracterizan por su aumento encromo y carbono. Esta situación se traduce en mayor resistencia a la corrosión (por efecto del cromo) ysu mayor dureza (por efecto del carbono). Contrariamente a los del grupo 1, estos tipos no sonsoldables, aunque pueden ser soldados con soldadura blanda. Los tipos del grupo 3 permiten obtenerlas mayores durezas aunque éstas se obtienen en detrimento de su ductilidad. Son más difíciles dedeformar y su tratamiento térmico debe realizarse respetando estrictamente los procesos. Hay queevitar la formación de fisuraciones tanto al calentar como al enfriar.

El diagrama Hierro – Carbono (16) (figura 11) indica el estado estructural de los aceros con 17% decromo, en función de la temperatura.

Los tipos del grupo 4, además de añadir níquel, pueden contener molibdeno para mejorar la resistenciaa la corrosión por picaduras. Manteniendo el contenido en carbono a un nivel inferior al 0,22% y elníquel hasta el 6%, les confiere una buena ductilidad a estos aceros.

La temperatura de transformación martensítica Ms viene definida en función de la composiciónquímica del acero. Corresponde, a partir del estado austenítico, al principio de la transformaciónmartensítica. También constituye un indicador de la estabilidad de la austenita que será tanto másestable cuanto más baja sea la temperatura Ms. Se han propuesto multitud de fórmulas empíricas paracalcular la temperatura Ms, y una de las más utilizadas es la de Irvine (18):Ms (ºC) = 571 –474 (%C) – 17 (%Cr) –17 (%Ni) – 33 (%Mn) – 21 (%Mo) – 11(%W) – 11 (%Si)

En ésta fórmula se observa que todos los elementos de aleación, sean alfágenos o gammágenos, rebajanla temperatura Ms. En la figura 12 se indican los principales aceros inoxidables martensíticoscomercializados. Se ha realizado a partir del tipo de referencia X12Cr13/1.4006 (según la norma EN10088) en correspondencia, cuando exista, con la designación AISI. La Tabla 5 indica unos consejospara la operación de templado (917).

Tabla 5: Procedimientos de temple y durezas obtenidas

Grupo Ac3 (° C) Ms (º C) Temperatura de temple (° C) Medio de temple Dureza HRC1234 920850/900830/860800/900 300/500220/280190 950/1100950/11001000/1050950/1000 Aire o aceite



Aire o aceiteAireAire 25/4545/5549/6040/45

(*) Ac3 : temperatura a la que la ferrita acaba transformándose en austenita debido al calor

Para los tipos con más aleación, la temperatura para finalizar la transformación martensítica Mf esinferior a la temperatura ambiente. En esas condiciones, no toda la austenita se puede transformar enmartensita durante el enfriamiento. Después del templado, la estructura está compuesta de martensita yde austenita residual que ocasiona una disminución de las características mecánicas y puede ser causade inestabilidad dimensional. La eliminación de la austenita residual necesita un tratamiento posterior abase de temperatura (del orden de –80ºC) En determinados casos, este tipo de tratamiento puederealizarse incluso en la misma operación del templado.En el estado bruto de temple, la martensita obtenida suele ser frágil. Es el motivo por el que se le suelepracticar un tratamiento de revenido. Se recomiendan dos tipos de tratamiento. El primero es untratamiento llamado de distensión o de relajación entre 150 y 300ºC. No provoca transformaciónmetalúrgica y si se aplica durante un tiempo suficientemente largo, (de varias horas), permite eliminarla mayoría de las tensiones residuales. El segundo es verdaderamente un tratamiento de revenidopracticado entre 550 y Ac1. En esta gama de temperaturas, habrá una precipitación de carburos tipoM23 C6. La consecuencia de esta transformación metalúrgica es triple:

a) Disminución del contenido en carbono de la martensita,b) Disminución de la dureza y aumento correlativo de la tenacidadc) Disminución de la resistencia a la corrosión a consecuencia de la precipitación de carburos decromo.

2.4 – Los aceros inoxidables ferríticos

En principio, los aceros inoxidables ferríticos se caracterizan porque su estructura permanece ferríticaen todo el intervalo de temperaturas, es decir, que no sufren la transformación α ↔ γ. Los tiposindustriales más utilizados pueden dividirse, según su contenido en cromo, en tres grupos (tabla 6).

Tabla 6 : Clasificación de los aceros inoxidables ferríticos

Grupo Contenido en cromo(%) Contenido en carbono(%) Otros elementos(estabilizantes)12

310,5 a 1316 a 18

> 20 ≤ 0,080≤ 0,080

≤ 0,020 Estabilizante: TiEstab.: Ti, Nb, Zr, V Resist. Corrosión: MoEstabiliz: Ti, NbResist. Corrosión: Mo

2.4.1 Aceros inoxidables ferríticos con el 11% de cromoLos aceros más corrientes del grupo 1 tienen un contenido en cromo entre 1112%, además de un bajocontenido en carbono (inferior al 0,03% y normalmente del orden de 0,015%). El tipo más importante,teniendo en cuenta las cantidades fabricadas, es el X2CrTi12/1.4512 (11,5%Cr, Ti≈0,2%). Se utiliza sobre todo en los sistemas de escape de los automóviles, ya que graciasa sus bajos contenidos en elementos intersticiales (carbono y nitrógeno) y a la estabilización por el



titanio, la estructura del material permanece siempre ferrítica (ausencia de temple parcial). Estaestructura permite alcanzar excelentes comportamientos en las operaciones (deformación, embutición,doblado y soldadura) y ofrece una resistencia a la corrosión suficiente para la aplicación considerada.El segundo tipo X2CrNi12/1.4003 tiene alrededor de un 11% de cromo, 0,5% de níquel, y su contenidoen carbono se acerca al 0,015%. Con un equilibrio analítico de este tipo, se obtiene, después de untratamiento térmico sobre los 800ºC, un límite de elasticidad ligeramente superior a 320 N/mm² con unalargamiento a la rotura del orden de 30%; la estructura correspondiente es del tipo: ferrita y carburosdispersos de manera homogénea. Cuando esta aleación se suelda, la ausencia de valor de estabilizantepermite una transformación martensítica en más de 90% en la zona afectada térmicamente (ZAT). Lamartensita con poco carbono así obtenida, posee una tenacidad excelente (KVC a –30% del orden de10 daJ/cm²) y una dureza moderada (HV ≈ 300). Con estas características mecánicas, la aplicaciónprincipal de este material es la de estructuras soldadas de gran fiabilidad (19).

2.4.2 – Aceros inoxidables ferríticos con 17% de cromoLos aceros del grupo 2 comprenden el tipo de referencia X6Cr17/1.4016, que contiene un 16,5% decromo y 0,05% de carbono, así como todos los tipos derivados obtenidos por la reducción de suscontenidos intersticiales (carbono más nitrógeno), por la introducción de uno o dos estabilizantes(titanio y/o niobio) y, eventualmente, por la adición de molibdeno (figura 13). La adicción de unacantidad suficiente, en función de los contenidos en carbono y en nitrógeno, de uno o más elementosestabilizantes, permite fijar el nitrógeno y el carbono en forma de nitruros (TiN, formados en faselíquida) y de carburos (TiC, precipitados en estado sólido) o de carbonitruros (Nb (C,N), precipitadosen estado sólido). Por definición, la estabilización debe conseguir que el acero inoxidable seainsensible a la corrosión intergranular. Para que la estabilización sea realmente eficaz, debe cumplircon las fórmulas siguientes: para el titanio: %Ti > 0,15 + 4 (%C + %N) para el niobio: %Nb > 0,2 + 5 (% C + %N) para el vanadio: %V> 0,2 + 4 (%C + %N) para el titanio y el niobio: % Ti + 4/7 (% Nb) > 0,15 + 4 (%C + %N)

Cuando, como en el último ejemplo, se utilizan dos elementos estabilizantes, se habla de“biestabilización”. Además del papel que juegan en la prevención del riesgo de corrosión intergranular,los elementos estabilizantes en forma libre, es decir, la cantidad que excede de la estrictamentenecesaria para asegurar la estabilización, asociados a otros elementos de adición, influyen en lamicroestructura de la aleación. Por eso Thielman (20) y después Wright y Wood (21) propusieron una“equivalencia de cromo” basada en la fórmula:

Equivalencia de cromo (%) = %Cr + 5(%Si) + 7(%Ti) + 4(%Mo) + 12(%Al) – 40(%C+%N) – 2(%Mn)– 3(%Ni) %Cu

Un resultado superior a 12, permite asegurar que la estructura del material bruto de solidificación serácompletamente ferrítica. Esta fórmula fue completada por Kaltenhauser (22), para las soldaduras. Elfactor (índice ferrítico) que calculó permite conocer el riesgo de formación de martensita en una uniónsoldada. La fórmula es:

Factor de Kaltenhauser (%) = %Cr + 6(%Si) + 8(%Ti) +4(%Mo) + 2(%Al) – 40(%C+%N) – 2(%Mn) – 4(%Ni)Cuando el factor de Kaltenhauser es menor o igual a 17%, el riesgo de formación de martensita en unaunión soldada es casi nulo.

2.4.3 – Aceros inoxidables “super ferríticos”Con el nombre de super ferríticos se suelen designar las aleaciones del grupo 3 (tabla 7). El tipo máscaracterístico de este grupo es el X29CrMoTi294/1.4592 (figura 13) Contiene el 29% de cromo, y 4%de molibdeno. Su muy bajo contenido en carbono ((C+N) EK). Las reacciones anódica (A) y catódica(K) se traducen en densidades de corriente eléctrica anódica (iA) y catódica (iK) que evolucionan enfunción de la diferencia del potencial entre el metal o la aleación y la solución acuosa. La curvaresultante o curva global i = f (E) obtenida haciendo variar de manera continua el potencial (E), es lasuma algebraica de las curvas individuales de polarización relativas a la oxidación y a la reducción(figura 24). El valor absoluto de la densidad de corriente de cambio, varía según el metal o la aleación,su estado superficial, la concentración de las especies Ox n+ y Red, así como por la temperatura.El potencial de equilibrio EA de la reacción de disolución anódica representa el potencial tomado delmetal o la aleación con relación a la solución. Para que un metal o aleación se pueda corroer, tiene queexistir en la solución un oxidante tal, que el potencial de equilibrio EK de su reacción catódica dereducción, sea más elevada que el potencial de equilibrio de reacción catódica de disolución, es decir,que EK > EA. En caso contrario (EK O, la reacción de disolución o reacción anódica de oxidación secarga y la densidad de corriente anódica iA aumenta.Para algunas características de la solución, la curva de polarización anódica i =f (E) de las aleaciones



metálicas tiene la forma característica que se indica en la figura 26. Presenta un máximo para E = Ep.Para Eth Etp, la densidad de corriente aumenta de nuevo (transpasividad) y se produce una reacción(oxidación del agua) del tipo:2H2 O → O2 + 4e + 4 H+que entraña la destrucción de la capa pasiva.Según la posición relativa de las curvas elementales de polarización de las reacciones anódica ycatódica, se pueden presentar tres casos:a) El potencial de corrosión Ec (figura 271), por el cual la densidad de corriente anódica está definidapor la intersección de la curva anódica y de la curva catódica de polarización. Si se sumerge el metal enla solución, la densidad de la corriente de corrosión es ic. En este caso, la capa pasiva formadapreviamente se va a destruir ya que no se puede mantener un estado pasivo estable.b) Con potencial crítico de pasivación Ep, la densidad de corriente catódica es superior a la densidad decorriente crítica de pasivación ip (figura 272). El metal o la aleación metálica se pasivaespontáneamente (autopasivación) en el medio considerado. Estamos en presencia de un estado pasivoestable. Es el caso de los aceros inoxidables en gran cantidad de soluciones.c) El poder oxidante de la solución juega igualmente un papel importante. En el caso de una aleaciónmetálica pasivable, como es el caso de un acero inoxidable (figura 28), el incremento del oxidanteaumenta primero la corrosión en el estado activo (curva catódica K1), y después se vuelve inapreciableen el estado pasivo (curva catódica K2). Por el contrario, si la concentración del oxidante aumenta(curva catódica K3) el punto de funcionamiento se encuentra en el campo transpasivo y se observa unarotura localizada de la capa pasiva.La interpretación electroquímica del fenómeno de la corrosión permite explicar la corrosión y laresistencia a la corrosión uniforme de los metales puros y de las aleaciones metálicas que se presentanbajo la forma de soluciones sólidas homogéneas. En efecto, cada punto de la superficie metálica juega,alternativamente, el papel de ánodo (corrosión o disolución del metal) y el papel de cátodo (reducciónde la especie oxidante presente en la solución). La eliminación del metal se reparte uniformemente enla superficie. Este es el fenómeno de la corrosión uniforme.En la práctica, una aleación metálica no es totalmente semejante a una solución sólida homogénea. Laaleación metálica presenta elementos heterogéneos físicos (juntas de grano) y químicos (segregaciones,inclusiones y precipitados).Las características electroquímicas de estos elementos heterogéneos, sobre todo su potencial deequilibrio EA (figura 25), son diferentes de los del sustrato metálico de base. Ello implica la creaciónde pilas locales que entrañan la formación de micro ánodos, cuando EK es superior a EA (EK > EA) yde micro cátodos cuando EA es superior a EK (EA > EK). Los micro ánodos son el centro de unadisolución (anódica) de la aleación metálica y los micro cátodos son el centro de una reducción(catódica) de la especie oxidante presente en la solución. Si los elementos heterogéneos son muypequeños y están repartidos casi uniformemente, la corrosión es uniforme estadísticamente.En los casos de aleaciones metálicas industriales, la concepción de un aparato y las condiciones defuncionamiento y servicio pueden dar lugar a superficies catódicas o anódicas de mayor o menordimensión, y de engendrar fenómenos de corrosión localizada. El origen de estos fenómenos puede sermúltiple. Los fenómenos de corrosión intersticial son los más frecuentes debido a la creación de unespacio cerrado en la fabricación de un aparato. Los fenómenos de la corrosión bajo tensión se puedenevitar con la elección correcta de un tipo de acero inoxidable en función de la solución con la que ha deestar en contacto. Igualmente ocurre con la corrosión intergranular, que se puede evitar si se abstiene de cualquiertratamiento térmico llamado “sensibilizante” y si no se pudiera evitar, se puede elegir un aceroinoxidable austenítico con poco carbono o un acero inoxidable ferrítico estabilizado.

En conclusión, se puede afirmar que la interpretación y la comprensión de los fenómenos de corrosiónse ha facilitado enormemente gracias a la electroquímica. Por otra parte, si la composición química delas aleaciones metálicas juega un papel importante en su capacidad de resistir a la corrosión (resistenciade la capa pasiva), su referencia metalúrgica (inclusiones, precipitados), juega también un papeldeterminante.

3.3 – Resistencia a la corrosión uniforme

3.3.1 – Nociones generales

La corrosión uniforme constituye la disolución casi uniforme de todos los puntos constitutivos de lasuperficie de un material y que son atacados sensiblemente a la misma velocidad por el mediocorrosivo. La consecuencia de la corrosión uniforme es una disminución regular del espesor, adiferencia de otras formas de corrosión localizada que examinaremos en los párrafos siguientes.La corrosión uniforme se suele encontrar con más frecuencia en los lugares donde la aleación metálicaestá en contacto con ácidos tales como: ácido sulfúrico, nítrico, fosfórico, etc.Este tipo de corrosión se puede expresar por la pérdida de peso P(g) en función del tiempo bajo la



forma de la relación: P(g) = A . ic. t / Z . F

donde, A representa la masa atómica del metal de valencia Z, t representa el tiempo expresado ensegundos, F es igual a 96500 Culombios, ic representa la densidad de corriente de corrosión expresadoen Amperios/cm², y P es la pérdida de peso expresado en gramos, en una muestra cuya superfice esde 1 cm².Si se conoce la densidad ρ (g/cm3) del material, se puede deducir la reducción de espesor llamadotambién velocidad de corrosión Δe (mm/an) por la fórmula:Δe (mm/an) = K. P / ρ . tSi K es una constante cuyas unidades elegidas valen prácticamente 3,15 x 108.En un medio ácido fuerte, la curva anódica de polarización tiene el aspecto indicado en la figura 26.Delimita cuatro campos que tienen una importancia fundamental. A la izquierda del potencial deequilibrio Eth, la aleación metálica es estable termodinámicamente y no se disuelve. Es el campollamado “estabilidad”. Entre Eth y Ep, la aleación metálica se disuelve a una velocidad relativamenteelevada. Puede alcanzar muchos milímetros al año. Es el campo llamado “actividad”. Entre Epp y Etp,la aleación metálica prácticamente no se disuelve.De tener que hablar de reducción de espesor, estaría en el orden de micrómetro por año. Más allá deEtp, se trata de un campo transpasivo que no se considera a no ser en casos de medios muy oxidantes.Para luchar contra la corrosión hay que elegir una combinación de la aleación metálica – solución, demanera que el tipo elegido se encuentre en estado pasivo en el medio que corresponde. Teniendo encuenta la gran variedad de tipos que hay, los aceros inoxidables son, por lo general, capaces de resolvertodos los problemas.Sin embargo, es necesario que la solución tenga un poder oxidante suficientemente elevado para que elpunto de funcionamiento representado por la intersección de la curva anódica de polarización y lasimétrica de la curva individual de polarización catódica no se encuentren dentro del campo activo(figura 271) sino en el campo pasivo (figura 272).Por último, hay que insistir que, además de estas características químicas, las características físicas dela solución o medio corrosivo tienen una gran importancia. En general, el aumento de la temperaturasuele tener un efecto agravante. En ausencia de los fenómenos de erosión, cavitación y abrasión, lacirculación del fluido corrosivo tiene un efecto benéfico.

3.3.2 – Influencia de los elementos de aleación

El primer elemento de aleación a considerar es el cromo. Es el que, con un contenido mínimo del 11%,permite la pasividad (ver párrafo 3.1). Cuanto más elevado sea el contenido de cromo, más amplio es elcampo pasivo. Al mismo tiempo, la densidad de corriente anódica en el estado activo (pico decorrosión) disminuye. Se encuentra bajo la forma de óxido complejo del tipo (Fe, Cr)2 O3 y dehidróxido de Cr (OH)3.nH2O en la capa pasiva (figura 23).El molibdeno mejora la resistencia a la corrosión en medios ácidos reductores o neutros reforzando laestabilidad de la capa pasiva y favoreciendo la repasivación. Más que bajo la forma de óxido MoO3,hoy en día se admite que el molibdeno ejerce acción en la interfase de la película pasiva y la soluciónbajo la forma de especies hidratadas complejas del tipo H4(12MoO3,SiO4)nH2O.El níquel no tiene influencia directa sobre la capa pasiva, aunque se constata un efecto favorable enmedios sulfúricos.El cobre mejora la resistencia a la corrosión en medios ácidos gracias a la formación, en la superficiede la capa pasiva, de una capa metálica obtenida a partir de los cationes Cu+ y Cu2+ .Por último, el silicio puede tener un efecto favorable en ciertos medios ácidos y muy oxidantes como elácido nítrico concentrado y el ácido sulfúrico concentrado en caliente. Sin embargo, en sentido estricto,el silicio no puede considerarse como un elemento de aleación ya que su contenido en los acerosinoxidables está muy limitado.

3.3.3 – Principales características químicas de las soluciones corrosivas

Actúan directamente sobre la estabilidad de la capa pasiva y determinan la resistencia a la corrosión. Setrata principalmente del pH y del potencial de óxido reducción que condicionan el potencial metalsolución. Además de estas características bien conocidas y cuyos efectos están dominados, hay queinsistir en el papel de determinadas impurezas o especies químicas, ya que aunque sólo están presentesen cantidades muy pequeñas, tienen tendencia a modificar el equilibrio metalsolución. A los clorurosCl¯ y a los sulfuros HS¯ citados con frecuencia, hay que añadir ciertos iones metálicos (Fe, Ni) que, endeterminadas condiciones, son capaces de formar especies solubles que pueden desestabilizar la capapasiva. Estas consideraciones demuestran la necesidad de conocer con exactitud la composición de lasolución corrosiva y no contentarse con una designación genérica. Si se conoce la composiciónquímica exacta, se pueden presentar dos casos. En el primero, se trata de una solución “estándar”, encuyo caso la elección del tipo de acero inoxidable se puede realizar con la ayuda de las tablas decorrosión. En el segundo caso, la presencia de impurezas impide recurrir a las tablas de corrosión. En



este caso, habrá que utilizar un sistema experto que, a partir de la experiencia, permite, a menudo,encontrar el mejor compromiso.

3.3.4 – Los medios ácidos

3.3.4.1 Ácido sulfúrico (H2SO4) – (31,35)Las soluciones a base de ácido sulfúrico son medios complejos. En un ambiente a una concentracióndel 50%, el medio es muy reductor. Al contrario, en un ambiente con una concentración alrededor del80%, el medio se vuelve oxidante. Por otra parte, su grado de ionización presenta un máximo a unaconcentración del 30% mientras que la solubilidad del oxígeno es mínimo a una concentración del70%. Estas consideraciones permiten explicar la agresividad tan fuerte de las soluciones cuyaconcentración está comprendida entre 30 y 80%. Las aleaciones hierrocromo, que son martensíticas oferríticas, resisten mal a los medios sulfúricos.En las soluciones muy concentradas, es decir, superiores al 80%, se puede utilizar acero inoxidableX2CrNi1911/1.4306. Su resistencia a la corrosión es buena en soluciones concentradas al 93% hasta40ºC y en soluciones concentradas a 98% hasta 70ºC. Si a los austeníticos se añade molibdeno permitemejorar significativamente la resistencia a la corrosión. Los tipos utilizados más comúnmente son los siguientes (ver figura 15): X2CrNiMo17221/1.4404 ysobre todo: X2CrNiMo18152/1.4438. A temperaturas superiores a 70ºC se recomienda utilizar tiposausteníticos que, además de molibdeno, contengan alrededor de un 5% de silicio.En soluciones intermedias, es decir, donde la concentración de ácido sulfúrico esté comprendida entreel 30 y 80%, los aceros inoxidables se corroen rápidamente. Por el contrario, la presencia de ciertasimpurezas oxidantes favorecen el establecimiento y mantenimiento de la pasividad. Es el caso de losiones cúpricos, del ácido arsenioso (0,1% As2 O3) y de algunas decenas de ppm de ácido nítrico.Además del molibdeno, las adiciones del 1,5% de cobre mejoran la resistencia a la corrosión. Es elcaso del tipo “superaustenítico” X1NiCrMoCu2505/1.4539 y del austeno ferríticoX2CrNiMoCuN2563/1.4507.Entre el 0 y 30% de ácido sulfúrico, los tipos austeníticos no se pueden utilizar, salvo que la soluciónesté lo suficientemente aireada y la temperatura limitada. Por ejemplo, el tipo X5CrNiMo17122/1.4401 se puede utilizar en contacto con una solución al 25% de ácido sulfúrico a una temperatura de50ºC. Si este tipo permanece aireado (15 ppm de oxígeno disuelto) su comportamiento será bueno a lamisma temperatura, y será suficiente una solución a sólo 5% de ácido sulfúrico.

3.3.4.2 – Ácido nítrico (HNO3) – (31,35)El ácido nítrico es un poderoso oxidante, y la resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables estaráen función directa con su contenido en cromo. Esto entraña que el tipo que se examina (ferrítico oaustenítico) tendrá que ser uno que no vaya a ser sensibilizado en su empleo. Desde este punto de vista,la operación más arriesgada es la soldadura. En efecto, con ciertos tipos, la soldadura puede provocaruna sensibilización, es decir, la precipitación de carburos de cromo intergranulares, cuya consecuenciaes un fuerte riesgo de corrosión intergranular o intercristalina.Con las soluciones que contengan hasta un 50% de ácido nítrico y hasta la temperatura de ebullición, sepuede utilizar un tipo ferrítico con el 17% de cromo, bajo en carbono y estabilizado, como elX3CrTi17/1.4510, o un tipo austenítico bajo en carbono como X2CrNi189/1.4307.Con soluciones que contengan hasta el 70% de ácido nítrico, hay que recurrir a tipos ferríticos quecontengan menos del 26% de cromo. Por el contrario, no se recomiendan tipos “super ferríticos” quecontengan mayores porcentajes de molibdeno. En efecto, al contacto con estas soluciones, elmolibdeno se puede oxidar de manera preferencial y hay que tener en cuenta el riesgo de que se formencompuestos intermetálicos. Hasta la temperatura de ebullición se usa el tipo austenítico que contiene25% de cromo y 20% de níquel X8CrNi2521/1.4845. Como no es bajo en carbono, habrá que evitarcualquier fenómeno de sensibilización o, en caso contrario, practicar un tratamiento final dehipertemple.

Con soluciones muy concentradas, es decir, las que contienen más del 90% de ácido nítrico, o enpresencia de iones de cromo hexavalente (CrVI) muy oxidantes, se suele apreciar una corrosiónintergranular sobre toda la superficie del material (independientemente de toda la zona sensibilizada yla microestructura del material). La mejor forma de combatir este tipo de corrosión es utilizando untipo austenítico, bajo en carbono que contenga un 4% de silicio: X1CrNiSi18154/1.4361, sabiendo,sin embargo, que no se podrá evitar una corrosión generalizada “en sentido estricto”, algo superior a0,1 mm/año.

3.3.4.3 – Ácido fosfórico (H3 PO4) – (31,35)Aunque las soluciones de ácido fosfórico puro sean poco agresivas, los tipos ferríticos X6Cr17/1.4016y austeníticos X2CrNi189/1.4307 no ofrecen seguridad suficiente dependiendo del proceso defabricación. Cuando el tipo austenítico X2CrNi189 está limitado a soluciones al 30% de H3PO4, unañadido de un poco más del 2% de molibdeno (acero X2CrNiMo17122 /1.4404) resulta satisfactorioen soluciones muy concentradas hasta su temperatura de ebullición.



Sin embargo, el modo de fabricación más corriente del ácido fosfórico es un proceso húmedo queconsiste en atacar al material bruto (fosfato tricálcico: CO3(PO4)2) por el ácido sulfúrico entrañando laformación de ácidos contaminados por los sulfatos, los fluoruros y los cloruros. Por el contrario, lapresencia de oxidantes como Fe3+ o Cu2+ tienden a reforzar la pasividad. Teniendo en cuenta laagresividad de los contaminantes, se utilizan los tipos ferríticos bajos en carbono con un contenidoelevado en cromo (21 al 30%) y muy elevado en molibdeno (4 a 8%) estabilizados, bien sean los tiposausteno ferríticos del tipo X2CrNiMoCu2563/1.4505, o los “super austeníticos” derivados delX1NiCrMoCu25205/1.4539.Estas últimas consideraciones no se aplican más que en el proceso de fabricación. Para elalmacenamiento y transporte del ácido fosfórico puro, es decir sin la presencia de contaminantes, lasituación es diferente.En las soluciones en ebullición donde el contenido en H3PO4 está limitado al 35%, se pueden utilizarlos tipos austeníticos X2CrNiMo17122/1.4404 o mejor, X2CrNiMo18154/1.4438.En las soluciones en ebullición donde el contenido en H3PO4 es del orden del 85%, el níquel mejorasignificativamente la situación reduciendo la velocidad de corrosión en un factor 10 cuando se pasa deun tipo austenítico con 12% de níquel (X2CrNiMo17122/1.4404) a una aleación con el 62% de níquel(aleación 625):

3.3.4.4. – Ácido clorhídrico (HCl) – (31,35)El ácido clorhídrico tiene un problema específico de corrosión uniforme en la medida que las curvas depolarización catódica se sitúan cerca de los potenciales bajos que hace que corten la curva anódica depolarización al nivel de su pico de actividad (figura 29). La presencia de oxidantes, sobre todo eloxígeno, tiene el efecto de desplazar las curvas de polarización catódica hacia la derecha y de aumentarla densidad de la corriente de corrosión (figura 29).En las aleaciones en este medio muy agresivo, las heterogeneidades metalúrgicas, sobre todo las quepuedan aparecer en la ejecución del material (soldadura) no son tolerables. Por este motivo, se suelenrecomendar los tipos bajos en carbono.El cromo juega un papel muy favorable ya que disminuye la altura del pico de actividad. El molibdenoy el cobre también influyen favorablemente, y en menor medida, el níquel.En soluciones desaireadas y exentas de impurezas, se puede utilizar el tipo X2CrNi189/1.4307cualquiera que sea la temperatura. Por el contrario, el aumento del 3,5% de molibdeno, como en el tipoX2CrNiMo18154/1.4438, proporciona una buena pasividad hasta concentraciones de 2 a 3% a 20ºC,y del 1% a 50ºC. A partir de estas concentraciones y siempre a temperatura ambiente, se necesitautilizar el tipo X1NiCrMoCu25205/1.4539.En las soluciones aireadas o en presencia de oxidantes, la posición relativa de las curvas anódica ycatódica muestra el aumento de la agresividad de la solución. En estas condiciones, el tipoX1NiCrMoCu25205/1.4539 no ofrece suficiente resistencia a la corrosión, y se hace necesariorecurrir a aleaciones de tipo INCONEL, entre ellas, la “aleación 625” que contiene el 22% de cromo,62% de níquel, 9% de molibdeno y algunas cantidades de niobio y tántalo.

3.3.5 Bases fuertes: Sosa y potasa (NaOH y KOH) – (31,35)

3.3.5.1 – Medios purosLas soluciones de sosa y potasa son poco corrosivas en ausencia de impurezas, hasta 100ºC. Los tiposferríticos del tipo X6Cr17/1.4016 y X6CrMo171/1.4113 se utilizan hasta 50 y 70ºC respectivamente, yel tipo austenítico X2CrNi189/1.4307 hasta 90ºC. A mayores temperaturas, los tipos austeníticos quecontienen menos del 20% de cromo tienen una velocidad de corrosión del orden de 0,4mm/año y sevuelven sensibles al fenómeno de la corrosión bajo tensión. A temperaturas hasta 150ºC se utiliza eltipo austenítico X1CrNi2521/1.4335 o los austeno ferríticos X1CrNiMoN2574/1.4410 oX2CrNiMoCuN2563/1.4507.

3.3.5.2 Medios contaminados por cloruros y cloratosLas soluciones industriales de sosa contienen cloruros y cloratos en proporciones que varían entre 0,1 y5%. En general, esta contaminación no tiene una influencia nefasta sobre la corrosión uniformesiempre que el nivel de cloratos sea escaso y a temperaturas hasta 150ºC. Por contra, esta mismacontaminación, acrecienta significativamente el riesgo de corrosión bajo tensión. De hecho, el tipoaustenítico X2CrNi189/1.4307 se limita a una temperatura de unos 80ºC. Hasta 140ºC se puedenutilizar aceros austeno ferríticos y a temperaturas superiores hay que recurrir a aleaciones de níquel,incluso al níquel puro.

3.3.5.3 – Medios contaminados por sulfurosEn los principales sistemas de fabricación de celulosa a partir de la madera (sistema Kraft), se atacanlas virutas con lejías con 20% de NaOH, que contiene sulfuro de sodio (Na2S), de carbonato de sodio(Na2CO3) y de tiosulfato de sodio (Na2S2O3). El ciclo de fabricación conlleva unas temperaturas quevarían entre 70 y 170ºC. En esta gama de temperaturas, los aceros austeníticos que contienen níquel ymolibdeno tienen un mal comportamiento general, que se puede agravar con un fenómeno de corrosión



bajo tensión. Por estos motivos, en este medio se utilizan los tipos ferríticos con un alto contenido encromo (X2CrMoTi294/1.4592) además de los tipos austeno ferríticos (X2CrNiMoN2574/1.4410).

3.3.6 – Medios orgánicos – (31,35)

3.3.6.1 – En generalDe manera general, los ácidos orgánicos son mucho menos agresivos que los ácidos minerales, ya queson débilmente disociados en solución. Sin embargo pueden ser muy agresivos sobre todo a altastemperaturas y en presencia de iones Cl¯.

3.3.6.2 – Ácido acético (CH3COOH)En el ácido puro, el comportamiento de los aceros inoxidables se resume como sigue: Los aceros ferríticos con 17% de cromo (X6Cr17/1.4016 y X3CrTi17/1.4510 para lasconcentraciones soldadas) son utilizables en concentraciones inferiores al 25% o superiores al 70%, y atemperaturas inferiores a 40ºC. La adición del 2% de molibdeno permite su utilización a todas lasconcentraciones hasta la temperatura de ebullición Los aceros inoxidables austeníticos X2CrNi189/1.4307 son utilizables en todas las concentraciones atemperaturas hasta 80ºC, y hasta una concentración del 20%, si la ebullición se efectúa a 120ºC. Lostipos austeníticos con molibdeno (X2CrNiMo17122/1.4404) resisten hasta la ebullición en todas lasconcentraciones.

En ácido industrial, la elección de los tipos es más compleja ya que, según sea el proceso defabricación utilizado, se pueden encontrar impurezas a concentraciones variables y, algunas veces atemperaturas elevadas. A temperaturas comprendidas entre 120 y 200ºC, es casi obligatorio utilizar eltipo X1NiCrMoCu25205/1.4539, y en los casos más difíciles, las aleaciones de níquel – molibdeno –cromo, conocidos con el nombre genérico de HASTELLOY.El vinagre comercial, fabricado mediante la fermentación de productos alcohólicos naturales, es menosagresivo que el ácido acético. Los aceros martensíticos de cuchillería, que contienen 1315% de cromoy un mínimo de 0,20% de carbono (figura 12) resisten muy bien a la acción del vinagre y sirven paracontrolar la calidad del templado. Los tipos ferríticos y austeníticos resisten al vinagre.Algunas fabricaciones agroalimentarias que tienen que soportar vinagre a temperaturas elevadas, ysobre todo, con presencia de sal, utilizan aceros inoxidables austeníticos con molibdeno del tipoX5CrNiMo17122/1.4401.

3.3.6.3 – Ácido fórmico (HCOOH)El ácido fórmico es más agresivo que el ácido acético, en razón de su mayor disociación cuando está ensolución.El comportamiento de los aceros inoxidables se puede resumir de la manera siguiente: El acero X2CrNi189/1.4307 no resiste el calor más que en soluciones muy diluidas (concentracionesinferiores al 1%) o en soluciones muy concentradas (100%). En concentraciones intermedias, sóloresiste a temperatura ambiente. El tipo austenítico con molibdeno (X2CrNiMo17122/1.4404) se puede utilizar en todas lasconcentraciones, a temperaturas hasta 80ºC. El aumento del contenido en molibdeno refuerza laresistencia a la corrosión. El aumento de níquel es desfavorable, ya que éste elemento forma complejos solubles con el calor. Los aceros inoxidables ferríticos con un alto contenido en cromo y molibdeno (X2CrMoTi 294/1.4592) tienen un comportamiento notable. Son perfectamente pasivos a más de 100ºC en solucionesal 20%. Como la gama de productos con 29% de cromo es limitada, se pueden obtener buenosresultados con el austeno ferrítico X2CrNiMoCuN2563/1.4507, cuyo contenido en níquel se limita al6%.

3.3.6.4 Carbamato de amonio y urea (NH2COONH4, NH2CONH2)La fabricación de la urea, muy utilizada para los fertilizantes, pasa por una primera etapa que consisteen realizar la síntesis del carbamato de amonio NH2COONH4 por reacción entre CO2 y NH3 bajo unafuerte presión. En una segunda etapa, el carbamato se transforma en urea NH2CONH2 pordeshidratación entre 150 y 200ºC.El carbamato de amonio líquido así como las soluciones acuosas de la urea conteniendo carbamato sonextremadamente agresivas y sobre todo cuando la temperatura es elevada. La síntesis de los principalesestudios y de la experiencia adquirida permiten realizar las siguientes afirmaciones: El aumento de cromo es muy favorable, y el óptimo se sitúa entre 19 y 29% El molibdeno es igualmente favorable, sobre todo en contenidos superiores a 2,5% El níquel posee un efecto desfavorable La acción del cobre está sujeto a controversia.El compendio de estas observaciones conduce a preconizar los tipos ferríticos con gran contenido encromo del tipo X2CrMoTi294/1.4592. Como la gama de los tipos ferríticos es limitada, se puedenutilizar los tipos austeno ferríticos tipos X2CrNiMo2574/1.4410



3.4 Resistencia a la corrosión localizada

3.4.1 – Resistencia a la corrosión por picaduras

3.4.1.1 – IntroducciónLa corrosión por picaduras se produce sobre una zona muy limitada de la superficie de la aleaciónmetálica, mientras que el resto de la superficie permanece protegida por la capa pasiva. Si se observauna ruptura local de la capa pasiva y no se produce ninguna autoreparación, la propagación de una“picadura” puede conducir incluso a la perforación completa de la pieza metálica (figura 30).La corrosión por picaduras se caracteriza por una mínima relación entre el aire de la superficie atacaday el de la superficie no atacada, y una de las principales características de este tipo de corrosión es laexistencia de un valor crítico del potencial aleación solución Etp que corresponde a la germinación delas picaduras.La corrosión por picaduras se produce principalmente en los medios neutros clorados. Se puedenobservar en aguas de diferentes naturalezas: aguas de las ciudades, aguas industriales, y sobre todo, enagua de mar. Si los cloruros constituyen el origen principal de la corrosión por picaduras, tambiénpueden provocar este fenómeno otras especies agresivas. Esencialmente, se trata de otros halogenuros,y de especies de azufre.Si la agresividad del medio aumenta con el contenido en cloruros u otras especies, la temperatura juegatambién un papel esencial por su carácter agravante.

3.4.1.2 – Potencial de picadurasSi se da una aleación metálica caracterizada por su composición química, su estructura metalúrgica ysu estado superficial, y un medio corrosivo determinado por su composición química y su temperatura,se observa (si se puede producir el fenómeno) la aparición de picaduras cuando el potencialmetal/solución pasa un valor crítico Epic llamado potencial de picadura y que correspondesensiblemente al potencial de transpasivación Etp definido anteriormente (figuras 26 y 28).La curva de polarización en medio neutro clorado presenta la tendencia esquematizada de la figura 31.Con la ayuda de un método potenciocinético y una velocidad de exploración, se puede seguir laevolución de la densidad de corriente i = f (E) en función de los diferentes potenciales aplicados E, seobserva que ante la proximidad del potencial Epic, la densidad de la corriente i aumenta bruscamente.Este aumento brusco viene generalmente precedido de inestabilidades ligadas a la aparición depicaduras que se repasivan después de la disolución de algunas inclusiones.En medio real, las picaduras estables se desarrollan si el punto de intersección de las curvas catódica(curva K1) y anódica se sitúan a un potencia E1 superior a Epic (E1 > Epic), llamado también potencialde germinación de picadura. Si por el contrario, el punto de intersección se sitúa en un potencial E2inferior a Epic (E2 24%resistirán mejor a este tipo de agresión.La nitruración se puede manifestar por la interacción entre el nitrógeno obtenido por fraccionamientodel amoniaco y una superficie metálica llevada a altas temperaturas. El nitrógeno que tiene granafinidad con el titanio, el aluminio y el cromo, se fijará bajo la forma de nitruros. Para reforzar laestabilidad de la capa pasiva, se necesita un contenido en níquel superior al 35%. Con un contenido enníquel superior al 80%, la acción del nitrógeno es casi nula. Cuando la temperatura es superior a1000ºC, la disociación de la molécula de nitrógeno N2 entraña una nitruración en las aleacionesausteníticas. Por eso, se observará que en atmósferas de amoniaco disociado, a 1.100ºC, el aceroinoxidable con el 21% de cromo y 11% de níquel y al que se le añade cerio, presenta una buenaduración de vida. Con los aceros inoxidables ferríticos, cuyo contenido en cromo está comprendidoentre el 25 y 30%, y que también contienen aluminio y silicio, la formación de nitruros complejos (Al,Cr, Si) empobrecen la superficie del material en los elementos de aleación y, en el enfriamiento, puedecambiar completamente su estructura por una transformación de tipo ferrita α → austenita γ →martensita γ1.En muchos procesos utilizados en las industrias química y petroquímica, se encuentran atmósferas conhidrógeno o sus componentes, a altas temperaturas. Los más frecuentes se refieren a la síntesis delamoniaco, a la desulfuración del petróleo y el gas de incineración, y a ciertas operaciones de químicacarbónica y petroquímica. El comportamiento de los aceros inoxidables en presencia de hidrógeno estáíntimamente ligado a su estructura cristalina. Si la solubilidad del hidrógeno es mucho más elevada enla austenita que en la ferrita o martensita, la situación se invierte en lo que concierne a la difusión. La Tabla 16 resume esta situación a temperatura ambiente, y bajo una presión de 1 atmósfera.

Tabla 16 : Solubilidad y coeficiente de difusión del hidrógeno a 25ºC bajo 1 atmósferaEstructura α Estructura γ Relación α / γSolubilidad H2 (ppm) 0,74 70,1 102Coeficiente de difusión(cm²/seg) 1,1 x 10 7 3,1 x 1012 3,5 x 104



Esto permite explicar por qué los tipos con estructura ferrítica, caracterizados por una escasasolubilidad y un elevado coeficiente de difusión, suelen ser generalmente sensibles a la fragilizaciónpor el hidrógeno. Los aceros austeníticos estables cuyo contenido en cromo está sobre el 20%, sonprácticamente insensibles a la fragilización por hidrógeno. Por el contrario, los tipos inestables, comoel acero X2 CrNiN 187/1.4318 pueden ser sensibles a este fenómeno ya que pueden formar martensitapor el endurecimiento por conformación en frío a continuación de una embutición profunda. El cambiorápido de una estructura austenítica (estructura γ) a una estructura martensítica (estructura α) puedeconducir a una sobresaturación de hidrógeno y volverlo frágil. Igual que en los aceros inoxidablesestables, los aceros inoxidables austeno ferríticos ofrecen una buena resistencia a la fragilización porhidrógeno. Se explica por el hecho de que la fase austenítica de estas aleaciones es muy estable y sirvede trampa al hidrógeno.

La corrosión debida a gases reductores con contenidos de azufre puede tener serias consecuencias, yaque el azufre tiene una solubilidad limitada y tiende a formar eutécticos de bajo punto de fusión (e.j.:645ºC en el sistema Ni S). Por otro lado, el cromo forma un sulfuro estable, CrS, con una temperaturaeutéctica de 1350ºC y es, por tanto, un elemento favorable. En atmósferas oxidantes, para un contenidodado de azufre, la actividad del azufre es mucho más baja (el azufre está como S02) en lugar de H2S) yse forman óxidos en lugar de sulfuros.Una capa de óxido estable, compacta y adherente protege al metal del ataque del azufre

3.7 Ensayos de resistencia a la corrosión

3.7.1 – Ensayos normalizadosLas juntas de los granos están consideradas como zonas “particulares”, y los ensayos normalizados serealizan principalmente para “medir” la resistencia a la corrosión intergranular de los acerosinoxidables. Por eso, hay que señalar que estos ensayos, aunque por lo general se realizan en lapráctica, se alejan de las condiciones reales de servicio, y que aunque su utilidad es indudable, no sonmás que ensayos de simulación.Ciertos aceros inoxidables, sobre todo los aceros inoxidables ferríticos no estabilizados, cuando se lessomete a temperaturas elevadas, son susceptibles de precipitar carburos de cromo Cr23 C6 en lasuniones de los granos. En esas condiciones, la zona adyacente al carburo está empobrecida de cromo yse encuentra en estado activo. Puede existir riesgo de corrosión intergranular en los tipos ferríticos enestado recocido, y en los austeníticos en estado de hipertemple si las uniones de los granos están enlugares donde se segregan impurezas, sobre todo de silicio, boro, etc. Los tres ensayos principales decorrosión intergranular, desarrollados en principio para los tipos austeníticos son:

a) Ensayo de MONYPENNYSTRAUSS (ASTM A 26298) práctica E, ISO 365 1/ 2, NF A 05.159),en un medio de ácido sulfúrico (H2SO4) – sulfato de cobre (CuSO4) en ebullición completado conagua destilada con virutas de cobre. Se aplica a los aceros inoxidables ferríticos, austeníticos y austenoferríticos. La interpretación del ensayo se hizo por examen metalográfico de la muestra después delplegado y aplastamiento.b) Ensayo de HUEY (ASTM A 26898/ práctica C, ISO 3651/1, NF A 05.160) en un medio de ácidonítrico (HNO3 ) en ebullición. Se aplica a los aceros inoxidables austeníticos. La interpretación delensayo se hace por la medida de pérdida de masa de la muestra.c) Ensayo de STREICHER (ASTM A 26268) práctica B, en un medio de ácido sulfúrico (50%H2SO4) – sulfato férrico (2550 g/l Fe2 (SO4)3) en ebullición. Se aplica a los aceros inoxidablesausteníticos. La interpretación del ensayo se hace por examen metalográfico y/o por la medida de lapérdida de masa.Los distintos ensayos convencionales consisten en imponer por mantenimiento potenciométrico, elpotencial de un par redox (Cu2+ / Cu+ para el ensayo de MonnypennyStrauss, Cr6+ / Cr3+ para el deHuey, y Fe3+ / Fe2+ para el de Streicher) – (figura 46).El ensayo de MONNYPENNYSTRAUSS afecta a medios poco oxidantes. Consiste en mantener lamuestra metálica en un estado límite de actividad/pasividad, y el potencial evolucionando de 500mV/ENH a 300 mV/ENH.El ensayo de HUEY afecta a medios muy oxidantes. En este ensayo, la muestra metálica se mantieneen un estado que se sitúa al límite pasividad/transpasividad.En el ensayo de STREICHER, la muestra metálica permanece en estado pasivo. En un medio férrico, elpotencial puede evolucionar de 900 mV/ENH a 700 Mv/ENH.Los ensayos descritos se aplican a los diferentes tipos de acero inoxidable. Por lo tanto, existendiferencias notables entre los aceros austeníticos y ferríticos, sobre todo en los procesos dedecromización que llevan a precipitar los compuestos ricos en cromo, tipo carburo o nitruro. Elfenómeno de decromización es muy diferente en el caso de los aceros inoxidables ferríticos, si secompara al de los austeníticos, ya que la solubilidad del carbono y del nitrógeno es mucho más débil enla ferrita, y por el contrario, su velocidad de difusión es mucho más elevada.



Los ensayos de MONYPENNYSTRAUS, HUEY y STREICHER tienen una aplicación bastantedifícil y su interpretación puede ser delicada. Esta es la razón por la que se ha puesto a punto unmétodo electro químico, conocido con el nombre de ensayo EPR (Reactivación ElectroPotencioquinética), que consiste en efectuar una exploración en potencial decreciente desde el dominiotranspasivo o pasivo hacia el dominio activo (reactivación).

Este método basado sobre la curva “retorno”, en oposición a la curva “ida” (curva clásica) es la mássensible para poner en evidencia las zonas poco discromadas. En efecto, se demuestra que existe unpico de densidad de corriente llamado de reactivación en el que el aire (figura 47) presenta una buenacorrelación con las decromizaciones. El medio está constituido por una solución de ácido sulfúrico enla que se ha añadido un activador del tipo de tiocianato de potasio o de amonio. La muestra debe estarperfectamente pulida y limpia; la superficie expuesta es de 1,5 cm². La temperatura del ensayo es de30ºC. El ensayo propiamente dicho consiste en cargar la muestra de forma catódica (potencial de – 600mV/ECS) y hacer un salto de – 600 mV/ECS a + 200 mV/ECS. La velocidad de la exploración deretorno que permite trazar la curva de polarización “retorno” es casi de 1,7 mV/seg. Los puntos E1 yE2 de la curva permiten determinar la zona rayada que representa la carga de reactivación.

3.7.2 – Ensayos en laboratorioEnsayo de abrasión en medio húmedoLa muestra utilizada suele ser una pieza de chapa de 50 x 25 mm. y con un espesor de escasosmilímetros (figura 48). La muestra, después de pulida, se fija a la extremidad de un eje cuya velocidadde rotación es fija (unas 600 vueltas/minuto) y que permite obtener una gama de velocidades linealesque van de 0 a casi 1,7 m/seg. en la extremidad de la muestra. El medio está constituido por unasolución más o menos agresiva (solución de NaCl más ácido dulce) en la que se dispersan trozospequeños de cuarzo triturados para evitar las aristas, de escasos milímetros de longitud, siendo eltamaño medio de unos 5 milímetros.El ensayo propiamente dicho comporta 5 periodos de una hora cada uno. Al final de cada periodo, seprocede a pesar la muestra y a reemplazarla de medio. El resultado se expresa en forma de la pérdidade masa acumulada después de cada periodo, y al terminar el ensayo.Ensayo de corrosión – abrasiónEste ensayo es, en algunos aspectos, similar al ensayo de abrasión en medio húmedo. La muestra dechapa de 50 x 20 mm y de pocos milímetros de espesor se fija, después de pulida, a un eje vertical conuna ranura horizontal (figura 49). El tornillo de fijación debe estar recubierto por un barniz aislante afin de evitar cualquier riesgo de acoplamiento.El medio está constituido por una solución compuesta de agua, ácido sulfúrico (H2SO4) con uncontenido en cloruros Cl¯ de 500 ppm en el que se dispersan partículas abrasivas de carburos de siliciocon granos de tres medidas diferentes (0.5 – 1,2 y 2,4 mm). La velocidad de rotación del eje es de 200vueltas/minuto, que dan velocidades lineales de 0,5 m/min. A 1,4 m/min, en la extremidad de laprobeta.

El ensayo propiamente dicho comprende dos periodos de cuatro horas. Al final de cada periodo, lasmuestras se limpian, se pesan y se renueva el medio. El resultado se expresa en forma de pérdida demasa al fin del ensayo.Ensayo de corrosión intersticial (46)Se trata de un dispositivo experimental cuyo principio se indica en la figura 50. Está constituido poruna lente de cristal aplicada sobre la muestra metálica con la ayuda de un peso. Se puede reproducir lazona limitada de espesor variable y con gravedad variable. Se pueden determinar los parámetros físico– químicos del medio, es decir: pH, concentración en iones Cl y Mn+.Ensayo de corrosión por multipicaduras (47)En el ensayo de corrosión por picaduras, que tiene un carácter de probabilidades, se puede determinarla aparición de la primera picadura o considerar el conjunto de picaduras examinadas después poranálisis espectral.En la actualidad, el método más impuesto es el primero, llamado también “multipicaduras”. En efecto,con la ayuda del dispositivo representado en las figuras 51 y 52, se pueden efectuar medicionessimultáneas de 12 muestras y realizar un tratamiento estadístico de la picadura en condiciones derapidez y fiabilidad adecuadas a un laboratorio industrial.Ensayo de corrosión bajo tensiónLa corrosión bajo tensión se puede reproducir con facilidad en laboratorio, bien en una solución enebullición de cloruro de magnesio, o en una solución en ebullición de cloruro de magnesio adicificadocon ayuda de un ácido clorhídrico.La tensión se puede obtener por medio de un brazo de palanca a cuya extremidad se ha fijado un peso.Aunque la carga aplicada es constante, la tensión aumenta a medida que se forman y se desarrollan lasfisuras, ya que la sección real de la muestra disminuye.

3.7.3 Casos prácticos



El primer caso se refiere a una abrazadera de acero inoxidable X2CrNi189/1.4307, fijada a un tubo delmismo tipo por el que circula vapor a 125ºC, bajo una presión de 1 bar. Para asegurar una buenaestanqueidad y evitar un fenómeno de corrosión intersticial, la superficie de la abrazadera se harevestido con un adhesivo con cloro. La migración del cloro y las tensiones aplicadas se iniciarondespués de desarrollar un proceso de corrosión bajo tensión que se manifestó al cabo de algunos años. El remedio a este tipo de situaciones es el uso de un adhesivo sin cloro.

El segundo caso relata la corrosión por picaduras de un tubo de acero inoxidable X2CrNiMo17122/1.4404, enterrado en un suelo arcilloso conteniendo, entre otras materias, 600 ppm de cloruros y 1,5% de hierro, con un pH de 7,6. Teniendo en cuenta el carácter desigual delsuelo, es preferible envolver el tubo con un revestimiento aislante, y si el tubo debe permanecerdesnudo, rellenar la zanja con arena no contaminada permitiendo una suficiente aireación.El tercer caso corresponde también a un fenómeno de corrosión por picaduras sobre paredes revestidasde X5CrNi1810/1.4301. Se trata de un revestimiento mural de un laboratorio veterinario cuyaatmósfera no es agresiva. El protocolo de ejecución preveía la limpieza con una solución a base deácido fosfórico. En realidad se ha utilizado una solución cuyo contenido en cloruros era de 1.600 ppmy el pH ligeramente inferior a 1. El aclarado era imperfecto y al cabo de una semana se desarrollaronmultitud de picaduras. Este ejemplo demuestra la necesidad de respetar los protocolos de ejecución yde realizar siempre a continuación de la limpieza, un aclarado con agua limpia.El cuarto caso es relativo a un tubo en X5CrNi17122/1.4401 que sirve para el transporte de un gascaliente (80ºC). El tubo se identificó con la ayuda de un lápiz marcador , cuya tinta contenía cloruros.Después de dos años en servicio, se desarrollaron fisuras transgranulares en el exterior del tubo debajode las marcas, y en ninguna otra zona. Este ejemplo demuestra que una operación, aparentemente sinninguna importancia, puede llegar a poner fuera de servicio una instalación. En consecuencia, hay queutilizar marcadores que no contengan cloruros. El quinto caso se refiere a la corrosión bajo tensión de tubos de aceros inoxidable X2CrNiMo17122/1.4404 que se han agrietado en medio acuoso, conteniendo cloruros, y a una temperatura de 90ºC.Las fisuras se han desarrollado cerca de las soldaduras circulares del empalme de los tubos, es decir, enla zona donde las tensiones residuales generadas por la operación de soldadura son las másimportantes. Si no se puede controlar el contenido en cloruros de la solución que, en este caso, sonsuperiores a 200 ppm, hay que practicar un tratamiento térmico de distensión, o un tratamiento dehipertemple después de efectuar las uniones.El último caso al que nos vamos a referir es el de unos depósitos de almacenamiento cilíndricos de grancapacidad (casi 1000 m³) de chapa de acero inoxidable austenítico X5CrNi1810/1.54301, de 6,0 mm de espesor. Antes de su puesta en servicio, los depósitos sufrieronun control de estanqueidad, para lo que se llenaron de agua. El agua utilizada era la que se disponía enel lugar de trabajo. Sus principales características eran: pH=7; Cl =100 ppm; mineralización =500mg/l. Después de la prueba de estanqueidad, los depósitos no se vaciaron y el agua de la pruebapermaneció allí durante varios meses. Después de este tiempo, aparecieron unas perforaciones quepartían de la pared interna, cerca y en las uniones soldadas.Aunque el agua de prueba tenía iones cloruros, no podían ser el único motivo para originar lacorrosión. Se excluyó un fenómeno de corrosión por picaduras. Pero las soldaduras que se habíanrealizado con electrodos revestidos del tipo E 308L presentaban muchos defectos, y los más notableseran fallos de penetración. Estos fallos de penetración son, de hecho, espacios cerrados a partir de loscuales se desarrolló un fenómeno de corrosión intersticial. Aunque la prueba de estanqueidad no serealizara correctamente (naturaleza del agua, ausencia de vaciado), fue la mala calidad de las unionessoldadas la que originó un resultado catastrófico.

4 – PROPIEDADES FÍSICAS Y CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DE LOS ACEROSINOXIDABLES

4. 1 – Aceros inoxidables martensíticos

Prácticamente, los aceros inoxidables martensíticos se utilizan siempre en estado templado y revenido.Las curvas de la figura 53 indican la evolución de sus características mecánicas:Rm (resistencia a la rotura en N/mm²), Rp (límite elástico a 0,2%), A (%) y KCU resiliencia Charpy Uen daJ/cm²) de los tipos representativos de los diferentes grupos. Hasta 300ºC, el revenido no modificade manera significativa el Rm y Rp que permanecen casi constantes. Sin embargo, se observa unaligera mejoría del alargamiento y la resiliencia KCU. El tratamiento practicado a partir de 550ºC harádescender el Rm y Rp, y aumentar de manera significativa el alargamiento (A) y la tenacidad(resiliencia KCU). Se deben evitar las temperaturas situadas entre 350 y 550ºC ya que provocan laprecipitación de carburos finos del tipo M7C3 que entrañan una bajada sensible de la tenacidad (curvade resiliencia KCU) y un aumento de la dureza (efecto de endurecimiento secundario). La evolución dela dureza en función del tratamiento térmico se suele indicar en forma de curvas:Dureza = f [T(20 + log t) x 103], donde T representa la temperatura (ºK) y t el tiempo de



mantenimiento (h); el término T (20 + log t) x 103 se conoce con el nombre de parámetro LarsonMiller. La figura 54, de Irvine (18) ilustra esta representación en una aleación del grupo 1.

Los tratamientos térmicos que se acaban de describir corresponden a los que se practican para obtenerlas características finales de uso. Sin embargo, para realizar determinadas operaciones de puesta enpráctica, puede ser necesario ablandar la aleación.Por regla general, se realizan dos tratamientos térmicos. El primero se practica a una temperaturainferior a Ac1, y de hecho, es un revenido de alto grado que hay que mantenerlo varias horas. Elsegundo se practica a una temperatura superior a Ac3 y va a conducir a una austenización (fase γ)parcial o total por calentamiento entre 900 y 950ºC durante varias horas. Al calor le seguirá unenfriamiento lento (10 a 20ºC/h). Al final de este tratamiento, se obtiene una estructura ferrítica másfácil de utilizar (por ejemplo, en mecanización). Cuando se termina la operación, hay que practicar untratamiento final de tipo: templado más revenido (o distensión). Los aceros inoxidables martensíticospresentan unas propiedades físicas relativamente homogéneas. Se resumen en la tabla 17.

Tabla 17: Principales propiedades físicas de los aceros inoxidables martensíticos.

Densidad(kg/dm³) Módulo de Young(N/mm²) Coeficiente de dilatación linealEntre 20 y 200ºC(106. K1) Capacidadtérmica de lamasa(J.kg1 . K1) Resistividad eléctrica a 20ºC(µΩ.m)7,7 215.000 10,5 460 0,55

Las curvas de la figura 43 indican la evolución de las características mecánicas: Rm (resistencia a larotura en N/mm²), Rp (límite de elasticidad en N/mm²) y KCU (resiliencia Charpy U en daJ/cm²) de lostipos martensíticos representativos de los diferentes grupos.

4.2 Aceros inoxidables ferríticos

Los aceros inoxidables ferríticos son los que se sirven más a menudo en estado recocido, es decir, conun tratamiento térmico final de recocido entre 800 y 950ºC, seguido o no de un skinpasado para losproductos planos. Teniendo en cuenta su equilibrio analítico, los aceros inoxidables ferríticos secaracterizan por la ausencia, o por una fuerte reducción, de la transformación ferrita austenita. Dehecho, no son endurecibles por tratamiento térmico, únicamente por deformación en frío. Su curva detracción presenta una fuerte similitud con la de los aceros dulces cuya primera parte es una recta(representa el dominio elástico) y la siguiente es una parte curvilínea (representa el dominio plástico).Entre el dominio elástico y el plástico, existe una zona de transición característica de ciertainestabilidad que se representa por el límite de elasticidad Rp (N/mm²).

El dominio elástico permite definir el módulo de elasticidad o módulo de Young, EO (N/mm²), que esconstante mientras el esfuerzo unitario de tracción no pase del límite de elasticidad Rp (N/mm²). Elmódulo de elasticidad , EO se define en el interior del dominio elástico por la relación:

F/SO = EΔ L/LO

Donde: F, representa la fuerza de tracción (N)SO, representa la sección inicial de la probeta (mm²)LO, presenta la distancia entre los dos puntos de referencia situados sobre la parte calibrada de laprobeta (mm) . Δ L = L LO ; representa el alargamiento en valor absoluto en el interior del dominio elástico (mm)El módulo de elasticidad de los aceros inoxidables ferríticos es de unos 220.000 N/mm². Según sucontenido en cromo y su equilibrio analítico, los valores característicos: Resistencia a la rotura Rm(N/mm² o Mpa) y el alargamiento convencional A (%) varían en gran proporción. Las curvas de lafigura 55 resumen la situación para el tipo con 11% de cromo X2CrNi 12/1.4003 que se utiliza en larealización de estructuras soldadas y el tipo X6Cr17/1.4016 que es el tipo base de la familia de losferríticos. En la tabla 18 se resumen las demás propiedades físicas de los aceros inoxidables ferríticos.

Tabla 18: Principales propiedades físicas de los aceros inoxidables ferríticos:

Densidad



(kg/dm³) Módulo de Young(N/mm²) Coeficiente de dilatación linealEntre 20 y 200ºC(106. K1) CapacidadTérmica de lamasa(J.kg1 . K1) Resistividad eléctrica a 20ºC(µΩ.m)7,7 220.000 10 460 0,6

Los tipos ferríticos estabilizados cuyas propiedades de resistencia a la corrosión se han citadoanteriormente, poseen también unas características mecánicas notables, sobre todo en lo que conciernea la ductilidad. Son las que indican las curvas de la figura 56 en los tipos estabilizados con titanio,sobre todo en el tipo con 12% de cromo X2CrTi 12/1.4512 y con 17% de cromo X3CrTi 17/1.4510.

4.3 – Aceros inoxidables austeníticos

Los aceros austeníticos del tipo X5CrNi 1810/1.4301 son los más representativos y después delhipertemplado, a temperatura ambiente, presentan una estructura austenítica metaestable. Según sugrado de estabilidad, en función de su composición química, la austenita se transforma parcialmente enmartensita α´ cuando el material se somete a un endurecimiento por conformación en frío suficiente ouna bajada de temperatura. La formación de la martensita α´(estructura cúbica centrada) no se hace, engeneral, directamente a partir de la austenita γ, sino a través de una fase intermedia constituida por unamartensita α con una estructura hexagonal compacta que, contrariamente a la martensita α´ no esferromagnética. El equilibrio entre las diferentes fases: austenita γ, martensita ε y martensita α´ está enfunción de la deformación o del endurecimiento por conformación en frío. Cuando la deformacióncrece, la cantidad de martensita ε disminuye con rapidez. La velocidad de formación de la martensita α´durante la deformación del material juega un papel fundamental en el fenómeno de consolidación quese manifiesta sobre todo en el ensayo de fatiga por tracción.Si se compara la curva de tracción “convencional” de un acero inoxidable ferrítico y el de un aceroinoxidable austenítico en estado de hipertemplado, se puede apreciar una diferencia fundamental.Como se ha indicado en el párrafo anterior, la curva relativa al acero inoxidable ferrítico presenta undominio elástico donde el módulo de Young permanece constante.Por el contrario, la curva de un acero inoxidable austenítico tiene una pendiente continua decreciente,sin ninguna discontinuidad. No aparece ninguna separación entre el dominio elástico y el dominioplástico cuando las deformaciones crecientes están aplicadas. Se puede comprobar en el modeloanalítico generalmente adoptado para describir la curva tensión – deformación se basa en la ecuaciónde RAMBERG y OSGOODA = σ /EO + k (σ / Rpo,2) n Donde : A, representa la deformación normal (%)σ , representa la tensión normal (N/mm²)EO, representa el módulo de elasticidad (módulo de YOUNG) inicial (N/mm²)Rpo,2. Representa el límite de elasticidad de 0,2% de alargamiento (N/mm²)k t n son constantes determinadas para dos tensiones iguales a 0,7 Rpo,2, y 0,85 Rpo,2.La modificación introducida por HILL (48) permite calcular n y k a partir de dos pares de valores detensión (σ) – deformación (A), es decir, σ1 /A1 y σ2 / A2

En estas condiciones:n = log (A2 / A1) / log (σ2 / σ1)y k = A2 / (σ2 / EO)n o y k = A1 / (σ1 / EO)n eligiendo σ2 = Rp y A2 = 0,2%La ecuación A = f (σ) se transforma:A = σ / EO + 0,002 (σ / Rp)nDe esta ecuación se puede deducir (figura 55) la expresión de “módulo tangente”,Et = d σ /d A y el del “modelo secante”, Es = σ / AEt = [1 + 0,002.n. (EO/Rpo, 2) (σ / Rpo,2) n1]1.EOEs = [ 1 + 0,002. (EO / σ) (σ / Rpo, 2o)n]1. EOQue son las dos funciones de la tensión σ aplicada. Son los dos módulos que se utilizan en el cálculo deelementos estructurales. El módulo de YOUNG, considerado como una constante en el dominioelástico, no se puede aplicar más que a las aleaciones austeníticas. En cuanto al exponente, según eltipo, puede variar de 4 a 8.El comportamiento del endurecimiento por conformación en frío de los aceros inoxidables se apoya enel análisis de la curva de tracción (figura 57). Se puede hacer un análisis más preciso del



comportamiento de los aceros inoxidables austeníticos a partir de la curva racional de tracción cuyaecuación simplificada viene dada por la relación estable de HOLLOMON:σ = Kεndonde: σ = F/S, representa la tensión verdadera (N/mm²) ε, representa la deformación racional definida por la relación:ε = ∫Ldl/L = ln (L/LO) = In (1+edonde LO representa la longitud inicial entre dos marcas situadas sobre la parte calibrada de la probeta, L, la longitud final y ln el símbolo del logaritmo neperiano n es una constante, llamada “coeficiente de endurecimiento por conformación en frío” k es un coeficiente La tasa de endurecimiento por deformación en frío se puede deducir de la relación d σ / d ε =f´(ε).

En la prueba de tracción, la deformación es uniforme, hasta la aparición de un fenómeno de estricciónpara el cual el esfuerzo de tracción F es máximo. Le corresponde una deformación uniforme εn que sealcanza cuando dF/dL =0. Como F = σ.S (donde S representa la sección verdadera de la probeta), seproduce cuando se diferencia esta expresión:dF/F = dσ/σ + dS/SSea por dF=0, es decir, por el esfuerzo F máximo:σ.dS + S.dσ = 0 , o d σ/σ = dS/S 0 dl/l = dεDe donde se deduce:dσ / dέ = σSi se admite que k y n son las constantes, se puede escribir la expresión: σ = k.εn bajo la formalogarítmica:ln σ = ln k + n.ln εLuego, diferenciando, viene:d σ/ σ = n. d ε / ε, o d σ / dε = n. σ / εAnteriormente hemos determinado que en las mismas condiciones:d σ / dε =σ.Comparando las dos expresiones de d σ / d ε, se deduce la deformación racional repartida:n = εnDe hecho, la relación ln σ / lf (ln ε ), no está representada correctamente por una recta, ya que no esconstante. Es el motivo por el que muchos han buscado una expresión analítica mejor de la relación σ =f (ε), pero nadie ha quedado realmente satisfecho, teniendo en cuenta el hecho de que dσ / dε no es unafunción lineal de la deformación sino que pasa, en los aceros austeníticos inestables, por un mínimo yluego por un máximo. Si se examina en detalle, no la curva σ = f (ε), sino su curva derivada dσ / dε= f(ε), se ve que presentan un mínimo y un máximo muy claros (figura 58). La existencia de ambosextremos con austenitas inestables resulta de la formación de martensita durante la deformación. Elpunto mínimo se sitúa ligeramente debajo del umbral de formación de la martensita mientras que elpunto máximo corresponde a la deformación por la máxima formación de martensita. La comparaciónde las dos curvas en la figura 58, demuestra la consolidación suplementaria debido a la formación de lamartensita. El suplemento de consolidación conferido por la martensita tiene por efecto desplazar hacialo alto de la curva dσ/dε y, en consecuencia, aumentar la deformación máxima.De una manera general, se puede afirmar que la consolidación global es el resultado de tresmecanismos:a) para las deformaciones generalmente inferiores a 0,15, se observa una corriente visco elástica de laaustenita. Se traduce en una disminución del coeficiente de endurecimiento por conformación en fríohasta un valor mínimo.b) Con la formación y crecimiento de la martensita, se observa un aumento rápido del coeficiente deendurecimiento por conformación en frío. Para un mismo tipo, este aumento es más rápido en cuantomás baja sea la temperatura. Entre +20ºC y –80ºC, el aumento varía, para el tipo X5CrNi1810/1.4301,en una proporción de 1 a 4000;c) Después de alcanzar un valor máximo en las deformaciones cercanas a 0,25, el coeficiente deendurecimiento por conformación en frío disminuye rápidamente. El fenómeno está sujeto a lasaturación de las fases presentes y al hecho de que el endurecimiento por conformación en frío de lamartensita es bastante más débil que el de la austenita.Este análisis cualitativo demuestra que las curvas σ = f(ε) y dσ / dε = f´(ε) son complejas y que no sepueden, hasta ahora, modelizar correctamente. Ahora, si se considera la primera parte de la curva detracción, se ve que para una tensión inferior a 100 N/mm² hay retorno al punto cero cuando sesuprime la carga. A más de 100 N/mm² se pasa progresivamente del dominio elástico al dominioplástico, puesto que se observa una deformación permanente cuando se anula la tensión. Así, si sesomete al material a una tensión de casi 130 N/mm² , se observa un alargamiento residual de 0,04%cuando se suprime la carga (figura 59). A partir de este estado, si se procede a cargas y descargassucesivas, se comprueba que después de cada nueva aplicación de la carga, la relacióntensión/deformación es lineal, hasta una curva que no es otra que la curva de tracción obtenida sin lasdescargas intermedias. Gracias a este tratamiento de tensión previa, el límite de elasticidad Rp se puede



mejorar significativamente. Por medio de un tratamiento de tensión previa que consiste en aplicarcargas y descargas sucesivas, se demuestra que el límite de elasticidad convencional en p% de unaaleación austenítica parcialmente inestable de tensión previa, en m% bajo un esfuerzo a la tracción esigual al límite de elasticidad convencional en (m + p) % de alargamiento remanente (en relación alestado inicial del material). Es lo que ilustra la figura 59. También es importante constatar que elmaterial endurecido por conformación en frío de esta manera posee un comportamiento elásticoreversible bajo tensiones que pueden alcanzar el 85% de la tensión previa aplicada.Así se comprueba todo el beneficio que se puede sacar de este tipo de tratamiento cuando se aplica bajola forma de una prueba hidráulica a los equipos a presión de paredes delgadas. El material posee unaverdadera elasticidad completamente independiente al límite elástico medido en el estado inicial,siempre que la presión hidráulica de prueba sea al menos 1,3 veces la presión de servicio. Cuando losaceros inoxidables austeníticos “parcialmente” inestables se endurecen por deformación en frío, suscaracterísticas mecánicas (Rm y Rp) casi se pueden doblar, siempre que guarden una reserva dealargamiento.

La figura 60, indica la evolución de las características mecánicas de dos tipos inestables. Demuestraque para una tasa de endurecimiento por conformación en frío del orden del 40%, el nivel de lascaracterísticas mecánicas (Rm y Rp) obtenido con el tipo X2CrNiN187/1.4318 es parecido al obtenidocon el tipo más estable X5CrNi1810/1.4301, con una tasa de endurecimiento por conformación en fríodel 60%. Por el contrario, un tipo muy estable como el X4CrNi1812/1.4303 tiene unas característicasmecánicas que cambian poco sea cual sea su nivel de endurecimiento por conformación en frío. Suspropiedades se aprovechan en las operaciones de embutición por estiramiento o por fluotorneadocilíndrico. La tabla 20 indica, de manera sintetizada, la evolución de las características mecánicas delos tipos X5CrNi1810 y X2CrNiN187 en función de su nivel de endurecimiento por conformación enfrío.

Tabla 19: Características mecánicas de los tipos X5CrNi1810 y X2CrNiN187, en función de suendurecimiento por conformación en frío

Tipo/Estado Límite de elasticidadRpo,2 (N/mm²) Resistencia a la roturaRm (N/mm²) AlargamientoA (%)X2CrNiN187 – (recocido) 370 800 53X2CrNiN187C 850 (1/4 duro) 600 900 35X2CrNiN187C 1000 (1/2 duro) 880 1160 20X2CrNiN1810(recocido) 270 620 56

El comportamiento específico de los aceros inoxidables austeníticos de cara a las propiedades estáticasse encuentra igualmente al nivel de sus propiedades dinámicas, sobre todo en lo que concierne a sucapacidad de absorber energía bajo el efecto de un impacto. La experiencia demuestra que los mejorescomportamientos de los aceros austeníticos metaestables se obtienen cuando se les solicitadinámicamente en tracción o en expansión dinámica con el fin de obtener una plena consolidación.El módulo de elasticidad de los aceros inoxidables austeníticos está en el orden de 200000 N/mm².Como ya se ha indicado, debido a su inestabilidad, sus características mecánicas Rm, Rp y A puedenvariar en gran proporción, según la tasa de endurecimiento por conformación en frío que se les aplique.En comparación a los tipos martensíticos y ferríticos que son ferromagnéticos, las aleacionesausteníticas en estado de hipertemple, es decir, cuya estructura es totalmente austenítica, no sonmagnéticos.En la Tabla 20 se resumen otras propiedades físicas de los aceros inoxidables austeníticos.

Tabla 20: Principales propiedades físicas de los aceros inoxidables austeníticos




4.4– Aceros inoxidables austeno ferríticos

Las características mecánicas de los aceros inoxidables austenoferríticos se distinguen de los tiposausteníticos fundamentalmente porque sus límites de elasticidad y resistencia a la rotura son máselevados. Por el contrario, su alargamiento es bastante más débil y su campo de utilización se limita atemperaturas entre –50ºC / +300ºC. Su límite de elasticidad Rpo,2 es aproximadamente del orden de620 N/mm² , corresponde a una resistencia a la rotura de 840 N/mm² y un alargamiento a la rotura de30%.Aunque inferior a la de los tipos austeníticos, su tenacidad a bajas temperaturas permanece elevada. Elvalor de resiliencia Charpy V a –40ºC suele ser del orden de 80 Julios/cm². Además, los acerosinoxidables austenoferríticos son relativamente poco sensibles al fenómeno de endurecimiento porconformación en frío. En la figura 61 se esquematizan las diferentes curvas para una tasa deendurecimiento por conformación en frío limitado al 15%. En la taba 21 se indica la comparación delas características mecánicas convencionales de los principales tipos de acero inoxidable.Está claro el efecto de la estructura sobre el alargamiento y el límite de la elasticidad en estadorecocido.

Tabla 21: Comparación de las características mecánicas de los principales tipos de acero inoxidable

Estructura Límite de elasticidadRpo,2 (N/mm²) Resistencia a la roturaRm (N/mm²) AlargamientoA (%)Ferrítica 370 500 26AustenoFerrítica 620 840 30Austenítica 270 620 56

En cuanto a sus propiedades físicas, son intermediarios entre los tipos ferríticos y los austeníticos. En laTabla 22 se resume.

Tabla 22: Principales propiedades físicas de los aceros inoxidables austeno ferríticos


Igual que ocurre con las características mecánicas, se puede confeccionar una tabla comparativa de laspropiedades físicas de los principales tipos de acero inoxidable. Se resume en la tabla 23.

Tabla 23: Comparación de las propiedades físicas de los principales tipos de acero inoxidable

Estructura Módulo de Young(N/mm²) Coeficiente de dilatación linealEntre 20 y 200ºC(106. K1) Capacidadtérmica de lamasa(J.kg1 . K1) Resistividad eléctrica a 20ºC(µΩ.m)Ferrítica 220.000 10,0 460 0,60Austenoferrítica 200.000 13,0 500 0,80Austenítica 200.000 16,0 500 0,73



4.5 Los aceros inoxidables endurecidos por precipitación

Los aceros inoxidables endurecidos por precipitación (DP) o “precipitation hardening” (PH) sonaleaciones cuyas características mecánicas se obtienen después de un tratamiento térmico a unatemperatura media (temperatura de revenido) que provoca el endurecimiento gracias a un fenómeno deprecipitación más o menos complejo;Como se ilustra en la figura 21, los aceros con endurecimiento estructural, se pueden clasificar en lastres categorías siguientes:a) los aceros de transformación martensítica directa, cuyo máximo exponente es el aceroX5CrNiCuNb164/1.4542 (174PH)b) los aceros de transformación martensítica indirecta, también llamados semi austeníticos, cuyoejemplo más corriente es el acero X7CrNiAl177/1.4568 (177PH)c) los aceros austeníticos, siendo el más corriente el acero X6NiCrTiMoB25152, para los queúnicamente vale el fenómeno de endurecimiento estructural, que permite obtener sus elevadascaracterísticas mecánicas.En cuanto a las características mecánicas, es absolutamente necesario diferenciar bien entre lascaracterísticas mecánicas del material de suministro (tabla 24), que no es más que un estadointermedio, y después del tratamiento de endurecimiento por precipitación (tabla 25).

Tabla 24: características mecánicas, en estado recocido

Tipo Límite de elasticidadRpo,2 (N/mm²) Resistencia a la tracciónRm (N/mm²) Alargamiento en la roturaA (%)X5CrNiCuNb164 /1.4542(174 PH) 800 1100 12X8CrMoAl 1572 /1.4532(PH 157 Mo) 370 940 35X7CrNiAl 177 /1.4568(177 PH) 280 900 35

Tabla 26: características mecánicas después del tratamiento de endurecimiento por precipitación

Tipo Límite de elasticidadRpo,2 (N/mm²) Resistencia a la tracciónRm (N/mm²) Alargamiento en la roturaA (%)X5CrNiCuNb164 /1.4542(174 PH) 1200 1300 14X8CrMoAl 15.72 /1.4532(PH 157 Mo) 1400 1450 7X7CrNiAl 177 /



1.4568(177 PH) 1300 1400 9

Por el contrario, las propiedades físicas de los principales tipos citados en las tablas 24 y 25 pueden serdiferentes. Se resumen en la tabla 26.

Tabla 26: propiedades físicas de los principales aceros inoxidables endurecidos por precipitacióndespués del tratamiento de endurecimiento

Densidad(kg/dm³) Módulo de Young(N/mm²) Coeficiente de dilatación linealEntre 20 y 20ºc(106. K1) Capacidadtérmica(J.kg1 . K1) Resistividad eléctrica a 20ºC(µΩ.m)7,7 200.000 11,2 460 0,80

5. APLICACIÓN DE LOS ACEROS INOXIDABLES (17)

Las propiedades intrínsecas de un “material”, la “concepción” de una pieza o de una unión compleja,así como la forma en la que se “aplica” un material, son fundamentales para el “rendimiento” de lapieza o la unión terminadas. Es lo que esquematiza la figura 62.La coordinación de “material”, “concepción, y “aplicación” conducen a la ejecución final de un objetoque no debe ser entendido como un proceso lineal, sino como un proceso interactivo entre los treselementos. Las características metalúrgicas y mecánicas van a influir en gran medida en la técnicas detrabajo (embutición, fabricación, etc.) mientras que la resistencia a la corrosión está en relación con laspropiedades de uso. En cuanto a la concepción, no sólo tendrá influencia directa sobre las propiedadesde su utilización, sino también sobre la resistencia a determinadas formas de corrosión.

5.1 – Mecanización – Corte

Por mecanización – corte, se entiende el conjunto de operaciones destinadas a producir elementos quevan a ser deformados y después unidos para realizar un equipo o una unión más compleja. En general,con el término corte se designa a las operaciones efectuadas de forma mecánica (cizallado, punzonado,serrado, etc.) mientras que el término mecanización se refiere a operaciones de corte térmico (plasma,láser, etc.).

5.1.1 – CizalladoCizallado por guillotina (figura 63)El cizallado consiste generalmente en cortar chapas para obtener piezas de dimensiones más pequeñas,o en cortar una bobina en sentido transversal para transformarla en chapas. Con los aceros inoxidablesausteníticos, el espesor máximo admisible es, para una máquina dada, igual al 70% del espesor máximoprevisto para el acero dulce. La holgura entre las cuchillas debe estar entre el 4 y el 7% del espesor delas chapas con una tolerancia de +/ 0,01 mm. Para chapas de 1,5 mm. de espesor, la holgurarecomendada es de 0,07 mm. Para mayores espesores, se aconseja una holgura del orden de 0,1 mm. Elángulo de corte o ángulo de cizallado puede variar de 0º30´a 2º, utilizándose con frecuencia el valor1º30´. Los materiales recomendados para las cuchillas son herramientas de acero templado, así comode ciertos aceros de cromo. Como en todas las operaciones en las que hay un contacto íntimo entre laherramienta y el acero inoxidable, es indispensable reservar las mismas cuchillas para su mecanización,para evitar cualquier riesgo de contaminación, sobre todo la de partículas ferrosas. En cuanto al equiponecesario para el cizallado, hay que vigilar que los pisadores no estropeen la superficie de las chapas(rayas, huellas). Para evitarlo, se revestirán las mordazas que sujetan las chapas con elastómero.Después del cizallado, un buen medio de control, será el examen del corte de la chapa. Si es correcto,la parte superior del corte “zona cortada” debe corresponder al 40% del espesor, mientras que la parteinferior “zona arrancada” debe corresponder al resto, es decir el 60%.

5.1.2 – Corte longitudinal



Consiste en cortar una bobina en una serie de flejes más estrechos. Una de las aplicaciones típicas es laproducción de flejes destinados a fabricar tubos soldados. Para lograr un corte correcto, hay que ajustarla holgura y la sobreposición de las hojas o cuchillas circulares. Un juego igual al 5% del espesorconstituye un valor medio. La velocidad lineal del corte longitudinal varía, según el tipo y su espesor,de 60 a 200 m/min.

5.1.3 – Estampado de las piezasEstampado por prensa (figura 64)El estampado por prensa exige unas máquinas más potentes que para el acero al carbono. Para facilitarel corte, el punzón o la matriz pueden presentar una pendiente en el borde, justo en el centro de laflecha, siendo esta última igual al espesor del producto. En lo que concierne a la holgura entre elpunzón y la matriz, estará comprendido entre el 5 y 10% del espesor del producto.

Cizallado por cuchillas circulares (figura 65)Las cuchillas se deben montar como en el caso del corte longitudinal rectilíneo. Las cizallas utilizadaspara esta operación producen piezas circulares de grandes diámetros, destinadas a fondos de depósitoso a embuticiones de grandes dimensiones. El corte (circular) está guiado por un punto central situadoen el centro de la pieza.

5.1.4 – Troquelado (figura 66)El troquelado es una técnica de corte mecánico en el que el material se corta siguiendo una trayectoriacuya anchura está determinada por la de la herramienta. Esta última está compuesta por un punzónoscilante que se mueve dentro y fuera de un troquel fijo, realizando un corte con cada golpe. De hecho,el troquelado es un proceso de perforación repetitivo, en el que el punto se va ajustando entre golpessucesivos, en función del espesor de la chapa. Se puede seguir una trayectoria de corte precisautilizando una plantilla, o con un sistema de control numérico. Los bordes del corte muestran lasmarcas de los sucesivos golpes del punzón, que se suelen quitar con un amolado fino.

5.1.5 – Punzonado (figura 67)El punzonado se utiliza corrientemente para hacer agujeros cuyo diámetro mínimo sea igual al dobledel espesor de la chapa, y la distancia mínima entre dos agujeros sucesivos sea igual a la mitad deldiámetro de l agujero. Las fuerzas aplicadas para el punzonado del acero inoxidable son bastante máselevadas que las utilizadas para el acero al carbono. Están en relación a sus respectivas resistencias a larotura. El juego (J) entre la matriz de diámetro (D) y el punzón de diámetro (d) se puede resumir en larelación: J=Dd. En los trabajos normales, el juego está dado por la relación J=0,12 x el espesor de lachapa, y en los trabajo “de precisión”, se adoptará la relación J=0,07 x el espesor de la chapa. Losagujeros punzonados presentan siempre una conicidad más marcada cuanto mayor sea el espesor de lachapa. El ángulo de despulla de las matrices es un máximo de 3º.Las punzonadoras modernas son de mando numérico. Aseguran una excelente precisión en la posiciónde los agujeros (del orden de ± 0,03mm) y permiten conseguir una productividad elevada.

5.1.6 AserradoAserrado manualLos aceros inoxidables se pueden cortar con facilidad con una sierra metálica. La cadencia máximaserá de unos 50 cortes por minuto con hojas cuyo dentado varía entre 7 y 12 dientes por cm. Aserrado con serruchoLos serruchos de punta están equipados con una hoja vertical con un movimiento vertical alternativo.Para los aceros inoxidables se utilizan hojas cortantes con dentado fino. El espesor máximo de lachapa, con este procedimiento, está sobre los 2,0 mm.Aserrado con sierra de cinta sinfínEs el método más corriente. Se adapta bien a los cortes rectilíneos en unos espesores de 0,8 a 8,0 mm.Según el espesor y el tipo de acero inoxidable, la velocidad de la banda varía de 15 a 40m/min. Lasvelocidades más elevadas se emplean en las chapas delgadas, mientras que las velocidadescomprendidas entre 15 y 30 m/min., son adecuadas para espesores superiores a 1,5mm.Con este tipo de corte no es necesario utilizar lubricantes, aunque se recomienda insuflar airecomprimido sobre la zona de corte, para eliminar las partículas de metal y limitar el calor.El serrado con cinta sinfín se adapta también para cortar productos largos (barras). Con estos productosla velocidad lineal de la cinta puede oscilar entre los 30 m/min en el tipo austenítico corrienteX5CrNi1810/1.4301, y los 40m/min. en el tipo austenítico X10CrNiS1809/1.4305 e incluso a45m/min. para el tipo ferrítico de decoletaje X10CrS17/1.4104.

5.1.7 Corte por chorro de aguaEste método consiste en proyectar, a través de una boquilla calibrada, un chorro de agua a alta presión(2000 a 5000 bars), que contiene un polvo abrasivo (granate, corindón de 0 a 0,5 mm de diámetro), deforma perpendicular a la superficie del material a cortar y desplazarla a un velocidad de unos20cm/min. El chorro de agua tiene un diámetro pequeño y debido a su gran velocidad, permite obtener



un corte de gran calidad.

5.1.7 Corte térmicoOxicorte con llamaSólo citaremos este procedimiento ya que se adapta mal al corte de los aceros inoxidables. De hecho,provoca una oxidación superficial importante, así como una extensa zona afectada térmicamente. A losumo, se puede considerar como una solución de reparación.

Corte por plasma (figura 68)Se trata de un procedimiento en el que un chorro de plasma, a temperatura elevada (10.000 a 20.000ºC)hace fundir el material al que se dirige. El plasma propiamente dicho es una mezcla gaseosa muyionizada. Los gases plasmágenos más utilizados son el argón y las mezclas argónhidrógeno, nitrógenoy aire comprimido. Según los gases plasmágenos utilizados y el tipo de acero inoxidable, la oxidacióny la contaminación de los bordes será más o menos importante. En general, una mezcla ligera permitemantener sano el material. El corte bajo agua permite reducir el fenómeno de la oxidación y aumentarla velocidad. En las chapas de acero inoxidable austenítico de 3,0 mm. de espesor, la velocidad de cortesería de 3,5m/min.

Corte LASER (figura 69)En corte, la mayoría de las veces el LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)funcionará según dos modos de emisión: la emisión continua (permite obtener grandes velocidades decorte) y la emisión de impulso (permite limitar la extensión de las zonas afectadas térmicamente). Conlos láser CO2 (medio emisor: dióxido de carbono CO2, nitrógeno (N2) y helio (He), se utilizan unaspotencias comprendidas entre 0,5 y 3 kW. En los láser YAG (medio emisor: Itrio – Aluminio – Garnet,es decir granate de itrio – aluminio), su potencia de corte es inferior a 2kW.La fuente láser es fija y hay que dirigir el haz a la pieza, utilizando un conducto óptico equipado conespejos de transmisión (láser CO2) o una fibra óptica (láser YAG).La focalización va a permitir no sólo concentrar el haz en un punto, sino obtener un punto focal cuyodiámetro (d) está dado por la relación d = λ f / D, en la que λ representa la longitud (λ = 10,6µm para un láser (CO2), f la distancia focal y D el diámetro de un haz (paralelo), antes de lafocalización. D es del orden de 20mm para un láser (CO2).Además, al diámetro del punto focal, hay que asociar la profundidad de campo. Esta es proporcional aλ (F/D)².Si se comparan las dos relaciones, se ve que para obtener un punto focal de diámetro pequeño, senecesitará una distancia focal corta y que, para obtener una gran profundidad de campo, esta distanciadeberá ser larga.La solución industrial será una media entre una distancia focal corta y una larga. Para un punto focal de0,3 mm. y una profundidad de campo algo inferior al milímetro, la distancia focal adecuada podría serde 150mm.

Teniendo en cuenta su comportamiento, los láser CO2 son los más utilizados en corte. Además de la mezcla de gases (He, N2, CO2) que constituye el medio emisor, llamado también “gaspesado”, se utiliza el gas “de asistencia” (nitrógeno u oxígeno) que se inyecta de manera concéntrica alhaz y que va a permitir la expulsión del metal en fusión. Cuando se utiliza oxígeno, se añade unareacción exotérmica que permite aumentar la velocidad del corte. Para lograr un corte regular, hay queasegurarse de que el haz esté bien centrado en la boquilla y, además, se efectúe la focalización sobre lacara superior de la chapa (chapas finas) o a un tercio del espesor del material (chapas gruesas).Con un láser CO2 de una potencia de 1,5kW se obtienen los comportamientos que se resumen en laTabla 28.

Tabla 27: Velocidades de corte obtenidas con un láser CO2 de 1,5kW, sobre un acero inoxidable tipoX5CrNi 810/1.4301

Espesor de la chapa (mm) Velocidad de corte (m / min)Gas de asistencia: Oxígeno Gas de asistencia: Nitrógeno1,0 9,0 8,02,0 5,0 3,53,0 3,0 2,06,0 1,5 0,5

Con el nitrógeno se obtiene un corte con mejor aspecto, pero se logra disminuyendo la velocidad.

5.2 Mecanizado

5.2.1 Introducción



Entre las numerosas técnicas de aplicación de los aceros inoxidables, el mecanizado afectaprincipalmente a los productos largos (barras). Tampoco se pueden descuidar las demás operaciones demecanizado (taladro, fresado, roscado) practicadas igualmente, sobre los productos planos. En esecaso, a menudo se suele proceder a un ensamblaje con la ayuda de medios mecánicos: tornillos, pernos,remaches. Al mecanizado, que es la operación por arranque del material con la ayuda de unaherramienta de corte, se le asocia un tipo o una familia de tipos de acero inoxidable.Con el fin de mejorar la aplicación de sus productos, los siderúrgicos han desarrollado unos acerosinoxidables con una mecanización mejorada gracias a un mayor control de la naturaleza y distribuciónde las inclusiones no metálicas.

Se han desarrollado dos tipos:los tipos resulfurados, también llamados “tipos de decoletaje”los tipos con un contenido en azufre controlado pero no resulfurado que contienen óxidos quefavorecen el fraccionamiento de la viruta en el momento del mecanizado.

5.2.2 – Criterios de mecanizaciónSon numerosos aunque, por razones prácticas, se mencionarán tres: el fraccionamiento de la viruta, laduración de la vida de la herramienta y el estado superficial obtenido (caracterizado por su rugosidad)

5.2.3 – Comportamiento de las diferentes familias de aceros inoxidables5.2.3.1 – Aceros inoxidables austeníticosEstas aleaciones se endurecen por la deformación en frío con mucha facilidad. En este estado, suscaracterísticas mecánicas son muy elevadas y pueden provocar un desgaste prematuro de lasherramientas. Endurecidos en frío, guardan una “reserva” de ductilidad que entraña la formación devirutas largas y favorece la “adhesión” de la viruta a la herramienta. Las fuerzas de corte son elevadasy provocan una degradación de la arista de corte de la herramienta, pudiendo provocar su rotura.Además, estos tipos tienen una conductividad térmica casi tres veces menor que (ε) la de los aceros alcarbono. Esto provoca una temperatura elevada en el nivel de la interfase metal – herramientaprovocando un calentamiento excesivo en esta última, con gran riesgo de acortar su duración de vida.Por todos estos motivos, los tipos austeníticos destinados a la mecanización se suelen resulfurar, y sucontenido en azufre suele estar comprendido entre 0,15 y 0,35%.

5.2.3.2 – Aceros inoxidables ferríticosSu endurecimiento por deformación en frío es mucho más débil que el de los tipos austeníticos. Parauna tasa de endurecimiento por deformación en frío del 50%, el aumento del esfuerzo de rotura sólo esde 200 N/mm², mientras que para algunos tipos austeníticos es superior a 1000 N/mm².Aunque su conductividad térmica es superior a la de los tipos austeníticos, su tendencia a la formaciónde virutas largas, así como el riesgo de adhesión siguen siendo elevadas. Este es el motivo por el quecasi todos los aceros inoxidables ferríticos destinados a la mecanización se resulfuran.

5.2.3.3 – Aceros inoxidables martensíticosSus propiedades físicas se aproximan a las de los aceros con aleaciones especiales. Sin embargo,siendo grande su resistencia a la rotura, los esfuerzos de corte siguen estando a un nivel elevado.

5.2.4 – Papel de las inclusiones no metálicas5.2.4.1 – Inclusiones a base de azufre: aceros resulfurados o de “decoletaje”Esta vía utilizada durante mucho tiempo permite una mejora espectacular de la maquinabilidad. Unaadición de azufre conduce a la formación de sulfuros de manganeso cuyo papel es esencial en elfraccionamiento de la viruta. Sin embargo, su presencia provoca una importante disminución de laresistencia a la corrosión, en particular, a la resistencia a la corrosión por picaduras. Además, el excesode azufre disminuye claramente la soldabilidad metalúrgica, aumentando el riesgo de fisuración encaliente, es decir, durante la solidificación de la soldadura. En resumen, si la adición de azufre, aniveles comprendidos entre 0,15 y 0,35% permite mejorar sensiblemente la mecanización, es endetrimento de otras propiedades también fundamentales. Es el motivo por el que los metalúrgicos estánbuscando nuevas vías que permitan mejorar la mecanización sin perjudicar las otras propiedades.

5.2.4.2 – Inclusiones a base de óxidosEstá demostrado que los óxidos “duros” (Al2O3, SiO2, Cr2O3, ...) no se deforman y tienen una grandureza a temperaturas elevadas. Estos óxidos “naturalmente” presentes en los aceros inoxidables,disminuyen la duración de vida de las herramientas de corte.Sin embargo, si los óxidos duros se reemplazan por óxidos maleables a altas temperaturas, del tipoSiO2 – CaO – Al2O3, se obtienen inclusiones capaces de deformarse en el corte y de alargarse en laszonas de cizallamiento de la viruta, facilitando así el fraccionamiento de esta última. Además, en lainterfase herramienta – viruta, forman una capa lubricante que limita el calentamiento de laherramienta. Las aleaciones de este tipo permiten un aumento de productividad del 25% en relación alos tipos estándar, sin reducir su resistencia a la corrosión.



5.3.4.3 – Sinergia entre los efectos del azufre y los óxidos maleablesEl aumento de azufre y de óxidos maleables, conduce a una sinergia de sus efectos y permitenaumentos de productividad del 45%. Sin embargo, la presencia de sulfuros de manganeso provocasiempre una disminución de la resistencia a la corrosión.

5.2.5 – Elección de las herramientasLa elección de las herramientas para la mecanización de los aceros inoxidables es primordial. Laproductividad está directamente ligada a ellas.Las principales familias de herramientas son: herramientas de acero rápido (HSS), herramientas de carburo metálico fijado por braseado, plaquetas de carburo revestido o no revestido Los cermets Las cerámicasPrácticamente, no se utilizan herramientas de acero rápido para la mecanización de los acerosinoxidables. Los carburos constituidos originariamente por los tipos binarios: carburo de tungsteno –cobalto (WC – Co) han evolucionado hacia tipos más complejos en los que se ha introducido carburode titanio (TiC) o el carburo mixto de niobio y tántalo ( ( Nb, Ta) C), para mejorar el comportamientoante el calor.La tendencia actual es la de los carburos revestidos que conllevan un revestimiento multicapascompuesto generalmente de cuatro materiales refractarios: TiC, Ti(C,N), TiN y Al2O3. Para los acerosinoxidables, la última capa es preferiblemente de nitruro de titanio TiN. Los cermets están formadospor una fase dura (carburo (salvo WC), nitruro, carbonitruro, boruro) y de una fase flexible en metal oaleación no ferrosa (Co, Ni, CoNiFe, NiCr, NiMo, NiCrMo). En la actualidad, los cermets estánformados principalmente de carbonitruro de titanio Ti (C,N) y por un NiMo flexible. Los cermets, seutilizan principalmente en las operaciones de acabado en el torneado o en el roscado. Permiten obtenerunos estados superficiales muy bellos.Las cerámicas se utilizan poco en la mecanización de los aceros inoxidables, debido a su escasorendimiento.La tabla 29 indica el orden de magnitud de las velocidades de corte posibles en función de la naturalezade las herramientas.

Tabla 28: Velocidades de corte en función de la naturaleza de la herramienta para el conjunto de losaceros inoxidables

Herramienta de corte Velocidad de corte (m/min)CERMET 50 a 850Plaquetas: carburo revestido de TiN 50 a 780Plaquetas: Carburo no revestido 50 a 350Carburo soldado 50 a 250

5.2.6 – Torneado o cilindradoLas velocidades de corte, según el tipo de acero inoxidable, están comprendidas entre 100 y 800m/min. Las velocidades de avance pueden variar de 0,1 a 0,3 mm/vuelta para una profundidad de cortede 1,5 mm con una herramienta de carburo o carburo revestido.

5.2.7 – TaladradoEl taladrado se realiza sobre todo en las barras y chapas gruesas. Si hay que practicarlo sobre chapasdelgadas, interesa reagruparlas en paquetes. Para diámetros pequeños, las brocas pueden ser de acerorápido. Para diámetros de perforación superior a 15 – 20mm. se elegirá, preferentemente, brocas deplaquetas. Las brocas de carburo monobloc cubren toda la gama.El ángulo de la punta de la broca suele estar comprendido entre 120 y 140º, y el ángulo de despulle esde unos 6º. La velocidad de corte estará en función del tipo de acero utilizado y del tipo de broca. Latabla 29 resume la situación para un tipo con 18% de cromo y 10% de níquel, y sus derivados con unamecanización mejorada.

Tabla 29: Velocidad de corte para los aceros inoxidables austeníticos con 18% de cromo y 10% deníquel

Tipo Diámetro de la broca3 mm. 12 mm. 18mm.Velocidad de corte (m/min) Velocidad de avance (m/min) Velocidad de corte (m/min) Velocidad deavance (m/min) Velocidad de corte (m/min) Velocidad de avance (m/min)X5CrNi 1810 /1.4301 16 0,07 20 0,13 22 0,15



X5CrNi 1810 /1.4301* 21 0,09 24 0,15 28 0,18X5CrNi 189 /1.4305* 26 0,17 37 0,24 40 0,30

* Tipos llamados de mecanización mejorada

5.2.8 – EscariadoLa operación de escariado se puede realizar con la ayuda de una herramienta fija, o con un escariador oun portaherramientas que gira. Para evitar problemas de vibraciones y de conicidad, se tratará dedisminuir al máximo el saliente del portaherramientas, en una relación a su diámetro de 4/1. Para unamisma profundidad de pasada, las velocidades de corte son sensiblemente inferiores a las del torneado.Por regla general, se utilizará un coeficiente reductor de 0,5 para los tipos estándar y de 0,67 a 0,75para los tipos con mecanización mejorada. Para los avances, con la misma profundidad de pasada, seutilizarán las mismas del torneado, si el saliente es inferior o igual a cuatro veces el diámetro de labarra de taladrado, y si el saliente es superior, se utilizará un coeficiente reductor de 0,67. Para taladrarcon un escariador, la mayoría de las veces se utilizan escariadores de acero rápido con estríashelicoidales o rectos para la pasada final. El ángulo de corte está comprendido entre 3 y 8º, mientrasque el ángulo de despulla es de unos 7º.Para los inoxidables con mecanización mejorada, la velocidad de corte será idéntica a la utilizada en laperforación con broca en acero rápido. Para los tipos “normales” será entre 0,67 hasta 0,5 veces el de laperforación.Los avances dependen sobre todo del diámetro del escariador. Generalmente son del orden de 0,10 a0,20 mm/vuelta para un escariador de 3 a 4 mm. de diámetro, y de 0,3 a 0,5 mm/vuelta, para unescariador de 8 a 12 mm. de diámetro.

5.2.9 – FresadoTeniendo en cuenta que los esfuerzos de corte suelen ser elevados, hay que utilizar máquinas potentesy eliminar los juegos, sobre todo los de fresado codireccional. Como en el caso del torneado, seaconseja utilizar herramientas o plaquetas de carburo, revestido o no. Con las fresas de carburomonobloc se utilizarán velocidades de corte comprendidas entre 90 y 200 m/min, en los tipos demecanización mejorada, y entre 50 y 150 m/min. para los tipos “normales”. Los avances estaráncomprendidos entre 0,012 y 0,125 mm/vuelta/diente en función del diámetro de la fresa.Con las fresas de plaqueta, las velocidades de corte estarán entre 80 y 400 m/min en los tipos conmecanización mejorada, y entre 50 y 300 m/min. en los demás tipos. Los avances estarán entre 0,05 y0,2 mm/vuelta/diente.

5.2.10 – AterrajadoCon los tipos austeníticos, esta operación resulta delicada sobre todo porque se trata de agujeros dediámetros pequeños.La tendencia a formar viruta filiforme puede entrañar la rotura de la herramienta. Para limitar esteriesgo, se utilizarán machos de rosca con 3 ranuras para los diámetro pequeños, y 4 ranuras para losdemás diámetros.Los ángulos de corte están comprendidos generalmente entre 10 y 15º, mientras que las velocidades decorte varían entre 5 y 30 m/min. Es importante la lubricación. Si se realiza a presión, facilitará eldesprendimiento de la viruta.

5.2.11 –RoscadoHay que distinguir varios métodos de roscado: roscado de la herramienta (herramienta o plaqueta de carburo); roscado de terraja; roscado con cabeza de rosca. Se utiliza fundamentalmente en las máquinas de decoletaje; roscado por rodadura de las roscas;Para el roscado de la herramienta, las velocidades de corte serán iguales a 2/3 de las de torneado de lostipos de mecanización mejorada y de ½ de las de torneado de los tipos “normales”.Para los otros procedimientos de roscado y para las herramientas de acero rápido, las velocidades decorte estarán comprendidas entre 5 y 25 m/min.

5.3 – Conformación plástica

5.3.1 – Embutición de productos planos (17)5.3.1.1 – Principios y análisis de las deformacionesEl estado de las deformaciones de un elemento de una pieza se describe correctamente a partir de lasdeformaciones en las tres direcciones principales: en el sentido de la longitud (generalmente la dirección del laminado): ε1 = ln (l / lo), siendo lo: longitud inicial y l: longitud final del elemento en el sentido de la anchura (generalmente en dirección perpendicular al sentido del laminado): ε2 =ln



(b / bo), siendo bo: anchura inicial y b: la anchura final del elemento en el sentido del espesor: ε3 = ln (e / eo), siendo eo: espesor inicial y e: espesor final del elemento.

La conservación del volumen durante la deformación permite enunciar:ε1 +ε2 + ε3 = 0En embutición, se distinguen dos formas principales de deformación. El modo de expansión (figura 70)según el cual la pieza está bloqueada entre el pisador, y la matriz, y el modo de contracción (figura 71)según el cual el metal se desliza entre la matriz y el pisador de manera que la embutición se realiza enla parte derecha o faldón.En el primer caso (modo de expansión) el punzón cilíndrico presenta una extremidad hemesférica,mientras que en el segundo caso (modo de contracción) el punzón cilíndrico está en un fondo plano.En la figura 72, se representan los principales modos de deformación, como los que aparecen sobre losembutidos que sirven para ensayos de caracterización (ensayo de Swift, Erichsen, etc..)La representación más fiel de las deformaciones sobre un embutido durante y después del conformadoes la dada por las deformaciones racionales que se pueden representar en un diagrama, donde los ejesortogonales son las deformaciones principales ε1, ε2. El dominio de la expansión está definido por lasuperficie comprendida entre las semi rectas ε1 = ε2 y ε1 = ε2. El dominio de contracción, estádefinido por las semi rectas ε1 = 2ε2 y ε1 = 1/2 ε2.En el modo de deformación por contracción, se notará el aumento del espesor en el vértice del faldóndel embutido (ε3 > 0), mientras que en el modo de expansión hay una disminución del espesor de lapieza bajo el extremo del punzón (ε3 1, el metal tenderá más a estrechar que a adelgazar.El coeficiente de anisotropía r depende de la dirección de la deformación. Así, para caracterizar laanisotropía de un material, hay que medirla a 45º, a 90º y en el sentido de laminación (dirección 0º).Así se define el coeficiente de anisotropía medio:rn = ¼ (ro + r90 + 2r45) Y el coeficiente de anisotropía plana:Δr = ½ (ro + r90 2r45) Esta última fórmula no se aplica siempre correctamente a los aceros inoxidables y se prefiere utilizar lasiguiente fórmula:Δr = [ (ro – rn)2 + (r90 – rn)2 + (r45 – rn)2 ]1/2La determinación del coeficiente de anisotropía es simple, ya que sólo hay que medir la anchura y elespesor de una muestra que haya sufrido un alargamiento determinado, por ejemplo de 20 o 40%.El coeficiente de anisotropía medio permite traducir la capacidad de estrecharse la chapa y elcoeficiente de anisotropía plano Δr presenta una buena correlación con la altura de los bordesobservados sobre el embutido (figura 72).También existe una buena correlación entre el coeficiente de estirado n, el coeficiente de anisotropíamedio rn y los resultados de los ensayos de embutición en expansión (Erichsen) y en contracción(Swift).

Para las deformaciones solicitando el material en expansión, se elegirá un tipo cuyo coeficiente deestirado n sea elevado. Por el contrario, si se trata de deformación en contracción, se elegirá un tipocuyo coeficiente de anisotropía medio rn sea elevado. De hecho, los coeficientes n y rn soncaracterísticas intrínsecas y globales del material, mientras que los fenómenos críticos que intervienenen la embutición, son fenómenos locales (estricción o rotura). Hay que relativizar la importancia einterés de estos dos coeficientes.Ellos dan una indicación general sobre el comportamiento y sobre la capacidad de embutición de losdiferentes tipos, pero resultan insuficientes para resolver un problema específico. En la tabla 32 seencuentran los valores característicos de n, rn y Δr de los principales tipos ferríticos y austeníticosutilizados en embutición.

Tabla 32 – Coeficiente de anisotropía medio rn y plano Δr y el coeficiente de estiramiento n para losdiferentes tipos.

Designación europea : NF EN10088 – 2 r n Δ r NNombre Número X6Cr17 1.4016 1,1 / 1,6 0,50 0,20 / 0,25X3CrTi17 1.4010 1,6 / 2,0 0,35 0,22 / 0,28X5CrNi1810 1.4301 1,0 / 1,3 0,45 0,50 / 0,70

Los factores locales que hemos mencionado (estricción, rotura) tienen múltiples causas.Algunas están relacionadas con las características metalúrgicas de la aleación. Por ejemplo, el grosordel grano, el tamaño y el reparto de las inclusiones y/o los precipitados, la rugosidad superficial que va



a influir en la elección del lubricante, etc.A estos factores de tipo metalúrgico, hay que añadir los factores de tipo tecnológico cuya influencia es,a menudo, determinante. Los más importantes son: el juego entre el punzón y la matriz, la presión delpisador, los radios del punzón y la matriz, la naturaleza y calidad de la superficie de las herramientas ypor último, el tipo de lubricante.

5.3.1.2 – Curvas límite de conformaciónCon el fin de observar sobre una embutición, las deformaciones durante y al final de la deformación, seutilizan las deformaciones racionales principales, longitudinal ε1 (o radical εr si se trata de un embutidocircular) y transversal ε2 (o circunferencial por el mismo motivo que antes).Las figuras 73 y 74 representan, respectivamente, las curvas límite de conformación para un aceroinoxidable ferrítico con 17% de cromo (X6Cr17/1.4016) y para un acero inoxidable ferrítico con 18%de cromo y 9% de níquel (X5CrNi 1810/1.4301)El eje de abcisas (ε2) separa los dominios de alargamiento y acortamiento.El eje de ordenadas (ε1) separa los dominios de ensanchamiento y estrechamiento. Las curvas límitesde conformación que representan el lugar geométrico de las deformaciones principales ε1 y ε2 seobtienen con la ayuda de ensayos específicos como los descritos anteriormente. Para trazar las curvaslímites de conformación que se muestran en las figuras 73 y 74 se han utilizado seis tipos de ensayos:ensayos de tracción sobre muestras lisas, ensayos de tracción sobre muestras entalladas, y los ensayosErichsen, Olsen, Bulge y Swift con distintos lubricantes.Al trazar las curvas límites de conformación, se admite que las trayectorias de conformación sonrectilíneas, es decir que la relación ε1 y ε2 es constante. Prácticamente, las deformaciones principalesse miden con ayuda de rejillas, generalmente de motivos circulares entrelazados, de dos milímetros dediámetro impreso sobre la pieza mediante grabado electroquímico. La medida propiamente dicha serealiza con un aparato óptico tipo proyector de perfiles con un aumento del orden de diez. Sin embargo,estudios recientes han demostrado la influencia de las trayectorias de deformación sobre la posición dela curva límite de conformación.Si la deformación se hace siguiendo las secuencias “estrechamiento, después expansión”, “tracciónuniaxial, después expansión” y “tracción plana, después expansión”, los valores de ε1 en la apariciónde la estricción son mayores que los previstos por la curva límite obtenida por ensayos directos. Por elcontrario, si la deformación se hace siguiendo las secuencias “estrechamiento, después tracciónuniaxial” y “tracción plana, después tracción uniaxial”, los valores de ε1 son bastante más flojos quelos obtenidos por las trayectorias directas.

5.3.2 – Estampado en frío de los productos largosLos productos largos de acero inoxidable también se conforman, en frío, por deformación plástica. Lostornillos, pernos, remaches, etc. constituyen la mayor parte de los productos realizados por estampadoen frío. En efecto, esta técnica presenta grandes ventajas en cuanto a la mecanización o al decoletaje: alta productividad escasa pérdida de materia productos con elevadas características mecánicas gracias al fenómeno de endurecimiento porconformación en frío.Los procedimientos utilizados se clasifican en dos categorías: procedimientos que provocan el ensanchamiento del metal; son las técnicas de recalcado. procedimientos que entrañan una reducción de la sección inicial del producto, es decir, extrusión yfileteado.

5.3.2.1 – Características del estampado La operación del estampado puede estar caracterizado por un cierto número de parámetros: RegruasamientoEl regruasamiento C está definido por la relación C = Ho/H, donde Ho representa la altura inicial y H,la altura final.El retorno elásticoEn las operaciones de estampado, se constata que la altura de la pieza acabada es mayor que lainicialmente prevista. Este fenómeno se debe esencialmente al retorno elástico del acero inoxidable. Elretorno elástico aumenta con el regruasamiento, y a partir de un coeficiente de regruasamiento C=3,empieza a ser sensible. El retorno elástico es más débil en el estampado lento que en el rápido.Regruasamiento teórico y realEl retorno elástico influye sobre el trazado de las curvas de endurecimiento por deformación en frío. Loque se observa en realidad es el regruasamiento Cr = Co / (1 + R).Cr , representa el regruasamiento realCo , representa el regruasamiento teóricoR, representa el retorno elástico.En la práctica, el regruasamiento varía de 2 a 4. Para piezas con regruasamiento elevado, se utilizantipos poco endurecidos por conformación en frío.



5.3.2.2 – Elección de los tiposEn el curso de la deformación en frío, la aleación se endurece, lo que produce un endurecimiento y unadisminución de la ductilidad residual. El endurecimiento por deformación en frío es importante y laenergía necesaria para la deformación es grande. Esta energía es proporcional al área bajo la curva detracción racional σ = f (ε). Para limitar el endurecimiento por deformación en frío, se utilizan tiposcuya tasa de consolidación n sea la más ligera posible. La tasa de consolidación disminuye si aumentanlos contenidos en níquel de la curva.En función del regruasamiento C, se observan los retornos elásticos dados por la fórmula:R = (HR – HT) / HT x 100 en (%)HR, representa la altura realHT, representa la altura teórica,En la tabla 33 se señalan los valores calculados con esta fórmula, siempre que los ensayos realizadossobre una prensa mecánica permiten un retroceso libre.

Tabla 33: Retorno elástico en función del regruasamiento para diferentes aceros inoxidables

RegruasamientoC R (%)X6Cr17 /1.4016 X3CrNiCu1894 /1.4567 X4CrNi1812 /1.4303 X5CrNi1810 81.43012 0 0,4 0,8 0,93 2,3 3,6 4,2 4,74 6,4 8,9 10 10,26 24,3 31,0 32 33

Los tipos indicados en la tabla 32 son los más utilizados. Además de los criterios antes definidos(regruasamiento C y consolidación), se busca que la energía necesaria para la deformación, sea la másescasa posible. En efecto, se demuestra que para una energía de deformación del orden de 450 x 103julios con el tipo X5CrNi1810, sólo se obtienen 410 x 103 julios con el tipo X3CrNiCu1894, siendola relación de las energías de deformación prácticamente iguales a las de las tasas de consolidaciónrespectivas.

La deformación lateralEs un fenómeno bien conocido, cuando relación : altura (H) / diámetro (D) es superior a 3.Depende poco del tipo y no está en función del regruasamiento. Si se designa la relación de estrechadopor:R = (D² d² ) / D² x 100donde d, designa el diámetro inicial y D, el diámetro final, se demuestra que, prácticamente, no debepasar del 40%.

5.4 Aplicación por deformación en caliente

Para llevar a cabo las aplicaciones por deformación en caliente, es indispensable tener en cuenta laspropiedades físicas así como las características mecánicas a altas temperaturas de los acerosinoxidables. Si se comparan con los aceros al carbono, tienen diferencias importantes. Como suconductividad térmica es pequeña, en general, habrá que cuidar que los aumentos de temperatura seanprogresivos.Sus características mecánicas en caliente permanecen elevadas, por lo que es necesario dimensionar enconsecuencia, los utillajes.Cuando la aplicación se realice a partir de una pieza bruta de fundición en lingote, su estructurasegregada impone un calor de homogeneización suficientemente largo para recuperar una estructurahomogénea.La tendencia al crecimiento del grano de ciertos tipos (sobre todo los aceros ferríticos), impone uncontrol estricto de la temperatura.

5.4.1 Deformación en caliente de los aceros martensíticos y ferríticosEn los tipos martensíticos, las temperaturas de forja están comprendidas entre 1100 y 1250ºC. Mientrasque el afino del grano en los aceros martensíticos es posible porque sufren una transformación duranteel tratamiento térmico, no ocurre lo mismo en los aceros ferríticos cuyos granos obtenidos durante elforjado se conservan definitivamente.En los aceros martensíticos se aprecia una subida lenta de la temperatura, hasta 700800ºC. Después, el



calentamiento será rápido hasta 11001250ºC, y no se debe superar la temperatura de 1250ºC. Lostrabajos en caliente se deberán efectuar con aire en calma. Para que el enfriamiento sea losuficientemente lento y al abrigo de las corrientes de aire, se deberá efectuar en el horno hasta unatemperatura de 150200ºC. La fase de enfriamiento final se podrá hacer al aire libre.

Las operaciones de deformación en caliente de los aceros ferríticos se aplican generalmente a laschapas gruesas. Según su contenido en cromo (de 11 a 29% de cromo), la deformación se practicaráentre 850 y 1100ºC. Durante el enfriamiento, en algunos tipos, existe un riesgo de sensibilización porprecipitación de carburos de cromo en las uniones de los granos. Para evitarlo, el enfriamiento deberáser rápido. En caso contrario, habrá que realizar un tratamiento térmico de endurecimiento entre 750 y850ºC seguido de un enfriamiento rápido al aire o con agua.

5.4.2 Deformación en caliente de los aceros austeníticosEn los aceros austeníticos, la deformación en caliente se practica entre los 950 y 1300ºC. En lasoperaciones de forjado propiamente dichos, la temperatura de inicio de la operación se sitúa entre1150ºC y 1250ºC, y la temperatura final de la operación debe ser superior a 900ºC. La forjabilidadresulta afectada negativamente por la presencia, incluso débil (algunas decenas de ppm) de elementostales como el plomo, bismuto, estaño y antimonio. Sin embargo, la presencia de un elemento como elboro en contenidos inferiores a 50 ppm tiene un efecto favorable. El aumento de pequeñas cantidades(inferiores al 0,10%) de “metales mezclados” (aleación de cerio – lantano) también tiene un efectofavorable.Las cinéticas de calentamiento y refrigeración tienen también una importancia primordial. Si lasvelocidades de calentamiento y refrigeración son lo suficientemente rápidas, el riesgo de formación decarburos de cromo entre 500 y 900ºC es casi nulo. En esas condiciones, se admite que el enfriamientoes parecido a un hipertemple. Si no ocurre así, habrá que realizar un hipertemple, que consiste encalentar y mantener a 1100ºC, seguido de un enfriamiento muy rápido hasta la temperatura ambiente.En las operaciones en caliente como el matrizado y el estampado, habrá que tener en cuenta la granrigidez en calor de los aceros austeníticos y en habilitar en consecuencia las herramientas y máquinas.La conformación en caliente de los aceros austeníticos por plegado y embutición es bastante rara. Pormotivos evidentes (ausencia de degradación en el estado de la superficie), se prefiere la conformaciónen frío. Sin embargo, cuando sea necesario, habrá que respetar las temperaturas antes indicadas. Elcalentamiento se suele efectuar con llama, y se vigilará que no sea reductora (riesgo de carburación)sino ligeramente oxidante. También se vigilará que la superficie del material no esté contaminada porcuerpos orgánicos que por el calor puedan provocar una carburación localizada.

5.4.3 – Deformación en caliente de los aceros austeno – ferríticosLa deformación en caliente debe hacerse imperativamente a más de 950ºC; el límite superior es de1.150ºC. Si se va a mantener la temperatura entre 950 y 1100º C durante toda la deformación y si elenfriamiento posterior es rápido, no hace falta realizar un tratamiento de hipertemple. En casocontrario, es indispensable practicar este tratamiento después del calentamiento y mantenerlo entre1100ºC y 1150ºC.

5.5 Ensamblaje

Los aceros inoxidables se sirven bajo la forma de semiproductos. Fundamentalmente son productosplanos (bobinas, flejes, chapas), productos largos (barras, alambres), tubos y piezas moldeadas oforjadas. Luego, estos semiproductos se cortan, y se aplican, después de ensamblarlas, por lostransformadores como hemos descrito en el párrafo 13 (los grandes campos de utilización). Elensamblaje constituye uno de los componentes principales de los procesos de aplicación (ver capítulo5: aplicaciones).

5.5.1 – Soldadura (17,49)Hay cantidad de procedimientos de soldadura que se pueden aplicar a los aceros inoxidables. En latabla 34 se indican los principales.

Tabla 34: Principales procedimientos de soldadura aplicados a los aceros inoxidables

Procedimientos con arco eléctrico Procedimientos por resistencia e inducción Procedimientos porenergía de radiación Con electrodo refractario:



GTAW o TIG o WIG PAW (plasma)

Con electrodo fusible

GMAW o MIG SMAW (electrodo revestido SAW (bajo flujo sólido) FCAW (alambre hueco) Por resistencia pura (efecto joule)

Por puntos Por roldana Por resalte

Por chisporroteo (soldadurade puntos) Por inducción HF (alta frecuencia ) y MF (frecuencia media) Láser Por haz de electrones

Nota: Las siglas utilizadas en esta tabla, son explicadas en los párrafos siguientes:Los distintos tipos de acero inoxidable sufren algunas modificaciones estructurales, según sean lasoperaciones de soldadura, y sobre todo, el procedimiento utilizado. En la tabla 35 se resumen algunasrecomendaciones.

Tabla 35: Características “metalúrgicas” de las uniones soldadas, en función del tipo de aceroinoxidable

Tipo de acero inoxidable Principales características de la unión soldada en el estado bruto de soldadura,y recomendacionesMartensítico10,5 – 13% Cr0,10 – 0,5% C Sensible a la fisuración martensítica (en función de sus contenidos en carbono ehidrógeno, y del nivel de tensión) por debajo de 400ºC, y se recomienda: Generalmente se necesita un precalentamiento (200300ºC); Empleo de productos de aporte bajos en hidrógeno; Suele ser necesario un calentamiento posterior (300ºC) Resistencia a la rotura y dureza elevada, salvo para los tipos con poco carbono Buena tenacidad, sobre todo para los tipos con bajo carbono

Semi ferrítico17% Cr0,04% C Sensible a la fragilización por crecimiento del grano, a temperaturas superiores a 1150ºC(prohibido el precalentamiento). Tenacidad y ductilidad mediocres (sobre todo en la zona afectada por el calor – ZAT). Un tratamiento térmico postoperatorio (a 800ºC) restaura las características mecánicas y la

resistencia a la corrosión intergranular)Ferrítico1730% Cr0,02% CEstabilizador: Ti, Nb Sensible a la fragilización por crecimiento del grano a temperaturas superioresa 1150ºC (prohibido el precalentamiento) Ductilidad correcta y tenacidad mejorada, en relación con los tipos semiferríticos; Generalmente insensible a la corrosión intergranular

Austenítico18% Cr – 8% Ni0,05% C Estructura totalmente austenítica

Sensible a la fisuración con calor (se manifiesta durante la solidificación) Buena resistencia a la corrosión intergranular en los tipos estabilizados o bajos en carbono. Muy buena tenacidad y ductilidad

Estructura austenítica con algo de ferrita

Insensible a la fisuración con calor



Buena resistencia a la corrosión intergranular en los tipos estabilizados o bajos en carbono Riesgo de fragilización por descomposición de la ferrita en fase sigma, entre 550 y 900ºC, después

de mantenimientos largos, se pueden asociar a la soldadura de chapas gruesas (un mantenimiento de1000 horas a 650ºC es casi equivalente a un mantenimiento de 10 horas a 750ºC).Austeno – ferrítico22% Cr – 5% Ni3% Mo – 0,02% C Estructura austenoferrítica insensible a la fisuración en caliente Muy buena tenacidad y buena ductilidad en una gama de temperaturas entre –40ºC / +275ºC Sensible a un fenómeno de fragilización (fase sigma) después de un mantenimiento entre 500 y

900ºC Mantenimiento del equilibrio de las fases ferrita/austenita por un enfriamiento controlado

5.5.1.1 – Soldadura con arco* Procedimiento GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) o TIG (Tungsten Inert Gas) o WIG (Wofram Inert Gas)En este proceso, la energía necesaria para la fusión del metal la suministra un arco cargado ymantenido entre un electrodo refractario (aleación de tungsteno) y la pieza a soldar, en el seno de unaatmósfera inerte (figura 75).La soldadura de los aceros inoxidables se realiza siempre con corriente continua en polaridad directa(polo negativo del generador conectado al electrodo). En estas condiciones, la pieza está sometida albombardeo electrónico, mientras que el electrodo refractario se usa poco. La soldadura se puede realizar manualmente (teniendo el portaelectrodo en la mano) o de maneraautomática. El flujo de gas inerte que protege la zona del arco de la atmósfera ambiental, permiteobtener un arco muy estable.En la soldadura manual, normalmente se utiliza argón puro. Las mezclas argónhelio se utilizan cuandose busca un compromiso entre la estabilidad del arco y la facilidad de arranque que produce el argón, yla penetración, velocidad de soldadura y densidad que vienen dados por el helio. Las mezclas de estetipo resultan convenientes para los aceros austeníticos, ferríticos y martensíticos. Las mezclas de argóne hidrógeno se utilizan mucho en la soldadura de los aceros inoxidables austeníticos. Sin embargo,están prohibidas para soldar aceros inoxidables ferríticos, martensíticos y austenoferríticos, pues lapresencia de hidrógeno en el baño de fusión puede provocar la fragilización de la unión soldada.Para la soldadura sin metal de aporte de los aceros inoxidables austenoferríticos, se suele utilizar unamezcla de argónnitrógeno en el portaelectrodo con el fin de mantener el equilibrio ferritaaustenita enla unión soldada; el nitrógeno es un poderoso elemento gammágeno.En cuanto al gas de protección inversa, el más utilizado es el argón. También se puede utilizar elnitrógeno como protección inversa, en la soldadura de los aceros inoxidables austeno ferríticos oausteníticos, cuando se quiere disminuir el contenido en ferrita en la raíz de la unión soldada.Los productos de aportación utilizados se presentan en forma de varillas desnudas para la soldaduramanual, o en forma de alambre en bobina para la soldadura automática.El procedimiento GTAW se adapta bien a la soldadura automática, por dos motivos: por su ligero desgaste del electrodo; por un arco muy estable.El problema de la automatización se reduce al desplazamiento del arco a lo largo de la unión a unavelocidad elegida y en mantener constante esa velocidad. Siempre hay que preparar cuidadosamentelos bordes a unir y, en caso de utilizarse, tener una velocidad regular al introducir el alambre deaportación.* El procedimiento Plasma PAW (Plasma Arc Welding), el procedimiento del plasma deriva delprocedimiento GTAW, presentando una diferencia esencial, y es que el arco está encerrado. Gracias aese confinamiento del arco eléctrico, se obtiene un chorro gaseoso ionizado (plasma) perfectamenteconductor de la corriente eléctrica. Por eso la energía disponible está muy concentrada y se alcanzantemperaturas muy elevadas.El chorro de plasma que es muy estrecho, no puede asegurar una correcta protección del baño defusión; por eso es necesario añadirle una protección gaseosa anular de mayor diámetro (figura 76).Los gases utilizados son los mismos que los que se usan en el procedimiento GTAW, ya sea gasplasmágeno o gas de protección, también llamado gas anular. Para la soldadura de los tipos austeníticos se recomiendan las mezclas hidrogenadas. Igual que en elcaso de la soldadura GTAW están prohibidas para soldar los tipos martensíticos, ferríticos y austenoferríticos. En el caso de estos últimos, se recomienda añadir nitrógeno para mantener el equilibrioferrita – austenita en la unión soldada.En relación al procedimiento GTAW, la principal ventaja del método de plasma reside en la señaladaestabilidad del arco eléctrico. Esto significa: un arco rígido que permite dominar el aporte de energía; buena tolerancia a las variaciones de distancia entre la extremidad de la boquilla y la pieza, sinmodificar sensiblemente la morfología del cordón de soldadura; una zona afectada térmicamente (ZAT) más estrecha y mayores velocidades de soldadura; mayor tolerancia frente a los defectos de preparación.



* Procedimiento GMAW (Gas Metal Arc Welding) o MIG (Metal Inert Gas)En este proceso, y al contrario que en el proceso GTAW, el electrodo es consumible. De hecho, se tratade un procedimiento con arco eléctrico bajo protección gaseosa en el que el arco se instala entre unelectrodo continuo fusible y las piezas a unir (figura 77).La soldadura de los aceros inoxidables se efectúa siempre en corriente continua en polaridad directa(polo positivo en el electrodo). En estas condiciones, el electrodo continuo es el que se somete albombardeo electrónico. Así se favorece la fusión.El portaelectrodo de soldadura puede estar en forma manual (llamado sistema “semi automático” ofijado sobre un carro (llamado sistema “automático”).Una de las características del procedimiento es la transferencia del metal en el arco.Fundamentalmente, se distinguen tres modos de transferencia: la transferencia por cortocircuito. Está asociado a pequeñas densidades (amperios/mm²) de la

corriente de soldadura. La fusión se realiza por gotas gruesas cuyo tamaño puede traspasar el delelectrodo continuo; la transferencia en vuelo libre con fusión globular. Se asocia a densidades de corriente intermedias;

como en el caso anterior, la fusión se hace por gotas gruesas; la transferencia por pulverización. Cuando se alcanzan densidades de corriente elevadas, la fusión

del alambre se hace por gotitas finas.Los gases de protección utilizados deben ser inertes o ligeramente reductores, muy ligeramenteoxidantes. Las principales mezclas gaseosas son: las mezclas argón – oxígeno: el oxígeno en contenidos mínimos hace disminuir la tensión superficial

del metal líquido y aumenta la estabilidad del arco. Se observa un buen remojado del cordón de lasoldadura. En la práctica, el contenido en oxígeno se limita al 2%. las mezclas argón – CO2 : el CO2 tiene sobre la transferencia unos efectos similares a los del

oxígeno. Su poder oxidante es mucho más ligero que el del oxígeno, y su contenido máximo en lamezcla puede llegar al 3%. Por otra parte, se demuestra que el enriquecimiento de carbono que seprovoca en el metal depositado permanece inferior al 0,01% en este mismo valor de 3%; las mezclas argón – CO2 – hidrógeno : estas mezclas tienen una composición media del 95% de

argón, 3% de CO2 y 2% de hidrógeno. Procuran una excelente estabilidad del arco y no provocan unenriquecimiento considerable del carbono. Por el contrario, su contenido en hidrógeno es losuficientemente elevado como para desaconsejar su empleo en la soldadura de los aceros inoxidablesmartensíticos y ferríticos; las mezclas argón – oxígeno – nitrógeno, y argón – CO2 – nitrógeno : en la soldadura de los aceros

austeníticos con nitrógeno y de los aceros inoxidables austeno ferríticos, se puede añadir nitrógeno paraminimizar las pérdidas de nitrógeno en el metal fundido. En estos últimos, ya se conoce el importantepapel que juega el nitrógeno en el equilibrio de austenita/ferrita de la estructura.

* Procedimiento con alambre hueco : FCAW (Flux Cored arc Welding)Una de las variantes del procedimiento GMAW es la soldadura con alambre hueco, en el que el hiloestá constituido por una funda en acero inoxidable (envoltura) en cuyo interior se introduce un flujosólido y que tiene un papel análogo al del revestimiento de un electrodo revestido para soldaduramanual (figura 78). El principal interés del procedimiento del “alambre hueco”, es que reúne las ventajas del electrodorevestido (presencia de escoria) y los inherentes a un procedimiento automático o semi automático dealta productividad gracias al devanado continuo del hilo.Por último, hay que anotar que aunque la protección gaseosa se asocia siempre al procedimientoGMAW, hay unos alambres huecos que funcionan sin una protección gaseosa de origen externo; laprotección la genera el flujo del alambre hueco y de ahí viene el término que se utiliza a veces: alambrehueco “autoprotegido”.* Procedimiento con arco bajo flujo sólido: SAWS (Submerged Arc Welding)Se utiliza casi exclusivamente en la soldadura automática, en la que se ponen en fusión uno o varioshilos continuos bajo la protección de un flujo para soldar que también entra en fusión y que recubrecompletamente el baño de soldadura en forma de escoria (figura 79).La corriente de soldadura suele ser continua, estando el polo positivo conectado al electrodo continuo(polaridad inversa).La elección del flujo de soldadura es importante.Para los aceros inoxidables, se utiliza generalmente unos flujos básicos cuya composición tipo es:25% λ adhesivo La preparación de las superficies, previa al encolado, tiene por objeto obtener una buena impregnación.Para esto, se puede recurrir a varias técnicas que, esencialmente son: la preparación mecánica, limpiezay tratamiento químico. El tratamiento mecánico tiene por objeto aumentar la rugosidad y facilitar así elanclaje mecánico de la cola.La preparación mecánica consiste, generalmente, en un chorreado con arena, con partículas abrasivas(silicio, alúmina) o una abrasión con bandas o ruedas abrasivas. El abrasivo debe tener una base dealúmina (corindón), de carburo de silicio (carborundo) o de óxido de circonio. Después de la operaciónde arenado o de abrasión, hay que eliminar cualquier residuo del abrasivo.



La preparación de la superficie se puede limitar a una limpieza destinada a eliminar los elementosextraños que hayan contaminado la superficie de acero inoxidable. Para esto, se utiliza un desengraseen baños alcalinos calientes, o un desengrase por disolventes. En ambos casos, a la operación delimpieza le seguirá un aclarado abundante con agua pura.Los tratamientos químicos son básicamente de dos tipos:a. decapado en baño ácido que puede ser de tipo fluonítrico;b. decapado y tratamiento de anodización en un medio nítrico o sulfocrómico

5.5.3.3 – Diseño de las uniones adhesivas.Para efectuar una unión adhesiva que ofrezca un buen servicio, hay que observar varias reglas básicas.La unión sólo se debe someter a esfuerzos de tracción – corte, incluso de compresión. Quedanprohibidas todas las exigencias de pelado o corte. Hay que determinar el aire de las superficies a pegar,de manera que tenga un recubrimiento suficiente. En las colas de “alto rendimiento”, el recubrimientopuede estar limitado a 1530 veces el espesor de los substratos metálicos. Para las demás colas, elrecubrimientos será de 100 veces.Si se llama e (mm) al espesor de los substratos, Rp (N/mm²) a su límite de elasticidad, y τ (N/mm²) a laresistencia al cizallamiento del adhesivo, la longitud del recubrimiento vendrá dada por la fórmulaL = Rp . e / τAsí, para los substratos en acero inoxidable austenítico X5CrNi1810/1.4301, de 0,5mm de espesor, ypara una cola cuya resistencia al cizallamiento sea de 20N/mm², será : L = 320 x 0,5 / 20 = 8mm.Es necesario, igualmente, optimizar el espesor de los substratos metálicos y el de la unión encoladasobre el plano de la estabilidad mecánica, de manera que la resistencia de la unión pegada se adaptebien a las tensiones de servicio y evitar cualquier efecto de fisuración. En los pegamentos concaracterísticas mecánicas altas (colas epoxídicas), el espesor de la junta encolada será de 0,2mm. Sinembargo, en determinados adhesivos flexibles, sobre todo las masillas, es normal un espesor de 2,0mm.

5.5.3.4 – Características mecánicas de las uniones adhesivas.La principal característica mecánica de una unión adhesiva es su resistencia a la rotura. Para ser tenidoen cuenta, siempre tendrá que ser de tipo cohesivo (es decir, en la unión adhesiva) respecto a una roturaadhesiva que se produce en el intervalo metal / pegamento.Con diferentes tipos de colas y adhesivos, se han obtenido los siguientes resultados con aceroinoxidable austenítico X5CrNi1810/1.4301, acabado 2B, cuya rugosidad Ra era de 0,03 a 0,2 µm.Con una cola acrílica reticulante a temperatura ambiente, durante un tiempo mínimo de 20 minutos, laresistencia al cizallamiento estuvo alrededor de 13 N/mm², sea cual sea la preparación de la superficie;el espesor de la junta adhesiva era de 200 um.Con una cola de poliuretano reticulante a temperatura ambiente, durante un tiempo mínimo de 2 horasbajo presión de contacto, o de 48 horas sin presión de contacto, la resistencia al cizallamiento fue de 12N/mm² con una imprimación previa. Con este tipo de adhesivo, los valores más corrientes suelen sersólo de unos 2 N/mm².Con la gama de adhesivos epoxídicos, se pueden lograr resistencias de cizallamiento de 30 N/mm² parajuntas cuyo espesor sea de unos 0,2 mm. A temperatura ambiente, el tiempo de reticulación va de 48horas, hasta varios días. A temperaturas comprendidas entre 100 y 170ºC, el tiempo de reticulación sereduce a algunas decenas de minutos.En las masillas (poliuretanos, siliconas), la resistencia al cizallamiento varía de 1 a 3 N/mm². Porcontra, estos adhesivos permiten realizar uniones encoladas gruesas, cuyo espesor sea superior almilímetro.

5.5.4 – Las uniones mecánicasLos procedimientos de unión, como la soldadura, la soldadura blanda, y el pegado que se aplican en losaceros al carbono, se pueden aplicar también en los aceros inoxidables. Sin embargo, hay queasegurarse que las superficies en contacto no van a originar un fenómeno de corrosión galvánica. Paraevitarlo, las piezas a unir deben ser del mismo tipo de acero inoxidable, o que el potencial libre entrelos dos materiales no exceda de 50 mV (ver párrafo 3.5.1 – Resistencia a la corrosión galvánica).Además, en este tipo de unión, hay que vigilar el equilibrio de las superficies anódica y catódica; unasuperficie anódica débil tiene un efecto perjudicial.

5.5.4.1 – Atornillado Se fabrican tornillos de acero inoxidable de todos los tipos; cuando se desea una gran resistenciamecánica se utilizan los de acero martensíticos con 13% de cromo.Los diferentes productos (tornillos y bulones) se fabrican por tres procedimientos:Por decoletaje, es decir por mecanización, por deformación en frío (estampado y extrusión másestampado) y por estampación en caliente.Hay que hacer notar que la tornillería y bulonería, realizadas por deformación en frío, permiten obtenercon determinados aceros inoxidables, que tienen una capacidad de consolidación elevada, unas



características mecánicas de alta resistencia.

5.5.4.2 – RemachadoEl remachado se realiza casi exclusivamente en frío con ayuda de remaches cuyo diámetro máximo esde unos 5,0 mm.Los productos principales son mayoritariamente en acero austenítico, y se sirven en forma de remachesplanos de cabeza redonda, remaches tubulares y remaches tubulares POP, cuando una de las dos carasno está accesible.Se aconseja diseñar las uniones de manera que los remaches trabajen por cizallamiento y evitaresfuerzos de tracción.

5.5.4.3 – El junquilloEl junquillo es una técnica de unión muy reciente que puede, en algunos casos, sustituir con éxito alremachado o a la soldadura por puntos. El principio se indica en la figura 89.Teniendo en cuenta su gran capacidad de deformación, se aplica a los aceros inoxidables. Como setrata de un procedimiento “en frío”, no provoca modificación de la estructura ni altera el estado de lasuperficie. La unión, que se realiza con un recubrimiento de las chapas, puede generar la formación deun espacio cerrado propicio para iniciar un fenómeno de corrosión intersticial. Para prevenir esteriesgo, se le añade un pegamento que permite obtener una junta hermética.Este tipo de unión se ha realizado con tipos ferríticos X2CrTi12/1.4512 y X6Cr17/1.4016, y elaustenítico X5CrNi1810/1.4301. Los espesores máximos son de 1,5mm en los tipos ferríticos, y de1,0mm en los austeníticos. Para estos últimos, los utillajes deben estar diseñados teniendo en cuenta elretorno elástico. En lo que concierne al esfuerzo del troquel, en relación con el acero al carbono, será1,5 veces mayor en el acero inoxidable ferrítico X6Cr17/1.406 y el doble en el acero inoxidableaustenítico X5CrNi1810/1.4301.

5.5.4.4 – EngarceSe trata de una forma de unión en la que una o las dos extremidades de las chapas a unir están plegadasa 180º para realizar la unión. En la figura 90 se muestra el principio de engarce simple o doble. Pararealizarlo, la mayoría de las veces se utiliza una perfiladora con un equipo de rodillos.Igual que el junquillo, permite realizar uniones heterogéneas, por ejemplo, el de una pieza de aceroinoxidable austenítico X5CrNi1810/1.4301 fuertemente embutida con una pieza de acero inoxidableferrítico X6Cr17/1.4016 poco conformado y cuya resistencia a la corrosión ante el medio seasuficiente.

5.5.4.5 – El mandrinadoEl mandrinado consiste en fijar de manera rígida y hermética la extremidad de un tubo deintercambiador en el interior de una placa tubular (figura 91).Los tubos de acero inoxidable utilizados en estas operaciones de mandrinado pertenecen, no sólo a lafamilia de los austeníticos, sino también a los ferríticos de los tipos X3CrTi17/1.4510 (evaporadores deazucareras) y X2CrMoTi294/1.4592 (intercambiadores de “agua de mar”).

Los juegos iniciales entre el diámetro exterior del tubo y el diámetro interior de la placa tubular, varíanentre 0,2mm en los tubos de diámetro pequeño, y 0,4mm a partir de un diámetro de 30mm. Existen trestipos de unión por mandrinado; el escariado liso, el ranurado, y el liso con ensanchamiento de laextremidad del tubo. Con este tipo de unión, se suele asegurar la estanqueidad a presiones internashasta 50 bares y temperaturas de hasta 150ºC.

5.6 – Tratamiento térmico de los aceros inoxidables

En este capítulo se puede remitir también, a la sección de materiales metálicos.Los tratamientos térmicos confieren a los aceros inoxidables las propiedades adecuadas para suempleo, es decir, se trata esencialmente, de las características mecánicas (ductilidad, tenacidad ydureza) y de la resistencia a la corrosión. Los tratamientos térmicos son específicos para cada familiade aceros inoxidable;En el párrafo 2.3, se indican los de los aceros inoxidables martensíticos. Con estos tipos, lo que sebusca esencialmente, es una dureza elevada, así como una buena resistencia a la corrosión.Con los aceros inoxidables ferríticos, conviene distinguir entre los que permanecen ferríticos en todo elintervalo de temperatura y los llamados semiferríticos, que forman hasta el 30% de austenita encaliente; ésta se transforma en martensita durante el enfriamiento. Además, en los tipos noestabilizados o semiferríticos, el mantenimiento a temperaturas comprendidas entre 900 y 950ºC,seguido de un enfriamiento lento, entraña la precipitación de carburos de cromo en las juntas de losgranos, lo que origina una sensibilidad a la corrosión intergranular.La ductilidad y la resistencia a la corrosión de estas aleaciones se restauran mediante un calentamientoseguido de un mantenimiento entre 750 y 850ºC. El tiempo de mantenimiento está en función del



espesor del material. Generalmente se aconseja de uno a dos minutos por milímetro de espesor. Encualquier caso, el enfriamiento deberá ser rápido para evitar el riesgo de fragilización a 475ºCprovocado por una disolución del cromo en la matriz ferrítica. Los tipos ferríticos con 11% de cromoson prácticamente insensibles a este fenómeno, y los que tienen 17% de cromo sólo lo son ligeramente,mientras que los superiores al 25% de cromo son muy sensibles.Los tipos que contienen más del 25% de cromo son sensibles también a la formación de fase σ entre500 y 800ºC. Para eliminarla, hay que efectuar un tratamiento térmico a 1000ºC, durante una mediahora, y después enfriarlo rápidamente.

Las aleaciones semiferríticas con 17% de cromo poseen un dominio ferrita – austenita entre 850 y1100ºC. Si la aleación ha sido mantenida a esa temperatura durante su aplicación (soldadura), habráuna presencia de martensita en el estado final, es decir a temperatura ambiente. De hecho, lafragilización debida a la martensita es muy relativa y es menos perjudicial que la presencia de carburosde cromo intergranulares, que no sólo afectan a la resistencia a la corrosión, sino que provocan unadesunión de los granos, cuando las tensiones son elevadas. La fragilización de las aleacionessemiferríticas con 17% de cromo, por precipitación de carburos, nitruros y carbonitruros de cromoaparece después de un mantenimiento por encima de 900 o 950ºC.Para restaurar el estado inicial, después de estas modificaciones estructurales, conviene aplicar untratamiento térmico entre 750 y 850ºC.Para evitar estos fenómenos y no tener que aplicar estos tratamientos térmicos, hay que utilizar un tipoferrítico estabilizado; en el párrafo 2.4.2 se ha descrito el principio de la estabilización. Sin embargo,en el caso de los aceros inoxidables ferríticos estabilizados que guardan su estructura ferrítica en todoel intervalo de temperatura, se puede aplicar un recocido entre 800 y 1000ºC con el objeto de acelerarel fenómeno de restauración o de recristalización.En el caso de los aceros inoxidables austeníticos hay que distinguir entre los tipos bajos en carbono(C< 0,03%) y los de mayor contenido (C ≈ 0,06%) susceptibles a ser sensibilizados como resultado deuna aplicación (por ejemplo, después de la soldadura). En este caso, el tratamiento que se le debepracticar es un hipertemple. Tiene por objeto obtener a temperatura ambiente, una estructuraaustenítica homogénea. Para realizarlo, se calienta la aleación entre 1000 y 1150ºC; se mantiene de unoa tres minutos por milímetro de espesor, seguido de un enfriamiento muy rápido en aire o agua.En los tipos austeníticos bajos en carbono, las uniones soldadas, en el estado bruto de soldadura, no sonsensibilizadas y desde este punto de vista, no es necesario practicar un hipertemple. Sin embargo, lasuniones soldadas contienen algunos porcentajes de ferrita que necesitarán, en algunos casosespecíficos, de un hipertemple para perderla.Las operaciones de soldadura pueden provocar tensiones residuales que habrá que eliminar o reducirpor un tratamiento de distensionamiento. Existen dos tipos de tratamiento de distensionamiento. El primero tiene la ventaja de no provocarmodificaciones de tipo metalúrgico. Se trata de un tratamiento largo entre 200 y 400ºC seguido de unenfriamiento lento. El tiempo de mantenimiento en la temperatura de tratamiento varía entre 10 y 20minutos por milímetro de espesor. El segundo se aplica a los tipos bajos en carbono, insensibles a lacorrosión intergranular. Se trata de un tratamiento corto a 850ºC. El tiempo de mantenimiento atemperatura de tratamiento es de unos 3 minutos por milímetro de espesor, seguido de un enfriamientorelativamente lento.

Para los aceros inoxidables austeno ferríticos, el tratamiento normal es un hipertemple entre 1000 y1150ºC. A menudo, la operación de soldadura destruye el equilibrio ferrita/austenita de la uniónsoldada. Su restablecimiento pasa por un hipertemple a 1050ºC en los tipos sin molibdeno, y a 1100ºCsi tienen molibdeno.Con los aceros inoxidables endurecibles por precipitación, las aplicaciones (soldadura) se realizandespués del temple o hipertemple. El resultado de estas operaciones es que habrá que someter la uniónde la pieza a un tratamiento térmico completo (ver párrafo 2.7).

5.7 Tratamientos de acabado

Afectan esencialmente a las uniones soldadas (y las piezas que hayan sufrido un tratamiento térmico)que, según el procedimiento, pueden estar recubiertas de óxidos. La presencia de estos óxidos significala ausencia de capa pasiva y por lo tanto, una resistencia a la corrosión muy disminuida. Condeterminados procedimientos de soldadura (soldadura por resistencia), la superficie del materialprácticamente no se altera y puede resultar suficiente un cepillado. En caso contrario, hay que procedera un tratamiento de decapado – pasivación.

5.7.1 – DecapadoCuando la unión soldada o el ensamblaje de una pieza está recubierta de óxidos de color, hay queeliminarlos para, posteriormente, volverle a dar a la aleación su carácter pasivo.Se pueden utilizar varias técnicas; éstas son:



Baño de decapadoLa composición tipo es: ácido nítrico al 52% ( 36º Baume) : 100 l, Ácido fluorhídrico a 65% : 20 l defluoruro de sodio : 30 Kg, Agua : 900l. El tiempo de inmersión a una temperatura de 20ºC suele oscilarentre 1 y 3 horas. La temperatura del baño y el tiempo de inmersión deber ser cuidadosamentecontrolados para prevenir la corrosión de las piezas. Después del decapado, se deben aclarar las piezascon abundante agua limpia. Decapado con pasta o gelEl empleo de pastas o geles permiten limitar el tratamiento sólo a las zonas oxidadas. Su composiciónvaría, aunque todas contienen ácido nítrico. Se extiende la pasta o gel con un pincel y después seprocede a un cepillado con un cepillo de acero inoxidable. Igual que en el caso anterior, la operación sefinaliza con un aclarado con agua limpia.

5.7.2 – PasivaciónDespués de la operación de decapado, la aleación no se protege inmediatamente, y hay que reconstruirla capa pasiva para que pueda recuperar su resistencia a la corrosión Baño de pasivaciónSe sumergen las piezas en un baño ácido cuya composición aproximada es: Ácido nítrico al 52% (36ºBaume) : 250 l, Agua : 750 l. Los tiempos de inmersión, a 20º C de temperatura, varían entre ¼ de horay 1 hora. Después de la pasivación, hay que volver a aclarar las piezas con abundante agua limpia. Pasivación con pasta o gelTambién es un método local que permite tratar sólo las zonas previamente decapadas. El producto, abase de ácido nítrico, se extiende sobre las superficies a tratar, y después debe ser eliminadocompletamente por medio de un cepillado (con cepillos de aceros inoxidable o nylon). A continuación,hay que aclarar con agua limpia.

5.7.3 – DescontaminaciónLas diferentes operaciones efectuadas en calderería (cizallado, plegado, conformado,...) pueden dejaren la superficie unas partículas ferrosas que hay que eliminar. Aunque el fin sea diferente, los métodosutilizados para descontaminar son los mismos que para pasivar.

6 FABRICACIÓN DE LOS ACEROS INOXIDABLES

6.1 – Elaboración

En este tratado, también se hace una referencia al aspecto siderúrgico.

6.1.1 – Elaboración en horno de arco (FEA);La elaboración de los aceros inoxidables se efectúa, principalmente, por fusión en un horno eléctrico enarco con revestimiento refractario básico (figura 92)La carga que se introduce en el horno está constituida por chatarras, recortes de acero inoxidableseleccionadas, en función de su composición química (ferrocromo, aleaciones de hiero, ferrosilicio,)y metales puros.La capacidad de un horno eléctrico actual es de unas 100 toneladas de metal líquido. La alimentacióneléctrica de los tres electrodos de carbono cuyo diámetro es de 600mm, está asegurada por untransformador trifásico de 100 MVA.

6.1.1.1. – Afino o descarburaciónLa operación de afino consiste esencialmente en una fase de descarburación seguida de una fase dereducción. La principal dificultad, en el caso de los aceros inoxidables, reside en la necesidad deobtener unos contenidos de cromo elevados (17% Cr para las aleaciones ferríticas y 18% Cr para lasausteníticas) y de unos contenidos en carbono muy bajos (muchas veces, inferiores a 0,030%). Ladescarburación se obtiene siempre por la oxidación del carbono y se consigue mayormente, porinsuflación de oxígeno.Hasta temperaturas de 16001700ºC, la entalpía libre de formación de óxido de cromo Cr2O3 esinferior a la del CO2 (figura 93). La consecuencia de esta situación es que el cromo es fuertementeoxidado y que se encuentra perdido en forma de óxido en el baño antes de que se pueda eliminar elcarbono. En estas condiciones, la única forma de obtener la composición química deseada es aportarcromo, después de la descarburación, bajo la forma de ferrocromo refinado, pero es caro.Sin embargo, se notará (figura 93) que las curvas de entalpía libre Δ G = f(T) de la formación del óxidode cromo 4 Cr + 3O2 → 2. Cr2 O3 y del CO2C + O2 → CO2se cortan hacia 1700ºC; lo que significa que más allá de esta temperatura la situación entre el cromo y



el carbono se invierte. La inyección de oxígeno puro en el baño líquido produce unas reacciones deoxidación rápidas y exotérmicas que entrañan un aumento rápido de la temperaturas hasta 1800 –1900ºC. El afinado se produce en las mejores condiciones ya que el carbono se oxidapreferencialmente al cromo. Así, el desarrollo de la tecnología de “soplado de oxígeno” ha constituidoun progreso importante a partir de finales de los años 60.El método consiste en preparar una carga en función del tipo que se va a producir. La carga comprendelas siguientes materias primas: ferralla, chatarra de acero inoxidable, aleaciones de hierro y metalespuros.Por otra parte, en la carga hay cal viva cuyo papel será el de formar la escoria que fijará el fósforo enforma de fosfato de cal.Al fin de la fusión, la insuflación de oxígeno en la masa en fusión, lleva rápidamente el baño a unastemperaturas de 1800 1900ºC que se sitúan más allá del umbral de afino necesario. Sin embargo, nose puede evitar una oxidación parcial del cromo que será mayor en cuanto más ligero sea el contenidode carbono deseado. Los óxidos de cromo así formados suben a la superficie del baño en la escoria queflota. En este estado, se efectúa un control de la composición química.

6.1.1.2. Desoxidación y desulfuraciónLa segunda fase consiste en desoxidar la aleación en fusión añadiendo ferrosilicio. Esta operaciónpermite eliminar el exceso de oxígeno introducido en la descarburación. En este estado se efectúa “latoma para analizar” que consiste en aportar los elementos necesarios para obtener la composiciónquímica final.Salvo en casos especiales (por ejemplo el de los tipos resulfurados llamados de maquinabilidadmejorada), se pretende obtener unos contenidos en azufre bajos. Esto es necesario para mejorar laresistencia a la corrosión por picaduras.El azufre se elimina del baño líquido por la formación de sulfuro de calcio. Este se obtiene, utilizandouna escoria a base de CaO, por efecto de las siguientes reacciones:CaO ↔ Ca + ½ O2S + Ca ↔ CaSo sea: CaO + 2S ↔ 2CaS + O2Una buena desulfuración necesita desplazar de izquierda a derecha la anterior reacción. Para lograrlo,el contenido de oxígeno de la escoria tiene que se el menor posible, es decir, que es necesario operar enuna condición no oxidante.La fase de descarburación precedente conducía a una escoria muy óxida, por lo que antes de ladesulfuración hay que reducir esta escoria (ciclo de una escoria), o reemplazarla por una nueva (ciclode dos escorias).La operación de desulfuración se facilita y acelera de forma importante derramando la carga del hornoen recipientes previamente cargados con una escoria compuesta de cal y alúmina, que es, comoacabamos de ver, un poderoso desoxidante.Una de las técnicas con más rendimiento para realizar esta operación fue el procedimiento UGINEPERRIN. Consistía en provocar una agitación violenta entre la aleación y la escoria, vertiendo delhorno el acero en fusión desde gran altura y en chorro grueso en el recipiente que contenía la escoriacompuesta de cal y de alúmina previamente fundida en un horno de escoria auxiliar. Esta operación desoldadura blanda entre el acero y la escoria, ambos en estado líquido, permitía formar una emulsión.Los intercambios entre la aleación en fusión y la escoria en fusión eran muy intensos, permitiendo asíuna reducción sustancial de los tiempos de elaboración (prácticamente en relación 1 a 3).

6.1.2 – Procedimientos de afinado bajo presión reducidaLas reacciones de la oxidación del carbono y del cromo, para contenidos en cromo superiores al 9%son:C + ½ O2 ↔ COCr3 O4 ↔ 3 Cr + 2O2 o sea: 4C + Cr3O4 ↔ 4 CO + 3 Crcuya constante de equilibrio K (T), es: K (T) = a4co . a3Cr / a4c . a Cr3 O4donde a representa la actividad de la sustancia anotada en índice.Si se admite que ac y acr son proporcionales respectivamente a los contenidos correspondientes de C yde Cr, expresados en porcentajes, que aco es proporcional a la presión parcial pco y queacrs a Cr3 O4 = 1, viene:% C = Pco [(%Cr)3 / K (T)]1/4Esta expresión demuestra que para obtener un contenido bajo en carbono (%C), K(T) tiene que sergrande, es decir, que la temperatura sea elevada. Esta solución, como se ha indicado anteriormente,provoca una oxidación del cromo tanto más importante cuanto más elevado sea su contenido. Otrasolución consiste en reducir la presión parcial de CO por encima de la presión atmosférica parafavorecer la oxidación del carbono. Los procesos de afino actuales se basan en este principio. Dehecho, según el contenido en carbono que se vaya a obtener y de la temperatura, se impone una presiónparcial de CO de manera que provoque una oxidación preferencial del carbono para prevenir la del



cromo.

6.1.2.1. – Procedimiento AOD (Argón – Oxígeno – Descarburación).La fusión se realiza en un horno eléctrico de arco (FEA) cuya carga contiene cromo y los demáselementos principales (níquel, molibdeno) necesarios para el análisis final. Su contenido en carbonoestá comprendido entre 1 y 3%. La fusión en el horno eléctrico en arco dura entre 2 horas y 2 horas y30 minutos. El metal líquido se vierte inmediatamente en el convertidor AOD (figura 94) que estáformado por una envoltura metálica guarnecida completamente por un refractario, generalmente a basede dolomía. Gracias al anillo de muñones el convertidor se puede inclinar para las operaciones dellenado (metal líquido bruto), de desescoriado (eliminación de la escoria) y de derramamiento (metallíquido afinado) en una cuchara que se transferirá hacia la máquina de colada;El afino se realiza por medio de 3 a 7 toberas a través de las cuales se inyecta una mezcla gaseosa deargón (nitrógeno) – oxígeno, cuya misión es descarburar el acero en fusión.En función de la evolución de la descarburación, la mezcla de argón (nitrógeno) – oxígeno insuflado enel baño la relación O2 / Ar evolucionará de un valor inicial de 3/1 a un valor final de 1/3 hacia 1/9.Así, la reacción de descarburación se produce en cada burbuja gaseosa del baño (figura 95). Ladisolución por argón entraña una presión parcial de CO baja, que puede ser importante paraconcentraciones fuertes de argón. Así se explica la posibilidad de alcanzar contenidos de carbonopequeños. Como ejemplo, para contenidos de cromo habituales, es decir, comprendidos entre 12 y18%, se pueden lograr, de manera industrial, contenidos en carbono de 0,020% hasta 0,010%.Después de la fase de descarburación, sigue la fase de reducción, durante la cual se añade una ciertacantidad de ferrosilicio, estando las toberas alimentadas de argón puro.La soldadura blanda enérgica y la acción de la escoria de fuerte basicidad (ver párrafo 6.1.1.2.)permiten obtener muy bajos contenidos en azufre, corrientemente 0,015%, hasta 0,010%. Además deobtener bajos contenidos en carbono, el sistema AOD permite gran precisión analítica sobre elconjunto de los elementos. El mayor AOD tiene una capacidad de unas 150 toneladas, y la capacidadmás habitual es de 110120 toneladas. En cuanto al tiempo del afinado, es inferior a 90 minutos. Teniendo en cuenta sus notables resultados, el sistema FEA/AOD es utilizado en un 80% para laproducción de acero inoxidable a escala mundial;Los otros tres procedimientos son: el afinado en vacío (ASV), corrientemente llamado VOD (VacuumOxygen Decarburizatio) y el procedimiento CLU (Creusot – Loire – Udeholm).

6.1.2.2 – Procedimiento CLU (Creusot – Loire – Udeholm).El principio es el mismo que el sistema AOD. Sin embargo, la mezcla argón – oxígeno se reemplazaparcialmente por una mezcla de vapor sobrecalentado y de oxígeno durante la fase de descarburación.En el baño, el vapor de agua se descompone en hidrógeno y en oxígeno. El hidrógeno gaseoso hace elpapel de diluyente para disminuir la presión parcial de CO. La descomposición del vapor de aguaproduce un complemento de oxígeno disponible para la reacción de descarburación. Con este sistema,en relación con el sistema convencional AOD, se ahorra prácticamente el 70% de argón en laelaboración del tipo X5CrNi1810/1.4301.La capacidad normal de un convertidor CLU es de unas 100 toneladas. Evidentemente, este modo deafinado presenta un interés mayor cuando existen limitaciones en el suministro de argón.Tecnológicamente, el sistema CLU tiene gran diferencia con el AOD, por el hecho de que las toberasde inyección de la mezcla de oxígeno, vapor de agua, (argón) se colocan en el fondo del convertidor yque la insuflación se hace de abajo hacia arriba, y no lateralmente.

6.2.1.3. – Procedimiento de afino en vacío (A.S.V.)En el procedimiento ASV o VOD, el conjunto del metal en fusión se trata en vacío. Así se obtienenunas presiones parciales de CO muy ligeras; la presión del recipiente en vacío puede reducirse hasta100 Pa.La descarburación es efectuada inyectando oxígeno con la ayuda de una lanza, mientras que se inyectaun poco de gas inerte al nivel de las toberas simples situadas en la base del convertidor.Las principales ventajas del procedimiento VOD son: la obtención de contenido en carbono muy bajo (habitualmente C< 0,01%).Esta facultad presenta un interés real para los aceros inoxidables con alto contenido en cromo (Cr ≅30%) y para determinados tipos austeno ferríticos y “super” austeníticos. La obtención de contenidos muy bajos en azufre (S< 0,002%) La disminución del desgaste de los refractarios próximos a las toberas.

6.1.2.4. – Procedimiento K – OBM – SDesde un punto de vista tecnológico, el convertidor K OMB – S, se diferencia del AOD porque lastoberas implantadas en el fondo del aparato, están orientadas de abajo hacia arriba.En el baño, por la parte central de las toberas, se inyecta una mezcla compuesta de oxígeno y argón(nitrógeno). En su espacio anular, se inyecta una mezcla constituida por argón, nitrógeno ehidrocarburo (gas natural CH4 o propano C3H8), para asegurar un mejor enfriamiento de las toberas.



Los hidrocarburos se desdoblan químicamente bajo el efecto de las altas temperaturas del baño,provocando la formación de un movimiento ascendente que protege de la oxidación y la erosión a lasextremidades de las toberas y los refractarios, al mismo tiempo.Actualmente, los convertidores K – OBM – S instalados, tienen una capacidad entre 55 y 125toneladas.

6.1.2.5 – Metalurgia en cucharaEntre los procedimientos de elaboración (A.O.D., C.L.U, KOBML, etc.) y la colada continua, laaleación en estado líquido se puede someter a diversas operaciones metalúrgicas, como:a. aumento de elementos estabilizantes como el titanio y niobio, protegidos del aire mediante unatécnica de alambre hueco;b. desoxidación del baño líquido, añadiendo aluminio, calcio, ciertas tierras raras ... protegidos del airemediante la técnica de alambre hueco;Esta operación, de capital importancia, afecta directamente a la propiedad inclusionaria del material, ypor lo tanto, a su capacidad de forjado, su resistencia a la corrosión, su soldabilidad, y su mecanización.c. homogeneización del baño, en sus aspectos térmico y analítico, por la inyección de gas neutro(argón), en el ácido de una lanza sumergida, asegurando una soldadura blanda excelente en la cucharaantes de la colada.

6.1.3 Elaboración en horno de inducciónLa mayoría de los aceros inoxidables se elabora en horno de arco y utiliza la secuencia horno de arco –convertidor A.O.D. Sin embargo, el horno de inducción, además de menor capacidad, presenta unamayor adaptabilidad de explotación, y todavía se utiliza en la fundición. Por el contrario, las reaccionesmetálicas son limitadas, ya que sólo dependen, esencialmente, de los cambios entre el revestimiento delhorno y el baño. En estas elaboraciones hay que partir de materias primas y de chatarra elegidacuidadosamente.En algunos casos, el horno de inducción se puede colocar en vacío, pero es una operación cara que sereserva a las aleaciones más nobles, como las superaleaciones.Teniendo en cuenta el hecho de que el horno de inducción no permite más que unas pocas operacionesmetalúrgicas, se utiliza mayoritariamente como horno de refusión relacionado con las operaciones defundición. También se puede proteger la carga por medio de una atmósfera inerte y después someter auna baja presión en el momento de la colada. Los hornos de inducción funcionan generalmente a mediafrecuencia (de 1000 Hz a 30 KHz) y la carga puede alcanzar varias decenas de toneladas (del arco de60T).

6.1.4 – Elaboración en horno de electrodo consumible en vacío – Procedimiento VAR (Vacuum ArcRemelting);El principio de elaboración consiste en refundir una aleación metálica, en forma de un electrodoconsumible, protegido de las posibles contaminaciones de la atmósfera o de los materiales refractariosque constituyen el crisol.El procedimiento en sí mismo presenta grandes similitudes con algunos procedimientos de soldaduraen arco en los que se funde un electrodo consumible dentro de un baño de fusión que se solidifica pocoa poco.El horno está formado por (figura 96):a. en la parte superior, por un porta electrodo que sujeta el electrodo a refundir y asegura su descensoprogresivo en el recipienteb. por un crisol de cobre, refrigerado mediante la circulación de agua y unido al polo positivo de ungenerador eléctrico de corriente continuac. por un dispositivo de bombeado que permite mantener el vacío en todo el crisolEl electrodo está unido al polo negativo de la alimentación de corriente continua.El diámetro del electrodo puede ser superior a 1000mm y su masa, de unas 5 toneladas.El seguimiento de la operación es simple. Después del vacío, la refusión continúa con el cebado delarco eléctrico entre la extremidad del electrodo y el fondo del crisol protegido por una placa metálicade la misma composición química del electrodoCon este sistema, se obtiene una desoxidación muy favorable. Los contenidos en oxígeno en laaleación refundida sólo son de 4 ppm. Aunque es relativamente difícil hacer bajar los contenidos deazufre y fósforo, resulta fácil eliminar algunos elementos indeseables como el cinc, magnesio, calcio,bismuto y estaño.Después de la refusión, el lingote presenta una estructura fina y homogénea que facilita su posteriortransformación por forjado o laminación.

6.1.5 – Afino por refusión bajo escoria – procedimiento E.S.R. (Electroslag Remelting)El afino por refusión bajo escoria consiste en refundir un electrodo consumible que se sumerge en unbaño de escoria electro conductora. El paso de la corriente eléctrica a través de la escoria electroconductora permite calentarle a una temperatura de unos 2000ºC, es decir, superior a la temperatura defusión de la aleación. El íntimo contacto entre la extremidad del electrodo y la escoria en fusión,



provoca la fusión de la aleación en forma de gotitas que atraviesan la escoria y caen en una lingotera decobre para solidificarse progresivamente (figura 97).

Gracias a la acción de la escoria, la aleación metálica sufre un afinado muy favorable, sobre todo entérminos de desulfuración y de desoxidación que tienen por efecto rebajar de forma espectacular lacantidad de inclusiones no metálicas. La desulfuración muy favorable obtenida con el procedimientoESR (S < 10 ppm) le diferencia de los sistemas de refusión en vacío en un horno de inducción o derefusión en un horno de electrodo consumible en vacío. Pero, contrariamente a las técnicas en vacío, larefusión en escoria no elimina las impurezas metálicas de bismuto, estaño, plomo, etc. Sin embargo,tiene la ventaja de permitir obtener lingotes con una densidad y estructura perfectamente controladas.El procedimiento ESR que se puso a punto a finales de los años 40 en el Instituto de Soldadura y deElectrometalurgia PATON, de Kiev, se ha aplicado en soldadura y recarga masiva de piezas bajo elnombre de ESW (Electroslag Welding).

6.2 Colada.2

6.2.1 – Coladas en lingotesSe trata de un procedimiento antiguo que sólo se practica en tipos especiales (martensíticos con grancontenido en carbono, refractarios con gran contenido de aluminio,...) o cuando se trata de realizarformatos incompatibles con el sistema de colada continua (chapas gruesas, piezas forjadas).La colada en lingotes se puede realizar en “vertical ” o “en sifón”. La colada en sifón (figura 98) es lamás utilizada. Se hace por medio de un tubo central o madre de colada, que lleva al metal líquido porunos canales de colada a la base de las lingoteras. La colada en sifón permite un llenado regular, unbuen estado de la superficie, y una buena protección de cara a la atmósfera ambiente.

6.2.2 – Colada continuaEl procedimiento de colada continua se impuso después de los años 70, tanto para los productos planoscomo para los largos.El principio de la colada continua se basa en la obtención rápida y continua de una película capaz decontener el metal líquido hasta su solidificación completa, y de resistir la presión ferrostática.La tecnología más corriente se basa en dos tipos de instalaciones; son (figura 99): las instalaciones“verticales” y las “curvas”. La lingotera de cobre refrigerada por la circulación de agua, estáalimentada por medio de un “repartidor” de nivel constante (figura 100). Los chorros de colada entre elrecipiente y el repartidor, y entre el repartidor y la lingotera, están protegidos de la atmósfera por el usode un tubo con inyección de gas inerte y por el empleo de una boquilla sumergida. Las superficies delmetal líquido están recubiertas de polvo de cobertura y de polvo de colada, en el nivel de la lingotera,por las mismas razones. El polvo de colada juega un papel importante de cara a la lubricación de la lingotera y de la propiedadde inclusión del desbaste o del tocho. Un agitador electromagnético – colocado en la zona derefrigeración secundaria favorece la formación de una estructura equiaxial en la zona central deldesbaste (en productos planos) o del tocho (productos largos). Los productos de la colada continua son: desbastes cuyo espesor está comprendido entre 150 y 250 mm, y cuya anchura varía entre 600 y 1200mm. tochos cuadrados de 100 a 250 mm. de lado.

6.2.3 – Colada continua de desbastes delgadosSe trata de una línea equipada de una colada continua curva (figura 101), que permite obtener desbastescuyo espesor está comprendido entre 60 y 90 mm, y una anchura entre 800 y 2100mm. Después depasar a través de unos rodillos de presión, el desbaste entra directamente en un horno de túnel a unatemperatura de 1100ºC y a una velocidad de 5m/min. A la salida del horno de túnel, la temperaturamedia del desbaste está comprendida entre 1200 y 1300ºC. Pasa rápidamente a través de dos cajas dedesbaste donde se reduce a un espesor de 30mm. antes de cruzar por las cajas acabadoras que loconducen a un espesor mínimo de un milímetro. A la salida de la línea, la velocidad de la bandacaliente cuya anchura está comprendida entre 800 y 1600mm, puede alcanzar 13m/min. según lasdimensiones del desbaste. Este tipo de líneas tiene una capacidad anual entre 0,5 y 2 millones detoneladas.Su interés respecto a la vía convencional de laminación en caliente (tren de bandas o laminadorSteckel) es una inversión reducida y en plan de explotación, es una armonización casi perfecta entre lacolada continua propiamente dicha y la laminación en caliente.

6.2.4 Colada continua de bandas delgadasEn relación a los diferentes procedimientos examinados en la revisión exhaustiva de J. MASOUNAVEy realizada en 1988 (50), es la técnica de colada que se desarrolla entre dos rodillos refrigerados (51).El sistema inicial estudiado y desarrollado por Allegheny, de Estados Unidos, utilizó un rodillo simple.Permite producir bandas de acero inoxidable X5CrNi1810/1.4301 de 1,5 –2,0 mm de espesor. Con



este procedimiento, el estado de la superficie es difícil de controlar.El sistema de dos rodillos (figura 102) permite obtener bandas más gruesas que permite un ligerolaminado en caliente (figura 103), MASOUNAVE y alumnos, en efecto, han logrado más que unabanda delgada de acero inoxidable X5CrNi1810/1.4301 en bruto.La colada presenta una estructura dendrítica y muchas porosidades, que se pueden reformar gracias a lapasada de laminación en calienteHoy en día, no existen todavía instalaciones realmente industriales. Las instalaciones experimentalesmás avanzadas permiten producir bandas de 2,00mm de espesor y de 1,300 mm de ancho. Tienen unacapacidad de unas 500.000 toneladas/año, que es compatible con una unidad de producción de aceroinoxidable.

6.3 – Transformación en caliente

Las operaciones de transformación en caliente afectan a la laminación, forjado y estampado. De todasestas operaciones, la más importante es la laminación ya que afecta a la mayor cantidad de producción.En comparación con los aceros al carbono, en la transformación en caliente de los aceros inoxidableshay que tener en cuenta los siguientes puntos específicos: debido a su menor conductividad térmica, para obtener una homogeneidad de las temperaturas, habráque observar unos tiempos de calentamiento sensiblemente más largos; sus características mecánicas en caliente son más elevadas; los esfuerzos mecánicos necesarios parasu transformación lo serán igualmente; la imposibilidad de afino del grano por tratamiento térmico en los tipos ferríticos y austeníticos,impone un estricto control de la temperatura, para evitar el crecimiento del grano.En la Tabla 36 se indican las temperaturas de forjado y de laminación de los principales tipos de aceroinoxidables.En general, el inicio de la operación se sitúa entre 1050 y 1200ºC. Por el contrario, el fin de laoperación, que se sitúa entre 730 y 780ºC en los tipos ferríticos, no debe descender por debajo de 9501000ºC en los tipos austeno ferríticos.La forjabilidad caracteriza la aptitud de una aleación metálica a la deformación en caliente. Se debeefectuar sin que se formen grietas. Se puede medir en laboratorio de dos maneras diferentes:a. por ensayos de tracción rápidos a alta temperatura. En ese caso, la estricción es la que caracteriza laforjabilidad b. por ensayos de torsión a altas temperaturas. En ese caso, es el número de vueltas a la rotura, asícomo el par de torsión lo que caracteriza la forjabilidad.De forma general, la forjabilidad aumenta con la temperatura. Sin embargo, se observa que desciendebruscamente a una temperatura elevada correspondiente al fenómeno de quemadura.

Se debe a la licuación de los espacios interdendríticos en los que la concentración de impurezas(azufre, fósforo, estaño, antimonio, selenio, bismuto, plomo...) de punto de fusión bajo, es más elevada.La mejoría de la propiedad inclusionaria tiene por eso, un efecto muy favorable sobre la forjabilidad.La transformación en caliente de los aceros austeníticos que contienen algunos porcentajes de ferrita esrelativamente difícil. Es el motivo por el cual se impone un contenido máximo en ferrita del orden del3% para la extrusión de tubos en caliente a partir de barras.Los tipos austeno ferríticos presentan las mayores dificultades de forjabilidad.Estas se traducen en formación de grietas cuando se transforman a velocidades altas, como las que seproducen en la laminación en caliente. Este fenómeno se atribuye a la diferencia de resistencia ante elcalor entre la ferrita y la austenita; creando un gradiente de deformación en la ferrita.

Tabla 36 – Temperatura de forjado y laminación de los principales tipos de acero inoxidable

Designación europea NF NE 10088 – 2 Temperatura de forjado y laminación (ºC)Nombre Número Inicio FinX6Cr13 1.4000 1100 – 1200 875X30Cr13 1.4028 1150 – 1250 875X6Cr17 1.4016 1050 – 1120 730 – 780X5CrNi1810X5CrNiMo17122X6CrNiTi1810 1.43011.44011.4541 1100 – 12001150 – 12501100 – 1200 900950900X2CrNiMoN2253 1.4462 1150 – 1200 950– 1000



Hace tiempo, este fenómeno frenó el crecimiento industrial de los tipos austeno ferríticos. En laactualidad, se puede considerar resuelto por los dos motivos siguientes:a. la elaboración de estas aleaciones bajo un ángulo de precisión analítica, en el que el campo de lasimpurezas y desoxidaciones está perfectamente dominado.b. Las máquinas de transformación en caliente y sobre todo de laminación permiten trabajar en unosintervalos de temperatura reducidos. Particularmente, en el laminador STECKEL que veremosposteriormente.Igualmente, hay que señalar que las aleaciones austeno ferríticas suelen presentar a temperaturas entre900 y 1000ºC, un estado “superplástico” que permite alcanzar a menores velocidades de deformación,unos alargamientos que pueden llegar al 800%.

Los equipos utilizados para las transformaciones en caliente son análogos a los empleados para otrosproductos siderúrgicos; estos son: En laminación, mediante el tren de bandas o el laminador STECKEL, para los productos planosdelgados en forma de bobina, o los trenes dúo o cuarto para las chapas gruesas, o los trenes dúo y tríopara los productos largos; En el forjado o estampado: las forjas o prensas de diversas potencias; En la extrusión: prensas de extruir, en la que la lubricación está asegurada por el vidrio fundido(procedimiento SEJOURNET).

6.3.1 – Trenes continuos de bandasLa laminación en caliente de los aceros inoxidables se puede efectuar en trenes de bandas continuasutilizados principalmente para la laminación de los aceros al carbono. Aunque su productividad es muyelevada, sólo se pueden justificar si la laminación de acero inoxidable está unida a la de acero alcarbono.El desbaste de acero inoxidable de un espesor entre 150 y 250 mm. se vuelve a recalentar en un hornocon largueros móviles entre 1.100 y 1.250ºC, según el tipo. Pasa rápidamente a través de 5 o 6 cajasdesbastadoras, donde se reduce, por ejemplo, de 160 a 30mm. después de un descascarillado, pasa por6 o 7 cajas de acabado al final de las cuales el espesor queda reducido entre 2 y 8 mm. A la salida deltren, la temperatura de la banda laminada en su espesor final es de unos 1000ºC. Después de enfriarloen las rampas de riego, la banda se bobina finalmente a 700ºC y a una velocidad comprendida entre400 y 500 m/min.

6.3.2 – Laminadores STECKELLos laminadores STECKEL se utilizaban muy poco hace una quincena de años, son equipos que se hanadaptado bien a la laminación en caliente de los productos planos de acero inoxidable, por diferentesmotivos:a. su coste de inversión es muy inferior al del tren de bandas, y su capacidad es homogénea a la de lasunidades similares a una unidad productora del acero inoxidable. Pueden integrarse totalmente en estetipo de unidad;b. su aptitud a la laminación de diversos tipos de acero inoxidable así como el control del espesor sonsus otros dos puntos fuertes.Después de recalentar en un horno, el desbaste pasa a través de una caja desbastadora (cuartoreversible). Después, entra en el laminador STECKEL propiamente dicho (figura 104) que es, dehecho, un cuarto reversible equipado en una y otra parte de una bobinadora situada en un horno y quepermite mantener la banda a la temperatura de laminación.La laminación se realiza por idas y vueltas sucesivas hasta lograr el espesor final que, según los tipos,puede ser inferior a 1,5mm. La capacidad de un laminador STECKEL es del orden de 600.000toneladas/año.

6.3.3 – Laminación de los productos largosEn los productos largos, la laminación se efectúa principalmente en trenes continuos de barras e hilos,transformando directamente, en una sola pasada (caliente) de laminación, los desbastes de coladacontinua (cuadrados de 250 x250mm) en barras cuyo diámetro máximo es de 45mm. y en alambrónhasta 5,5mm. de diámetro.Este tipo de tren continuo comprende generalmente un horno de recalentamiento, cajas desbastadorastipo dúo y trío, un tren intermediario y un bloque de acabado de alambre compacto. La velocidadmáxima de salida de los productos puede llegar a 290 km/hora. La salida del tren está equipada condispositivos de enfriamiento y de coronas para el alambre .La capacidad de laminación de este tipo de tren es del orden de 50.000 toneladas/año, similar a la de laacería y colada continua antes citada.



64– Transformación en frío

Después de una operación de recocido, granallado y decapado cuyo objeto es obtener una aleaciónrecocida y sin óxido superficial, el producto está listo para la transformación en frío a temperaturaambiente por laminación, trefilado o estiramiento.

6.4.1 – Laminación en frío y acabado de los productos planosGeneralmente se efectúa en laminadores reversibles multicilindros de tipo SENDZIMIR (figura 105).La caja se compone de una veintena de cilindros; los dos cilindros pequeños situados en el centroaseguran la laminación. A cada lado de la caja, se disponen dos bobinadoras cuya función, según elsentido del laminado, es el de asegurar la tracción y la contratracción de la banda. Además, ellaminado se realiza bajo una capa de aceite mineral cuya función es triple:a. facilitar el recorrido de la aleación;b. eliminar el calor producido por la laminación;c. lubricar los equipos internos de la caja.

La laminación en frío se realiza en una decena de pasos, y el espesor se reduce en un 80%. Talreducción de espesor entraña un importante endurecimiento del material, por lo que hay que practicarun recocido final. Esto provoca una recristalización de la aleación y permitirá lograr las característicasmecánicas elegidas (Rm, Rp, A). Según el aspecto superficial demandado, la banda metálica sufre unrecocido seguido de un decapado, o un recocido brillante llamado también recocido blanco. Lasoperaciones de recocido van a permitir obtener la estructura metalúrgica buscada. Está definida por eltamaño del grano que debe ser homogéneo en todo el espesor del material.Una línea de recocido – decapado comprende esencialmente un horno con una atmósfera oxidante. Elhorno es seguido por baños de decapado (electrolítico y químico) cuya función es eliminar el óxidoformado por las altas temperaturas del horno.Una línea de recocido brillante está compuesta de una instalación de desengrase, de un horno eléctricogeneralmente de calor directo y de una instalación de pasivación. La instalación de desengrase tiene lafunción de eliminar cualquier residuo de aceite de laminación. Si no se hace así, la grasa ardientepodría dejar marcas en la banda, carburar la aleación y afectar el punto de rocío que debe mantenerse a–60ºC. Después del recocido final, los productos laminados en frío sufren una operación llamada “skinpass”,realizada en seco sobre un laminador dúo reversible. Durante esta operación, el alargamiento de labanda se limita al 1,5%.Este valor es suficiente para obtener la planicidad y brillo requeridos y de suprimir la discontinuidaddel límite elástico de los aceros ferríticos. Cuando se quiera obtener una planicidad casi perfecta, laoperación de “skinpass” se puede reemplazar por una laminación bajo tensión.Las operaciones de acabado o de perfeccionamiento consisten en cortar las bobinas madre en bobinasde peso más ligero, en flejes, en chapas o en discos, etc.A estas operaciones de corte se pueden añadir operaciones de pulido, con ayuda de cepillos rotatorios ode bandas abrasivas, o de grabado con ayuda de cilindros especiales.Las operaciones descritas arriba son operaciones discontinuas que entrañan a la vez tiemposadicionales, almacenamientos intermedios y manipulaciones suplementarias. Con el objeto de mejorarla productividad y de reforzar la fiabilidad, se ha desarrollado el concepto “línea continua integral”.Las distintas operaciones que acabamos de citar son ahora realizadas en continuo sobre la misma línea;

Esto es: la preparación de la banda en caliente seguido de un granallado y de un decapado químico; laminación en tándem constituido por dos cajas “SENDZIMIR”; recocido final en una atmósfera oxidante seguido de decapados químico y electrolítico; acabado de la banda realizado en un laminador “skinpass” seguido de un tension lever.Esta línea es válida para una gama de espesores de 0,8 a 4,0 mm en el campo de los tipos ferríticos con11% de cromo. Esta gama de espesores va de 1,0 a 4,0 mm en los tipos austeníticos. Según el tipo y elespesor, la anchura máxima de la banda oscila entre 1000 y 1500 mm.

6.4.2 – Trefilado de los productos largosComo en el caso de los aceros al carbono, la materia prima para el trefilado de los aceros inoxidables esla “palanquilla” obtenida por laminación en caliente. Este permite la producción de alambrón cuyodiámetro (mínimo) es de 5,5mm, y cuya superficie está oxidada. Por eso, hay que proceder a undecapado previo a la operación de trefilado.El principio del trefilado consiste en hacer pasar el alambrón previamente decapado, tratado ylubricado, a través de una serie de orificios calibrados llamados hileras (figura 106).Para lograr el alambre del calibre deseado, hay que seguir varios pasos (entre 5 y 7), con ayuda debancos de trefilado multipasos que son fundamentalmente de tres tipos: Banco múltiple continuo: en este tipo de banco, se regula la velocidad de los tambores para que cada



tambor suministre exactamente la cantidad de alambre necesario. Banco múltiple de acumulación : en este tipo de banco, no se equilibra la velocidad de los tambores,lo que entraña una acumulación de alambre sin deslizamiento de un tambor en relación al otro. Banco múltiple de deslizamiento : en este caso, la velocidad de los tambores no está equilibrado, y nohay acumulación. Para que estos bancos puedan funcionar, hay un deslizamiento del alambre sobre eltambor. Para lograrlo, los tambores, el alambre y las hileras están sumergidos en un lubricante líquido.En general, este tipo de banco está alimentado por alambre fino desbastado.Después del tratamiento térmico (endurecido en los tipos martensíticos y ferríticos o de hipertemple enlos tipos austeníticos) y del decapado, el alambrón está disponible para las operaciones de trefilado.Debe sufrir un tratamiento de oxalatación o de cobreado electrolítico que va a servir de soporte allubricante utilizado.

El revestimiento de oxalato debe ser adherente y no debe producir polvo. La oxalatación aumentanotablemente la productividad permitiendo elevadas velocidades de trefilado, y aumentando laduración de la vida de las hileras. Además, el revestimiento oxálico se puede eliminar fácilmente en unbaño de ácido nítrico al 30% a temperatura ambiente o en un baño alcalino.Para que se pueda realizar en unas condiciones económicas satisfactorias, el cobreado se realizará enuna instalación tipo “Helicofil” que se puede acoplar directamente a un banco de trefilado.Sea cual sea el tratamiento superficial, la aleación debe ser despasivada previamente en un baño ácidocon el fin de eliminar la capa pasiva y favorecer la adherencia del revestimiento de oxalato o de cobre.Para ello, se puede utilizar un baño fluonítrico.El tratamiento de oxalación varía según el tipo de acero inoxidable. En los aceros martensíticos yferríticos, es de unos 5 minutos, mientras que los aceros austeníticos puede llegar a 30 minutos.El trefilado propiamente dicho tiene por objeto reducir la sección del alambre, obtener unas buenastolerancias dimensionales y aumentar las características mecánicas por endurecimiento pordeformación en frío.El trefilado se realiza con ayuda de hileras (figura 106) cuyo núcleo suele ser de carburo de tungsteno.Los lubricantes son jabones tipo estearato de cal o de sosa, o de grasas o líquidos para los pasos deacabado.Después del trefilado, se puede dejar que permanezca el lubricante del trefilado para favorecer eldeslizamiento del alambre en los equipos de conformado utilizado en las operaciones posteriores deconformación (fabricación de resortes). En ese caso, el aspecto del alambre es mate.Por el contrario, se puede obtener un alambre brillante, lo que implica eliminar completamente todoresiduo de lubricante.En la figura 107 se muestra el esquema general de una operación de trefilado.Además, una de las características específicas de un alambre trefilado es la influencia del diámetro dela espira libre, y cuya realización tiene una gran importancia. Esto se refleja tanto en lo relativo aldiámetro de la espira del producto acabado (este diámetro debe ser superior al diámetro de bobinadodel alambre sobre el banco de trefilado, o sea, un valor mínimo de 500 mm.) como en el paso de laespira, llamado también “izquierdo”, esto es, la distancia entre las dos extremidades de la espira libredebe ser, al menos, D/20, donde D designa el diámetro de la espira libre.

Estas características son muy importantes cuando el alambre se utiliza para fabricar resortes de torsióno cuando se utiliza como producto de aporte bobinado en soldadura al arco bajo protección gaseosa.En fin, la evolución del límite de elasticidad y de la resistencia a la rotura son utilizadas en el trefiladopara obtener las características mecánicas en función de su utilización posterior. Esta evolución esprevisible a partir de la curva de tracción que da el esfuerzo real σ (N/mm²) en función de ladeformación relacional : ε = ln (L/Lo) = ln (So/S), donde So representa la sección inicial del alambre yS representa el alambre después de pasar por la hilera. Para lograrlo, se utilizan unos ábacos que dan laresistencia a la tracción Rm y el límite de elasticidad Rp en función de ε. Así se obtienen los valores deRm y de Rp, en estado endurecido del tipo X9CrNi188/1.4310. Los valores se indican en la tabla 37.

Tabla 37: límite de elasticidad Rp y de resistencia a la tracción Rm de alambres endurecidos porconformación en frío de X9CrNi188/1.4310, en función de su diámetro.

Diámetro mm 0,10/0,20 0,20/0,50 0,50/0,80 0,80/1,25 1,25/2,00 2,00/3,15 3,15/5,00Rp 0,2



(N/mm²) 2100 2000 1850 1750 1600 1500 1400Rm(N/mm²) 2350 2300 2100 2000 1850 1750 1650

6.4.3– Acabados superficialesEl estado superficial de los aceros inoxidables reviste gran importancia ya que condiciona suresistencia a la corrosión. Cuando la superficie de acero inoxidable está muy dañada (contaminación,incrustaciones de partículas ferrosas, rayas profundas,...) su resistencia a la corrosión suele estaralterada. Por ello, hay que asegurarse, antes de cualquier aplicación, que la superficie del material noestá afectada.Por otra parte, antes de algunas operaciones (decapado, pintura), es necesario preparar la superficiemediante un tratamiento mecánico.

6.4.3.1 – GranalladoEl granallado consiste en proyectar sobre la superficie del producto unas partículas muy duras casiredondas cuyo diámetro está comprendido entre 0,15 y 0,6mm.La velocidad de las partículas (40 a 100 m/seg.) y la duración de la operación están en función delresultado que se pretende.

Si se trata de granallado sobre una banda caliente, previa a una operación de decapado, la granallapuede ser de acero carburado. En ese caso, el granallado tiene por objeto eliminar el óxido formado enel curso de la laminación en caliente. Si se trata de un granallado previo a una operación de pintura, seprohibe el uso de partículas ferrosas. En este caso, se trata de obtener una rugosidad óptima para lograruna buena adherencia de la pintura.Después del granallado, la capa superficial del producto se endurece en un espesor que puede llegar a0,3mm. Esta aplicación de la superficie tiene un efecto benéfico sobre la resistencia a la fatiga.

6.4.3.2 – Tratamientos químicos y electroquímicos6.4.3.2.1 – Predecapado o acondicionamiento de los óxidosDespués de algunos tratamientos térmicos en atmósferas oxidantes, la capa de óxido es muy compactay espesa para poder eliminarla con un simple decapado.En estas condiciones, se practica un decapado que consiste en sumergir el acero inoxidable en un bañode sales fundidas que presentan un carácter básico y oxidante. Después de un tratamiento de este tipo,hay que efectuar un lavado con agua fría y un decapado en baño ácido.

6.4.3.2.2 – Decapado en baño ácidoEl decapado consiste en eliminar de la superficie de la aleación, los óxidos que se han formado en unmedio oxidante, a altas temperaturas. Se puede tratar de transformaciones en caliente, tratamientostérmicos o soldaduras. Se pueden utilizar varias técnicas, aunque cuando sea posible, es preferible undecapado húmedo o por aspersión.En el caso de los aceros inoxidables ferríticos y martensíticos, se utiliza un baño fluonítrico, o un bañosulfúrico. La composición típica y las condiciones de uso de estos baños, se indican a continuación:a) Baño fluonítricoÁcido nítrico al 62% (40º) baumé: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 litrosÁcido fluorhídrico al 65% : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 litrosO fluoruro de sodio: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 kg Agua: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 800 litrosTemperatura : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 – 60ºCTiempo : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unos 15 minutosEl acero del baño de decapado es tanto más fuerte cuanto menor es la concentración de ácido nítrico ymayor la de ácido fluorhídrico.



b) Baño sulfúrico: Ácido sulfúrico al 90%: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 litros Ácido clorhídrico al 35% : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 litros Agua : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 900 litrosTemperatura : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 – 55ºCTiempo: .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unos 15 minutos

En los aceros inoxidables austeníticos, se utiliza un baño fluonítrico o un baño sulfúrico, aunque lasdosis son diferentes.a) Baño fluonítricoÁcido nítrico al 62% (40º) baumé: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 litrosÁcido fluorhídrico al 65% : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 litrosO fluoruro de sodio: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 kg Agua: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 800 litrosTemperatura : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 – 60ºCTiempo : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unos 15 minutosEl acero del baño de decapado es tanto más fuerte cuanto menor es la concentración de ácido nítrico ymayor la de ácido fluorhídrico.b) Baño sulfúrico: Ácido sulfúrico al 90%: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 litros Agua : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 900 litrosTemperatura : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60ºCTiempo: .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Algunos minutos

Los baños de decapado más utilizados en los productos planos son de tipo fluonítrico. La reacción deataque del metal base es:Fe + 4H+ + NO3¯ → Fe+++ + NO + 2H2OEl ácido fluorhídrico, HF, completa los iones Fe+++ según una reacción de tipo 3F + Fe+++ → Fe F3 Resumiendo, el ácido fluorhídrico sirve como generador de iones H+ y si el ácido nítrico, HNO3también sirve como generador de iones H+ , su papel principal es el de fijar el potencial de óxidoreducción.Después del decapado, hay que eliminar cuidadosamente todo resto de ácido mediante un lavado conagua caliente y, en algunos casos, conviene pasar por un baño ligeramente alcalino para neutralizar elácido.La composición del baño de decapado cambia con el tiempo. Para mantener constante su eficacia, hayque regenerar los iones H+ añadiendo ácido fluorhídrico Esta operación puede estar automatizada.

Los baños fluonítricos atacan fuertemente las zonas descromadas por una reacción de tipo:(FeCr) + 4 H+ + NO3 → (FeCr)+++ + NO + 2H2Oen el que la eficacia se puede aumentar mediante fenómenos galvánicos en las mismas zonasdiscromadas. No es necesario utilizar baños fluonítricos para tratar los aceros inoxidables sensibilizados aconsecuencia de un tratamiento térmico incorrecto o de una operación de soldadura. En ese caso, elresultado sería una superficie agravada en las juntas del grano, seguido de ataque intergranular.Los baños de decapado fluonítricos pueden producir problemas medioambientales. Conscientes de susresponsabilidades, los siderúrgicos han puesto a punto un nuevo sistema de decapado de cara areemplazar el ácido nítrico, HNO3, por un oxidante como el peróxido de hidrógeno H2O2 que puedeactuar como oxidante con la formación de agua siguiendo la reacción:H2O2 + 2H + 2Fe++ → 2H2O + 2Fe+++ Este nuevo procedimiento que utiliza una mezcla compuesta por ácido fluorhídrico, HF, y aguaoxigenada, H2O2, permite la supresión de los vapores nitrosos, Nox , así como los nitratos en losefluentes.El decapado electrolítico también se utiliza con frecuencia en el decapado de bandas de aceroinoxidable. La aleación a decapar se coloca alternativamente en el ánodo y en el cátodo.El electrolito está constituido generalmente por una solución sulfúrica – clorhídrica o de sulfato desodio utilizado a temperatura ambiente. La densidad de corriente se sitúa entre 5 y 15 A/dm², lo quecorresponde a intensidades del orden de 10.000 amperios bajo diferencias de potencial de unos 50voltios.Como el desprendimiento de la capa de óxido se hace con una liberación de hidrógeno, el decapadoelectrolítico no se puede utilizar en los tipos martensíticos y ferríticos, salvo que se asegure que no hayriesgo de provocar fragilización por absorción de hidrógeno.

6.4.3.2.3 – PasivaciónEl acero inoxidable expuesto al aire se pasiva espontáneamente. Sin embargo, el tiempo necesario parala pasivación, en función del medio ambiente, puede ser más o menos largo.



Para estar seguros de que la capa pasiva se reconstruye inmediatamente después de una operación dedecapado, se realiza un tratamiento de pasivación en baños ácidos y en las siguientes condiciones:

Para los aceros inoxidables ferríticos y martensíticos:Ácido nítrico a 62% (40º) baumé : . 500 litrosAgua : 500 litrosTemperatura : Unos 20ºCTiempo : Unos 30 minutos

Para los aceros inoxidables austeníticos:

Ácido nítrico a 62% (40º) baumé : 250 litrosAgua : . 700 litrosTemperatura : . Unos 50ºCTiempo : Unos 15 minutos

6.4.3.2.4 – DescontaminaciónEl tratamiento de descontaminación es similar al de pasivación, aunque su finalidad es diferente.Durante algunas aplicaciones, la superficie del acero inoxidable puede resultar contaminada porpartículas ferrosas que hay que eliminar. Este es el objeto de la descontaminación. También seeliminan los lugares de inicio de corrosión cuyo origen está asociado a la presencia de partículasoxidables depositadas en la superficie del acero inoxidable.

6.4.3.3. – Acabados de superficieEn las operaciones mecánicas de esmerilado y pulido, hay que evitar las presiones excesivas quepueden entrañar un calor excesivo de la aleación, susceptible de perjudicar su planicidad y de disminuirsu resistencia a la corrosión.Las muelas y abrasivos utilizados deben estar exentos de hierro.

6.4.3.3.1 – EsmeriladoEl esmerilado afecta fundamentalmente al acabado de los cordones de soldadura. Se realiza pormotivos estéticos o para facilitar la limpieza de aparatos de calderería. Para el desbaste, se utilizanmuelas de carborundo (grano 30) mientras que para el acabado, se usan muelas de alúmina (grano 50).En todos los casos, se deben realizar a una presión moderada para no favorecer la formación de óxidosasociados y situarlos en la capa pasiva.

6.4.3.3.2. – PulidoEl pulido tiene por objeto borrar de las piezas acabadas cualquier marca de mecanización o deesmerilado a fin de facilitar la limpieza y el mantenimiento. El abrasivo más utilizado es la alúmina,debido a su duración y resistencia. Las máquinas de pulido son discos o bandas abrasivas.

6.4.3.3.3. – Pulido espejoPara obtener estados superficiales de más calidad con más brillo, se utilizan discos de fieltro sobre losque se depositan compuestos a base de óxido de cromo o de alúmina. Este acabado se realizanormalmente a partir de pulidos de granos 240280.

6.4.3.3.4. – Pulido electrolíticoEl pulido electrolítico permite obtener superficies muy brillantes. Consiste en situar la pieza a tratar enel ánodo de un electrolito y en condiciones de temperatura y densidad de corriente perfectamentemedidos. Las superficies obtenidas por este sistema pueden presentar irregularidades de superficie, yaque no hay abrasión previa. La pérdida de metal es menor que la del pulido mecánico. Es adecuadopara piezas de serie o también para piezas de formas complejas. Los baños suelen estar basados enácido sulfofosfórico o sulfoacético y su resistividad eléctrica es escasa. Se utilizan a baja tensión contemperaturas entre 90 – 100ºC.

6.4.3.4. – Mantenimiento de las superficiesEl acero inoxidable se utiliza, sobre todo, por su resistencia a la corrosión, sinónimo de longevidad yporque su aspecto es perenne. Por consiguiente, es indispensable limpiar regularmente superficie paraeliminar la suciedad que se pueda depositar en ella.Para limpiar los aceros inoxidables, se pueden utilizar la mayoría de los productos de limpiezacorrientes. Esencialmente, se trata de detergentes, lejías, polvos, disolventes, productos ácidos yalcalinos, y productos desinfectantes.Se pueden utilizar detergentes y lejías de uso doméstico. En cualquier caso, después del lavado,siempre hay que aclarar con abundante agua limpia.No se debe considerar el empleo de productos ácidos salvo en casos muy específicos (por ejemplo, en



desincrustaciones) y respetando un protocolo ya establecido. Algunos productos a base de ácidofosfórico o de ácido nítrico tienen unas fórmulas especiales para los aceros inoxidables. Sin embargo,los productos a base de ácido clorhídrico están totalmente prohibidos. Se eliminarán los residuos ácidosmediante aclarado con abundante agua limpia.Entre los productos desinfectantes, se puede utilizar, con muchas precauciones, agua de Javel diluidaen agua fría. Sin embargo, el agua de Javel caliente, aunque esté diluida, está terminantementeprohibida. Además, el contacto metal – solución se limitará a lo estrictamente necesario. Igual que conel resto de los productos, al tratamiento de desinfección, le seguirá un aclarado abundante con agualimpia.

No se pueden tratar de forma genérica todos los productos de limpieza, en lo que concierne a sucompatibilidad con el acero inoxidable. A cada usuario le corresponde asegurarse con su proveedor deproductos de limpieza, cuál de ellos es compatible con el tipo de acero inoxidable.En el campo de la construcción, el mantenimiento habitual se realiza con productos de lejía corrientes,en forma de lejías en polvo, detergentes líquidos o jabones. El lavado se realiza con esponja, al quedebe seguir un aclarado con abundante agua limpia.Cuando se trata de limpiar las marcas de dedos, se pueden utilizar productos ácidos con funcióndesengrasante. Con suciedades tenaces, quizás se deba recurrir a tampones abrasivos de lana de aceroinoxidable o nylon. Sin embargo, está terminantemente prohibido el uso de virutas de hierro o lana deacero al carbono. El frotado se realizará siempre siguiendo el sentido del pulido inicial.En el campo agro alimentario, la limpieza se debe adaptar al producto que está en contacto con lainstalación de acero inoxidable. Casi siempre le sigue un tratamiento de desinfección, y un abundanteaclarado con agua limpia. Algunos productos desinfectantes son agresivos al acero inoxidable, por loque hay que seguir estrictamente los protocolos aprobados por el suministrador que es quien garantizala compatibilidad de su producto con el tipo de acero inoxidable. Si se observa inicio de corrosión, hayque consultar inmediatamente con el fabricante del producto de limpieza o desinfección y con el deacero inoxidable a fin de efectuar un tratamiento adaptado a sus recomendaciones.Los materiales para usos colectivos, grandes cocinas y aparatos domésticos, son objeto de limpiezascotidianas. Bien realizadas, proporcionan una gran longevidad al acero inoxidable. Los productos delimpieza, así como los métodos correspondientes, son los descritos anteriormente.

6.5– Tratamientos térmicos

Para completar sus conocimientos, el lector podrá informarse en el capítulo “Tratamiento térmico delos aceros inoxidables” en el tratado Materiales Metálicos.Los tratamientos térmicos confieren a los aceros las propiedades adecuadas a su uso posterior. Debenestar bien realizados y adaptados para cada familia de acero inoxidable.

6.5.1 – Tratamientos térmicos de los tipos martensíticosEsencialmente se trata de tipos cuyo contenido en carbono está comprendido entre 0,15 y 1,2%.Estas aleaciones se suelen utilizar generalmente en cuchillería.Generalmente, se busca obtener, después del tratamiento, una estructura totalmente martensítica. Paralograrlo, hay que partir de un campo monofásico austenítico, alcanzando temperaturas de unos 900ºCque representan el punto de transformación AC3.En las aleaciones cuyo contenido en carbono es inferior a 0,15% y en el que el cromo estácomprendido entre 11,5 y 13,5%, el punto AC3 se sitúa a casi 920ºC y la temperatura de temple, entre950 y 1100ºC.En las aleaciones cuyo contenido en carbono está comprendido entre 0,15 y 0,5% y el del cromo entre12 y 16%, el punto AC3 se sitúa entre 850 y 900ºC, y la temperatura de temple, entre 950 y 1100ºC.En las aleaciones cuyo contenido en carbono está comprendido entre 0,6 y 1,2%, y el del cromo entre17 y 18%, el punto AC3 se sitúa entre 830 y 860ºC y la temperatura de temple entre 1000 y 1050ºC.Existe una cuarta familia cuyo contenido en carbono es inferior a 0,2% y el de cromo se sitúa entre 12y 18%. Además contienen una cantidad de níquel que suele oscilar entre el 1,5 y 5%. Estas aleacionestienen un punto AC3 comprendido entre 800 y 900ºC, y su temperatura de temple se sitúa entre 950 y1000ºC.Los tiempos de mantenimiento a temperatura de temple están en función del espesor. Debe ser losuficientemente largo para permitir una disolución completa de los carburos de cromo.El enfriamiento posterior de la temperatura de temple hasta la temperatura ambiente se debe efectuaren un tiempo muy corto (menos de un minuto). En las piezas con espesor fino, el medio de templepuede ser el aire ambiental o una corriente de aire. En los espesores superiores a 5mm, hay que realizarun temple en aceite.En los tipos con más carbono, toda la austenita no se transforma en martensita en el enfriamiento ypermanece en forma de austenita residual, lo que entraña uno disminución de la dureza. Paraeliminarlo, resulta eficaz un tratamiento en frío, a temperaturas de –80ºC.La operación de temple provoca un choque térmico generador de tensiones internas, volviendo frágil al



material. Para mejorar la ductilidad y la tenacidad, se practica un tratamiento de revenido de algunashoras entre 150 y 300ºC, lo que disminuye las tensiones residuales.

6.5.2 – Tratamiento térmico de los tipos ferríticosLos aceros inoxidables ferríticos no constituyen una familia homogénea. Conviene distinguir entre losque permanecen ferríticos en todo el intervalo de temperaturas y los llamados “semiferríticos”, queforman, con el calor, hasta el 30% de austenita; estos últimos se transforman en martensita durante elenfriamiento. Además, en los tipos semiferríticos, el mantenimiento a temperaturas comprendidas entre900 y 950ºC, seguido de un enfriamiento lento, entraña la precipitación de carburos de cromo, y porello, una cierta sensibilidad a la corrosión intergranular debido a la descromización en las juntas de losgranos.La ductilidad y la resistencia a la corrosión de las aleaciones semiferríticas se restauran mediante untratamiento térmico entre 750 y 850ºC. El tiempo de mantenimiento está en función del espesor delmaterial.Se aconseja de uno a dos minutos por milímetro de espesor. En cualquier caso, el enfriamiento deberáser rápido para rebasar el dominio situado alrededor de 475ºC. En efecto, en los mantenimientosprolongados entre 400 y 500ºC, se observa un fenómeno de fragilización asociado al contenido decromo.Hay una desmezcla del cromo en la matriz ferrítica que comporta un enriquecimiento en cromo dealgunas zonas y empobrecimiento en otras. Los tipos ferríticos con 11% de cromo son prácticamenteinsensibles a este fenómeno, y los de 17% de cromo, son algo sensibles. Sin embargo, los que tienenmás del 25% de cromo, son muy sensibles.Los tipos que contienen más del 25% de cromo son sensibles a la formación de fase sigma entre 500 y800ºC. Se trata de una fase rica en cromo y muy frágil. Para eliminarlo, hay que realizar un tratamientotérmico a 1000ºC durante una media hora, y luego, enfriarlo rápidamente.Las aleaciones semiferríticas con 17% de cromo se fragilizan por precipitación de carburos, nitruros ocarbonitruros de cromo después de un mantenimiento por encima de 900950ºC. Para evitar estefenómeno, hay que utilizar tipos estabilizados con titanio (formador de nitruros de titanio TiN en faselíquida) y/o niobio (formador de carbonitruros en fase sólida).

6.5.3 – Tratamiento térmico de los tipos austeníticos6.5.3.1 – El hipertempleSe trata de un tratamiento térmico cuyo objeto es obtener una estructura austenítica homogénea, atemperatura ambiente. Para lograrlo, se calienta la aleación, según el tipo, entre 1000 y 1150ºC. Semantiene esta temperatura entre uno y tres minutos por milímetro de espesor. Le sigue un enfriamientomuy rápido al aire o en agua.

6.5.3.2. – Tratamiento “antiferrita”En los aceros inoxidables austeníticos puede quedar cierta cantidad de ferrita residual.No presenta ningún carácter perjudicial, excepto el de la fragilización por la formación de fase sigmaentre 550 y 900ºC.Para eliminar la ferrita residual, se puede proceder a un calentamiento a 1150ºC manteniendo a estatemperatura durante 36 horas. Le seguirá un enfriamiento en horno hasta 1050ºC y un hipertemple.

6.5.3.3. – Tratamiento de distensionamientoLas distintas aplicaciones pueden generar tensiones internas perjudiciales para la duración de la vida deuna instalación.Para reducir o anular estas tensiones residuales, se pueden aplicar dos tipos de tratamientos dedistensionamiento:a) El primero es un tratamiento largo, entre 200 y 400ºC, seguido de un enfriamiento lento. Lostiempos varían entre 10 y 20 minutos por milímetro de espesor.Este tratamiento tiene la ventaja de no provocar transformaciones metalúrgicas.

6.5.4 – Tratamiento térmico de los tipos austeno ferríticos6.5.4.1. – El hipertempleSe trata de un tratamiento térmico cuyo fin es obtener, a temperatura ambiente, una estructuracompuesta por el 50% de austenita, y 50% de ferrita, sin fases intermetálicas y/o precipitaciones.La ferrita de los aceros inoxidables austeno ferríticos, es sensible al fenómeno de fragilización a 475ºCy a la formación de fase sigma entre 700 y 950ºC, hasta 1050ºC en los tipos que contienen molibdeno,por lo que hay que pasar rápidamente sobre estas temperaturas durante el enfriamiento.La temperatura de hipertemple será de 1050ºC en los tipos que no contengan molibdeno, y de 1100ºCen los tipos con molibdeno. El ajuste final de la temperatura estará en función del equilibrioferrita/austenita que se quiera obtener.

6.5.4.2. – Tratamiento térmico posterior a la soldaduraLos aceros inoxidables austeno ferríticos no son sensibles a la corrosión intergranular, por lo que,



desde este punto de vista, no necesitan ningún tratamiento térmico después de la soldadura. Sin embargo, la operación de soldadura puede destruir el equilibrio ferrita/austenita en la uniónsoldada. Para restablecer este equilibrio, se practicará un tratamiento de hipertemple.

6.5.5. – Tratamiento térmico de los tipos endurecidos por precipitaciónEl endurecimiento por precipitación se compone de dos etapas. La primera es un tratamiento de templeo de hipertemple que permite la disolución de los elementos a precipitar. La segunda es un tratamientode revenido que favorece la formación de precipitados finos del tipo nitrino de aluminio (NiAl) decompuesto intermetálico (Ni3Ti) o de cobre. Permite lograr las características mecánicas deseadas. Enel párrafo 4.5 se describen estos tratamientos detallados.

6.6. – Planchas chapadas y recargadas

Ya que es la capa pasiva que se encuentra en la superficie de acero inoxidable la que le confiere suresistencia a la corrosión, se comprende que en determinados caso específicos, es más económico tenersólo una fina capa de acero inoxidable en relación al espesor total del material.En ciertos equipos a presión se utiliza este principio, en los que se asegura la resistencia mecánica conun acero de poca aleación, y la resistencia a la corrosión mediante una fina capa de acero inoxidableperfectamente adherida al sustrato metálico muy espeso situado en el interior del equipo.En otros caso, el acero inoxidable, conocido por su resistencia a la corrosión, se asocia a un materialcomo el aluminio, que se reconoce por asegurar una difusión rápida del calor. Esta asociación se utilizaen los fondos “difusores” de los utensilios de cocción. El acero inoxidable se coloca en el interior delutensilio, por su capacidad de estar en contacto con los alimentos, mientras que el aluminio se colocaen el exterior para asegurar una difusión uniforme del calor.La asociación del acero inoxidable y el aluminio también se utiliza en algunas piezas de decoración enlos automóviles.En esta aplicación, se junta con un acero inoxidable ferrítico tipo X6CrMo171 / 1.4113. En el montajede la pieza decorativa, se coloca el aluminio entre la carrocería y el acero inoxidable, donde juega elpapel de electrodo de sacrificio.Así, el acero inoxidable que no se corroe cumple su papel decorativo, mientras que preserva de lacorrosión a la carrocería del vehículo. Estos pocos ejemplos demuestran que el acero inoxidable se puede asociar a otros materiales paracumplir funciones de diversa naturaleza.

6.6.1 Planchas chapadasLas planchas chapadas se utilizan fundamentalmente para la fabricación de tanques que suelen trabajara temperaturas y presiones elevadas en medios corrosivos.Aunque, por lo general, la elección viene dictada por motivos económicos, también se puede hacer pormotivos puramente técnicos.La ensambladura de las chapas, plancha base y plancha chapada en acero inoxidable, se puede realizarde muchas maneras:por presión en frío, mediante técnicas de colaminado o de chapado por explosión;por presión con calor, mediante la laminación en caliente de un sandwich formado por una uniónsimétrica soldada.

6.6.1.1. – Colaminado en frío y chapado por explosiónAntes del colaminado, las superficies de los materiales a unir tienen que sufrir una preparaciónquímica (decapado ácido) y/o mecánica (cepillado), para eliminar todo resto de óxido.El colaminado propiamente dicho se realiza en un laminador cuarto (figura 108), que permite unareducción del espesor de al menos 50% en una sola pasada.En algunos casos, se realiza un tratamiento térmico para permitir una mejor difusión entre losmateriales del interfaz.En el chapado por explosión (figura 109), la mayor cantidad de energía permite un contacto excelenteentre los dos materiales eliminando también posibles contaminantes.La presión instantánea generada en el momento de la explosión entraña una deformación plástica en laque el frente que se desplaza a una velocidad de 1000m/seg. expulsa los óxidos que puede haber. Losmetales o aleaciones más frecuentemente unidas al acero inoxidable por explosión son: titanio,aleaciones de níquel, aleaciones de cobre y el aluminio.También hay que anotar que la técnica por explosión es igualmente utilizada en la deformación de laschapas de grandes dimensiones que se utilizan en los intercambiadores de calor.

6.6.1.2. – Colaminado en calienteEn la figura 110 se muestra la sección del sandwich.Antes de realizarlo, se preparan las superficies a unir, para eliminar posibles contaminantes y/o óxidos.Para favorecer la adhesión de las caras acero inoxidable/acero de poca aleación, se utilizan diferentes



técnicas. Estas son:a. La deposición de hierro por electrólisis sobre la placa base y sobre la placa de chapado;b. el niquelado de la plancha de placado;c. la utilización del vacío durante la soldadura del sandwich.El sandwich representado en la figura 110 es casi simétrico. Esta configuración permite equilibrar lasdeformaciones en las posteriores laminaciones con calor, y evitar el cimbreado. Además, permitefabricar dos chapas del mismo formato en una sola operación de laminado.Para fijar las órdenes de magnitud, una plancha fuertemente placada puede alcanzar espesores de200mm, con chapado de 10 a 15mm.Después de la operación de laminado en caliente que va a permitir obtener la adherencia entre laplancha placada y la chapa base, la chapa placada sufre un tratamiento térmico que se realiza enfunción de la naturaleza del chapado y de la del tipo base. En el caso más corriente (chapado en aceroinoxidable austenítico y base en acero al carbono), el tratamiento térmico consistirá en unaaustenización seguido de un revenido para el acero al carbono.En el caso de chapas placadas de gran espesor, se puede efectuar la deformación de virolas en frío, enprensa con ayuda de una herramienta especial, o por embutición en caliente.Después de la deformación en caliente, es necesario practicar un tratamiento térmico adecuado pararestaurar la estructura.Para unir las chapas placadas, es necesario aplicar un procedimiento particular, que consiste primero enuna preparación biselada de los bordes a soldar, seguido de un procedimiento de soldadura. La formade los biseles depende del espesor y de los medios de soldadura aplicados. Evidentemente, hay queasegurar que durante la soldadura, la disolución entre el chapado y el acero de soporte sea escaso, parano modificar sensiblemente las características mecánicas del producto base. Igualmente, la unión entrelos dos chapados tiene que tener una resistencia a la corrosión, por lo menos igual a la del chapado.En soldadura borde a borde, hasta un espesor de 30mm. se pueden emplear las preparaciones en V, enU o en X; la primera es la más corriente ya que conviene buscar la unión más estrecha posible del ladoinoxidable. En espesores grandes, se utiliza un chaflán en “V” mecanizado en el acero base. Según lanaturaleza de la base, se precalienta entre 60 y 200ºC. La primera pasada en el fondo de “V” se hacegeneralmente con un electrodo revestido con un revestimiento básico. La soldadura multipasos de la“V” se realiza en automático bajo flujo sólido. Después de socavar, esmerilar, y controlar porresudación la raíz de la unión soldada, se puede reconstruir el chapado.

La primera pasada se realiza con el sistema G.T.A.W. o de electrodo revestido, siendo el metal deaporte del tipo 309, 309L o 309MoL, es decir con 24% de cromo y 13% de níquel, con o sinmolibdeno. Las pasadas siguientes o pasos de relleno, según sea el sistema de soldadura utilizado, sedeben realizar con un producto de aportación correspondiente a la naturaleza del chapado.

6.6.1.3 – RecargaLa recarga consiste en revestir la superficie de un acero de soporte o acero de base por un aceroinoxidable o aleación con gran contenido en elementos de aleación que deben resistir a la corrosión encondiciones análogas a las del chapado examinado anteriormente.Las principales técnicas de recarga utilizan casi siempre un procedimiento de soldadura automática. Setrata de:1. Recarga en arco eléctrico bajo flujo sólido (flujo en polvo) con ayuda de uno o varios electrodos enforma de hilos o con un fleje delgado (por ejemplo, de 60x0,5mm de sección) en posición horizontal.2. Recarga bajo escoria electroconductora con ayuda de un fleje en posición horizontal y en posiciónvertical. En relación al sistema anterior, la recarga bajo escoria electroconductora o sistema“ELECTROSLAG” permite minimizar el fenómeno de disolución y asegura una productividad muyelevada; la velocidad de depósito es del orden de 15kg/hora. La recarga (como la soldadura) utiliza unamáquina equipada con una placa de cobre enfriado con agua, para mantener el baño hasta susolidificación. La posición vertical permite obtener una excelente propiedad inclusionaria.3. Recarga bajo protección gaseosa con un electrodo continuo fusible (sistema GMAW). Se realiza enposición vertical, estando el electrodo de soldadura montado sobre un oscilador para permitir laexploración sobre una longitud suficiente.Sea cual sea el sistema utilizado, se busca siempre minimizar el fenómeno de la dilución; sobre todo,en la primera pasada.Si la técnica de soldadura está bien diseñada, la penetración en el metal base no debe pasar de 1,5mm.en los sistemas de arco, y de 0,5mm en el sistema ELECTROSLAG. Para tener en cuenta la dilución enla primera pasada, el producto de aporte será más rico en elementos de aleación que la recarga fuera deesta dilución.Teniendo en cuenta el espesor de las recargas (entre 5 y 10 mm), se opera generalmente en tres capas.Además, la dilución puede entrañar la formación de estructuras más o menos frágiles a la zonacircundante a la unión. Por eso, hay que prever el control de la ductilidad de la zona de unión por unaprueba de plegado lateral.Después de la recarga, la unión sufre un tratamiento de relajación de las tensiones a una temperatura



del orden de 550ºC con velocidades de subida y bajada de 50ºC/hora. El riesgo de sensibilización porprecipitación de carburos de cromo intergranulares no constituye riesgo debido a que las recargas son,salvo raras excepciones, con bajo carbono. En cuanto a la elección propiamente dicha de los tipos delos productos de aportación, está dictada primeramente por consideraciones esencialmentemetalúrgicas, y después por consideraciones de la resistencia a la corrosión del chapado.

6.7 – Moldeado

El moldeado de los aceros inoxidables no es fundamentalmente distinto al de los aceros ordinariospresentes en el artículo “Moldeado y Fundición del acero” del tratado de Metalurgia.Los aceros inoxidables ferríticos no se suelen utilizar en productos moldeados ya que su tenacidad, enestado bruto de solidificación es muy débil. Entre los aceros inoxidables martensíticos, sólo seutilizarán, fundamentalmente, los bajos en carbono (hasta 0,4%) para realizar las piezas moldeadas, yaque los que tienen un contenido en carbono elevado son muy frágiles (fenómeno de “fisuración”).Hay que elegir la naturaleza de los moldes, para evitar cualquier fenómeno de recarburación superficialdel acero inoxidable.

6.7.1 – Colabilidad Las temperaturas de colada se sitúan entre 1450 y 1550ºC. Hay que evitar cualquier fenómeno desobrecalentamiento que pueda entrañar defectos de densidad y de estructura.Los aceros inoxidables moldeados tienen unos contenidos en silicio más elevadas (de 1 a 2%) parafavorecer la colabilidad.La aparición de grietas de solidificación se debe a la formación de zonas interdendríticas a temperaturade fusión baja. Resultan favorecidas por la presencia de impurezas tales como el niobio, boro y fósforo.En los aceros austeníticos, la presencia de cierta cantidad de ferrita (5 a 15%) resulta favorable, ya quela ferrita juega un papel principal en el inicio de la solidificación. Los sulfuros de hierro y cromo tienen una temperatura de fusión baja, así pues es una fuente defisuración en caliente; el aumento sistemático del 1% de Mn permite la formación de sulfuros demanganeso a mayores temperaturas de fusión. Por supuesto, unos contenidos muy bajos en azufre sonmuy favorables.

Mayores segregaciones, formadas en particular en la solidificación lenta de piezas gruesas, dan lugar azonas anormales enriquecidas en impurezas y determinados elementos de aleación; esto puede entrañarunas estructuras inaceptables y ser el origen de defectos muy nocivos. Por eso, en el moldeado, hay quelocalizar las zonas calientes segregadas en las partes desechadas como rebosaderos o en las partes pocosolicitadas de la pieza.Las segregaciones menores interdentríticas afectan al conjunto de la pieza; se puede disminuirsensiblemente su importancia con un tratamiento térmico de homogeneización, por ejemplo, del ordende 10 horas a una temperatura de 1.150 a 1.250ºC.Una mejoría sensible del moldeado de los aceros inoxidables es el procedimiento llamado de colada “abaja presión”. Consiste en realizar la fusión en un horno de inducción y en favorecer el relleno de losmoldes utilizando un gas neutro (argón, nitrógeno) introducidos en el horno a baja presión.En ese caso, el horno está relacionado directamente con los diferentes moldes mediante un conductoestanco. Con este sistema, se pueden realizar las piezas moldeadas con paredes delgadas, siendo ellímite del orden de 3,0mm.

6.7.2. – Preparación de los defectos de fundiciónEn el moldeado, es prácticamente inevitable encontrar piezas con defectos de fundición. Se puede tratarde picaduras, burbujas o grietas en la superficie o de rechupes interiores. Estas imperfecciones seeliminan mediante esmerilado y recarga por soldadura.Estas operaciones de reparación pueden ser delicadas en los aceros martensíticos cargados de carbono,ya que son autotemplantes y sensibles a la fisuración. El esmerilado debe hacerse con precaución. Larecarga se realiza, por lo general, con un metal de aportación martensítico, aunque con menorcontenido en carbono (C≤0,10%). Frecuentemente, es necesario un precalentamiento a 250300ºC. Lostipos martensíticos con níquel y bajos en carbono tienen la ventaja de presentar una buena soldabilidady poder ser recargados fácilmente sin precalentamiento.Los tipos austeníticos y austenoferríticos no presentan ninguna dificultad de reparación. Para evitar losfenómenos de fisuración en caliente de la recarga, se utiliza un metal de aportación austenoferrítico.Los aceros austeníticos, no estabilizados ni bajos en carbono, tienen el riesgo de ser sensibilizados en lasoldadura; por ello, es necesario ejecutar un tratamiento de hipertemple. Por supuesto, esto no esnecesario en los aceros austenoferríticos.



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