Con el avance de la tecnología metalúrgica, continuamente surgen varios aceros inoxidables de alta calidad. A pesar de la capacidad de la industria metalúrgica para desarrollar constantemente calidades de acero superiores, es necesario un tratamiento térmico adecuado para optimizar la funcionalidad del acero inoxidable.
Durante los procesos de calentamiento y enfriamiento de diferentes tipos de acero, la transformación de la estructura de la matriz varía, al igual que la generación y transición de carburos, nitruros y compuestos intermetálicos, que influyen de manera diferente en el rendimiento del acero inoxidable.
Por lo tanto, se debe seleccionar el proceso de tratamiento térmico adecuado en función del tipo de acero y la aplicación prevista durante el tratamiento térmico del acero inoxidable.
Tratamiento térmico de acero inoxidable austenítico.
1. Finalidad del tratamiento térmico del acero inoxidable austenítico.
El acero inoxidable austenítico tiene una estructura de matriz de austenita. Durante el proceso de calentamiento y enfriamiento no hay transformación de la fase martensítica, por lo tanto no hay templabilidad.
El objetivo del tratamiento térmico austenítico es aumentar la resistencia a la corrosión, mitigar los efectos adversos provocados por la fase secundaria, aliviar tensiones o ablandar el material que ya ha sufrido un endurecimiento.
2. Teorías fundamentales
(1) Temperatura de generación del precipitado
(2) Precipitación y disolución de carburos de aleación
1) solubilidad del carbono
Para el acero 304 (18Cr-8Ni), la solubilidad del carbono a 1200°C es 0,34%, a 1000°C es 0,18% y a 600°C es 0,03%.
El contenido de carbono en el acero 304 no supera el 0,08%. Por encima de los 1000°C, el carbono se disuelve en austenita. Dado el pequeño radio de los átomos de carbono, a medida que la temperatura disminuye, el carbono precipita a lo largo de los límites de los granos.
2) Agotamiento del cromo intergranular
Solubilidad del carbono: a medida que baja la temperatura, la solubilidad disminuye.
Radio atómico del carbono: un radio atómico más pequeño significa una menor solubilidad, lo que provoca precipitación a lo largo de los límites de los granos.
Estabilidad: Los átomos de carbono precipitados son inestables y forman compuestos estables con cromo y hierro, como Cr23C6 o (FeCr)23C6.
Tasa de difusión atómica: el radio más pequeño de los átomos de carbono da como resultado una tasa de difusión más alta. Por otro lado, el mayor radio de los átomos de cromo da como resultado una menor velocidad de difusión.
(3) Fase Sigma
1) Condiciones de entrenamiento:
– Calentamiento prolongado en el rango de temperatura de 620~840°C.
– La adición de elementos formadores de ferrita, como Titanio (Ti), Neodimio (Nd), etc.
– Utilice varillas de soldadura con un alto contenido de elementos formadores de ferrita en la costura de soldadura.
– En austenita con Manganeso (Mn), Nitrógeno (N) en sustitución del Níquel (Ni).
2) Efectos adversos:
– Plasticidad reducida, especialmente tenacidad al impacto.
– La fase sigma es un compuesto intermetálico rico, su formación puede conducir fácilmente a corrosión intergranular y corrosión en medios de cloruro (Cl-).
(4) Ferrita delta
1) Condiciones de entrenamiento:
En el acero inoxidable austenítico fundido con cromo-níquel, la composición química del estado fundido es irregular, lo que da lugar a regiones ricas en elementos formadores de ferrita.
En la estructura de soldadura de algunos aceros inoxidables austeníticos.
2) Efectos beneficiosos:
Contener entre un 5 y un 20 % de ferrita delta puede reducir la corrosión intergranular.
Aumenta la resistencia al rendimiento.
En condiciones de baja tensión, puede disminuir la susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión.
Durante la soldadura, reduce la probabilidad de grietas térmicas.
3) Efectos adversos:
Durante el procesamiento bajo presión, pueden ocurrir fácilmente grietas debido a las diferentes capacidades de deformación de las dos estructuras.
3. Proceso de tratamiento térmico
(1) Tratamiento de solución
1) Temperatura de tratamiento de la solución: 950-1150°C
2) Tiempo de aislamiento: 20-30% más que el acero de aleación general.
3) Enfriamiento: Se requiere un enfriamiento rápido en el rango de temperatura de formación del carburo (450-850°C).
Los siguientes principios son aplicables a los métodos de enfriamiento:
- Para contenidos de cromo superiores al 22% y con alto contenido de níquel;
- Para contenidos de carbono superiores al 0,08%;
- Para acero inoxidable con un contenido de carbono no superior al 0,08%, pero con un tamaño efectivo superior a 3 mm, se selecciona la refrigeración por agua;
- Para acero inoxidable con un contenido de carbono no superior al 0,08% y un tamaño efectivo inferior a 3 mm, se selecciona refrigeración por aire;
- Para piezas delgadas con un tamaño efectivo inferior a 0,5 mm, se puede utilizar el enfriamiento natural.
| JIS | Temperatura de maduración en grados Celsius. | Método de trabajo en frío |
| SUS 403 | 1010-1150 | Enfriamiento rapido |
| SU 304H | Por encima de 950 | Enfriamiento rapido |
| SUS 304L | 1010-1150 | Enfriamiento rapido |
| SUS 321 | 920-1150 | Enfriamiento rapido |
| SUS 321H | El trabajo en frío requiere una dureza superior a 1095. | Enfriamiento rapido |
| El trabajo en caliente requiere una dureza superior a 1050. | Enfriamiento rapido | |
| SUS 316 | 1010-11S0 | Enfriamiento rapido |
| SUS 316H | Por encima de 985 | Enfriamiento rapido |
| SUS 316L | 1010-1150 | Enfriamiento rapido |
| SUS 316JI | 1010-1150 | Enfriamiento rapido |
| SUS 316JIL | 1010-1150 | Enfriamiento rapido |
| SUS 301 | 1010-1150 | Enfriamiento rapido |
| SUS 302 | 1010-1150 | Enfriamiento rapido |
| SUS 309S | 1030-1180 | Enfriamiento rapido |
| SUS 310S | 1030~1180 | Enfriamiento rapido |
| SUS 347 | 980~1150 | Enfriamiento rapido |
| SUS 347H | Procesamiento en frío desde 1095 y superiores | Enfriamiento rapido |
| Procesamiento a alta temperatura de 10S0 y superior. | Enfriamiento rapido | |
| SUS 303 | 1010-1150 | Enfriamiento rapido |
| SUS 305 | 1010-1150 | Enfriamiento rapido |
| SUS 30SM | 1010-1150 | Enfriamiento rapido |
| SUS 317 | 1010-1150 | Enfriamiento rapido |
| SUS 317L | 1010-1150 | Enfriamiento rapido |
| SUH 31 | 950-1150 | Enfriamiento rapido |
| SUH 309 | 1030-1150 | Enfriamiento rapido |
| SUH 310 | 1030-1180 | Enfriamiento rapido |
| SUH 330 | 1030-1180 | Enfriamiento rapido |
(2) Tratamiento estabilizador
El tratamiento de estabilización es un método de tratamiento térmico utilizado para acero inoxidable austenítico que contiene Nd o Ti.
1) Temperatura del tratamiento de estabilización: superior a la temperatura de disolución de los carburos de cromo (450-870 ℃), pero inferior o ligeramente superior a las temperaturas de disolución de TiC y NbC (750-1120 ℃). La recomendación general es 870-950 ℃.
2) Tiempo de remojo: 2-4 horas (dependiendo de la forma de la pieza, elementos de aleación, etc.). El tiempo de remojo para los que tienen un espesor o diámetro de 25 mm es de 2 horas, añadiéndose una hora adicional para tamaños más grandes.
3) Enfriamiento: velocidades de enfriamiento lentas, como enfriamiento por aire o enfriamiento por horno.
(3) Recocido de alivio de tensión
1) El proceso de recocido con alivio de tensiones para acero inoxidable austenítico debe seleccionarse en función de las propiedades del material, el entorno operativo, el propósito de alivio de tensiones y el tamaño y la forma de la pieza de trabajo.
2) Los objetivos del recocido con alivio de tensiones son:
- Para eliminar tensiones residuales, reduciendo el agrietamiento por corrosión bajo tensión;
- Garantizar la estabilidad dimensional final de la pieza.
3) Fisuración por corrosión bajo tensión
| Grado de acero | Tratamiento térmico | Esfuerzo residual en kgf/mm 2 | El momento de la ruptura se produce al hervir 42% de MgCl2 (a 154 grados centígrados). | ||||
| dirección circunferencial | Dirección longitudinal | ||||||
| 304 | Estado de enfriamiento (resistencia a la tracción 115,9 kg/mm 2 ) | 32.4 | 48.3 | 7.5 | Fractura | ||
| Estado medio-duro (resistencia a la tracción 93,2 g/mm2) | – | – | 6 | Fractura | |||
| 540°C | 24 horas | Aire acondicionado | – | – | 7.5 | Fractura | |
| 650 | 0,5 | Aire acondicionado | – | – | 22 | Fractura | |
| 650 | 8 | Aire acondicionado | – | – | 14.5 | Fractura | |
| 745 | 0,5 | Aire acondicionado | 1.3 | 5.9 | 245 | Fractura menor | |
| 745 | 0,5 | Falso enfriamiento | – | – | 292 | Un descanso | |
| 870 | 0,5 | Aire acondicionado | – | – | >292 | Sin fractura | |
| 870 | 0,5 | Falso enfriamiento | – | – | >292 | Sin fractura | |
| 870 | 24 | Aire acondicionado | – | – | >292 | Sin fractura | |
| 316 | Condición de enfriamiento 1/4H (resistencia a la tracción 80,4 kg/mm2) | 36,7 | 14.7 | 7.5 | Fractura | ||
| Tratamiento térmico in situ y corrección de enfriamiento (resistencia a la tracción 64,3 kg/mm2) | 11.9 | – | 7.5 | Fractura | |||
| 540°C | 24h | – | 31,5 | – | 7.5 | Fractura | |
| 650 | 0,5 | – | 27.3 | – | 7.5 | Fractura | |
| 650 | 8 | – | – | – | 14.5 | Fractura | |
| 745 | 0,5 | – | 18.7 | – | 22 | Fractura | |
| 745 | 0,5 | – | 16.3 | – | 22 | Fractura | |
| 745 | 8 | – | – | – | 22 | Fractura | |
| 790 | 0,5 | – | 7.3 | – | 24 | Fractura | |
| 840 | 0,5 | – | 2.5 | – | >240 | Sin fractura | |
| 870 | 0,5 | Aire acondicionado | 2.5 | 5.8 | >292 | Sin fractura | |
| 870 | 0,5 | Falso enfriamiento | – | – | >292 | Sin fractura | |
| 870 | 24 | Aire acondicionado | – | – | >292 | Sin fractura | |
4) Método de recocido para aliviar tensiones.
| Tipos de materiales Método Condiciones de uso y finalidad del alivio de tensiones. | Tipo i (Ultra bajo contenido de carbono) 00Cr19Ni10 00Cr17Ni14Mo2 |
Clase II (Incluyendo elementos estables) 0Cr18Ni10Ti 0Cr18Ni11Nb |
Tipo III (Otro) 0Cri8Ni10 0Cr17Ni12Mo2 |
| Para ambientes de corrosión de alto voltaje. | A·B | licenciado en Letras | ① |
| Para ambientes de corrosión de media tensión. | A B C | B·A·C | C① |
| Para ambientes de corrosión de bajo voltaje. | A B C D E | B·A·C·D·E | CE·E |
| Mitigar la concentración de estrés localizado. | Y | Y | Y |
| Aplicable en ambientes de corrosión intergranular. | A·C② | A·C·B② | W. |
| Elimina substanciales tensiones residuales post-procesamiento. | ANTES DE CRISTO | ANTES DE CRISTO | W. |
| Alivie la tensión incurrida durante el proceso de mecanizado. | A B C | B·A·C | C③ |
| En situaciones que impliquen importantes tensiones residuales del mecanizado y tensiones generadas durante el uso, así como piezas soldadas extensas y de gran sección. | A·C·B | A·C·B | W. |
| Garantizar la estabilidad dimensional de los componentes. | F | F | F |
Nota: Los métodos de la tabla se enumeran en orden de prioridad.
- R: Calentar a 1010-1120 ℃, mantener y enfriar lentamente.
- B: Calentar a 850-900 ℃, mantener y enfriar lentamente.
- C: Calentar a 1010-1120°C, mantener y luego enfriar rápidamente.
- D: Calentar a 480-650°C, mantener y enfriar lentamente.
- E: Calentar a 430-480°C, mantener y enfriar lentamente.
- F: Calentar a 200-480°C, mantener y enfriar lentamente.
Tiempo de espera: Por cada 25 mm, mantenga durante 1 a 4 horas. Se requieren tiempos de retención más prolongados a temperaturas más bajas.
Los grados:
- Para trabajar en entornos de corrosión de alta tensión, es mejor utilizar un tratamiento de acero tipo IA o un tratamiento de acero tipo II B.
- Esto debe aplicarse cuando la pieza se sensibiliza durante el proceso de fabricación.
- Si la pieza se somete al tratamiento C después del mecanizado final, en este punto se puede utilizar el tratamiento A o B.
