Importancia del proceso de tratamiento térmico para codos de acero inoxidable

El proceso de tratamiento térmico de los codos de acero inoxidable depende principalmente del tipo de material (austenita, ferrita, dúplex, etc.), el método de procesamiento (doblado en frío, doblado en caliente, prensado, soldadura) y los requisitos de la aplicación final (resistencia a la corrosión, resistencia, dureza).

A continuación, se presentan los procesos de tratamiento térmico más comunes para los diferentes tipos de codos de acero inoxidable:

1. Codos de acero inoxidable austenítico (como 304, 304L, 316, 316L, 321, 347)

Proceso principal: tratamiento por solución

Objetivo: Este es el tratamiento térmico más utilizado e importante.

Elimina la tensión generada durante el trabajo en frío (doblado en frío, prensado en frío) o la soldadura.

Disuelve el carburo de cromo que pueda precipitarse durante el trabajo en frío o el calentamiento a temperatura media y restaura la resistencia a la corrosión del material (especialmente la resistencia a la corrosión intergranular).

Restaura el material a su estado más blando y dúctil. Obtener una estructura austenítica monofásica uniforme.

Parámetros del proceso:

Temperatura: Generalmente entre 1010 °C y 1150 °C. La temperatura específica depende del tipo de acero (p. ej., 304/304L es de aproximadamente 1040-1120 °C, 316/316L es de aproximadamente 1040-1100 °C y 321/347 con elementos estabilizadores Ti/Nb es de aproximadamente 980-1050 °C). Debe ser superior a la temperatura a la que el carburo de cromo se disuelve completamente.

Tiempo de mantenimiento: Determinado según el espesor de la pared, el tamaño y la carga del horno del codo, es necesario asegurar que el núcleo de la pieza alcance la temperatura y esté completamente aislado. Generalmente se calcula según el espesor de la pared (por ejemplo, 1-2 minutos por mm) y se extiende adecuadamente considerando la carga del horno.

Método de enfriamiento: El enfriamiento rápido (temple) es crucial. Se suele utilizar el temple en agua. El objetivo es evitar la precipitación de carburos con el tiempo y congelar la austenita monofásica a alta temperatura hasta alcanzar la temperatura ambiente. El enfriamiento por aire puede no ser lo suficientemente rápido para piezas de paredes gruesas, lo que provocará la precipitación de carburos y reducirá la resistencia a la corrosión.

Tratamiento de estabilización (para aceros que contienen elementos estabilizadores Ti/Nb, como 321 y 347)

Objetivo: Tras el tratamiento en solución, promueve la combinación preferente de titanio o niobio con carbono para formar carburos estables (TiC/NbC), fija aún más los átomos de carbono y evita que formen carburos de cromo en usos posteriores (como en el rango de temperatura de sensibilización), proporcionando así una resistencia más fiable a la corrosión intergranular.

Parámetros del proceso:

Temperatura: normalmente de 870 °C a 900 °C. A esta temperatura, la velocidad de formación de TiC/NbC es más rápida que la de Cr₂₃C₂. Tiempo de mantenimiento: generalmente de 2 a 4 horas (mucho más largo que el tiempo de mantenimiento en solución).

Método de enfriamiento: generalmente, el enfriamiento por aire es suficiente.

Recocido de alivio de tensiones

Objetivo: eliminar únicamente la tensión residual causada por el trabajo en frío o la soldadura, sin modificar significativamente las propiedades mecánicas ni la resistencia a la corrosión del material (siempre que el material no esté sensibilizado). Se suele utilizar cuando no se requiere resistencia a la corrosión, cuando no es posible el tratamiento en solución, o cuando solo se requiere alivio de tensiones después de la soldadura.

Parámetros del proceso:

Temperatura: inferior a la temperatura de la solución; se debe evitar el rango de temperatura de sensibilización (aproximadamente 425 °C - 870 °C), donde precipita el carburo de cromo. El rango de temperatura comúnmente utilizado es de 850 °C - 900 °C (ligeramente inferior a la temperatura de estabilización) o inferior a 425 °C. El tiempo de mantenimiento en el rango de 850-900 °C no debe ser demasiado largo.

Tiempo de mantenimiento en caliente: determinado por el espesor de la pared y la carga del horno, generalmente más corto que el del tratamiento en solución. Método de enfriamiento: enfriamiento por aire. Cabe destacar que incluso con un tratamiento breve a 850-900 °C, un enfriamiento insuficiente puede provocar una sensibilización parcial. Por lo tanto, para aplicaciones de alta demanda, el tratamiento por solución sigue siendo la primera opción.

2. Codos de acero inoxidable ferrítico (como 430, 409, 439, 444)

Proceso del núcleo: recocido

Objetivo: Eliminar la tensión de trabajo en frío, restaurar la ductilidad y la tenacidad, favorecer el crecimiento de los granos (el acero inoxidable ferrítico no presenta cambio de fase) y mejorar la resistencia a la corrosión.

Parámetros del proceso:

Temperatura: generalmente entre 700 °C y 850 °C. La temperatura específica depende del tipo de acero (p. ej., 430 es de aproximadamente 780-820 °C).

Tiempo de mantenimiento en caliente: suficiente conservación del calor para completar la recristalización y el crecimiento del grano.

Método de enfriamiento: enfriamiento por aire o enfriamiento en horno. Evite el enfriamiento por agua para prevenir tensiones residuales o causar fragilidad a 475 °C (si la velocidad de enfriamiento es demasiado lenta y se mantiene en el rango de temperatura de fragilidad durante demasiado tiempo).

3. Codos de acero inoxidable dúplex (como 2205/S31803, 2507/S32750, 2304/S32304)

Proceso principal: Tratamiento de solución/recocido

Objetivo: Obtener una relación bifásica ideal (austenita/ferrita de aproximadamente 50/50), disolver las fases precipitadas perjudiciales (como la fase σ, la fase χ, el nitruro y el carburo) y garantizar una resistencia a la corrosión óptima (especialmente la resistencia a las picaduras y la corrosión bajo tensión) y propiedades mecánicas óptimas.

Parámetros del proceso:

Temperatura: generalmente entre 1020 °C y 1150 °C. La temperatura específica es muy crítica y afecta directamente la relación bifásica. Si la temperatura es demasiado baja, la fase perjudicial no se puede disolver. Si la temperatura es demasiado alta, el contenido de ferrita es demasiado alto y la tenacidad disminuye. (Por ejemplo, el acero 2205 se usa comúnmente a 1020-1100 °C, y el acero 2507 a 1040-1120 °C).

Tiempo de mantenimiento: Debe ser lo suficientemente largo como para disolver las fases dañinas (como la fase σ, que se disuelve lentamente), pero no demasiado largo para que no provoque un crecimiento excesivo del grano. Se determina estrictamente según el espesor de la pared y el tipo de acero (generalmente se calcula en minutos).

Método de enfriamiento: El enfriamiento rápido (templado en agua) es crucial. El objetivo es inhibir la precipitación de fases dañinas durante el enfriamiento, especialmente en piezas de paredes gruesas. El enfriamiento por aire no suele ser lo suficientemente rápido y puede causar la precipitación de la fase σ, lo que afecta gravemente la tenacidad y la resistencia a la corrosión.

Consideraciones para la selección del proceso de tratamiento térmico

1. Material: Este es el factor principal para determinar el tipo de tratamiento térmico (austenita-solución sólida, recocido con ferrita, solución dúplex-sólida). 2. Método de conformado:

Conformado en frío (doblado en frío, prensado en frío): Produce un endurecimiento por deformación en frío significativo, una reducción de la tensión residual y una posible reducción de la resistencia a la corrosión (acero austenítico). El tratamiento por disolución es prácticamente necesario para restaurar el rendimiento.

Conformado en caliente (doblado en caliente, prensado en caliente): La temperatura de conformado suele ser cercana o superior a la temperatura de la disolución, y el proceso de conformado en sí mismo es equivalente a un tratamiento por disolución. Tras el conformado, generalmente solo es necesario controlar la velocidad de enfriamiento (por ejemplo, mediante enfriamiento por agua). Sin embargo, es necesario confirmar si la temperatura de conformado, el tiempo de mantenimiento y la velocidad de enfriamiento cumplen los requisitos; de lo contrario, podría requerirse el tratamiento por disolución. El conformado en caliente puede producir granos gruesos y una oxidación superficial grave.

Soldadura: La soldadura y la zona afectada por el calor pueden sensibilizarse (acero austenítico) o precipitar fases nocivas (acero dúplex). El tratamiento térmico posterior a la soldadura (tratamiento por disolución o recocido específico para alivio de tensiones) suele ser necesario para aplicaciones críticas. 3. Requisitos de aplicación final:

Requisitos de alta resistencia a la corrosión: Se requiere un tratamiento en solución (austenítico, dúplex), y el tratamiento de estabilización puede proporcionar protección adicional a los aceros que contienen Ti/Nb.

Requisitos de resistencia/dureza: Se puede mantener una alta resistencia sin tratamiento después del conformado en frío (pero a expensas de la resistencia a la corrosión). El material es más blando después del tratamiento en solución. El recocido por alivio de tensiones tiene poco efecto sobre la resistencia.

Requisitos de alta estabilidad dimensional: El recocido por alivio de tensiones o el tratamiento en solución pueden reducir la deformación causada por la tensión residual.

4. Economía de fabricación: El coste del tratamiento en solución es elevado (alta temperatura, enfriamiento rápido, limpieza de incrustaciones de óxido). Si la aplicación lo permite, resulta más económico utilizarlo directamente después del conformado en frío (sin tratamiento térmico) o realizar únicamente el recocido por alivio de tensiones.

Procesos clave después del tratamiento térmico

Decapado y pasivación: El tratamiento térmico (especialmente el tratamiento en solución a alta temperatura) formará incrustaciones de óxido y una capa de cromo empobrecido en la superficie. El decapado elimina las incrustaciones de óxido y el metal desprovisto de cromo de la superficie, y la pasivación forma una película protectora de óxido sobre la superficie limpia para restaurar y mejorar la resistencia a la corrosión. Esto es fundamental para todos los tipos de acero inoxidable.

Enderezado/conformado: El proceso de tratamiento térmico puede causar deformación, por lo que se requiere un enderezado adecuado.

Limpieza y secado: Eliminar los residuos del decapado y la humedad para evitar la contaminación o la oxidación.

Ensayos no destructivos: Realizar según los requisitos estándar (como ensayos radiográficos RT, ensayos ultrasónicos UT, ensayos penetrantes PT, ensayos de partículas magnéticas MT, etc.) para garantizar que el tratamiento térmico no produzca defectos (como grietas o deformación excesiva).

Resumen

Codo de acero inoxidable austenítico: El tratamiento de solución es el proceso principal para garantizar la resistencia a la corrosión y restaurar la plasticidad, especialmente después del conformado en frío. El tratamiento de estabilización se utiliza para los grados de acero 321/347. El recocido de alivio de tensiones es la siguiente mejor opción.

Codos de acero inoxidable ferrítico: El recocido es el proceso principal; la refrigeración por aire es suficiente. Codos de acero inoxidable dúplex: El tratamiento de solución controlado con precisión y el temple en agua son la clave para un excelente rendimiento integral.

El decapado y la pasivación después del tratamiento térmico son esenciales.

La elección del proceso requiere una consideración exhaustiva del material, el método de procesamiento, los requisitos de la aplicación y el costo.

Asegúrese de consultar las normas específicas de los materiales (como ASTM A403, ASME B16.9, B16.28) y las especificaciones de fabricación, que especificarán claramente el tipo y los parámetros del tratamiento térmico necesarios para cada grado de acero y forma de producto.

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