1. Tratamiento térmico del acero inoxidable ferrítico: El acero inoxidable ferrítico generalmente presenta una estructura monoferrítica estable. Al calentarse o enfriarse, no se produce cambio de fase. Por lo tanto, sus propiedades mecánicas no se pueden ajustar mediante tratamiento térmico. Su objetivo principal es reducir la fragilidad y mejorar la resistencia a la corrosión intergranular.
①Fragilidad de la fase σ: El acero inoxidable ferrítico genera con gran facilidad la fase σ, un compuesto metálico rico en Cr. Es duro y quebradizo, y se forma con especial facilidad entre los granos, lo que lo vuelve quebradizo y aumenta su sensibilidad a la corrosión intergranular. La formación de la fase σ está relacionada con la composición. Además, el Cr, el Si, el Mn, el Mo, etc., promueven su formación; también está relacionada con el proceso de procesamiento, especialmente el calentamiento y la permanencia en el rango de 540 a 815 °C, lo que favorece aún más su formación. Sin embargo, la formación de la fase σ es reversible. El recalentamiento a una temperatura superior a la de formación de la fase σ la redisolverá en la solución sólida.
②Fragilidad a 475 °C: Cuando el acero inoxidable ferrítico se calienta durante un tiempo prolongado en el rango de 400 a 500 °C, mostrará las características de mayor resistencia y menor tenacidad, es decir, mayor fragilidad, que es más evidente a 475 °C, lo que se denomina fragilidad a 475 °C. Esto se debe a que, a esta temperatura, los átomos de Cr en la ferrita se reorganizan para formar una pequeña área rica en Cr, que es coherente con la fase original, causando distorsión reticular, generando tensión interna, aumentando la dureza del acero y aumentando su fragilidad. Al mismo tiempo que se forma el área rica en Cr, debe haber un área pobre en Cr, lo que tiene un efecto adverso en la resistencia a la corrosión. Cuando el acero se recalienta a una temperatura superior a 700 °C, la distorsión y la tensión interna se eliminan, y la fragilidad a 475 °C desaparece.
③Fragilidad a alta temperatura: Al calentarse a más de 925 °C y enfriarse rápidamente, el Cr, el C, el N, etc., forman compuestos que precipitan en los granos y sus límites, lo que aumenta la fragilidad y provoca corrosión intergranular. Este compuesto se puede eliminar calentando a 750-850 °C y enfriando rápidamente.
Proceso de tratamiento térmico:
① Recocido: Para eliminar la fase σ, la fragilidad a 475 °C y la fragilidad a alta temperatura, se puede utilizar el recocido, calentando a 780-830 °C, manteniendo caliente y luego enfriando al aire o en horno. Para acero inoxidable ferrítico ultrapuro (con un contenido de C ≤ 0,01 %, controlando estrictamente Si, Mn, S y P), se puede aumentar la temperatura de calentamiento del recocido.
② Tratamiento de alivio de tensiones: Tras la soldadura y el procesamiento en frío, las piezas pueden experimentar tensiones. Si el recocido no es adecuado para ciertas circunstancias, se puede utilizar calentamiento, mantenimiento de temperatura y refrigeración por aire a una temperatura de 230 a 370 °C para eliminar tensiones internas y mejorar la plasticidad.
2. Tratamiento térmico del acero inoxidable austenítico: El efecto de elementos de aleación como el Cr y el Ni en el acero inoxidable austenítico provoca que el punto Ms descienda por debajo de la temperatura ambiente (de -30 a -70 °C). Para garantizar la estabilidad de la estructura austenítica, no se produce cambio de fase por encima de la temperatura ambiente durante el calentamiento y el enfriamiento. Por lo tanto, el objetivo principal del tratamiento térmico del acero inoxidable austenítico no es modificar las propiedades mecánicas, sino mejorar la resistencia a la corrosión.
A. Tratamiento de solución de acero inoxidable austenítico
Función:
① Precipitación y disolución de carburos de aleación en acero: El C en el acero es uno de los elementos de aleación. Además de desempeñar un cierto papel de refuerzo, no favorece la resistencia a la corrosión, especialmente cuando el C forma carburos con Cr, el efecto es aún peor y se deben realizar esfuerzos para reducir su presencia. Por esta razón, de acuerdo con las características del C en la austenita que cambian con la temperatura, es decir, la solubilidad es alta a alta temperatura y baja a baja temperatura. Según los datos, la solubilidad del C en la austenita es del 0,34 % a 1200 ℃, del 0,18 % a 1000 ℃ y del 0,02 % a 600 ℃, e incluso menor a temperatura ambiente. Por lo tanto, el acero se calienta a alta temperatura para disolver completamente el compuesto C-Cr y luego se enfría rápidamente para que no tenga tiempo de precipitar, a fin de garantizar la resistencia a la corrosión del acero, especialmente la resistencia a la corrosión intergranular.
②Fase σ: Si el acero austenítico se calienta durante un tiempo prolongado entre 500 y 900 °C, o se le añaden elementos como Ti, Nb y Mo, se favorece la precipitación de la fase σ, lo que aumenta la fragilidad del acero y reduce su resistencia a la corrosión. La forma de eliminar la fase σ es disolverla a una temperatura superior a su posible temperatura de precipitación y luego enfriarla rápidamente para evitar su reprecipitación.
Proceso:
En la norma GB1200, el rango de temperatura de calentamiento recomendado es relativamente amplio: 1000-1150 °C, generalmente 1020-1080 °C. Considerando la composición específica del grado, ya sea fundición o forja, la temperatura de calentamiento debe ajustarse adecuadamente dentro del rango permitido. Si la temperatura de calentamiento es baja, los carburos de C-Cr no se disuelven completamente. Si la temperatura es demasiado alta, también se producirán problemas de crecimiento de grano y menor resistencia a la corrosión.
Método de enfriamiento: El enfriamiento debe realizarse a mayor velocidad para evitar la reprecipitación de carburos. En las normas de mi país y de otros países, se indica un "enfriamiento rápido" tras el tratamiento en solución. Combinando la literatura y la experiencia práctica, la escala de "rápido" se puede dominar de la siguiente manera:
Contenido de C ≥ 0,08%; Contenido de Cr > 22%, el contenido de Ni es relativamente alto; Contenido de C < 0,08%, pero el tamaño efectivo > 3 mm, debe refrigerarse con agua;
Contenido de C < 0,08%, tamaño < 3 mm, se puede enfriar por aire;
El tamaño efectivo ≤ 0,5 mm se puede enfriar por aire.
B. Tratamiento térmico de estabilización del acero inoxidable austenítico
El tratamiento térmico de estabilización se limita al acero inoxidable austenítico que contiene elementos estabilizadores Ti o Nb, como 1Cr18Ni9Ti, 0Cr18Ni11Nb, etc.
Función:
Como se mencionó anteriormente, el Cr se combina con el C para formar compuestos de tipo Cr23C6 y precipita en los límites de grano, lo que explica la disminución de la resistencia a la corrosión del acero inoxidable austenítico. El Cr es un elemento con una fuerte capacidad formadora de carburos. Siempre que exista la posibilidad, se combinará con el C y precipitará. Por lo tanto, se añaden al acero elementos Ti y Nb con mayor afinidad que el Cr y el C, creando así las condiciones para que el C se combine preferentemente con Ti y Nb, reduciendo así la posibilidad de que el C se combine con el Cr, de modo que el C se retenga de forma estable en la austenita, garantizando así la resistencia a la corrosión del acero. El tratamiento térmico de estabilización combina el Ti y el Nb con el C y estabiliza el Cr en la austenita.
Proceso:
Temperatura de calentamiento: Esta temperatura debe ser más alta que la temperatura de disolución de Cr23C6 (400-825 ℃), más baja o ligeramente más alta que la temperatura de disolución inicial de TiC o NbC (por ejemplo, el rango de temperatura de disolución de TiC es 750-1120 ℃), y la temperatura de calentamiento de estabilización generalmente se selecciona entre 850 y 930 ℃, lo que disolverá completamente Cr23C6 de modo que Ti o Nb se combinarán con C, mientras que Cr continuará permaneciendo en austenita.
Método de enfriamiento: Generalmente, se utiliza enfriamiento por aire, aunque también se puede usar enfriamiento por agua o por horno, lo cual debe determinarse según las condiciones específicas de las piezas. La velocidad de enfriamiento no tiene un efecto significativo en el efecto de estabilización. Según los resultados de nuestra investigación experimental, al enfriar desde la temperatura de estabilización de 900 °C a 200 °C, la velocidad de enfriamiento es de 0,9 °C/min y 15,6 °C/min. En comparación, la estructura metalográfica, la dureza y la resistencia a la corrosión intergranular son prácticamente iguales.
C. Tratamiento de alivio de tensiones del acero inoxidable austenítico
Propósito: Las piezas de acero inoxidable austenítico inevitablemente están sujetas a tensiones, como las de procesamiento y soldadura durante el trabajo en frío. La presencia de estas tensiones conlleva efectos adversos, como el impacto en la estabilidad dimensional; se produce agrietamiento por corrosión bajo tensión cuando las piezas sometidas a tensión se utilizan en medios que contienen Cl, H₂S, NaOH y otros medios. Se trata de un daño repentino que se produce localmente sin precursores y es muy perjudicial. Por lo tanto, las piezas de acero inoxidable austenítico utilizadas en ciertas condiciones de trabajo deben minimizar la tensión, lo cual puede lograrse mediante métodos de alivio de tensiones.
Proceso: Cuando las condiciones lo permiten, el tratamiento de solución y el tratamiento de estabilización permiten eliminar mejor las tensiones (la refrigeración por agua con solución sólida también produce ciertas tensiones). Sin embargo, en ocasiones, este método no está permitido, como en el caso de tuberías en circuitos, piezas completas sin márgenes y piezas con formas particularmente complejas y fáciles de deformar. En estos casos, se puede utilizar el método de alivio de tensiones mediante calentamiento a una temperatura inferior a 450 °C para eliminar algunas tensiones. Si la pieza se utiliza en un entorno de corrosión bajo en tensión y es necesario eliminar completamente la tensión, se debe considerar este factor al seleccionar materiales, como acero con elementos estabilizadores o acero inoxidable austenítico de ultrabajo contenido en carbono.
D. Tratamiento térmico del acero inoxidable martensítico
La característica más destacada del acero inoxidable martensítico, en comparación con el acero inoxidable ferrítico, el acero inoxidable austenítico y el acero inoxidable dúplex, es que sus propiedades mecánicas pueden ajustarse en un amplio rango mediante tratamientos térmicos para satisfacer las necesidades de diferentes condiciones de uso. Los diferentes tratamientos térmicos también tienen distintos efectos en la resistencia a la corrosión.
① El estado organizativo del acero inoxidable martensítico después del temple
Dependiendo de la composición química
0Cr13, 1Cr13, 1Cr17Ni2 son martensita + una pequeña cantidad de ferrita;
2Cr13, 3Cr13, 2Cr17Ni2 son básicamente organizaciones martensíticas;
4Cr13 y 9Cr18 son carburos de aleación en la matriz martensítica;
0Cr13Ni4Mo y 0Cr13Ni6Mo son austenitas residuales en la matriz martensítica.
② Resistencia a la corrosión y tratamiento térmico del acero inoxidable martensítico
El tratamiento térmico del acero inoxidable martensítico no solo modifica sus propiedades mecánicas, sino que también tiene diferentes efectos en la resistencia a la corrosión. Por ejemplo, el revenido posterior al temple: tras el temple en martensita, se utiliza un revenido a baja temperatura, que ofrece mayor resistencia a la corrosión; el revenido a temperatura media, de 400 a 550 °C, ofrece menor resistencia a la corrosión; y el revenido a alta temperatura, de 600 a 750 °C, ofrece mayor resistencia a la corrosión.
③ Proceso de tratamiento térmico y función del acero inoxidable martensítico
Recocido: Se pueden utilizar diferentes métodos de recocido según el propósito y la función deseada: el recocido a baja temperatura (también conocido como recocido incompleto) solo se utiliza para reducir la dureza, facilitar el procesamiento y eliminar la tensión. La temperatura de calentamiento se puede seleccionar entre 740 y 780 °C, y la dureza se puede garantizar entre 180 y 230 HB mediante enfriamiento por aire o en horno.
Para mejorar la estructura de forja o fundición, reducir la dureza y garantizar un bajo rendimiento para aplicaciones directas, se puede utilizar un recocido completo, generalmente calentado a 870-900 °C, enfriado en horno después del aislamiento o enfriado por debajo de 600 °C a una velocidad de ≤40 °C/h. La dureza puede alcanzar 150-180 HB.
El recocido isotérmico puede sustituir al recocido completo para lograr este último. La temperatura de calentamiento es de 870 a 900 °C, y el horno se enfría a 700 a 740 °C tras el calentamiento y la conservación del calor (véase la curva de transformación). Esta temperatura se mantiene durante un tiempo prolongado (véase la curva de transformación). Posteriormente, el horno se enfría por debajo de 550 °C y se retira del horno. La dureza puede alcanzar entre 150 y 180 HB. Este recocido isotérmico también es un método eficaz para mejorar la estructura deficiente tras el forjado y las propiedades mecánicas tras el temple y revenido, especialmente la tenacidad al impacto.
Temple: El objetivo principal del temple del acero inoxidable martensítico es fortalecerlo. Se calienta el acero por encima de la temperatura crítica, se mantiene caliente para que el carburo se disuelva completamente en la austenita y se enfría a una velocidad adecuada para obtener la estructura de martensita templada.
Selección de la temperatura de calentamiento: El principio básico es asegurar la formación de austenita y lograr que los carburos de aleación se disuelvan completamente en ella y se homogeneicen; tampoco es posible que los granos de austenita sean gruesos ni que haya ferrita o austenita residual en la estructura después del temple. Esto requiere que la temperatura de calentamiento de temple no sea ni demasiado baja ni demasiado alta. La temperatura de calentamiento de temple del acero inoxidable martensítico varía ligeramente entre los diferentes materiales y el rango recomendado es amplio. Según nuestra experiencia, generalmente es suficiente calentar en el rango de 980 a 1020 °C. Por supuesto, para grados de acero especiales, control de componentes especiales o requisitos especiales, la temperatura de calentamiento debe reducirse o aumentarse adecuadamente, pero no debe violarse el principio de calentamiento.
Método de enfriamiento: Debido a las características de composición del acero inoxidable martensítico, la austenita es relativamente estable, la curva C se desplaza hacia la derecha y la velocidad crítica de enfriamiento es relativamente baja, por lo que se puede utilizar enfriamiento con aceite o con aire para obtener el efecto de temple de la martensita. Sin embargo, para piezas que requieren una gran profundidad de temple, propiedades mecánicas, especialmente alta tenacidad al impacto, se recomienda utilizar enfriamiento con aceite.
Revenido: Tras el temple, el acero inoxidable martensítico adquiere una estructura martensítica con alta dureza, fragilidad y alta tensión interna, por lo que debe ser revenido. El acero inoxidable martensítico se utiliza básicamente a dos temperaturas de revenido:
Revenido entre 180 y 320 °C. Se obtiene una estructura de martensita revenida, que mantiene alta dureza y resistencia, pero baja plasticidad y tenacidad, y presenta buena resistencia a la corrosión. Por ejemplo, el revenido a baja temperatura se puede utilizar en herramientas, rodamientos, piezas resistentes al desgaste, etc.
Revenido entre 600 y 750 °C para obtener una estructura de martensita revenida. Posee buenas propiedades mecánicas integrales, como resistencia, dureza, plasticidad y tenacidad. Puede revenirse a la temperatura límite inferior o superior según los diferentes requisitos de resistencia, plasticidad y tenacidad. Esta estructura también presenta buena resistencia a la corrosión.
Generalmente no se utiliza el revenido entre 400 y 600 °C, ya que este rango de temperatura precipita carburos altamente dispersos de la martensita, lo que produce fragilidad y reduce la resistencia a la corrosión. Sin embargo, resortes como los de acero 3Cr13 y 4Cr13 pueden revenirse a esta temperatura, alcanzando una resistencia al calor (HRC) de 40 a 45, con buena elasticidad.
El método de enfriamiento después del revenido generalmente puede ser por aire, pero para aceros con tendencia a la fragilidad, como 1Cr17Ni2, 2Cr13, 0Cr13Ni4Mo, etc., es recomendable usar enfriamiento con aceite. Además, es importante tener en cuenta que el revenido debe realizarse a tiempo después del temple, no más de 24 horas en verano ni más de 8 horas en invierno. Si el revenido no puede realizarse a tiempo según la temperatura del proceso, se deben tomar medidas para evitar la formación de grietas estáticas.
E. Tratamiento térmico del acero inoxidable dúplex ferrita-austenítico
El acero inoxidable dúplex es un miembro reciente de la familia de los aceros inoxidables y se desarrolló posteriormente, pero sus características son ampliamente reconocidas y valoradas. Sus características de composición (alto contenido de Cr, bajo contenido de Ni, Mo y N) y de organización le confieren mayor resistencia y plasticidad que el acero inoxidable austenítico y el ferrítico; una resistencia a la corrosión equivalente al acero inoxidable austenítico; y mayor resistencia a la corrosión por picaduras, la corrosión por grietas y la corrosión bajo tensión que cualquier acero inoxidable en un medio de cloruro y agua de mar.
Función:
① Eliminar la austenita secundaria: En condiciones de temperatura más altas (como fundición o forja), la cantidad de ferrita aumenta. Por encima de 1300 °C, puede formar una ferrita monofásica. Esta ferrita de alta temperatura es inestable. Al envejecer a temperaturas más bajas, la austenita precipitará. Esta austenita se denomina austenita secundaria. La cantidad de Cr y N en esta austenita es menor que la de la austenita normal, por lo que puede convertirse en una fuente de corrosión, por lo que debe eliminarse mediante tratamiento térmico.
② Eliminar el carburo tipo Cr23C6: el acero de doble fase precipitará Cr23C6 por debajo de 950 ℃, lo que aumenta la fragilidad y reduce la resistencia a la corrosión, por lo que debe eliminarse.
③ Eliminar nitruros Cr2N y CrN: Debido a que en el acero hay un elemento N, puede generar nitruros con Cr, lo que afecta la resistencia mecánica y a la corrosión, y debe eliminarse.
④ Eliminar las fases intermetálicas: Las características de composición del acero dúplex promoverán la formación de algunas fases intermetálicas, como la fase σ y la fase γ, que reducen la resistencia a la corrosión y aumentan la fragilidad, y deben eliminarse.
Proceso: Similar al acero austenítico, adopta un tratamiento de solución, una temperatura de calentamiento de 980 ~ 1100 ℃ y luego un enfriamiento rápido, generalmente enfriamiento por agua.
F. Tratamiento térmico del acero inoxidable endurecido por precipitación
El acero inoxidable endurecido por precipitación se desarrolló relativamente tarde. Es un tipo de acero inoxidable que se ha probado, resumido e innovado en la práctica. Entre los aceros inoxidables que surgieron anteriormente, el acero inoxidable ferrítico y el acero inoxidable austenítico presentan buena resistencia a la corrosión, pero sus propiedades mecánicas no pueden ajustarse mediante tratamientos térmicos, lo que limita su utilidad. El acero inoxidable martensítico puede ajustar sus propiedades mecánicas dentro de un rango más amplio mediante tratamientos térmicos, pero su resistencia a la corrosión es deficiente.
Características:
Tiene un menor contenido de C (generalmente ≤0,09%), un mayor contenido de Cr (generalmente ≥14%), Mo, Cu y otros elementos, lo que le confiere una mayor resistencia a la corrosión, incluso comparable a la del acero inoxidable austenítico. Mediante tratamiento de solución y envejecimiento, se puede obtener una estructura con una fase de endurecimiento por precipitación precipitada sobre la matriz martensítica, por lo que tiene una mayor resistencia, y la resistencia, plasticidad y tenacidad se pueden ajustar dentro de un cierto rango según el ajuste de la temperatura de envejecimiento. Además, el método de tratamiento térmico de solución sólida primero y luego fortalecimiento por precipitación permite procesarlo en forma básica con baja dureza después del tratamiento de solución sólida, y luego fortalecerlo por envejecimiento, lo que reduce el coste de procesamiento y es mejor que el acero martensítico.
Clasificación:
① Acero inoxidable endurecido por precipitación martensítica y su tratamiento térmico: Las características del acero inoxidable endurecido por precipitación martensítica son: la temperatura inicial Ms de transformación de austenita a martensita es superior a la temperatura ambiente. Tras el calentamiento de la austenitización y el enfriamiento a mayor velocidad, se obtiene una matriz martensítica en forma de listón. Tras el envejecimiento, se precipitan partículas finas de Cu de la matriz martensítica en listón para reforzarla.
②Tratamiento térmico del acero inoxidable semiaustenítico: El punto Ms de este acero suele ser ligeramente inferior a la temperatura ambiente, por lo que, tras el tratamiento en solución sólida y el enfriamiento a temperatura ambiente, se obtiene una estructura austenítica con una resistencia muy baja. Para mejorar la resistencia y la dureza de la matriz, es necesario calentarla de nuevo a 750-950 °C y mantenerla caliente. En esta etapa, los carburos precipitan en la austenita, lo que reduce su estabilidad y aumenta el punto Ms por encima de la temperatura ambiente. Al enfriarse de nuevo, se obtiene una estructura martensítica. Algunos aceros también pueden someter el acero a un tratamiento en frío (tratamiento bajo cero) para envejecerlo y obtener un acero reforzado con precipitados en la matriz martensítica.
Se puede observar que, tras un tratamiento adecuado, el acero inoxidable martensítico de endurecimiento por precipitación presenta propiedades mecánicas comparables a las del acero inoxidable martensítico, mientras que su resistencia a la corrosión es equivalente a la del acero inoxidable austenítico. Cabe destacar que, si bien el acero inoxidable martensítico y el de endurecimiento por precipitación pueden reforzarse mediante tratamientos térmicos, el mecanismo de refuerzo es diferente. Debido a sus características, el acero inoxidable de endurecimiento por precipitación ha sido valorado y ampliamente utilizado.
Hora de publicación: 06-feb-2025