folleto inox mex ya

UCLV Dpto: Soldadura y Recuperacion CIS

GENERALIDADES SOBRE LOS ACEROS

En la industria en general y en todo tipo de construcción es sin duda el acero el material que hasta los días de hoy, es con creces el mas empleado, también se puede agregar que en una gran parte de las construcciones la soldadura tiene el máximo de responsabilidad por lo que se impone una verdad la que todo técnico debe tener presente, " Para poder soldar y hacerlo con calidad y las exigencias exigidas por las normas lo primero que tenemos que conocer es el material que va a ser soldado.

Como se conoce los aceros son una aleación de hierro como elemento predominante con carbono hasta un 2 % que contienen además impurezas Un número limitado de aceros al cromo, puede tener más del 2 %, pero este valor es usualmente la línea divisoria entre acero y hierro fundido, según diagrama Fe-C.

Las impurezas pueden dividirse o clasificarse en los siguientes grupos:

1.- Las permanentes o comunes

2.- Las latentes

3.- Las casuales

4.- Las especiales

1.- Las permanentes Según la norma ISO son Mn, Si, P, y S si no superan el 0.8 %, 0.5 %, 0.05 % y 0.06 %, respectivamente. Ademas se plantea que en el proceso de producción es imposible eliminarlos.

2.- Las latentes son el N , O2, y el H2 , que están en cualquier acero en milésimas %.

3.- Las casuales como el As, Pb, Cu y otros, entran al acero debido a que están contenidos en los minerales de una determinada región los cuales conducen a las particularidades de producción de los mismos.

El As y Cu están limitados a 0.08 y 0.3 % respectivamente para los aceros de calidad ordinaria y de 0.08 a 0.25 % para aceros de calidad. A pesar de esto, la norma puede limitar aún más este contenido según la aplicación.

4.- Las especiales (Elementos de Aleación), entran intencionalmente en la composición química de los aceros con el propósito de mejorar las condiciones de servicio de las construcciones por el aumento de las propiedades de los mismos. Para definir si un acero es o no aleado, se utilizan diferentes criterios.

Como es sabido, la cantidad y tipo de impurezas va ha estar en función de los métodos de obtención entre los cuales están, los convertidores tipo Thomas, Bessemer (actualmente en desuso), con soplado de oxígeno u hornos de tipo Siemens-Martin, eléctrico, o al vacío, así como de la posible utilización de procesos de refusión secundaria, por arco eléctrico abierto, fusión secundaria por resistencia eléctrica bajo

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escorias, fusión secundaria por arco eléctrico en vacío, fusión secundaria por rayos catódicos y fusión secundaria por inducción en vacío.

CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS ACEROS

La clasificación de los aceros puede ser realizada por varios criterios:

1. Según la composición química

2. Según su estructura metalográfica, al enfriarse al aire

3. Según su aplicación

4. Según el método de desoxidación

5. Según el dominio en el diagrama hierro-carbono

6. Según el tamaño de grano

7. Según la tecnología de obtención

Existen además otros criterios de clasificación, por ejemplo según la calidad de fabricación, etc.

CLASIFICACIÓN SEGÚN COMPOSICIÓN QUÍMICA

Según la composición química, los aceros se pueden clasificar de forma general atendiendo al grado de aleación, al contenido de carbono y al sistema aleante.

Clasificación según el nivel de carbono

- Extra-bajo- Bajo - Mediano - Alto

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Acerca de esto, a continuación se recogen los criterios más o menos coincidentes realizados por diferentes normas, organizaciones y países.

CLASIFICACIÓN SEGÚN EL CONTENIDO DE CARBONO

Los limites según el contenido de carbono varían según el autor. En la mayoría de la literatura se toman los siguientes:

Aceros de extra-bajo contenido de carbono: los cuales tienen menos de 0.03 % de carbono . Aceros de bajo contenido de carbono: Los cuales son considerados con 0.03 % C 0.25 % con impurezas permanentes como Mn, Si, P y S, limitados a los valores establecidos , además ciertas cantidades de hidrógeno y nitrógeno residual.Aceros de medio contenido de carbono: Los cuales tienen 0.25 % < C 0.5 %

Aceros de alto contenido de carbono: Que contienen por su parte C > 0.5 %).

De la antigua literatura y otros se tienen las siguientes clasificaciones:

Acero extra dulce: Son los que contienen desde 0.05 a 0.12 % de carbono. Acero Dulce: Contienen desde 0.12 a 0.25 % de carbono. Otros autores reconocen

como límite 0.29 % [16].Aceros Semidulces: Contienen desde 0.25 a 0.40 % de carbono.Aceros Semiduros: Contienen desde 0.4 a 0.60 % de carbono.Aceros Duros: Contienen desde 0.6 a 0.7 % de carbonoAceros muy duros: Contienen desde 0.7 a 0.8 % de carbono.

Esta clasificación es usada también hoy día, sin embargo no está claro para el personal técnico.

CLASIFICACIÓN SEGÚN EL GRADO DE ALEACIÓN

La tarea de definir si un acero es o no aleado, es fácil si se siguen las reglas que se exponen a continuación:

1.- Donde exista un rango, el valor mínimo especificado, según el análisis de cuchara, se toma como criterio de clasificación.

Clasificación según el nivel de aleación

- Sin alear- Baja - Mediana - Alta

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2.- Cuando el contenido de manganeso según el análisis de la cuchara, se especifique sólo como el valor máximo; se toma para la clasificación.

3.- Cuando a otros elementos(excluyendo el manganeso), se le especifique solamente el valor máximo según el análisis de la cuchara, se toma como criterio de clasificación el 70 % de este límite.

4.- Cuando no exista norma o especificación de la composición para la clasificación, se toma el análisis de la cuchara como criterio.

5.- Los resultados del análisis del semiproducto, pueden ser diferentes a los obtenidos en el análisis de la cuchara. Cuando el análisis del producto, puede localizar al acero en una clase diferente a lo normado, se incluye en la originalmente prevista y si es necesario se separa y se verifica con seguridad.

6.- Los aceros no aleados son aquellos en los cuales, todos los elementos listados en la Tabla de porcentajes, tienen valores menores respecto a los límites establecidos en el punto 1.

7.- Los aceros aleados, son aquellos en los cuales, para cada elemento listado en la Tabla, el porcentaje de cada uno es igual o mayor a lo especificado.

Si se define un acero como "aleado", entonces queda definir su grado de aleación. En la literatura existe claramente divulgado el criterio que se consideran aceros de baja aleación los que tienen no más del 2.5 %, de elementos de aleación, de mediana aleación los que tienen de 2.5 a 10 % y como de alta aleación los que poseen más de 10 %.

Elemento

Límite (%)

Elemento

Límite (%)

Aluminio

0.1 Cromo 0.0

Cobalto

0.1 Níquel 0.3

Bismuto

0.1 Cobre 0.4

Wolframio

0.1 Plomo 0.4

Vanadio

0.1 Manganeso

1.65*

Selenio

0.1 Molibdeno

0.08

Telurio

0.1 Niobio 0.06

Boro 0.0008

Titanio 0.05

Silicio

0.5 Zirconio 0.05

Otros***

0.05 Lantánidos**

0.05

* Si sólo se especifica el máximo, el límite es 1.80%, ** Cada uno *** Excepto S, P, C y N

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Tabla Límite entre aceros aleados y no aleados

Nota: Los límites establecidos para los elementos siguientes, no deben ser empleados para establecer limitaciones en aceros aleados y no aleados.

a) Bismuto d) Teluriob) Plomo e) Lantánidosc) Selenio f) Otros (***)

Aceros de baja aleación

Los aceros de baja aleación de bajo contenido de carbono tienen hasta 0.25 %, de carbono y en calidad de elementos de aleación el Mn, Cr, Si, V, Mo, Ni y otros. Y se utilizan en las construcciones soldadas sometidas a cargas de tipo vibracionales y dinámicas. Ejemplos de estos y la subdivisión según el sistema aleante se ven a continuación trasliterados:

al manganeso (4Mn2, 09Mn2, serie AISI 13XX)

al manganeso-cobre (09Mn2Cu)

al silicio-manganeso (12MnSi, 16MnSi, 17MnSi, etc.)

al silicio-manganeso con cobre (09Mn2SiCu, etc.)

al manganeso-vanadio (15MnV, etc.)

al manganeso-vanadio con cobre (15MnVCu, etc.)

al manganeso-vanadio con nitrógeno (14Mn2NV, etc.) al manganeso-vanadio con nitrógeno y cobre (14Mn2NiVCu, etc.)

al manganeso-niobio (12Mn2Nb, etc.)

al manganeso-niobio con cobre (10Mn2NbCu; etc.)

al cromo-silicio-manganeso (14CrMnSi)

al cromo-silicio-níquel con cobre (10CrSiNiCu, etc.)

al cromo - níquel - fósforo con cobre (10CrNiPCu)

Además de estos se encuentran los aceros resistentes a la fluencia a elevadas temperaturas de los tipos 0.5Cr-B0.5Mo y 1Cr-0.5Mo, los cuales comienzan a manifestar cierta termoestabilidad y resistencia a la fluencia.

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Los aceros de baja aleación de mediano contenido de carbono, tienen %C > 0.25. Son de forma general del tipo ternario o cuaternario, según la cantidad de elementos de aleación, además del carbono.

Se emplean en lo fundamental para elementos de máquinas para el mejoramiento (bonificación), para herramientas, por ejemplo el 40CrMo, 35CrMo.

Los de elevado contenido de carbono, se emplean en lo fundamental en aceros instrumentales, ya sea, para la fabricación de muelles, herramientas de corte y otros, por ejemplo el 11CrV, 65MnA, [36, 71].

Los aceros de baja aleación se pueden dividir además según el nivel de resistencia a tracción en:

- Aceros de resistencia ordinaria (Rm < 600 MPa)

- Aceros de alta resistencia (UHSS-Ultra High Strengh Steel) (Rm 600 MPa)

Aceros de mediana aleación

Contienen una cantidad de elementos de aleación entre 2.5 y 10 %. En estos grupos están los aceros de los sistemas Cr-Mo, Cr-Mo-V, ampliamente empleados en la industrias química, petroquímica, termoenergética, en tuberías, elementos de calderas de vapor, etc., y los aceros al Ni, muy utilizados en la técnica criogénica. Los primeros son termoestables y poseen alta resistencia a la fluencia a elevadas temperaturas (creep resisting steels), del orden de 400 a 1000 0C a la acción de cargas constantes aplicadas durante un largo periodo de tiempo sin sufrir deformaciones apreciables y a presiones de gas o vapor de hasta 30 Mpa [90]. Para todos estos es común tener como base solución sólida y como fase excesiva, carburos de diversa estructura y procedencia.

Los primeros se agrupan por la proporción de elementos en los siguientes:

a) 1.25Cr - 0.5Mo e) 7Cr - 0.5Mo

b) 2Cr - 0.5Mo f) 3Cr - 1Mo

c) 2.25Cr - 0.5Mo g) 9Cr - 1Mo

d) 5Cr - 0.5Mo

y pueden tener según estructuras de tipo:

Perlítica

Martensítica

Martensítico-Ferrítica

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Aceros de alta aleación

Son las aleaciones con más del 45 % de hierro y con la suma de los restantes elementos de aleación no menor del 10 %, siendo el contenido de uno de ellos no menor del 8 %.

Estos son subclasificados como sigue:

Las referidas serán abordadas posteriormente, sin embargo se pueden destacar los aceros de acuerdo a los elementos principales de aleación que determinan sus propiedades especiales en los siguientes grupos:

a) Aceros al cromo

b) Aceros al cromo-níquel

c) Aceros al manganeso (Hadfield)

d) Aceros al níquel (Maraging)

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS SEGÚN SU USO

MartensíticosFerríticosAusteníticos-perlíticosAusteníticos

Segúnestructura

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Se ha observado que existe gran coincidencia en la clasificación rusa, española, alemana y americana en cuanto a este aspecto .

De modo general se pueden agrupar los aceros de la siguiente forma :

- Aceros de construcción

- Aceros herramentales

- Aceros especiales

Aceros de construcción

Estos están destinados para hacer piezas de máquinas (este por regla general es sometido al tratamiento térmico por el consumidor), construcciones soldadas, etc. De forma general se subdividen en:

1.- Aceros de calidad ordinaria para uso general.

2.- Aceros de calidad para elementos de máquinas

3.- Aceros para estructuras

4.- Aceros para cementación

5.- Aceros para nitruración

6.- Aceros para bonificación (mejorado)

7.- Aceros para rodamientos

8.- Aceros para muelles

9.- Aceros para armaduras (cabillas, barras corrugadas)

10.- Aceros para recipientes a presión

11.- Aceros para trabajado en frío

12.- Aceros para la técnica criogénica

13.- Aceros para temple de superficie

14.- Aceros para extrusión en frío

15.- Aceros para fácil maquinado (Automáticos)

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16.- Aceros resistentes al hidrógeno comprimido

17.- Aceros de grano fino

18.- Aceros resistentes a influencias meteorológicas

19.- Aceros termoestables (refractarios)

20.- Aceros para cianuración

21.- Aceros para estampado en frío

22.- Aceros para recalcado

23.- Aceros para embutido

24.- Aceros resistentes a la abrasión (AR Steels)

Aceros herramentales

Estos se utilizan para hacer herramientas de corte y conformado, instrumentos de medición, troqueles, etc. Estos según se dividen en :

1.- Aceros para herramientas de corte en condiciones suaves (no aleados)

2.- Aceros para herramientas de corte en condiciones difíciles (aleados)

3.- Aceros para herramientas de corte rápido

4.- Aceros para instrumentos de medición

5.- Aceros para matrices de trabajo en frío

6.- Aceros para matrices de trabajo en caliente

Aceros especiales

A este grupo pertenecen los aceros que poseen algunas propiedades claramente manifiestas como resistencia a la corrosión, termoestabilidad, termoresistencia, resistencia al desgaste, con particularidades de dilatación, con propiedades magnéticas y eléctricas especiales, etc. Por ejemplo en se subdividen en:

1.- Aceros inoxidables

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2.- Aceros de gran resistencia a los ácidos

3.- Aceros termoresistentes

4.- Aceros termoestables (Refractarios)

5.- Aceros para válvulas

6.- Aceros no magnetizables

7.- Aceros resistentes al desgaste (Hadfield)

8.- Aceros con elevada resistencia eléctrica

9.- Aceros para la técnica nuclear

A continuación se proporciona una breve explicación de alguno de los grupos mencionados.

Aceros de calidad ordinaria para uso general.- Estos son de bajo %C, no aleados, los cuales no alcanzan temple completo aunque se enfríen bruscamente. Los procesos de fabricación no son de los más sofisticados, por lo cual se pueden encontrar calmados, semicalmados o efervescentes. Los dos últimos no se recomiendan para construcciones soldadas.

Aceros de calidad para elementos de máquina.- Se diferencian de los primeros por una menor variación en el contenido de los elementos y menos impurezas. De forma general están destinados a tratamiento térmico para la elevación de sus propiedades.

Aceros para estructuras.- Son los destinados a la construcción de estructuras de soldadas o no soldadas. Se caracterizan porque tienen buena soldabilidad, y no se destinan al tratamiento térmico. Estos aceros se utilizan para puentes, gasoductos, oleoductos, armaduras, calderas, recipientes a presión, etc.

Son aceros al carbono con un %C < 0.22-0.25 de baja aleación con elementos de aleación < 2.5%, fundamentalmente Mn y Si, utilizándose también a veces Nb, V y N.

Aceros para cementación.- Son aceros donde con un tratamiento térmico se adquiere una gran dureza superficial y resistencia a la abrasión con un núcleo fuerte y tenaz. Este debe reunir las siguientes cualidades:

a) Capacidad de absorber carbono a una temperatura media

b) Absorción uniforme en proporción razonable

c) Capacidad de adquirir temple sin excesiva distorsión

d) Buena resistencia y tenacidad después del tratamiento térmico

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e) Características normales de mecanización

Los aceros de grano fino de forma general son más adecuados para esto, porque no sufren deformaciones a la temperatura de cementación y tienen luego una tenacidad excelente, cuando se enfrían directamente o cuando se someten a tratamiento térmico sencillo. Entre estos aceros se pueden diferenciar:

1.- Aceros para cementar de bajo contenido de carbono (0.1 a 0.25 %), en los ales el núcleo no se endurece.

2.- Aceros para cementar de baja aleación donde el núcleo endurece poco.

3.- Aceros para cementar de mediana aleación el núcleo endurece mucho.

Aceros para temple superficial.- En este grupo entran los aceros templados en agua y los templados en aceite. Tienen una resistencia a la tracción del orden de 686 a 981 MPa y una dureza de 200 a 300 HB. Algunos de estos aceros se utilizan normalizados y revenidos con una resistencia a la tracción del orden de 441 a 686 MPa.

Aceros de temple profundo.- Estos aceros junto con los aleados de construcción pueden dividirse en tres clases distintas:

a) Los usados en estado máximo de temple y revenidos a 205 0C, con lo que se consiguen durezas de 550 a 600 HB y resistencia a la tracción de 196 MPa.

b) Los que son tratados para conseguir dureza de 450 HB, con resistencia a tracción de 117 a 147 MPa

c) Los tratados hasta de 260 a 350 HB, con resistencia a la tracción de aproximadamente 80 MPa

Dichos aceros tienen un campo tan amplio de uso que solo es posible recordar algunos ejemplos de aplicación, entre ellos (ruedas de cruceta de automóvil, engranajes, discos de embrague, cojinetes, árboles de levas, cigueñales, pistones, cilindros neumáticos, inyectores, casquillos, espárragos, árboles de transmisión, tapones roscados, pivotes, pestañas, bridas, arandelas, llaves, etc.

Aceros mejorados para estructuras (Quenched and Tempered Steels).- Fueron desarrollados en el año 1950 Y son extremadamente importantes en lugares donde se requiere alta relación resistencia/peso, manteniendo buena soldabilidad, ductilidad, resistencia al impacto, a la fatiga y a la corrosión. Sus propiedades únicas se obtienen por su composición química y el tratamiento térmico con el cual se fabrican. Las normas americanas que lo cubren son la ASTM A514 y A517, suministrándose laminados, forjados y \fundidos.

El tratamiento consiste en un temple en agua con técnicas especiales desde 816 a 871 0C y revenido desde 540 a 590 0C, lo cual produce una microestructura de revenido cuyos

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productos de la transformación, dan excelente combinación, resistencia/tenacidad a bajas temperaturas. El tratamiento aumenta la resistencia y la tenacidad se garantiza con el laminado en caliente.

Aceros para mejorar.- Estos se aplican a elementos de máquinas, y el tratamiento lo realiza el usuario generalmente. El carbono está entre 0.3 y 0.4 % y el Cr, Ni, Mo, W, Mn y Si, suman un rango de 3 a 5 %. Elementos afinadores del grano: V, Ti, Nb y Zr, aproximadamente 0.1 %. Si la pieza es de configuración compleja y existe impacto, entonces el acero debe contener Ni.

ACEROS RESISTENTES A LA CORROSIÓN (INOXIDABLES)

Son los que poseen estabilidad contra la corrosión electro-química y química, la corrosión intercristalina y la corrosión bajo tensión.

El grupo de los aceros inoxidables en condiciones atmosféricas lo componen los aceros que contienen más del 10% de cromo, mientras que los que poseen mayor o igual que el 15%, son inoxidables en distintos medios corrosivos.

Son características típicas de los aceros inoxidables las siguientes:

- Alta resistencia mecánica en comparación con su masa

-Baja permeabilidad magnética

- Apariencia estática, carácter higiénico y limpieza sencilla

- Buena soldabilidad

- Fácil conformado en frío y en caliente

De forma general y muy resumida puede decirse que los aceros inoxidables se pueden dividir de acuerdo a su composición química en aceros al Cr, al Cr-Ni, al Cr-Mn, al Cr-Ni-Mn y los aceros que poseen elementos de aleación como el Mo y el W, o elementos formadores de carburos como el Ti, Nb, etc., que se añaden con el fin de estabilizar la estructura y las propiedades.

Aceros Termoestables.- Son los que poseen estabilidad contra el ataque químico de su superficie en medios gaseosos y a temperaturas por encima de los 550 0C, que trabajan sometidos a pequeñas cargas o libres de cargas.

Aceros termoresistentes.- Son los aceros capaces de soportar cargas a altas temperaturas durante un determinado intervalo de tiempo y durante el cual poseen suficiente termoestabilidad.

Los aceros termoresistentes hasta temperaturas de 565 a 610 0C, tienen de 11 a 12.5 % de cromo con aleaciones de molibdeno, wolframio y vanadio, hasta los 650 0C son aceros

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al Cr-Ni tipo 18-9 y 18-10 estabilizados con titanio o niobio y hasta 800 0C son aceros austeníticos Cr-Ni-Mo.

Aceros para bajas temperaturas y técnica criogénica.- En principio cualquier acero para bajas temperaturas debe cumplir que la transición a estado frágil no ocurra a la temperatura de uso, por lo cual tiene que observarse el parámetro T50 [15].

El desarrollo en esta familia de los aceros llamados criogénicos, se inicia ante la necesidad de materiales con buenas propiedades mecánicas a bajas temperaturas, tanto para el proceso de fabricación, como para el transporte y almacenaje de gases licuados .

El uso de ellos comienza a temperaturas de servicio inferiores a un rango de -30 a -45 0C. Según la temperatura de servicio se pueden emplear los siguientes aceros:

Aceros Temperatura mínima 0C

C - Mn microaleado -45Media aleación (3.5 % Ni) -100Media Aleación (5 % Ni) -140Media Aleación (9 % Ni) -200Alta aleación (inoxidables austeníticos)

-250

Tabla Temperatura de trabajo en función de la composición química fundamental.

Según el gas a licuar se realiza su selección, en función de la temperatura de licuación. Algunos casos se exponen a continuación:

Gas Temperatura de lucuación 0C

PropanoPropilenoSulfuro de carbonoSulfuro de hidrógenoBióxido de CarbonoAcetilenoEtanoEtilenoKripton

-43-48-50-60-78-84-89-104-151-163-183-186

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MetanoOxígenoArgónNitrógenoGas natural

-196Según pureza del metano

Tabla temperatura de licuación de diferentes materiales gaseosos.

Aceros resistentes a condiciones ambientales (Weathering Steels).- Según algunos autores son aceros de baja aleación que se pueden exponer al ambiente sin pinturas, ya que se autoprotegen con una densa capa de óxidos. La resistencia a la corrosión es de 4 a 6 veces de los aceros estructurales al carbono y de 2 a 3 veces de muchos aceros de baja aleación estructurales.

En las normas americanas están cubiertos por la ASTM A242.

Aceros resistentes a la abrasión (AR Steels).- Son aceros de alto contenido de carbono de 0.8 a 0.9 %, los cuales se usan para líneas en equipos de construcción donde existe severa abrasión y golpes duros, líneas de descarga de camiones que trabajan en canteras, transportadores, etc. Normalmente no se usan en estructuras. Su dureza supera los 45 HRC (375 HB).

Aceros para fácil maquinado (Free machining steels).- Estos contienen elevado porcentaje de P, S, Se o Pb, con lo cual se logra una viruta pequeña.

Aceros para la técnica nuclear.- Los aceros empleados en la construcción de reactores nucleares pueden trabajar como materiales de conserva o de protección (absorbedores). Los primeros deben cumplir el requerimiento especial de no contener elementos con isótopos que sean gran absorbentes de neutrones (B, Co, Ta, Nb, Ti, Al y N), mientras que los segundos por el contrario .

Aceros para transformadores.- Son aleaciones que deben cumplir las siguientes recomendaciones .

1ro.- Deben estar compuestos por átomos y estructura cristalina con la máxima magnetización posible.

2do.- Tener una microestructura que permita mover las barreras del dominio magnético.

3ro.- Los cristales deben estar orientados en la dirección deseada de magnetización.

La condición primera, es garantizada por el hierro, la condición segunda implica que el material debe estar libre de partículas, dislocaciones, y frontera de grano. Esto sólo lo cumple un cristal simple templado lo cual es difícil de obtener en el hierro. La transformación produce frontera de granos y dislocaciones dificultosas de remover por temple a 900 0C. Si un elemento de aleación cierra el lazo , esta dificultad puede ser evitada. Las aleaciones con más de 2.2 % de Si, pueden tratarse térmicamente sobre el punto de fusión .

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En conclusión los aceros para estos fines contienen de 3 a 5 % de Si. Al adicionar este elemento existe una pérdida de la magnetización máxima y como beneficio aumenta la resistencia eléctrica.

La condición tercera es garantizada por un cristal de hierro con un porciento de orientación en la dirección de magnetización .

SELECCIÓN DE ACEROS

En la actualidad la selección de aceros constituye un aspecto esencial de la ciencia e ingeniería de los materiales, para los diseñadores, constructores de maquinarias, reparadores e ingenieros en general.

Independientemente que en algunos códigos y normas se especifican los tipos de aceros para determinadas aplicaciones, los especialistas deben de conocer, bajo que filosofía se hacen las propuestas de algunos códigos, que en ocasiones están incompletos.

La selección inadecuada de un acero puede traer consigo las siguientes consecuencias:

- Roturas catastróficas

- Falla de un determinado elemento

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- Reposición frecuente de componentes de un sistema

- Enormes pérdidas económicas y humanas

- Material de aporte de soldadura mal seleccionado

- Pérdida de calidad del sistema en general

Actualmente, es evidente que un acero de construcción de alta calidad debe ser al mismo tiempo resistente, fiable y durable.

Las resistencias a las deformaciones se agrupan bajo el concepto general de resistencia ( t, f, y ).

El término fiabilidad, se asocia a la resistencia a la rotura, la cual se determina mediante los parámetros T50, KCV y KIC.

Para muchos metales, y en primer lugar para los que tienen la red cúbica centrada en el cuerpo o hexagonal, el mecanismo de rotura varía a una temperatura determinadas: la rotura que es dúctil a alta temperatura pasa a ser frágil a baja temperatura. Tal cambio o transición ocurre en un intervalo de temperaturas denominado "zona de transición", estando muchas veces referidos a una "temperatura de transición", los especialistas de Europa del Este le llaman T50, es la temperatura en la cual la superficie de fractura presenta un 50 % de apariencia cristalina (clivaje) y un 50 % de aspecto fibroso (dúctil), esta propiedad mecánica (T50), no utilizada adecuadamente, en ocasiones por los diseñadores, es de gran importancia para prevenir fallas catastróficas.

El parámetro KCV se determina mediante el ensayo dinámico de resistencia al choque (Charpy) y el mismo da información acerca de la resistencia a la rotura dúctil.

El estudio de los procesos de fractura por medio de una amplia generalización matemática condujo a la creación de una determinada tendencia científica: MECÁNICA DE LA FRACTURA.

La respuesta del material (comportamiento) a grandes esfuerzos localizados, en gran parte, determina la resistencia a la fractura o la tenacidad a la fractura del material.

El parámetro análogo a la resistencia del material, es el coeficiente crítico de intensidad del tensiones (KIC), el cual es una propiedad de cada acero y el mismo es de extraordinaria importancia en la mecánica de la fractura, este coeficiente mide la tenacidad a la fractura.

KIC = Y f a si KI = KIC (a = acrit)

KIC = Y f a c r i t

donde:

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Y = Factor de formaf = Límite de fluencia del material

Conociendo la morfología de la grieta en el material, el límite de fluencia y su KIC, sepuede determinar la longitud crítica (admisible) de la grieta en el componente.

En resumen:

- T50 caracteriza la resistencia del acero a la rotura frágil e indica la temperatura mínima de la posible de explotación del acero.

- KCV: indica la temperatura del acero a la rotura dúctil.

- KIC: caracteriza la resistencia del material a la propagación de las grietas

Durabilidad

La durabilidad se caracteriza mediante los ensayos de creeps, corrosión , desgaste, fragilidad, tensiones residuales, etc. La durabilidad está asociada a una microdestrucción paulatina del material que en el caso de un acero inoxidable esta relacionada por supuesto con su resistencia al medio químico al cual este expuesto.

SELECCIÓN DE ACEROS INOXIDABLESCONOCIMIENTOS BASICOS

LOS ACEROS INOXIDABLES¿Cuál es el propósito de los Aceros Inoxidables?El acero es solamente inoxidable si tiene un contenido mínimo de 11 a 12% de Cromo (Cr).

El cromo forma una película de Óxido en la superficie extremadamente delgada, continua y estable. Esta película deja la superficie inerte a las reacciones químicas y por lo tanto pasivo. Esta es la característica fundamental de resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables.

Su propiedad fundamental es la resistencia a la corrosión húmeda y seca, además de una amplia gama de propiedades secundarias. El extenso rango de propiedades presentes en los aceros inoxidables, hacen de ellos, un grupo de materiales muy versátiles.

El árbol genealógico y las familias de los aceros inoxidables, muestra como los diferentes aceros inoxidables se interrelacionan.

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PAPEL DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN

Las influencias fundamentales de los elementos de aleación en la selección de aceros, se manifiestan en:

1.- Las propiedades mecánicas

2.- Las propiedades tecnológicas (templabilidad, soldabilidad, conformabilidad, maquinabilidad, etc.).

3.- El crecimiento del grano austenítico

4.- Los diferentes tipos de agrietamientos

5.- La formación de carburos

6.- El comienzo de la transformación martensítica

7.- La resistencia a largo plazo del acero

1.- Carbono

Este elemento, como en los aceros al carbono, sigue siendo el fundamental para la determinación de las propiedades mecánicas tecnológicas. La temperatura de fusión y el peso específico, disminuyen con el aumento de este.

Su efecto sobre las propiedades mecánicas, puede variar ampliamente con el tratamiento térmico, sin embargo estos efectos son válidos para pequeñas secciones. Cuando se requieren dureza y resistencia en mayores secciones, entonces hay que tomar aceros aleados.

Un acero al carbono con porcentaje elevado, tiene una profundidad de temple aproximadamente de unos 12 mm, como máximo.

Con su aumento, disminuye la soldabilidad, debido a que crece la templabilidad, por lo tanto la tendencia a la aparición de estructuras de mayor volumen específico en las uniones soldadas que ocasionan el surgimiento de tensiones internas y la disminución de las propiedades mecánicas.

La maquinabilidad también es afectada con su aumento. A menudo para tener una idea cuantitativa de este parámetro al comparar diferentes aceros, se toma convencionalmente que el con 0.45 % de C y sin alear, representa la unidad.

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Para los aceros de alta aleación este constituye un elemento que favorece la formación de austenita (gammágeno).

En los aceros inoxidables, su aumento por encima de los valores permisibles, provoca la formación de carburos de cromo y la corrosión intercristalina.

2.- Manganeso

Su punto de fusión es de 1244 0C

Es un elemento que actúa como desulfurante y desoxidante en la obtención del acero.

Favorece la templabilidad del acero por lo cual hay que limitar su contenido exceptuando en el caso en que se necesite aumentar la dureza o la resistencia al desgaste. Se considera este elemento como un desoxidante muy fuerte y es muy raro que su contenido en los aceros sobrepase el 2 %

Se conoce que mejora la relación existente entre el límite de resistencia a la tracción y la fluencia (Rm/Rp). En cantidades de 1 a 1.5 %, el aumento de Rm, es más marcado. Provoca una pequeña disminución de la elasticidad, cuando se excede el 1.5 % en aceros de bajo contenido de carbono y en los de mediano y alto contenido una cantidad inferior.

Para un 3 % de este, la resistencia a tracción, aumenta en 98 MPa, con contenidos entre 3 a 8 %, el crecimiento es más suave y para más de 8 %, cae de nuevo. En estos casos el límite de fluencia se comporta de igual manera.

Disminuye las temperaturas de temple, recocido y normalizado, aumentando la tendencia al sobrecalentamiento.

En los aceros al carbono se introduce como desoxidante para eliminar impurezas perjudiciales de óxido de hierro y compuestos sulfurosos. Cuando se encuentra entre 0.17 a 0.37 %, se disuelve en la ferrita, endurece el acero formando carburo Mn3C, eleva sus propiedades mecánicas, la capacidad de recocido y elimina el efecto perjudicial del azufre. Al combinarse con dicho elemento elimina la causa fundamental de la fragilidad en caliente proporcionándole al acero mayor capacidad de laminado y forjado.

Este no empeora la soldabilidad si su contenido no sobrepasa el rango de 0.3 a 0.8 %). En los aceros de mediano contenido de manganeso (1.8 a 2.5 %), aumenta la templabilidad y la tendencia a la formación de grietas.

Cuando se emplea como elemento de aleación aumentala tenacidad y resistencia mecánica sin disminuir la ductilidad, además reduce los efectos desfavorables del Si.

En los aceros de alta aleación se comporta como gammágeno y puede sustituir total o parcialmente al níquel.

Los aceros inoxidables al Cr-Mn, Cr-Ni-Mn y otros de tipo bifásico, tienen soldabilidad similar a los austeníticos al Cr-Ni.

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Particular importancia tienen en los aceros de una composición de 11 a 13 % de este elemento y de 1 a 1.3 % de carbono, los cuales se conocen como aceros al manganeso (Hadfield), tienen una elevada resistencia al desgaste y se aplican en la fabricación de herramientas, rieles ferroviarios y otras piezas expuestas a grandes desgastes.

3.- Silicio

El punto de fusión es de 1410 0C

Es un elemento reductor (desoxidante), al igual que el manganeso. Para desoxidar determinados aceros para piezas fundidas se añade hasta 0.8 %.

Se define como acero al silicio, aquel que contiene como elemento de aleación el silicio en una proporción mínima de 0.4 %.

Aumenta la resistencia mecánica, la resistencia al escamamiento y la densidad (especialmente en aceros fundidos), haciendo la fundición de los aceros más compacta, por la reducción del desprendimiento de gases. En caso de las fundiciones, se emplea generalmente para contenidos inferiores al 0.5 %, aunque disminuye la maleabilidad y soldabilidad.

La resistencia a la tracción y el límite de fluencia, son aumentados en 98 MPa, por cada 1 % de este, afectando de forma no significativa la elasticidad.

Los aceros con alto contenido de este tienen grano basto y para contenidos de Si 14 %), resiste a los ataques químicos, pero no puede ser forjado.

Este elemento aumenta la permeabilidad magnética del acero. Así los aceros de un contenido de 0.5 % de carbono, con contenidos de silicio desde 1 a 5 %, son ampliamente utilizados en la industria eléctrica para la fabricación de chapas de transformadores y dinamos, o en la fundición de piezas que deben poseer una permeabilidad magnética grande, las cuales ocasionan pequeñas pérdidas por histéresis y por corrientes parásitas, además aumenta la resistividad eléctrica.

Para la fabricación de resortes, se emplea un acero que contiene alrededor de 4 % de silicio, por dar este elemento flexibilidad al acero.

En las uniones soldadas, la cantidad de este elemento debe limitarse por el aumento de la fragilidad (debido a que los cristales mixtos de hierro y siliciuro de hierro FeSi son de poca plasticidad); no influyendo negativamente si no sobrepasa el 0.3. Es un elemento reductor.

En los aceros al carbono, su contenido no supera el rango de 0.2 a 0.3, mientras que en los aceros aleados este puede alcanzar de 0.8 a 1.5 %, dificultando la soldadura por la alta fluidez del acero, por la formación de óxidos de fácil fusión y por la fácil oxidación.

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En los aceros de construcción alcanza un máximo de 0.6 %, dado que este elemento retarda la cementación, ayuda al crecimiento del grano y reduce la profundidad de temple.

En los aceros de alta aleación se comporta como elemento (alfágeno) y está limitado, debido a que la formación de los silicatos, especificamente en los aceros inoxidables, los cuales se alojan en la frontera intergranular y provocan el agrietamiento en caliente, aunque aumenta la resistencia a la oxidación frente a gases oxidantes en caliente.

4.- Níquel

El punto de fusión es de 1453 0C)

En los aceros de bajo contenido de carbono, está de 0.2 a 0.3 %, en los de construcción de 1 a 5 %), en los aleados de 8 a 35 %.

Es soluble en la ferrita y la favorece, mejora las propiedades del acero bruto de laminación, en cuanto a resiliencia, elongación y estricción. El aumento de la resistencia del acero, es menor que en el Si y Mn, disminuyendo de forma insignificante la elasticidad, aumenta la resiliencia de aceros estructurales considerablemente, especialmente a bajas temperaturas.

Aumenta la templabilidad, disminuyendo las temperaturas de temple, recocido y normalizado.

En contenidos de 3 a 5 %, aumenta la resistencia sin aumentar la fragilidad de la unión soldada, sin embargo al superar estos valores, tiene tendencia al aumento de la templabilidad de la misma. Se plantea que afina el grano, aumenta la plasticidad y no empeora la soldabilidad.

En el tratamiento térmico, disminuye las temperaturas de temple, da más tolerancia en los intervalos de temperaturas, lo que permite un mejor control de la misma, aumenta la profundidad de temple, especialmente si hay presencia de Cr.

Este apoya los efectos del Cr, Mo, etc, retardando el crecimiento del grano aún a elevadas temperaturas, disminuye la deformación y el peligro de grietas de temple y no empeora la soldabilidad.

Los aceros con elevados contenidos de este elemento se utilizan en la construcción de instrumentos de precisión debido al pequeño coeficiente de dilatación.

En los aceros de baja aleación, en contenidos de 3 a 5 %, aumenta la resistencia sin aumentar la fragilidad de la unión soldada, sin embargo con mayores contenidos, tiene tendencia al aumento de la templabilidad de la misma.

En los aceros de alta aleación, es gammágeno, y tiende a incrementar la templabilidad del acero, debido a que disminuye la velocidad crítica de temple.

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La acción estabilizadora de la fase austenítica, caracteriza a los aceros de tipo (18-8), los cuales no poseen puntos de transformación siendo sensibles al crecimiento del grano por sobrecalentamiento, la acción afinadora de este elemento disminuye notablemente esta tendencia.

Los aceros al Cr-Ni, son inoxidables y resistentes al escamamiento (termoestabilidad). Para contenidos entre (24 - 26 %), el acero se hace no magnetizable.

5.- Cromo


Este se encuentra en los aceros de bajo contenido de carbono de 0.2 a 0.3 %, en los de construcción de 0.7 a 3.5 %), en los aceros al cromo de 12 a 18 %, en los aceros al cromo-níquel de 9 a 35 %. Constribuye a incrementar la imantación remanente.

Aumenta la resistencia a tracción y dureza de los aceros, reduciendo de forma mínima la elasticidad. La resistencia a la tracción de los aceros crece de 78 a 98 MPa, por cada 1 % de Cr, el punto de fusión crece pero no del mismo modo, pero el valor de la resiliencia es disminuido.

Aumenta además la templabilidad, la resistencia a elevadas temperaturas, así como las temperaturas de temple, recocido y normalizado.

Disminuye ligeramente la tendencia al sobrecalentamiento y la ductilidad no disminuye para contenidos superiores al 1.5 %.

El Cr dificulta la soldadura porque acelera la oxidación del metal, forma uniones químicas con el carbono, aumenta la dureza del metal en las zonas de transición, etc. Cuando existe una correcta selección del régimen de soldadura, de los materiales de aporte y también con la observación del proceso tecnológico, no influye en la soldabilidad.

En los procesos de soldadura por llama oxiacetilénica, se necesitan fundentes que sean capaces de disolver dichos óxidos. En el caso de los aceros de mediana aleación de clase perlítica cuyo contenido de este elemento no es elevado, es natural que no tengan resistencia a elevadas temperaturas por lo cual no se recomienda emplear para T > 550 0C.

La elevación del contenido de este no sólo eleva la resistencia a la formación de cascarilla, sino también la termoresistencia, debido a que se eleva la temperatura de recristalización y se forman carburos especiales M3C6, que coagulan más despacio que la cementita (M3 C).

En los aceros de baja aleación, en presencia de Ni y Mo, aumenta la templabilidad. Este elemento forma un óxido de alta temperatura de fusión y de difícil eliminación.

Reduce la velocidad de temple, disminuye el crecimiento del grano, retarda la descarburación periférica, dando mayor profundidad de temple.

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Los aceros al cromo se deforman bien en caliente, se mecanizan y son adecuados para endurecimientos parciales o por inducción.

Los aceros con cierto contenido de carbono y Cr, forman carburos de gran resistencia al desgaste.

Con porcentajes hasta de 5.5 %, confiere al acero propiedades de conservar la dureza del revenido, aún a elevadas temperaturas.

A partir del 5 % de cromo, se nota determinada resistencia a la corrosión.

Para contenidos superiores al 12 %, se considera un acero inoxidable y termoestable. Es el elemento fundamental en los aceros inoxidables y refractarios, causante de la resistencia a la corrosión debido a la formación de una película de óxidos de cromo. Este es alfágeno. En estos aceros, debido a que tiene gran tendencia a formar carburos, se limita el contenido de carbono o se añaden elementos de más afinidad que este por el carbono (Ti, Nb, etc.), conocidos como estabilizadores.

6.- Aluminio


Este facilita la obtención de un acero con tamaño de grano controlado pequeño, no obstante es necesario un extremado control en la dosificación, un contenido por encima de lo permisible, provoca la fragilidad del acero, descomponiendo durante el recocido el carburo de hierro (cementita) y transformándolo en grafito. En combinación con el cromo, se elimina esta tendencia ya que unidos, forman importantes compuestos (nitruros de gran dureza, en los aceros destinados a la nitruración.

Es un gran desoxidante y combinado con el nitrógeno, reduce la susceptibilidad al envejecimiento bajo tensión.

La tendencia al sobrecalentamiento y la templabilidad, las disminuye considerablemente.

Aumenta ligeramente la dureza y la resistencia, así como la ductilidad (esta última al estar en pequeñas cantidades).

Incrementa significativamente las temperaturas de temple, recocido y normalizado.

Este elemento forma un óxido de alta temperatura de fusión, el cual es el causante de la mala soldabilidad operatoria. Se necesita la utilización de fundentes adecuados que disuelvan este óxido durante el desarrollo de los procesos de soldadura.

En los aceros de alta aleación es un elemento alfágeno, que actúa de modo similar al Si, protege al acero frente a la oxidación en caliente y su contenido

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también se debe limitar debido a que aumenta la tendencia al agrietamiento durante el desarrollo de los procesos de soldadura.

En los aceros termorresistentes ferríticos, su presencia da resistencia al escamamiento.

En las aleaciones con magnetismo permanente de tipo Fe-Ni-Co-Al, aumenta la coercitividad.

7.- Molibdeno


Es un formador de carburos y un estimulante a los demás elementos de aleación.

Aleado solamente con el carbono, incrementa la templabilidad, aumenta la resistencia a tracción tanto a temperatura ambiente como elevadas, así como las temperaturas de temple, recocido y normalizado. Su comportamiento es parecida a la del W.

Aumenta la ductibilidad para contenidos superiores al 0.6 %, e influye ligeramente sobre la tendencia al sobrecalentamiento.

Este tiene gran tendencia a la formación de carburos, por lo cual se adiciona a los aceros rápidos, para estampas de trabajo en caliente, aceros austeníticos inoxidables, termoresistentes, aceros de temple superficial (case hardening) y de tratamiento térmico.

Aleado con otros elementos (principalmente con el cromo y níquel), confiere propiedades más elevadas. Este es uno de los elementos, que más favorece el tratamiento térmico, puesto que aumenta la penetración de temple, amplía los márgenes de forja y del tratamiento térmico, permite temperaturas elevadas en el revenido con lo cual se logran estructuras más idóneas, disminuye la susceptibilidad del acero a la fragilidad del revenido, aumenta la resistencia, el límite de fatiga y mejora el mecanizado. Para elevados contenidos, tiende a dificultar la forja.

En general, para contenidos superiores de 0.15 a 0.8 % dificulta la soldadura, sirve de causa a la formación de grietas en la costura y en la zona de transición, se oxida fuertemente y arde al soldar.

Este elemento aumenta la templabilidad del acero durante los procesos de soldadura, generalmente su contenido está limitado a pequeños valores. En caso de los aceros de mediana aleación, la adición de una pequeña cantidad eleva la temperatura de recristalización de la ferrita por lo cual aumenta la resistencia a elevadas temperaturas.

En los aceros de alta aleación, es alfágeno y actúa, no solo desde el punto de vista estructural, sino también porque aumenta la resistencia química frente a ácidos reductores. El contenido normal es aquí de 2 a 3.5 % y su acción sobre la estructura es muy importante, a este se le atribuye la causa del aumento de la ductibilidad de la austenita a elevadas temperaturas, que provoca la disminución de la tendencia al agrietamiento en caliente.

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8.- Cobre

Su punto de fusión es de 1084 0C)

Se considera elemento de aleación a partir del 0.25 %. Aumenta los límites de resistencia a la rotura y a la fluencia, pero empeora la elasticidad. En los aceros no aleados, constituye una impureza, limitándose su contenido como ya se observó.

En los aceros de baja y mediana aleación, este elemento se le atribuye la propiedad de aumentar la resistencia a la corrosión de los aceros frente al agua de mar. Se recomienda no sobrepasar el valor de 0.4 %, que es el límite de solubilidad de este elemento en los aceros.

En aceros especiales este se encuentra según de 0.3 a 0.8 %, y mejora la resistencia, plasticidad, resiliencia, sin empeorar la soldabilidad. En este caso, actúa como gammágeno y se añade a los aceros inoxidables, con el objetivo de dar cierta resistencia frente a los ácidos.

Hasta contenidos de 0.6 %, aumenta la resistencia del acero a la corrosión atmosférica y la templabilidad. Para contenidos superiores, comienza a producir defectos de endurecimiento por precipitación. Este no empeora la soldabilidad de los aceros.

9.- Vanadio


Es muy usado en los aceros estructurales (preferentemente combinado con cromo), para estampas, aceros rápidos (preferentemente combinado con tungsteno), con lo cual en el último caso mejora las propiedades de corte. Se caracteriza por ser un gran formador de carburos.

Este se encuentra comúnmente en los aceros de 0.2 a 0.8 %, en los aceros para estampas de 1 a 1.5 %, oxidándose fuertemente, exige una protección rigurosa del metal durante la soldadura y dificulta la misma.

La adición de este en los aceros de baja y mediana aleación afina el grano (aumenta la homogeneidad) y eleva la resistencia a elevadas temperaturas.,

Aumenta la resistencia a tracción y el límite de fluencia, así como las propiedades en calientes de los aceros.

10.- Wolframio o Tungsteno

El punto de fusión es de 3380 0C)

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Para la fundición tienen importancia únicamente los aceros de 5 a 6 % de este, con 0.6 a 0.65 % de carbono los cuales se utilizan para la fabricación de imanes, con una composición de 1 a 3 % de este con 0.6 a 0.7 % de carbono, para la fabricación de cañones o en la industria de motores de aviación para la fundición de cilindros.

Se plantea que para contenidos de 0.8 a 1.8 %, aumenta la dureza y la capacidad de trabajo a elevadas temperaturas.

La resistencia a tracción y el l¡mite de fluencia, son aumentados en 40 MPa, por cada 1 % , de este y la ductilidad la eleva ligeramente para contenidos superiores al 1 %.

Este disminuye la tendencia al sobrecalentamiento, aumenta la templabilidad, las temperaturas de temple, recocido y normalizado.

En los aceros rá pidos es el elemento fundamental, ayudando a obtener la arista de corte, aunque sea a elevadas temperaturas T 1600 0C.

Sin la presencia de otros elementos de aleación, se emplea en la fabricación de material eléctrico de alta remanencia y permeabilidad magnética.

Aleados con el Cr y Mo, produce aceros autotemplables.

Durante la soldadura se oxida fuertemente, por cuanto exige una fuerte protección contra el oxígeno, ya que dificulta dicho proceso. La estructura por lo general es muy fina.

Este permite la conservación de la dureza durante el calentamiento y el aumento de la resistencia al desgaste.

En los aceros de alta aleaci¢n es alfageno y mejora las propiedades mecánicas en caliente y en frío, aunque no tiene influencia directa sobre la resistencia a la corrosión.

Tiene gran tendencia a la formación de carburos y es principalmente empleado en aceros termoresistentes.

11.- Titanio

El punto de fusión es de1812 0C

Se considera elemento de aleación a partir del 0.1 %. Están en los aceros estables a la corrosión hasta cantidades de 1 %, no dificultan el proceso de soldadura, ni empeoran la soldabilidad del acero.

El titanio por su parte influye en el afinado del grano y el mejoramiento de las propiedades mecánicas, disminuyendo la tendencia al sobrecalentamiento y aumentando de forma considerable las temperaturas de temple, recocido y revenido.

Es un elemento que facilita la obtención de aceros compactos, disminuyendo las segregaciones, hace que la solidificación de los lingotes sea acelerada. Es un elemento

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desoxidante, retrasa el crecimiento del grano en el tratamiento térmico a elevadas temperaturas.

Por su fuerte afinidad por el carbono, reduce la profundidad de temple, dado que dificulta la dispersión de los carburos y la formación de cementita.

En los aceros de alta aleación es alfágeno y sus contenidos oscilan de 0.4 a 0.5 %, añadiéndose para evitar la corrosión intercristalina con el carbono por su mayor afinidad que el cromo hacia este elemento (aceros estabilizados con Ti).

12.- Niobio


El Nb, es uno de los llamados elementos raros. También es conocido como Colombio y comúnmente aparece junto con el Ta y es de difícil separación.

Este aumenta la ductilidad y las temperaturas de temple, recocido y normalizado; disminuyendo la dureza y resistencia a tracción. Se puede admitir un contenido de diez veces a la cantidad de carbono, pero no mayor al 1 %.

En la obtención de los aceros inoxidables, se emplea para evitar la corrosión intergranular, actuando como estabilizador.

En aceros herramentales se emplean para disminuir la sensibilidad al autotemple a elevadas temperaturas, dándole gran estabilidad a las mismas.

En los aceros de alta aleación, el Ta y Nb ambos se comporta como elementos fuertemente alfageno.

13.- Azufre


En la producción del acero se considera como una impureza que empeora la calidad, cuando la cantidad no es excesiva se combina con el manganeso sin tener una influencia nociva hasta aproximadamente 0.06 %. Si la cantidad sobrepasa los límites permisibles, el azufre sobrante reacciona con el hierro formando el FeS, que es una eutéctica ligeramente fusible, que funde a 985 0C y la cual provoca la destrucción de la continuidad de la estructura a temperaturas elevadas, poniéndose el acero frágil y vidrioso ("red shortness"- fragilidad al rojo).

Esta fragilidad también se observa al someterse a los procesos de forja y laminación.

Bajo las anteriores condiciones empeora la soldabilidad y provoca el surgimiento de grietas en calientes.

Este mejora la maquinabilidad y comúnmente se encuentra en los aceros automáticos de 0.08 - 0.3 %, ya que forma unas fibras de sulfuro (por efecto de laminado), que

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disturban la cohesión metálica y hace que bajo las aristas de la cuchilla se rompa fácilmente la viruta.

14.- Fósforo


Existen varios tipos de fósforos, blanco (amarillo), rojo, negro y otros. Todos son perjudiciales para el acero.

En las piezas fundidas este empeora la resiliencia mientras que en los procesos de soldadura disminuye la soldabilidad y provoca el agrietamiento en frío. En su combinación con el hierro forma la solución sólida Fe3P, dando lugar a la existencia del eutéctico Fe + Fe3P que funde a los (985 0C), lo cual provoca la segregación.

Cabe señalar que al igual que el azufre al empeorar las propiedades mecánicas del acero, mejora su maquinabilidad (aumentando el tiempo de servicio de las herramientas de corte y la limpieza de las superficies trabajadas). Su presencia en aceros autom ticos llega al 0.15 %

En los aceros al carbono contenidos superiores a 0.08 %, producen fragilidad en frío, dada su tendencia a segregar estructuras gruesas. La presencia del cromo y el cobre aumentan su tolerancia.

15.- Oxígeno

El punto de fusión es de -218.7 0C

Las propiedades mecánicas, en especial la resiliencia, son disminuidas en la dirección transversal. Produce la fragilidad de los aceros al rojo y empeora las condiciones de corte.

16.- Nitrógeno

El punto de fusión es de -210 0C

Forma enlaces químicos (nitruros), con el hierro, con lo cual se garantiza el endurecimiento superficial en los aceros destinados a la nitruración.

Este aumenta la dureza, el límite de fluencia, y las propiedades mecánicas a elevadas temperaturas.

Cuando se combina con el Al, V y Cr, le proporciona al acero gran dureza y resistencia al desgaste.

En el metal del baño de soldadura, disminuye la plasticidad de la unión y aumenta la dureza.

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En los aceros de alta aleación, es un elemento gammágeno y se utiliza en momentos en que el níquel estaba deficitario en el mundo. El 1 % de N = 10 % de Ni.

Es indeseable ya que en pequeñas cantidades durante los procesos de precipitación, provoca el envejecimiento intensivo y la fragilidad en azul, desde la soldadura, la posibilidad de provocar corrosión intergranular bajo tensión, en aceros aleados.

17.- Hidrógeno

La temperatura de fusión es de -262 0C

Es una impureza nociva en el acero, el cual forma burbujas gaseosas y poros, que dan lugar a grietas, reduce la elasticidad, disminuye el área sin aumentar el límite de resistencia a la fluencia y a la rotura, lo cual es causa de la formación de copos (flaking), que provoca el agrietamiento.

18.- Cobalto


Este no forma carburos, impide el crecimiento del grano a elevadas temperaturas, mejora la resistencia al revenido y la resistencia a tracción en caliente por lo cual es un elemento de aleación en los aceros rápidos, aceros para estampas de trabajo en caliente y materiales resistentes a la exfoliación a elevadas temperaturas.

Favorece la formación de grafito y aumenta el magnetismo residual, la fuerza coercitiva, y la conductividad térmica, por lo cual es la base de aceros y aleaciones magnéticas.

Si se somete a irradiación con rayos, forma un isótopo de gran radioactividad (Co 60), por lo cual se explica que sea indeseable para reactores atómicos.

Influye ligeramente en las temperaturas de temple, de recocido y de normalizado, así como en la ductilidad y tendencia al sobrecalentamiento. Disminuye la templabilidad y aumenta ligeramente la dureza, la resistencia a temperatura ambiente y a las altas temperaturas.

19.- Estaño

Excepto para los aceros automáticos, su presencia es debido a la chatarra contaminada y es difícil de separar dado que se encuentra en los cojinetes, soldaduras, etc. Es un elemento que origina superficies defectuosas en las operaciones de trabajo en caliente y hace frágil al acero.

En los aceros templados y revenidos, sus efectos son menos pronunciados que en los brutos. En la proporción de cuatro a uno, tiene los mismos efectos que el fósforo, que 0.1 % de Sn = 0.025 % de P.

20.- Plomo

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Incluido en el acero, facilita la maquinabilidad. No forma aleación con el hierro ni con los demás componentes del acero, no afecta las propiedades mecánicas, contrariamente a lo que ocurre con el azufre.

Algunos autores establecen el criterio de que los aceros automáticos en base a este elemento son superiores a los basados en el azufre, por cuanto se encuentra en estos de 0.2 a 0.5 %. Esto es debido a su fina y homogénea distribución.

21.- Boro


La resistencia; dureza, templabilidad, temperaturas de temple, recocido y normalizado, las aumenta, mientras que disminuye la ductilidad.

Este es adicionado en los aceros con poca capacidad de temple.

Su presencia en los aceros inoxidables austeníticos de tipo 18-8, aumenta el límite elástico, mediante el proceso de precipitación por endurecimiento, pero disminuye la resistencia a la corrosión.

Hace posible que la austenita sea más homogénea y que se reduzca la velocidad crítica de temple.

22.- Arsénico

La presencia de este en los aceros es siempre por contaminación.

En los aceros al Cr-Ni, tratados, su presencia provoca la pérdida de la tenacidad. Este efecto es prácticamente nulo en los aceros al Cr-Mo.

En los aceros al carbono, este elemento es más tolerable, llegando hasta 0.05 %.

En general reduce la tenacidad y provoca efectos de envejecimiento.

23.- Zirconio


Este ataca principalmente al oxígeno y al azufre. Como elemento de aleación residual, tiene los mismos efectos que el vanadio, aumentando la tenacidad y refinando la estructura granular. Es formador de carburos, además elimina el nitrógeno y aumenta la vida de los aceros conductores de calor

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24.- Cerio


Es un gran desoxidante y provoca la desulfurización, mejora el trabajo en caliente de los aceros de alta aleación y la resistencia al escamamiento en los aceros termoresistentes.

25.- Tantalio


Aparece generalmente junto al Nb y es un elemento estabilizador contra la corrosión intercristalina de los aceros inoxidables austen¡ticos de alta aleación.

26.- Selenio


Se emplea en los aceros automáticos de modo similar al S, para aumentar la maquinabilidad.

En los aceros inoxidables, disminuye la resistencia a la corrosión menos que el S.

De todos los elementos de aleación vistos anteriormente hay una serie de ellos que son los mas frecuentes su presencia en los aceros inoxidables por lo que se detallaran un poco mas a continuación.

Estos son para los acreos inoxidables austeniticos al cromo-níquel el : cromo, carbono, níquel, manganeso, silicio, aluminio, molibdeno, volframio, titanio, niobio, nitrógeno y cobre. El estudio de la influencia que ejerce cada uno de ellos en la formación y propiedades de estos aceros se realiza a continuación:

El cromo es el elemento fundamental que caracteriza a los aceros inoxidables y refractarios. Este elemento es el causante del surgimiento de la resistencia a la corrosión, debido a la formación de una película superficial de óxido de cromo que protege a la aleación de la oxidación, con una adición de 5% de cromo se nota una determinada resistencia a la corrosión en determinados medios, sin embargo, es necesario un 12% o 13% de este elemento para que el acero adquiera el carácter de inoxidable

En la Figura se muestra el diagrama hierro-cromo y se nota el carácter alfágeno del cromo, es decir, la propiedad que tiene este de estabilizar la fase de ferrita () y reducir la fase de la austenita (), la cual se extiende entre los 910 y 1 400 C.

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En el diagrama la temperatura Ac3 disminuye primero desde 910 hasta 8500C, cuando el contenido de cromo varían desde 0 a 8% y posteriormente crece hasta los 1000 0C, cuando las concentraciones de cromo varían desde l2 a l3%. La temperatura de transformación Ac4 que se encuentra en los 1 400 0C, para un contenido de cromo de 0 % (hierro puro), disminuye hasta los 1 000 0C para reunirse con la Ac3, cuando la concentración de cromo es de un 12%.En el diagrama hierro-cromo después de concentraciones de cromo superiores al 13%, se obtiene solamente una fase de ferrita sin puntos de transformación y, por lo tanto, estos aceros no pueden templarse, cuando estos aceros se calientan a determinadas temperaturas, los granos aumentan de tamaño y luego al ser enfriados no pueden regenerarse, debido a la ausencia de puntos de transformación. El grano de ferrita permanece basto y el acero es frágil. En las concentraciones de 0-12% de cromo la aleación tiene una estructura austenítica entre las temperaturas de 900-1 400 0C y en esta zona estos aceros pueden templarse a temperaturas situadas entre los 950 y 1 200 0C. En concentraciones entre 12-13 % de cromo se obtienen las fases de ferrita y austenita (+) y pueden sufrir transformaciones lográndose en algunos casos estructura de martensita muy fina, para contenidos superiores al 13 % de cromo, se obtiene una sola fase la de ferrita con los inconvenientes anteriormente citados.En contenidos elevados de cromo para valores entre 42 y 48% de este elemento, aparece una nueva fase muy frágil, la cual se estudia posteriormente.

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Se destaca que los análisis realizados anteriormente se han hecho para aleaciones teóricas de hierro-cromo, la adición de elementos que favorecen la formación de la fase austenítica (ganmágenos) tales como: carbono, níquel, manganeso, etc., aumentan el dominio de dicha fase.En la Figura se muestra la influencia que ejerce el aumento del contenido de cromo en las modificaciones de las líneas de transformación del diagrama de equilibrio hierro - carbono.

Estas modificaciones son las siguientes:

a) Los puntos G y N se acercan cerrando el área que ocupa en el diagrama (dominio) la fase austenítica y se amplían los dominios de ferrita () y de ferrita - austenita ( + ).

b) Para contenidos de cromo iguales o superiores al 6% aparece el dominio trifásico de ferrita + austeníta + carburos ( + + carburo).

c) Al aumentar el contenido de cromo el punto eutectoide se desplaza hacia la izquierda y hacia arriba, y el limite de solubilidad del carbono en la austenita () se desplaza también hacia arriba, o sea, a temperaturas superioresCuando el contenido de cromo es de 12 %, el punto eutectoide tiene 0,48% de carbono, a diferencia de 0,81% para el caso de los aceros al carbono sin ningún contenido de cromo.

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d) Para concentraciones de 18 % de cromo, el dominio de la austenita desaparece cuando el contenido de carbono es igual o menor al 0.3% y para valores inferiores al 0.15 % de carbono se obtiene una sola fase la , en concentraciones entre 0.15 – 0.3% de carbono la aleación es bifásica.

En esta concentración de cromo de 18%, el punto eutectoide se sitúa hacia los 1030C y su concentración en carbono es de 0.3%. El dominio de ferrita + austenita + carburos se ha desarrollado ampliamente. El carbono es un elemento que favorece la formación de la austenita, es decir, amplia el dominio de esta fase en las aleaciones hierro-cromo, por esta razón se dice que es ganmágeno. En la Figura se muestra la infLuencia del contenido de carbono en el diagrama hierro-cromo y se observa que cuando aumenta la concentración de carbono de 0-0.4 % se obtiene austenita, inclusive para contenidos de cromo de hasta 27%. Por otro lado, el carbono ocasiona la formación de carburos complejos, obteniéndose la cementita de cromo (Fe, Cr)3C para concentraciones de cromo menores o iguales al 10% y carburos ricos en cromo (Cr, Fe)7C3, (Cr, Fe)23C6 para contenidos superiores.

Figura Influencia del carbono en el diagrama hierro cromo

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El níquel es un elemento que favorece la formación de la fase austenítica (gammágeno) y tiende a aumentar el poder de temple del acero, debido a que disminuye la velocidad critica de temple.La influencia del níquel en el diagrama hierro-cromo con un contenido de cromo de 18 % se muestra en la Figura notándose que con el aumento del contenido de níquel, aumenta el dominio de la austenita y desaparecen progresivamente los dominios de ferrita () y ferrita + carburos ( + carburos), al mismo tiempo que el punto eutectoide se desplaza hacia abajo.Los aceros con 18% de cromo y 2 % de níquel, son martensíticos al igual que los aceros con 13 % de cromo. Estos aceros son templables por la presencia del níquel e inoxidables por la presencia del cromo. Aceros con contenidos de 18 % de cromo y 4 % de níquel, son martensíticos por temple a los 900C y austeníticos por temple a los 1100C, aunque esta austenita es inestable y desaparece con un tratamiento térmico de revenido. A partir del 5% de níquel, en estos aceros, los dominios de ferrita () y ferrita + carburos ( + carburos) desaparecen y con el 8 % de este elemento solamente aparecen los dominios austeníticos () y austenita + carburos (+ carburos).Los aceros clásicos con 18 % de cromo y 8% de níquel con contenidos pequeños de carbono, están formados por una sola fase estable de austenida, la presencia del carbo-no tiende a precipitar carburos complejos conjuntamente con la fase de austenita( ). En los diagramas presentados en la Figura se observa que el dominio de la austenita aumenta con la concentración de níquel, especialmente a partir de los 1 000C, lo cual indica que la solubilidad de los carburos aumenta con la concentración de tal elemento. Por ejemplo, a 1 200 C , este límite de solubilidad es de 0,4 % en el acero con 18 % de cromo y 8 % de níquel, mientras que en el acero con 18 % de cromo y 12 % de níquel aumenta hasta el 0, 6 %.En resumen el níquel estabiliza la fase austenítica dando lugar al acero inoxidable austenítico l8Cr-8Ni (18 % de cromo- 8 % de níquel). Estos tipos de aceros austeníticos no presentan puntos de transformación y, por lo tanto, son sensibles al crecimiento del grano por sobre-calentamiento, sin embargo, la acción afinadora del níquel disminuye notablemente esta tendencia al aumento del tamaño del grano, la cual se podría manifestar durante los procesos de soldadura.

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Otros elementos ya han sido discutidos con suficiente detalle por lo que a continuacion se estudiara la influencia de los didtintos elementos en la soldabilidada de los aceros inoxidables factor de gran importancia si se tiene en cuenta que en muchos casos los aceros inoxidables son empleados en las construcciones soldadas.

INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACION . RESUMEN

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Cromo (Cr) = Acero InoxidableFormador de ferrita+ Resistencia a la oxidación+ Resistencia a la corrosiónEl Cromo, principal elemento de la aleación, permite que se forme en la superficie del material una película de Óxido, favorece la formación de ferrita. Incrementa la resistencia a la oxidación y a la corrosión.

Níquel (Ni)Formador de austenita+Resistencia a temperaturas altas y criogénicas+ Resistencia a la corrosión+ DuctilidadEl Níquel, favorece la formación de austenita. Incrementa la resistencia a temperaturas elevadas y criogénicas, aumenta la resistencia a la corrosión y la ductilidad.

Molibdeno (Mo)Formador de ferrita+ Resistencia a temperaturas elevadas+ Resistencia a la corrosiónEl Molibdeno, favorece la formación de ferrita. Mejora notablemente la resistencia a altas temperaturas y la resistencia a la corrosión.

Carbono (C)Formador de austenita+ Resistencia mecánicaCarbono, es un fuerte formador de austenita, mejora las propiedades mecánicas pero puede causar corrosión intergranular por los carburos que forma con el cromo.

Manganeso (Mn)Formador de austenitaManganeso, estabiliza la austenita a temperatura ambiente pero forma ferrita temperaturas elevadas. Inhibe la fisuración en caliente.

Titanio1 favorece la formación de ferrita, actúa corno afinador de grano, pues se combina con el carbono reduciendo la susceptibilidad a la corrosión intergranular

Otros elementos que forman parte de la aleación son: el Niobio (Nb), Fósforo (P), Azufre (S), Selenio (Se), Silicio (Si), Nitrógeno (N); cada uno de ellos tiene diferente influencia en las características físicas, químicas y mecánicas de los aceros.

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SELECCION DE LOS ACEROS INOXIDABLES

La selección del tipo de acero inoxidable adecuado, requiere una evaluación basada en las siguientes características. Se listan en orden de importancia

Resistencia a la corrosión y a la oxidación a altas temperaturasEs la principal razón para seleccionar los aceros inoxidables. El diseñador debe conocer el medio bajo el cual será sometido el material. Propiedades mecánicas : la resistencia mecánica a bajas y altas temperaturas es muy importante. Generalmente la combinación de resistencia a la corrosión y mecánica, es la base para la selección. Características de elaboración del producto- Cómo se fabrica el producto, es la tercer consideración, incluyendo todos los procesos a los que será sometido el material.

costo total Un análisis del costo del Ciclo de Vida es recomendable, así podremos evaluar no solo los costos del material, sino también aquellos relativos al mantenimiento, reemplazo, vida en servicio, etc

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DISPONIBILIDADFinalmente es necesario tomar en cuenta la disponibilidad del material,

ACEROS INOXIDABLES MARTENSITICOS

Los aceros inoxidables Martensíticos son la primera rama de los aceros inoxidables simplemente al Cromo. Fueron los primeros aceros inoxidables desarrollados industrialmente(acero inoxidable para cuchillería). Tienen relativamente un alto contenido de Carbono ( 0.2 a 1.2 % C ) y un contenido del 12 al 18% de Cromo (Cr).

Especificaciones comunes:AlSI 410, 420, 431

Propiedades básicas.

Resistencia moderada a la corrosión. Endurecibles por tratamiento térmico y por tanto, se pueden desarrollar altos niveles de resistencia mecánica y dureza.Debido al alto contenido de Carbono y a la naturaleza de su dureza, es de pobre soldabilidad.

Los usos comunes incluyen aquellas aplicaciones en donde se necesitan dureza y resistencia mecánica tal como en hojas de cuchillos y tijeras, instrumental quirúrgico, pernos, ejes toberas, flejes resortes, alabes de turbinas y abrazaderas.

ACEROS INOXIDABLES FERRITICOS

Estos son aceros inoxidables al cromo. Tienen un contenido de cromo que varia del 12 al 18 Cr. Pero un bajo contenido de carbono en relación con los martensíticos

Las especificaciones más comunes son: AlSI 430,409 y434.

Propiedades básicasResistencia a la corrosión de moderada a buena la cual se incrementa con el contenido de Cromo y en algunas aleaciones de Molibdeno.Magnético, no endurecib1e y siempre usado en condiciones de recocido- Su soldabilidad es pobre por lo que generalmente se limitan las uniones por soldadura a espesores delgados. En el caso de 409 se adiciona titanio como estabilizador, mejorando su facilidad de soldeo.

Los usos comunes incluyen: equipo y utensilios domésticos como cuchillería, utensilios de cocina, adornos, despenseros, etc. En la arquitectura se utilizan como revestimiento en interiores y en ambientes poco agresivos.

En aplicaciones industriales se encuentran en líneas de alivio, líneas de conducción, mesas de trabajo, silos, vertederos, componentes para bandas transportadoras, tanques,

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andadores, lavaderos. equipo para el manejo y lavado de minerales, equipo de transporte, extractores de humos y polvos, tubo calibrado para evaporadores, convertidores catalíticos, etc.

Tipos y formas fabricadas (1):Barra. rollo, lámina y tubería con costura.

ACEROS INOXIDABLES AUSTENITICOS

Cuando agregamos Níquel (Ni) al acero inoxidable en cantidades suficientes, la estructura cristalina se transforma en austenita, de aquí el término de acero Austenítico. La composición química básica del acero inoxidable austenítico es de 18% Cromo y 8% Níquel denominado 18/ 8. Si se requiere incrementar la resistencia a la corrosión agregamos de 2 a 3 % de Molibdeno (Mo), denominado 18/ 8/ 3. El contenido de carbono es bajo, 0.08% C máx. También los hay de bajo carbono o grados L (0.03 % C máx) y grados estabilizados aleados con Titanio o Niobio, para prevenir en las estructuras soldadas la corrosión en la zona de influencia térmica.Las especificaciones comunes incluyen AISI 304, 304L, 321, 3l6, 316L, 316T, y 317L

Propiedades básicas:Excelente resistencia a la corrosión. Excelente factor de higiene y limpiezaBuenas propiedades de conformaciónExcelente soldabilidadEndurecido por trabajo en frío, no por tratamiento térmicoSu uso es en la condición de recocido, en la cual son no magnéticosTienen la habilidad de ser funcionales en temperaturas extremas, bajastemperaturas (criogénicas) previniendo la fragilización a altas temperaturas (hasta9250C).

Los usos y aplicaciones comunes cubren un rango muy extenso en equipo y mobiliario doméstico como estantería, cubiertos mesas para legumbres, mingitorios así como aplicaciones arquitectónicas y mobiliario urbano. En el proceso de alimentos el equipo requiere de propiedades de resistencia a la corrosión, higiene y limpieza, en las industrias de lácteos. cervezas, vinos, bebidas, procesadoras y empacadoras de alimentos, así como en la preparación y servicio de los mismos son indispensables.

Son usados a muy bajas temperaturas (criogénicas) para el almacenamiento de gases licuados, a altas temperaturas para intercambiadores de calor, componentes de hornos, para equipos de prevención y control de la contaminación, extracción de humos y plantas para el tratamiento de aguas residuales. La excelente resistencia a la corrosión húmeda y su soldabilidad, los hacen ideales para la fabricación de componentes tales como tuberías, tanques, recipientes a presión y de proceso para las industrias química, petroquímica, del petróleo, extracción de minerales, papel y pulpa, etc., en conexiones, válvulas, abrazaderas, mallas, cribas.

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Tipos y formas fabricadas (1): Placa. rollo, lámina, fleje, tubería calibrada y de cédula con o sin costura, barra. varilla y alambre

LIMITACIONES DE LOS ACEROS INOXIDABLES AUSTENITICOS

Los aceros inoxidables austeníticos tienen algunas limitaciones.

La temperatura máxima a la cual operan funcionalmente es de +- 925 o C e n condiciones oxidantes

Son sólo convenientes para bajas concentraciones de ácidos reductores o mezclas de ácidos reductores a bajas temperaturas. Los ácidos reductores rompen la película de óxido y ésto conduce a la corrosión general de estos aceros.

En áreas cubiertas (blindadas) o con hendiduras, la cantidad disponible de oxígeno es insuficiente para mantener la película de óxido, ésto provoca la corrosión por cavidades.

Los iones haluros, especialmente el ion cloruro (CL-) tiene la capacidad de romper la película pasiva en los aceros inoxidables austeníticos. Esta es a menudo una forma de ataque localizada muy severa, denominada corrosión por picaduras la cual tiene una pérdida de metal significativa. Otra forma de corrosión provocada por el ion cloruro (CL-) es la corrosión de fractura bajo tensión, la cual se asocia con las picaduras.

ACEROS INOXIDABLES AUSTENITICOS RESISTENTES A ALTAS TEMPERATURAS

Los aceros inoxidables resistentes a altas temperaturas fueron desarrollados para operar satisfactoriamente a altas temperaturas bajo condiciones oxidantes. El contenido básico de Cromo se incrementa a 24% Cr y el Níquel varía de 14 a 22% Ni.

Especificaciones comunes son el AISI 309 y 310

Propiedades básicas:

Resistencia a la oxidación (escamas) a altas temperaturasBuena resistencia mecánica a alta temperaturaLos usos comunes incluyen aplicaciones a temperaturas de 950 o C a 11 00 0C, como en partes y cubiertas de hornos, tubos para radiadores de calor y líneas de escape, intercambiadores de calor

Tipos y formas fabricadas (1): Placa

ACEROS INOXIDABLES SUPER FERRITICOS

Los aceros inoxidables super ferríticos fueron desarrollados para vencer la corrosión por picaduras y la corrosión de fractura bajo tensión, a las que son susceptibles los aceros austeníticos. Estos aceros inoxidables simplemente con Cromo y de bajo Carbono tipo "L”, tienen una composición química de 18% CR y 2% Mo ó 26% CR y 1% Mo.


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Las mismas de los aceros inoxidables ferríticosResistentes a la corrosión por picaduras y por fracturas bajo tensiónSoldabilidad de mala a regular

Por su soldabilidad, los usos comunes para componentes soldados son limitados a espesores menores de +/ - 5mm.

Como hojas son usados para paneles de calentadores, calentadores solares, tubería calibrada para condensadores y flusería de intercambiadores de calor. El material con espesor mayor es utilizado para tanques de agua caliente, calentadores y en la elaboración de alimentos para soluciones salobres con alta concentración de CL-(salmuera) y en el procesamiento del agua.

Tipos y formas fabricadas:Rollo, placa (delgada), tubería calibrada

INOXIDABLES AUSTENITICOS ALTAMENTE ALEADOS

Estos materiales en algunas ocasiones son referidos como aleaciones de alto desempeño o super aleaciones. Son materiales altamente aleados los cuales pueden ser considerados como una extensión de los aceros inoxidables austeníticos convencionales. Fueron desarrollados para resistir severas corrosiones, particularmente para contrarrestar la corrosión por picaduras y de fractura bajo tensión y limitaciones de los aceros inoxidables austeníticos convencionales.

Su composición básica es tal que el contenido de aleación excede + -50% poseen bajo contenido de carbono menor que 0.03 % C. Típicamente las adiciones de aleación incluyen Cromo en el rango de 20 a 27% Cr, Níquel en el rango de 25 a 42% Ni y un relativo alto contenido de Molibdeno de 3 a 6% Mo. Estos altos contenidos proporcionan a las aleaciones un marcado incremento en la resistencia a la corrosión para ácidos reductores a altas temperaturas y altas concentraciones y una alta resistencia a la corrosión por picaduras y de fractura bajo tensión en ambientes de cloruros.


Las mismas de los aceros inoxidables austeníticosDe fácil fabricaciónSoldables en materiales de espesor grueso

Los usos comunes incluyen aplicaciones en las industrias química y petroquímica en donde las condiciones corrosivas son mas severas en concentraciones, temperaturas y otros contaminantes; las que hacen a los aceros inoxidables austeníticos inapropiados.

Generalmente están disponibles como aleaciones de patente.

ACEROS INOXIDABLES DUPLEX

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Estos aceros no son simplemente con Cromo, ferríticos o martensíticos pero tampoco totalmente austeníticos, sólo son una más de las ramas a seleccionar del árbol genealógico de los aceros inoxidables. Su contenido de Cromo varía de 18 a 26 % Cr. El contenido de Níquel de 4.5 a 6% Ni, es insuficiente para desarrollar completamente la estructura cristalina austenítica La mayoría de los grados contienen molibdeno en el rango de 2.5 a 3% Mo. Poseen bajo contenido de carbono menor de 0.03 % y también poseen nitrógeno.


La austenita y ferrita se han mezclado, es decir, presentan una estructura cristalina DUPLEX que da una alta resistencia la corrosión de fractura bajo tensión en ambientes con iones de cloruro (CL)

Un incremento en el nivel de pasividad debido al alto contenido de Cromo (y a la adición de Molibdeno)

La soldabilidad y conformabilidad es buena. Tiene una alta resistencia a la tracción y límite elástico elevado, (propiedad de los aceros inoxidables austeníticos y ferríticos).

Los usos comunes incluyen aplicaciones tales como paneles y tuberías de intercambiadores de calor, equipos para el manejo de materiales, tanques y recipientes en donde estén presentes altas concentraciones de cloruros, como son los casos de enfriadores de agua marina, desalinizadoras, plantas de encurtido de alimentos y aguas de minerales agresivas, extracción de petróleo en plataformas marinas.

Generalmente están disponibles como aleaciones de patente.

OTROS FACTORES A CONSIDERAR

Conductividad térmica

Todos los aceros inoxidables tienen una conductividad térmica mucho menor a la de los aceros al carbono. Los aceros al cromo ferríticos y martensíticos poseen una conductividad térmica de +/ -1/3 con respectos a los aceros al carbono y los austeníticos de + - 1/4. Esto lo debemos tener en cuenta para cualquier operación que se relacione con altas temperaturas, ej., el efecto durante la soldadura (control del calor de entrada), se requiere de un mayor tiempo de calentamiento para obtener una temperatura uniforme.

Coeficiente de expansión

Los aceros al cromo tienen un coeficiente de expansión similar a los aceros al carbono, pero en los aceros inoxidables austeníticos es +/ - 11/4 veces mayor. La combinación de un alto coeficiente de expansión y una baja conductividad térmica, significa que debemos tener precauciones con los efectos colaterales, ej., durante la soldadura usar un calor de

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entrada bajo, disipando el calor por medio de una barra de cobre. Este factor es muy importante cuando se utilizan materiales de diferente tipo.

PasivaciónEs vital mantener y preservar la integridad de la película de óxido que mantiene pasivo al material. Evitar el daño mecánico y la contaminación. Reparar cualquier área afectada (ej., el óxido que se forma por las altas temperaturas en la zona adyacente a la soldadura) pasivando o decapando y pasivando según sea necesario. Asegurar el acceso constante y suficiente de oxigeno en la superficie del material.

CONDICIONES FAVORABLES PARA EL USO DE ACEROS INOXIDABLES

Los aceros inoxidables se emplean en diversas condiciones dada sus buenas propiedades las que se pueden resumir de la siguiente manera:

Ambiente corrosivoTemperaturas muy bajasTemperaturas elevadasAlta resistencia mecánica dado su poco pesoBuenas condiciones higiénicas y gran facilidad de limpiezaApariencia estética, no se oxida y no requiere pinturaResistencia a la abrasión húmedaAlguno de ellos son no magnéticos No contaminan el medio y previene reacciones catalíticas

Consideraciones claves para trabajar con los aceros inoxidables.

Conocer el diseño: El buen diseño asegura la facilidad de fabricación del producto y el óptimo desempeño en servicio del usuario.

Conocer el material: El conocimiento del material nos ayuda a la mejor selección, evitando problemas futuros y disminuyendo los costos de fabricación y reparación.

De esta manera se puede concluir afirmando que la familia de los aceros inoxidables puede ser sencilla y lógicamente desglosada dentro de ramas básicas sin confusión acerca de especificaciones y terminologías.

La selección de un tipo específico de acero inoxidable se determina por la aplicación y condiciones bajo las cuales estará sometido.

Aproximadamente todas las aplicaciones finales pueden ser cubiertas por dos tipos básicos, los aceros inoxidables ferríticos y los austeníticos. Se estima que el 95% de las aplicaciones finales del acero inoxidable caen dentro de estas dos clasificaciones.

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Los aceros inoxidables martensíticos , super ferríticos, duplex altamente aleados y los inoxidables austeníticos cumplen un papel necesario si sus propiedades específicas y superiores son esenciales. Para mejorar eficiencias y rendimientos, las condiciones de procesos han sido forzadas con altas temperaturas y elevadas presiones. Modificaciones menores de las condiciones de proceso hacen posible el uso de los grados más comunes, resultando una mayor disponibilidad, facilidad de mantenimiento y mayor efectividad y de costo.

Los aceros inoxidables no son materiales indestructibles, tampoco inmunes a todos los ataques corrosivos, y sin embargo con una selección cuidadosa y adecuada fabricación, la gran mayoría de las condiciones corrosivas pueden ser manejadas por alguno de los integrantes de la familia de los aceros inoxidables. Cuando son consideradas las propiedades secundarias se pueden manejar en una amplia variedad de aplicaciones, estos materiales son muy versátiles.A continuación se podrá ver de forma gráfica esquemas sobre las familias de los aceros inoxidables con la clasificación según la norma AISI la que tiene en cuenta la estructura de la cal están formados.

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SOLDABILIDAD

El concepto de soldabilidad ha sido definido por numerosos autores, normas, etc.

Esta es la propiedad de los metales o de las aleaciones de formar una unión soldada con la aplicación de una tecnología que responda a las exigencias de las condiciones de explotación de las piezas.

Según ISO-581-80, un acero se considera soldable en un grado prefijado, por un procedimiento determinado y para una aplicación específica, cuando mediante una técnica adecuada se puede conseguir la continuidad metálica de la unión de tal manera que ésta cumpla con las exigencias prescriptas con respecto a sus propiedades locales y su influencia en la construcción de la que forma parte íntegramente.

Se plantea que es la relación que tienen los metales con respecto al proceso de soldadura, visto desde el punto de vista de la influencia térmica en la zona fundida (ZF) y zona de influencia térmica (ZIT), fusión, procesos metalúrgicos, cristalización del metal de la costura y de la cristalización interna de los metales en la (ZF).

Se plantea ademas que es una característica tecnológica compleja de los metales y aleaciones que expresa la reacción de los mismos en el proceso de soldadura y determina la factibilidad térmica del material para la realización de determinadas uniones soldadas, que satisfagan las condiciones de explotación.

En esta propiedad influyen diferentes factores interrelacionados ; los cuales se pueden dividir en tres grupos:

1.- Factor material: Se refiere a la influencia de la composición química, método de fusión, existencia de impurezas, grado de desoxidación y las operaciones precedentes (laminado, forja y tratamiento térmico).

2.- Factor constructivo: Se caracteriza por la complejidad de la forma geométrica y la rigidez, las cuales se valoran en dependencia de la concentración de las uniones soldadas, la secuencia de la deposición, el estado tensional de los elementos antes del montaje, su masa y espesor.

3.- Factor tecnológico: Determina la soldabilidad en función del proceso de soldadura, materiales de soldadura, parámetros del régimen, grado de homogeneidad de la unión, desoxidación del metal y de la acción del metal base.

Como resultado del calentamiento local o fusión del metal de la unión surgen procesos físicos-químicos los cuales condicionan la heterogeneidad de la unión soldada respecto al metal base o causan defectos en forma de poros, inclusiones no metálicas y grietas.

El grado de soldabilidad representa una característica cualitativa o cuantitativa, la cual muestra cuanto varían las propiedades del metal al soldar bajo determinadas condiciones. Por ejemplo es posible establecer cuanto varían la resistencia, plasticidad,

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resiliencia y otras debido a la soldadura. Una de las características más sustanciales de la soldabilidad en aceros es la ausencia de grietas. Los aceros se pueden considerar:

Aceros de buena soldabilidad.- Son todos aquellos cuya soldadura puede ser realizada con una tecnología ordinaria, sin el empleo de técnicas de calentamiento ni de tratamiento térmico, a excepción de que se realice con el objetivo de aliviar tensiones.Se plantea además que la soldadura de estos se realiza con regímenes en intervalos amplios, a cualquier temperatura del medio ambiente.

Aceros de soldabilidad satisfactoria.- A este grupo pertenecen aquellos, en los cuales, la soldadura bajo condiciones normales de producción, no provoca el surgimiento de grietas. En este grupo se incluyen aceros los cuales para prevenir el surgimiento de grietas, hay que aplicarle precalentamiento o precalentamiento y tratamiento térmico. Se plantea además que estos sólo se pueden soldar en regímenes de soldadura de intervalos estrechos de temperatura con fundentes y electrodos especiales para obtener buena calidad y que el tratamiento térmico depende de la marca del acero. El precalentamiento es recomendado para los elementos de grandes espesores.

Aceros de soldabilidad limitada.- A este grupo pertenecen los aceros que en condiciones ordinarias, tienen tendencia a la formación de grietas. Para la soldadura de estos se plantea un tratamiento térmico previo y un calentamiento durante la soldadura. La mayoría de los aceros de este grupo se someten a un tratamiento térmico posterior, también se plantea que los regímenes para la soldadura de estos se establecen en estrechos intervalos.

Aceros de mala soldabilidad.- Estos llevan con obligación un tratamiento térmico antes de la soldadura, calentamiento durante el proceso de soldadura y tratamiento térmico posterior.

Se conoce que la soldabilidad de los aceros, también depende de la relación de las impurezas, elementos de aleación y el carbono.

Existe como criterio cuantitativo del límite de buena soldabilidad, el contenido de carbono equivalente (Cequiv < 0.45 %). Sin embargo para la determinación del carbono equivalente, se emplean varias fórmulas de diferentes autores, algunas de las cuales se presentan posteriormente.

Acero Buena Satisfactoria Limitada MalaNo aleado

C 0.25 %

0.25 C 0.35 %

0.35 C 0.45 %

C 0.45 %

Baja aleación

C 0.2 %

0.2 < C 0.3 %

0.3 C 0.4 %

C > 0.4 %

Media aleación

C 0.18

0.18 < C 0.28 %

0.28 C 0.38 %

C > 0.38

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% %

Tabla Valoración de la soldabilidad en función de la composición

Los aceros, que tienen Cequiv 0.45 %, no tienen tendencia a la formación de grietas en frío [63]. Una de las fórmulas es:

Cequiv = C + Mn

6 + Cr V Mo

5 + Ni Cu

15( 1 )

Otra según Darden y O Neil es:

Cequiv = C + Mn

6 + Cr

5 + V

5 + Mo

4 + Ni

15 + Cu

13( 2 )

Para los siquientes contenidos límites:

C = 0.5 %, Mn = 1.6 %, Cr = 1 %, V = 0.5 %, Mo = 0.6 %, Ni = 3.5 % y Cu = 1 %

Posteriormente a partir de 1967 es la utilizada por el IIS (International Institute Welding - Instituto Internacional de Soldadura) y aceptada en la actualidad por la mayoría de diseñadores y fabricantes.

Cequiv = C + Mn

6 + Cr Mo V N Cu

5 15( 3 )

Seferian por su parte propuso contemplar además el espesor:

Cequiv = C q + C S

donde:

C q = C Mn Cr

9Ni

18

7

90

Mo

C S = (0.005) (S) C q

O sea:

Cequiv = C Mn Cr

9Ni

18

7

90

Mo 1 0 005 . * S ( 4 )

50


Cottrell y Bradstreet propusieron:

Cequiv = C Mn

20

Ni

15Cr Mo V

10 ( 5 )

Ito y Bessyo propusieron el parámetro de fisuración para realizar la valoración, el cual permite definir la tendencia de un acero a la fisuración en función de su composición química, espesor y cantidad de hidrógeno disuelto en el metal depositado durante el proceso de soldadura y viene expresado por la siquiente fórmula.

Pc = Pec + H 2

60S

600( 6 )

Pc = C Si

30

Mn

20Cu

20Ni

60Cr

20Mo

15 V

105B

donde:

Pc = Parámetro de fisuración

S = Espesor del acero en mm

H2 = Hidrógeno en ml/100g de metal depositado.

Pec = Factor para calcular la temperatura de precalentamiento necesaria para evitar la formación de grietas en caliente.

SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS INOXIDABLES AUSTENITICOS

Y AUSTENO-FERRITICOS

FISURACION EN CALIENTE Y FERRITA

PARTE 2

l)FISURACION EN CALIENTE

- Se distinguen usualmente dos tipos de grietas en caliente Sea grietas de solidificación.

Sea grietas de refusión, en las ZAC (zona afectada por el calor) ubicadas en el metal base o en el metal depositado anteriormente por un cordón adyacente. Cuando ocurren, en partes más alejadas de la línea de fusión, micro grietas sin refusión revelable, se las llama a veces "micro grietas por merma de ductilidad" (ductility-dip cracking).

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- Las grietas de solidificación son macroscópicas y se ubican en el eje y/o en el centro del cordón. Son muy a menudo visibles y se pueden detectar mediante exámenes no destructivos. Las mismas disminuyen severamente las propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión, pero se pueden evitar sin demasiada dificultad.

- Las más frecuentes fisuras de recalentamiento (refusión) se presentan casi siempre en forma de micro grietas (0,01-3 mm) que no se pueden detectar por radiografía o ultrasonidos.

Estas micro grietas, inevitables en el metal depositado 100 % austenítico, influyen escasamente en las propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión. Sin embargo, puede ser que afecten la fluencia lenta (creep).

2) ENSAYOS DE FISURACION EN CALIENTE

2a) Procedimientos sometidos a esfuerzos propios

- Los esfuerzos propios resultan de la restricción de movimiento (embridamiento).

- Para comprobar aportes, se utilizan generalmente ensayos que deben resultar sin fisuras. Por ejemplo probeta de doble cordón en ángulo, de segmento de anillo, de cilindro, etc...

- El ensayo Fisco, con gran separación de raíz, muestra siempre, por lo menos, fisuras axiales en las extremidades del cordón. Se aceptan generalmente hasta unos 20 % fisuración.

- Estos susodichos ensayos muestran sólo fisuras de solidificación. Pues, para cuantificar las micro grietas de refusión se desarrolló, desde hace poco el procedimiento "Longitudinal bending test" (LBT). Probetas provenientes de una unión soldada muy embridada, con una cara pulida y atacada, son plegadas, para abrir las micro grietas, y examinadas al microscópico.

2b) Procedimientos con esfuerzos exteriores

La aplicación de esfuerzos exteriores permite cuantificar la propensión al agrietamiento en caliente y clasificar comparativamente los materiales. Por eso se indican estos ensayos (p. ej. Gleeble, PVR y Varestraint) para investigaciones. Se utiliza, en mayoría, el Varestraint-Transvarestraint modificado, que permita averiguar grietas : de solidificación, refusión y por merma de ductilidad.

3) FERRITA EN EL METAL DEPOSITADO

3a) Efecto de la ferrita

- Es conocido desde unos cincuenta años que hay una relación entre la presencia de una cierta cantidad de ferrita en el metal depositado y una propensión reducida al

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agrietamiento en caliente. Sabemos ahora que lo determinante es el tipo de solidificación de la estructura, relacionado a la ferrita que se puede determinar a temperatura ambiente.

- Por otra parte, demasiada ferrita puede perjudicar propiedades mecánicas o de resistencia a la corrosión.- Se obtiene el contenido de ferrita adecuado balanceando elementos de aleación alfágenos (Cr, Mo, Si) y gammágenos (Ni, C, N).

3b) Relación entre composición y estructura

- Se puede predecir el contenido de ferrita mediante diagramas tales que el de Schaeffler (vease Figura) (1).

Para su empleo, se parte del cromo y níquel equivalentes, los cuales se determinan mediante las fórmulas siguientes: Cromo equivalente : % Cr + % Mo + 1,5 x % Si + 0,5 x % Nb Níquel equivalente % Ni + 30 x % C + 0,5 x % Mn Entre 0 y 18 % ferrita, la precisión es aproximadamente +/- 4 % ferrita, resulta que una valoración de "5 % ferrita" quiere decir "entre 1 y 9 % ferrita".

- En la Figura, la recta “e” ubicada según Thier (2) indica el canal eutéctico, es decir el límite entre solidificación primaria austenítica, por arriba, y ferrítica, por abajo.

- Mediante el diagrama de De Long (3), se puede predecir el número de ferrita en el rango 0 - 18 FN ( o sea aproximadamente 0-14 % ferrita) con una precisión +/-3 FN. Se incluye un factor nitrógeno (x 30) en el níquel equivalente.

- En la Figura se muestra el diagrama, más preciso, WRC-1988 (4), extendido hasta 100 FN, con un factor cobre (x 0,25) añadido al níquel equivalente (5). Se indican también los límites de los distintos modos de solidificación, que veremos a continuación.

3c) Modo de formación y morfología de ferrita

La fisuración en caliente depende, sobre todo, del modo de solidificación primaria. Este modo, la transformación subsiguiente en estado sólido y la estructura correspondiente a temperatura ambiente, se explicarán a través de cinco depósitos cuyas relaciones cromo equivalente/níquel equivalente son las siguientes

Depósito tipo : r s t u vRelación Cr/Ni 1,2 1,3 1,4 1,6 2,2

Estos se muestran en el diagrama WRC (Figura y en un diagrama Fe-Cr-Ni esquemático Figura Según la posición del aporte respecto al eutéctico formado por austenita y ferrita, la cristalización primaria es ferrítica o austenítica.Se ilustra la formación de la estructura según (6) en Figura mientras que las distintas secuencias se ven en Figura En la Figura d se presentan el aspecto de la fase secundaria y el número de ferrita correspondiente, según el diagrama WRC Figura

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- La secuencia de transformación, el FN a la temperatura ambiente y la morfología típica de cada tipo se resumen, a continuación, con las abreviaturas siguientes

L líquido A = austenita F = ferrita FN= número ferrítico (aproximado) a temperatura ambiente. Tipo "r" solidificación monofásica, en transformación subsiguiente.

FN : 0Nota depósito totalmente austenitico, antimagnético.

Tipo “s” : solidificación con austenita primaria, luego, en el sector trifásico (L+A+F), formación de ferrita interdendrítica que se transforma, casi enteramente, en austenita, en estado sólido (A+F). FN 1, globular o en bastones.

Tipo “t” : solidificación eutéctica ; formación simultánea de dendritas, sea de ferrita, sea de austenita, en el sector trifásico (L+A+F).La mayor parte de la ferrita se transforma en austenita en estado sólido (A+F).FN 2,5 , vermicular o bastones.

Tipo “u” : solidificación con ferrita primaria, luego, en el sector trifásico (L+A+F), formación de austenita interdendrítica. Luego, transformación parcial de ferrita en austenita FN : 7, vermicular. Nota tipo mayoritario entre los depósitos llamados "austeníticos" que se encuentran en la industria.

Tipo “v” : solidificación monofásica en ferrita. Formación de austenita en estado sólido, como fase secundaria del tipo Widmanstatten, en matriz ferrítica FN : 50, granos de ferrita rodeados de austenita y además placas de austenita, que crecen por un mecanismo de Widmanstatten dentro de los granos. Nota : estructura típica de los depósitos duplex.

- La susceptibilidad a la fisuración en caliente decrece en el orden de solidificación siguiente totalmente austenítica, austenita primaria, eutéctica y totalmente ferrítica, ferrita primaria. El FN óptimo depende del cromo equivalente y se puede evaluar en el diagrama WRC (Figura, Zona FA).

3d) Efecto de los parámetros de soldadura

- El FN depende, no sólo de la composición del aporte puro, sino también de la dilución y de otros factores que afectan la composición del metal depositado.

- Un arco largo eleva el nitrógeno y rebaja el cromo ; resulta una perdida, a veces, una eliminación de la ferrita. Lo mismo puede resultar de una protección gaseosa inadecuada.

- Por arco sumergido, una tensión elevada aumenta la cantidad de flujo fundido con relación al metal depositado y modifica la composición de esto, según el vector, positivo o negativo, del flujo.

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- Un enfriamiento muy rápido restringe la transformación ferrita 1 austenita en el estado sólido; resulta una ferrita más elevada, especialmente en los aceros duplex.

3e) Efecto de los tratamientos térmicos

- A diferencia del metal base, que se proporciona siempre en el estado hipertemplado, se utiliza usualmente el metal de soldadura, tal como depositado.A veces, se hace uno de los tratamientos siguientes, quepartiremos en tres grupos según el documento IIS-Ix-1288-83 (7)

1: temperatura baja, 400-5250C, para asegurar la estabilidad térmica

2 : temperatura media, 550-8200C, alivio de tensiones

3 : temperatura alta, por encima de 9000C, hipertemple, estabilización, alivio de tensiones.

- El FN determinado mediante medidas magnéticas disminuye, incluso hasta cero, después de cualquiera de estos tratamientos:

1) alrededor de los 4750C, la ferrita se transforma en a, magnética, y en a', no magnética ; esto rebaja el FN medido, pero no la ferrita determinada por metalografía

2) entre 550 y 9000C, se transforma la ferrita en sigma, no magnética ¡ de donde resulta una disminución de ferrita y FN.

3) por encima de 9000C, se alcanza un estado más próximo al equilibrio ; resulta la reducción, incluso la eliminación de ambos ferrita y FN.

- Hasta unos 15 FN, las propiedades mecánicas del metal depositado no son perjudicadas notablemente por la fragilización de los 4750C. Por otra parte la sigmatización aminora tenacidad y, escasamente, ductilidad.A veces, puede ocurrir una corrosión localizada en sigma.

- Por encima de 15 FN, se fragilizan los depósitos, sobre todo los "duplex" por cualquiera tratamiento, salvo el hipertemple.

- Salvo en depósitos duplex, necesitamos ferrita sólo como prueba del tipo de solidificació; pues se debe especificar y medir el FN en cordones tales como depositados.La medición de FN antes y después del tratamiento puede indicar el grado de transformación de ferrita.

3f) Servicio de alta temperatura

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- Hasta unos 5500C, si no hay problemas especiales de corrosión, se puede aceptar, las más veces, hasta 15 FN.

- Entre 540 y 9000C, se restringe el efecto de la sigmatización, limitando la ferrita a 8-10 FN. Se especifica muy a menudo el rango 3-8 FN, como balance entre fisuración en caliente y deterioro de las propiedades mecánicas.

- A veces, se necesita un depósito 100 % austenítico. En tal caso, un límite "0,5 FN" resulta adecuado y tiene en cuenta el escaso magnetismo de ciertas austenitas.

B) ESPECIFICACION DE FERRITA EN RELACION A LOS REQUERIMIENTOS DE SERVICIO

Bo) Consejos generales

- Así como lo expuesto más arriba, se debe especificar sólo en forma de número de ferrita (FN). Se tratará del valor medio del FN medido a lo largo de la línea central de cordones llanos y lisos, en el estado tal como depositado, sin influencia, ni tratamiento térmico.

- Se usarán sólo los diagramas (Schaeffler, DeLong, WRC) para predecir las estructuras, no para especificarlas.

- El metal de aporte se caracteriza por el FN del aporte puro, tal como depositado. La relación entre el aporte y el metal depositado en la junta será función de la dilución y del ciclo térmico de soldadura.A veces, se necesitará elegir un aporte especialmente adaptado al caso.

- Numerosos aceros totalmente austeníticos (particularmente por encima del 30 % níquel), muestran un ferromagnetismo escaso que origina medidas erróneas de ferrita, hasta 0,1 FN.Por eso, proponemos especificar en uso general "0,5 FN máximo" ; lo que no puede deteriorar las propiedades mecánicas o de resistencia a la corrosión.Especificar "sin ferrita", es decir "0,1 FN máximo", sólo cuando se necesita una permeabilidad magnética por debajo de 1,01.

- A continuación, las especificaciones propuestas, clasificadas según FN crecientes y aplicaciones. Se presentan también, en forma resumida, en las Tablas 1 y 2.

B1) Sin ferrita o con ferrita muy baja

B1a) Sin ferrita < 0,1 FN

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Cuando se requieren depósitos antimagnéticos, es preciso elegir un aporte totalmente austenítico (tipo "r" en las Figuras). Resulta una solidificación enteramente austenítica y, por consiguiente, una sensibilidad elevada al agrietamiento en caliente.

- El cumplimiento de los requerimientos más restrictivos no se pueden averiguar mediante cualquier instrumento para medir ferrita.

- A veces, se puede aceptar más ferrita, es decir una permeabilidad magnética más elevada, según la aplicación.

- Utilizar un aporte de bajo contenido en fósforo, azufre y silicio ¡ en la medida del posible, de alto contenido en manganeso.

1b) Ferrita muy baja : < 0,5 FN

- Adentro de esta categoría, se encuentra, sea una solidificación enteramente austenítica, con FN = 0, sea una solidificación primaria austenitica que resulta en ausencia de ferrita o en ferrita muy reducida (tipo "r" o "5" en las Figuras).

- Aportes totalmente austeníticos se utilizan, la mayoría de las veces, para

a) Soldaduras expuestas a ambientes corrosivas particulares, tales como p. ej. en plantas de urea.

Aleación tipica

C: 0,03 - Mn : 4,5 - Cr : 25 - Ni : 22 - Mo : 2 - N 0,15 %

b) Aporte del tipo refractario, tal que AWS 310 C 0,12 - Mn 3 - Cr : 25 - Ni : 20,5 %Aleaciones especiales para criogenia, por ejemplo C : 0,03 - Mn 4,5 - Cr 17 - Ni : 16 - Mo : 2,5 %

- Por encima de 0,5 FN, se deterioran : la resistencia a la corrosión, la estabilidad estructural, en el rango 550-9000C, y la tenacidad a bajas temperaturas.

- Utilizar un aporte de bajo contenido de fósforo, azufre y silicio ¡ en la medida del posible, de alto contenido de manganeso.

- Vale la pena señalar que, en criogenia, los aportes de uso general (FN 4 - 15) se pueden emplear hasta - 1050C. A veces, se pueden emplear aportes especiales del tipo AWS 316 L y, más aún 308 L, ambos de máximo 4 FN, hasta - 1960C.

B2) Ferrita limitada ¡ aconsejable : de 3 a 15 FN

- La solidificación primaria es generalmente ferrítica (tipo "u" en las Figuras) ¡ lo que resulta en la menor sensibilidad al agrietamiento en caliente.

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Por lo cual esta categoría de aportes es la más utilizada, salvo casos en que se necesitan propiedades antimagnéticas, resistencia a corrosión específica, o ausencia de sigmatización.

- Cuando la fisuración constituye el único riesgo, se puedeprever una margen de seguridad ; si no, hay que equilibrar los distintos riesgos, por ejemplo fisuración y sigmatización. Por tanto, las especificaciones siguientes dependen, sea de la composición del aporte (B2a, B2b>, sea del campo de aplicaciones (B2c).

- Una cantidad de ferrita, que sobrepasa el FN máximo propuesto, puede resultar en fragilización por sigma (B2c), pérdida de tenacidad o ductilidad, a veces, algun riesgo de corrosión, en función de la composición y del servicio.

- En caso de servicio a temperaturas próximas al ambiente, de - 50 a + 2500C, puede resultar adecuado un FN más alto.Eso es de uso corriente cuando se utilizan aportes de los tipos 309 L, 309 Mo, 309 Nb para soldar aceros inoxidables 308 L, 316 u 347.

B3) Alto contenido de ferrita > 15 FN

3a) Aceros inoxidables ferríticos-austeniticos del tipo duplex

- Los aceros duplex se caracterizan por una relación ferritaaustenita, que resulta en un alto limite elástico y una resistencia elevada a la corrosión bajo tensiones.La solidificación del metal depositado es enteramente ferrítica, con formación posterior de austenita en el estado sólido (tipo “v” en las Figuras).En general, se recomienda un rango de ferrita de 30 a 70 FN. Por debajo de 30 FN : minoración posible de resistencia a la tracción y corrosión bajo tensiones.Por encima de 70 FN : disminución posible de tenacidad y ductilidad ; quizá algunos problemas de corrosión.

- Al mezciarse con el metal base, muestra el metal depositado valores de FN más elevados, cuya aceptabilidad dependrá de los requerimientos de servicio.

- Se aplica generalmente la limitación al metal de aporte, en estado tal como depositado. En caso de tratamiento de solubilización post soldadura, se aplica la especificación al estado tratado y, a veces, se necesita un aporte especialmente adaptado.

3b) Metal de aportación sobre aleado, para capas intermedias Capas intermedias

- Es preciso diferenciara) El metal depositado, cuyas propiedades deben cumplir con los requisitos de servicio. El propósito es generalmente conseguir las mismas características que en la(s) capa(s) siguiente(s).

b) El metal de aporte puro, que es generalmente sobre aleado para equilibrar una dilución conocida o típica. Las características nominales, del aporte puro, sirven para

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definirlo, con relación a especificaciones, aunque pueden diferir de las propiedades de la capa depositada.

- El grado de sobre aleación depende de la dilución prevista y de la composición del metal base. Los electrodos revestidos de uso común son generalmente adaptados a 30 % dilución, por aceros sin o de baja aleación.Para aplicaciones importantes o difíciles, se eligen aportes especialmente adaptados al caso.

- Dilución del aporte, con aceros sin o de baja aleación resulta en una merma del FN ; salvo cuando la formación de martensita, fase ferromagnética, resulta en FN elevados y erróneos.

Por otra parte, sobre alear con la necesaria relación constante entre cromo y níquel equivalentes, resulta en un aumento del FN. Esto puede causar inaceptables propiedades, si se utiliza un aporte sobre aleado, de alto contenido de ferrita, para depositar las, menos mezcladas, capas subsiguientes.

- La estructura del metal depositado se puede estimar aproximadamente por medio del diagrama de Schaeffler (Figura), sobre la secta de unión entre el punto correspondiente al metal base y el punto del aporte puro, dependiendo la ubicación, dentro de esa recta, del grado de dilución.

- Mediante el recién diagrama WRC-1988 (Figura), se puede predecir el FN y modo de solidificación; en el punto correspondiente a la composición del metal depositado.Por ejemplo, con una dilución de los 30 %

D = 0,3 B + 0,7 P

D = porciento de un elemento en el metal depositadoB = porciento de este elemento en el metal baseP = porciento de este elemento en el aporte puro

- Las especificaciones deben tener en cuenta la propensión de una aleación al agrietamiento en caliente y los requisitos de servicio del tipo de aplicación. Se pueden clasificar estos requisitos en tres categorías

* Cat. A : Propiedades mecánicas

Ni tratamiento térmico ni corrosión severa, a temperaturas de servicio por debajo de los 3000C. Las propiedades mecánicas deben equivaler, por lo menos, a las del metal adyacente de menor residencia.

* Cat. B : Propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión. La resistencia a la corrosión implica, a menudo, requerimientos adicionales de composición y constitución.Por ejemplo, limitación o eliminación de ferrita, cuando hay peligro de corrosión específica (vease sección B 1).

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* Cat. C : Tal que A o B, con parámetro(s) térmico(s). Servicio por encima de los 300 0C y/o tratamiento térmico en el rango de sigmatización (550-9000C) pueden afectar la estabilidad microestructural. Servicio a bajas temperaturas, por debajo de los 1050C, implica, a veces, una limitación adicional del FN para asegurar la tenacidad necesaria (vease sección B1).

- Un resumen de las especificaciones recomendadas para Cat. A, B y C, que son parecidas a las B1 y B2, se presenta en la Tabla Se ve también una aproximación del rango adecuado de FN para el aporte puro correspondiente.

C) DETERMINACION DE FERRITA

Cl) Problema de medición de ferrita

- Es imprescindible estandardizar un método de determinación de ferrita, que lleve a resultados reproducibles, aceptados por todas las partes implicadas en suministro, construcción y verificación relativos a las obras de acero inoxidable.

- La determinación mediante examen metalográfico no se averiguabareproducible y, por eso, se limita su uso al control de ferrita en las zonas afectadas por el calor de los aceros del tipo duplex. Además, estas determinaciones son destructivas y, por eso, poco indicadas para controlar juntas soldadas.

C2) Medición en número de ferrita

- Afortunadamente, la ferrita puede ser magnetizada mientras que la austenita no.

- En primera aproximación, existe una razón directa, pero no lineal, entre la permeabilidad magnética y el contenido de ferrita. Hay también una influencia menor de la composición de la ferrita una ferrita más aleada tiene una menor permeabilidad magnética. Resulta la ausencia de relación fija entre el magnétismo y el porcentaje volumétrico de ferrita.

- Por falta de un método absoluto de referencia, aceptado por todos, el valor medio de las medidas ejecutadas en numerosos laboratorios fué elegido como Número de Ferrita (FN). Una relación fué determinada entre el FN y la fuerza necesaria para separar un imán específico del patrón o del metal depositado.

- Hasta unos 10 FN, corresponde la determinación metalográfica con el FN ; luego, se aparta éste progresivamente hacia valores mayores. De tal modo que, en el rango duplex (30-70 FN) el Número de Ferrita es aproximadamente 1,5 a 1,8 veces el volumen porcentual de ferrita, según el nivel de aleación.En práctica esto no importa, sino que disponemos, con el sistema de FN, de un procedimiento estandar mundial (ISO 8249) de determinación de ferrita y de calibración de los instrumentos de medición.

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- El uso de los patrones primarios del NIST (National Institut for Standard and Technology, USA) se limita prácticamente a la calibración del "Magne-Gage" mientras que los patrones secundarios del 115-11W (Instituto International de Soldadura) se utilizan con todos los aparatos de medición magnética.Estas calibraciones valen sólo para metales depositados, no para metales bases.

- Determinaciones comparativas de ferrita, por numerosos laboratorios demostraron reproducibilidad de +/-1 FN, hasta 28 FN ; lo que supera las posibilidades de los demás métodos de determinación.

- Se ha extendido recientemente la determinación normalizada hasta 90 FN, es decir en el rango correspondiente a los aceros duplex (AWS A4.2-91).

Parte de este trabajo se funda en el documento. IIWDoc.IX-1695-92 (11) realizado en el seno de la subcomisión IX-H del 11W, basándose en contribuciones de los demás miembros de un grupo de trabajo, Sres : T.G. Gooch ; B. Holmberg ; D. Kotecki G. Rabensteiner y L. van Nassau. Presentado en el Quinto Simposio de Soldadura de Cuba.

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RESUMEN DE ALGUNOS ASPECTOS A TENER EN CUENTA AL MOMENTO DE SELECCIONAR UN ACERO

2.- Conocer si se necesita alta resistencia al desgaste

4.- Dimensiones de la pieza.

5.- Necesidad del tratamiento térmico

6.- Aspectos económicos

7.- Disponibilidad real

PresiónTemperaturaMedio de interacciónTipo de carga

1.- Condiciones reales de trabajo

SoldabilidadMaquinibilidadConformabilidadOtras

3.- Propiedades tecnológicas a garantizar

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LA SOLDADURA DE LOS ACEROS INOXIDABLES

Durante la soldadura de aceros Inoxidables se presentan cambios en la estructura del metal1 por ejemplo, la temperatura del metal base adyacente a la soldadura, alcanza niveles en los que puede ocurrir una transformación de la estructura. El grado de estos cambios afecta las propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión, dependiendo de los siguientes factores : espesor, material de aporte, diseño de la unión, proceso de soldadura y habilidad del soldador.

El principal objetivo en la soldadura de aceros inoxidables será asegurar que las características de la soldadura serán iguales o mejores que las del metal base.En la soldadura se definen tres zonas, que definiremos como:1. La zona del cordón de soldadura solidificado, que se compone de metal base o metal base y material de aporte.2. La zona afectada por el calor (ZAC), al soldar el metal en la zona adyacente al cordón de soldadura se calienta a temperaturas elevadas, menores a el punto de fusión.3. El metal base.En la Figura, se muestran las zonas definidas anteriormente, este artículo tiene el objetivo de señalar las consideraciones y procesos para la adecuada soldadura de los aceros inoxidables.

Figura Area afectada térmicamente durante la soldadura.

ACEROS INOXIDABLES CLASIFICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES.

(Algunas consideraciones de tipo general)

Aceros inoxidables austeníticos

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Elementos de aleación:

C 0.1 %Cr - 17 - 27 % PrincipalesNi - 8 - 30 %Mo - 0 - 5 %

Mn, Si, Ti,Nb, Cu, N, ComplementariosW, B

Características y propiedades.

- Estructura centrada en las caras ( austenita ).- Son amagnéticos.- Excelentes propiedades de tenacidad, ductilidad, resistencia a la corrosión y buenas propiedades de soldadura por fusión.- No se endurecen por tratamiento térmico (temple), solo por deformación en frío.- Umbral de fragilidad en frío es bajo.

Comparación de propiedades

aceros austeníticos aceros al carbono - Conductividad térmica: 0.145 .... 0.170 J / cm . seg. K 0.524 J / cm .seg.K

- Coeficiente de dilatación: 16 .... 19 x 10-6 cm K-1. 10.....12 x 10-4 .cm K-1

Aceros inoxidables austeníticos más comunes según AISI.

304, 304L, 316, 316L, 321, 347.

Tabla: Composición química de los aceros inoxidables austeníticos.

Aceros Inoxidables Ferríticos.

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Elementos de aleación.

C - 0.1 .... 0.35 %Cr - 16 .... 28 % Básicos.

Mn, Si, Mo,Ti, Nb Complementarios


- Son magnéticos, estructura cubica centrada en el cuerpo (ferrita).- Excelente resistencia a la corrosión.- Tenacidad, ductilidad y propiedades de soldadura regulares.- No se endurecen por tratamiento térmico.- Por deformación en frío se endurecen poco.- Dilatación: 9.5 .... 10.5 X10 -6 cm K-1

- Conductividad térmica: 0.290 J / cm * seg * K.

Aceros inoxidables Ferríticos más comunes según AISI

431, 446

Aceros inoxidables Ferríticos - Austeníticos ( DÚPLEX )

Elementos de aleación:

C < 0.05 %Cr - 18 .... 22 % PrincipalesNi - 3 .... 6 %Mo - 0 ..... 4 %

Mn, Si, Cu, N Complementarios

Características y sus propiedades

- Son magnéticos.- Estructura (dúplex)

austeníticos - (70 - 50 %)ferríticos - (30 - 50 %)

- Excelente resistencia a la corrosión.- Buenas propiedades de soldadura.- La tenacidad y ductilidad es intermedia entre los aceros austeníticos y ferriticos.- No se endurecen por tratamiento térmico.- Se endurecen por deformación en frío y en caliente.

Tipos de aceros Duplex más empleados según AISI.

312, 327, 329.

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Aceros Martensíticos

Elementos de aleación.

C - 0.1 .... 1.4 %Cr - 12 ... 16 % Principales

Mn, Si, Ni. Complementarios


- Son magnéticos.- Tienen una estructura hexagonal compacta con fuerte precipitación de carburos.- Baja tenacidad y ductilidad y resistencia a la corrosión.- Se endurecen por tratamiento térmico donde se afecta la ductilidad, propiedades de soldadura y resistencia a la corrosión.

Aceros martensíticos más empleados.

410, 420, 431.

Aspectos metalúrgicos para la soldadura de reparación de los aceros inoxidables. Principales limitaciones.

Aceros inoxidables austeníticos y Duplex.

Se puede plantear que la propiedades de soldadura de los aceros inoxidables austeníticos es buena, pues no hay transformación de fase durante el enfriamiento.

Dentro de los factores que inciden con mayor frecuencia en las propiedades de soldadura de los aceros inoxidables austeníticos son:

a).- Propiedades físicas.b).- Agrietamiento caliente.c).- Precipitación de carburos.d).- Formación de la fase sigma.

Propiedades Físicas.

Dentro de las propiedades físicas que influye de forma más directa en las condiciones de soldadura de los aceros inoxidables austeníticos está su elevado coeficiente de dilatación; siendo un 50 % mayor que el de los aceros de baja aleación.

Durante la soldadura debe tomarse medidas externas para contrarrestar este factor.

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Elevada dilatación durante el proceso.

Figura Efecto del calentamiento durante la soldadura de los aceros inoxidables.

El efecto del elevado coeficiente de dilatación junto a su baja conductividad térmica puede incrementar notablemente los estados tensionales que se originan comúnmente en las uniones soldadas.

Como resultado del elevado coeficiente de dilatación de los aceros austeníticos durante el calentamiento originado por la soldadura se produce un grado de deformación que al enfriarse la junta provoca una contracción considerable y como resultado estados tensionales elevados como se muestra en la Figura

Calentamiento

Enfriamiento

Tensiones sobre el metal fundido

Figura Surgimiento de estados tensionales sobre el metalfundido durante el enfriamiento.

Consideraciones para contrarrestar el efecto de las propiedades físicas de los aceros inoxidables austeníticos.

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- Realizar la soldadura con bajo aporte de calor.- Distribución del calor de forma equilibrada.- Procurar que el grado de empotramiento de la junta sea lo menor posible.

Agrietamiento en caliente.

Para analizar las causas del agrietamiento en caliente de los aceros austeníticos y austeníticos ferríticos es importante valorar el diagrama de equilibrio Cr- Ni de estos aceros. Figura

Figura Diagrama de equilibrio Fe- Cr-Ni.

Según el diagrama, a partir del liquido solidifica primero la ferrita y como consecuencia de la solubilidad de los componentes complementarios (impurezas) en la ferrita, éstos se disuelven en la misma. El grado de solubilidad de los elementos en la ferrita depende de la temperatura, donde al compararse con la solubilidad en la austenita es diferente como se aprecia en la Tabla.

SolubilidadElemen En la Temperatu En la Temperatu

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tos ferrita (%) ra (ºC) austenita (%)

ra (ºC)

Si 18.5 1200 2.15 1170Nb 4.5 1360 2.0 1220S 0.18 1365 0.05 1356P 2.8 1050 0.25 1150O 0.05 - 0.01 -N 0.1 600 2.8 650

Tabla. Solubilidad de diferentes elementos de aleación en la ferrita y austenitaLo anterior determina que el metal solidificado puramente austenítico, donde el por

ciento de níquel es sumamente elevado, las impurezas crean en los límites de grano una película de bajo punto de fusión (silicatos, sulfuros etc,.) que provocan el agrietamiento en caliente, pues la coherencia intergranular se reduce notablemente como se representa en la Figura

Figura Formación de películas en los límites de grano

Si existen en la aleación cantidad considerable de elementos que facilitan la formación de la fase se obtiene durante la solidificación cierta cantidad de ferrita que disuelve las impurezas como se aprecia en la Figura

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Las impurezas se disuelven en la ferrita.

Figura Formación de la fase de ferrita que disuelve las impurezas.

Según las fases presentes en la zona fundida durante la solidificación se logra lo siguiente:

- Elevada tendencia al agrietamiento en caliente. + - Baja tendencia al agrietamiento en caliente.

Los fabricantes de aceros inoxidables austeníticos tienen como objetivo lograr un acero puramente austenitico ( > 98 % ). Sin embargo los tecnólogos de soldadura evitando la formación del agrietamiento en caliente pretende obtener determinadas cantidades de ferrita.

Según el por ciento de elementos de aleación en la zona fundida se forman las diferentes fases durante la solidificación primaria y a la vez las transformaciones al estado sólido. Esto a la vez influye en la formación de grietas en caliente o no.

Para valorar las diferentes transformaciones y la estructura obtenida a temperatura ambiente se puede partir del calculo del Cr y Ni equivalente en el gráfico WRC (Figura

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Figura. Diagrama WRC, donde se representan las diferentes estructuras de acuerdo a la composición .

CROMO EQUIVALENTE

Creq = Cr + Mo + Nb Influye en la existencia de la fase ferrítica a temperatura ambiente NIQUEL EQUIVALENTENieq = Ni + 35 C + 20 N + 0.25 Cu Influye en la existencia de la austenita a temperatura ambiente.

El por ciento de los elementos de aleación empleados para el cálculo del cromo y níquel equivalente en el metal de la costura, se obtiene según la composición del metal base , material de aporte y coeficiente de dilución mediante la siguiente expresión :

% E mc = % Emb. D + ( 1- D ) % E ma

Donde : % E mc - Es el por ciento del elemento en el metal de la costura .% Emb - Por ciento del elemento en el metal base . D - Coeficiente de dilución .% Ema – Es el por ciento del elemento en el metal de aporte .

Cantidad de ferrita

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El Número de Ferrita ( FN ) adecuado está relacionado con las condiciones de servicio de la estructura correspondiente a la unión soldada . A continuación se presenta el FN más conveniente según las condiciones de explotación de determinadas uniones soldadas.

Sin ferrita: < 0,1 FN.

Cuando se requieren depósitos antimagnéticos.

Resulta una solidificación enteramente Austenítica y por consiguiente, una sensibilidad elevada al agrietamiento en caliente.

- Utilizar un aporte de bajo contenido en fósforo, azufre y silicio; en la medida de lo posible, de alto contenido en manganeso.

Ferrita muy baja < 0,5 FN.

Soldaduras expuestas a ambientes corrosivas particularmente, tales como, plantas de urea. Aleaciones especiales para criogenia.

Se obtiene una solidificación con elevada presencia de austenita , que resulta ausencia de ferrita o en ferrita muy reducida.

Aleación típica:

C: 0,03 - Mn : 33 - Cr : 25 - Ni . 22 - Mo : 2 - N : 0,15%

Aporte del tipo refractario, ( AWS 310 )

C: 0,12 - Mn : 3 - Cr : 25 - Ni : 20,5 %

- Utilizar un aporte debajo contenido de fósforo, azufre y silicio; en la medida de lo posible, de alto contenido de manganeso.

- Es importante señalar que en criogenia, los aportes de uso general (FN : 4 - 15) se pueden emplear hasta -105 0 C.

Ferrita limitada ; aconsejable de 3 a 15 FN.

Esta categoría de aportes es la más utilizada, salvo casos en que se necesitan propiedades antimagnéticas, resistencia a corrosión específica, o ausencia de sigmatización.

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En caso de servicio a temperaturas próximas al ambiente, de -50 a + 250 0 C, puede resultar adecuado un FN más alto.

La solidificación primaria es generalmente ferrita ; lo que resulta la menor sensibilidad al agrietamiento en caliente.

Una cantidad de ferrita, que sobrepasa el FN máximo propuesto, puede resultar en fragilización por la presencia de la fase sigma , pérdida de tenacidad o ductilidad, a veces, algún riego de corrosión, en función de la composición y del servicio.

Alto contenido de Ferrita > 15 FN .

Aceros inoxidables ferríticos - austeníticos del tipo dúplex.

- Los aceros dúplex se caracterizan por una relación ferrita - austenita, que resulta en un alto límite elástico y una resistencia elevada a la corrosión bajo tensiones.

La solidificación del metal depositado es enteramente ferrítica, con formación posterior de austenita en el estado sólido .

En general, se recomienda un rango de ferrita de 30 a 70 FN. por debajo de 30 FN, disminuye la resistencia a la tracción y corrosión bajo tensiones.

Por encima de 70 FN, disminuye la tenacidad y ductilidad y pueden originarse algunos problemas de corrosión.

Corrosión intercristalina

El fenómeno de la corrosión intercristalina guarda relación con el descenso de la resistencia anticorrosiva en los límites de los granos, debido a que en la formación de la fase de carburo (M 23C6) en dichos límites participa prácticamente todo el carbono (que tiene tiempo de precipitar hacia allí desde el interior del grano), mientras que el cromo que entra en la composición del carburo especial M23C6 procede solamente de las capas contiguas a los límites de los granos, ya que su velocidad de difusión es pequeña y no tiene tiempo de llegar desde el interior del grano. Como resultado de esto, el contenido de cromo en la solución sólida de los límites de los granos resulta ser de menos del 12 % es decir, inferior al límite que asegura la resistencia anticorrosiva., precisamente por esto la destrucción corrosiva se propaga hacia dentro únicamente por los limites de los granos empobrecidos en cromo.

En los aceros el cromo-níquel inoxidables, debido a que en ellos hay carbono, pueden formarse carburos especiales, principalmente del tipo M23C6.

La cantidad de carburos M23 C6 depende del contenido de carbono.

A la temperatura ambiente y a temperaturas superiores hasta llegar aproximadamente a los 700 0 C, la solubilidad del carbono (carburos) es solamente del 0,15 % de C (contenido

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un 9% de Ni; el níquel hace que diminuya la solubilidad del carbono en la austenita a altas temperaturas). Es natural que siendo tan grande la diferencia de solubilidad de los carburos en la austenita, el calentamiento hasta altas temperaturas y el enfriamiento rápido (temple) permite obtener solución sólida sobresaturada, y un segundo calentamiento (a 500- 700 0 C ) provoca la precipitación de los carburos.

En la Figura se muestra la variación del contenido de cromo en los límites de grano como consecuencia del calentamiento y permanencia del metal por un tiempo prolongado a temperaturas cercanas a los 650 0 C.

Nivel de cromo en el carburo

Zona pobre en cromo (lugar de la corrosión) 18 % Nivel de cromo en los límites de grano

Figura Variación del contenido de cromo en los límites de grano debido al calentamiento.

Esta precipitación se produce por los límites de los granos, lo que en determinadas condiciones hace que el acero adquiera fragilidad y que se ponga de manifiesto un nuevo tipo de destrucción por corrosión en los límites de dichos granos, que es muy peligroso y se llama corrosión intercristalina (CIC).

Una lámina de acero inoxidable dañada por la corrosión intercristalina, si se golpea no produce sonido metálico, con poco esfuerzo, se destruye y puede convertirse en polvo.

Está claro que el calentamiento hasta 500-700 0 C provoca la precipitación de carburos únicamente en la austenita sobresaturada, es decir, en los aceros austeníticos templados (cuando contienen más del 0,005% de C). La tendencia de los aceros austeníticos inoxidables a la corrosión intercristalina puede evitarse no sólo disminuyendo el contenido de carburo, sino también introduciendo elementos estabilizadores: titanio o niobio solubles en la austenita.

El titanio y el niobio, combinándose con el carbono, impiden la formación de carburos de cromo y evitan la corrosión intercristalina. Como es lógico, el titanio y el niobio deben introducirse en cantidades suficientes (para que pueda fijar todo el carbono).

76

Carburo


Sin embargo, lo más seguro para evitar los procesos que ocasionan el desarrollo de la corrosión intercristalina es disminuir el carbono; los elementos estabilizadores (o sea, el titanio y el niobio) no hacen más que aminorarla.

Al valorar los resultado del ensayo de CIC se admite que si el acero no tiene corrosión intercristalina después del temple y de revenido a 650 0 C durante una hora, este acero puede emplearse en estado de temple en piezas soldadas, sin que después de la soldadura sea necesario someterlo a tratamiento térmico.

Si el acero resulta ser resistente a la corrosión intercristalina estando templado y no resiste después del revenido (650 0 C durante una hora), podrán fabricarse con él piezas no soldadas, o si la soldadura es inevitable, las piezas soldadas deberán someterse a tratamiento térmico (temple), de lo contrario la costura no será resistente a la corrosión.

El titanio y el niobio frenan los procesos que originan la CIC, pero debido a que el carbono forma carburos y el desprendimiento de éstos provoca la CIC, fabricar acero con una sensibilidad nula hacia la CIC significa reducir el contenido de carburos hasta el valor en que éste se encuentre en solución sólida; según la Figura. Esto significa una cantidad que no supera el 0.005%. Esta es una tarea complicada de la metalurgia, pero posible de resolver. Además, para el acero 18Cr-10Ni, la disminución del contenido de carbono hasta 0.015- 0.020% hace de éste un acero inoxidable de gran resistencia a la precipitación de carburos en los límites grano. En los aceros inoxidables modernos se ha reducido el contenido de carbono hasta menos de < 0.03% .

Los aceros puramente austeníticos son también propensos a otra forma de destrucción corrosiva llamada "agrietamiento por corrosión bajo tensión. Este fenómeno consiste en que en la superficie de la pieza sometida a carga o con tensiones internas residuales (por ejemplo, después de deformada en frío e introducida en un medio corrosivo relativamente débil, se forman unas grietas muy finas que pasan principalmente por el interior del grano.

Los aceros austeníticos inoxidables se emplean mucho no sólo por sus altas propiedades anticorrosivas, sino también por sus buenas cualidades tecnológicas y mecánicas. Estos aceros se laminan bien en caliente y en frío, soportan la combustión profunda y el perfilado en frío y pueden soldarse por arco eléctrico sin que adquieran fragilidad en las zonas próximas a la costura.

El tratamiento térmico de los aceros austeníticos inoxidables es relativamente sencillo y consiste en el temple en agua desde 1050 - 1100 0C. El calentamiento hasta estas temperaturas hace que se disuelvan los carburos de cromo (M23C6) y el enfriamiento rápido fija el estado de solución sólida sobresaturada. Un enfriamiento lento no es tolerable, ya que en este caso, lo mismo que con el revenido, pueden precipitarse los carburos y empeorarse la plasticidad y las propiedades anticorrosivas. Además, durante el temple se producen procesos de recristalización que eliminan los efectos de la deformación plástica que suelen sufrir estos aceros. Como resultado del temple, la dureza de los aceros austeníticos inoxidables no aumenta, sino que diminuye, por lo que, para ellos, el temple es una operación térmica de ablandamiento.

77


Las propiedades mecánicas de los aceros austeníticos inoxidables templados (ablandados) se caracteriza por un valor bajo del límite de fluencia, una resistencia no muy alta y una gran plasticidad.

De lo expuesto puede deducirse que en los aceros inoxidable puede haber tres tipos principales de destrucción por corrosión.

a) corrosión general, consiste en que la corrosión se propaga hacia dentro del metal de un modo uniforme por toda la superficie;

b) corrosión intercristalina;

c) agrietamiento por corrosión;

La velocidad de estas tres formas de destrucción por corrosión depende de la composición del acero y de su estado estructural.

El factor principal que determina la estabilidad frente a la corrosión general es el contenido de cromo. La mayoría de los aceros austeníticos inoxidables contienen cerca de 18% de Cr y poseen aproximadamente la misma estabilidad; inferiores a ellos son los aceros con el 14% de Cr y superiores, los aceros de dos fases que contienen el 21% de Cr.

La corrosión intercristalina depende del contenido de carbono y de la presencia de elementos estabilizadores. Son muy estables a la corrosión intercristalina los aceros con bajo contenido de carbono (< 0,03% de C) y los aceros con titanio o niobio. En estos aceros la corrosión intercristalina puede ser provocada por la permanencia a una temperatura en el orden de los 600 -- 700 0 C durante más de una hora. En los aceros que no contienen estos elementos o que tienen más del 0,03% de C, después del revenido de menos de una hora de duración a 600 0 C aparece la tendencia a la corrosión intercristalina.

Como ya se explicó, el proceso de la corrosión intercristalina consiste en la precipitación de una red de carburo por los límites de los granos, por esto, incluso si el metal no trabaja en un medio altamente agresivo, la precipitación antes mencionada influye negativamente en la plasticidad del metal.

El agrietamiento por corrosión se acelera si la estabilidad de la austenita, con respecto a la transformación - , es insuficiente. Por esto el aumento de la estabilidad de la austenita frente a esta transformación se consigue elevando el contenido de elementos formadores de austenita, con lo cual se aumenta la resistencia al agrietamiento por corrosión.

Basándose en los razonamiento que acabamos de exponer se elige el acero inoxidable más conveniente para la pieza de que se trate , así como el procedimiento de soldadura más conveniente según el caso.

SOLDADURA TIG DE LOS ACEROS INOXIDABLES.

Recomendaciones prácticas.

78


Preparación de la superficie antes del soldeo.

Manipulación y descontaminación

La superficie de los aceros inoxidables esta cubierta por una capa de óxido de cromo, la cual pasiva al acero impidiendo su contaminación. Mientras la película de óxido protectora este intacta, la inoxidabilidad del acero será buena, sin embargo, si se daña esta película puede provocar la ocurrencia de la corrosión por picadura, por lo que una de las maneras de prevenir la corrosión en estos materiales es la buena manipulación de su superficie, por lo que se debe evitar la contaminación de la misma, así como evitar dejar marcas sobre ellas.

Los aceros inoxidables se contaminan si se almacenan juntos a los aceros al carbono, además la manipulación con herramientas (muelas abrasivas, cizallas de corte, madrinas de doblados, etc.) que hayan sido puestas en contacto estos materiales, también pueden crear esta contaminación, ya que las mismas pueden quedar impregnados con estos materiales. Por lo que se deben emplear útiles de acero inoxidable, los cuales deben ser exclusivos para estos materiales. En el caso de haberse producido una contaminación de la pieza, se procederá a descontaminar, pero antes es necesario cerciorarse de si efectivamente la pieza está contaminada, para ello se debe introducir en agua la pieza por 24 horas y si al cabo de este tiempo aparecen manchas es que efectivamente el acero esta contaminado. La descontaminación consiste en sumergir o tratar la superficie de la pieza con la soluciones indicadas en la Tabla, o con pastas pasivantes para disolver los óxidos de hierros u otros metales

Tipo de solución

Concentración

TemperaturaºC

Medio de preparación

Proceso Propósito

Acido nítrico 20-40 % del volumen de

agua

50-70

20-25

Polietileno - Sumergir por 20 a 30 min. después enjuagar en agua fría primero y después en agua tibia, secar - Sumergir por 60 min. después enjuagar en agua fría primero y después en agua tibia, secar

Elimina óxidos

Acido nítrico + bicromato

20-40 % del volumen de

40-55 Polietileno Sumergir por 60 min.

Elimina óxidos

79


de sódico agua + 2- 4 % del peso

después enjuagar en agua fría primero y después en agua tibia, secar

Tabla Tratamientos químicos para eliminar óxidos antes de soldar

Limpieza previa al soldeo.

La limpieza consiste en la eliminación de cualquier resto de suciedad, grasa, fluidos de corte, etc. mediante los disolventes adecuados, que no contengan cloro o mediante vapor de agua. También se puede limpiar con agua jabonosa y estropajo, que será de níquel o de acero inoxidable, nunca de lana de acero. Esta limpieza se realizara sobre ambas caras del bisel de la unión y por lo menos 15 mm alrededor de cada uno de los biseles.

En el caso de existencia de óxidos ligeros se retirará mediante decapado mecánico o químico, tales como:

Empleo de cepillos de púas de acero inoxidable, que no hayan sido utizados para otros fines.

Granallado con arena limpia. Mecanizado con herramientas adecuadas y fluidos de cortes exentos de

productos clorados. Decapado con ácido nítrico al 10-20 %, seguido de limpieza con agua.

Geometría de la unión.

Como los aceros inoxidables se utilizan en un ambiente corrosivo, se deben diseñar las uniones de forma que se eviten al máximo las discontinuidades que favorecen la corrosión. Se debe extremar esto en las uniones de tuberías, evitando resquicios o zonas de estancamientos de fluidos corrosivos. Las uniones deben ser de penetración completa y se deben evitar las raíces pronunciadas y las uniones a solape.

En todos los casos, la geometría de la unión depende de la posición de soldeo y la accesibilidad de la unión, además del espesor. En el caso de uniones en ángulo, será necesario conseguir el ajuste bueno a fin de evitar zonas que puedan dar origen a tensiones. A continuación mostramos las Figuras de las preparaciones de bordes recomendados para este proceso de soldadura

Espesor T (mm)

Separación S (mm) Número de pasadas

1-4 2-2.5 13-6 1-2 2

Figura Costura de ranura con bordes rectos.

80


Espesor T (mm)

Separación S (mm) Talón t (mm) Angulo del bisel B ( )

4-6 0-1 1.5-2 706-16 1-2 1-1.5 60

Aplicación: Para el soldeo en posición horizontal la pieza inferior tendrá un bisel de 10 -15 y la superior de 30– 50.

Figura Costura de ranura con bordes en V con talón .

Espesor T (mm)

Separación S (mm)

Talón t (mm)

Angulo del bisel B

( )

Angulo del bisel A

( ) 19 2 2 10 40

Aplicación: Para el soldeo de tuberías en espesores mayores de 19 –20 mm.Figura Costura de ranura con bordes en V deformados

Espesor T

(mm)


20 2 2 10Aplicación: En tuberías con espesores mayores de 20 mm, si el soldeo se puede realizar por las dos caras es preferible en X o doble U.

Figura Costura de ranura con bordes en U.

81


Espesor T (mm) Separación S (mm) Angulo del bisel B ( )4-20 2 90-120

Aplicación: Para la soldadura de tuberías con insertos consumibles o con respaldo

Figura Costura de ranura con bordes en V sin talón.

Separación S (mm)

Longitud del talón D (mm)

Talón t (mm)

Angulo del bisel B ( )

Angulo del bisel A ( )

2 Dos veces la diferencia de

espesor

2 90 30

Aplicación: Soldadura de tuberías de diferentes espesores

Figura Costura de ranura con bordes en V con talón y rebajo.

Espes Separación S (mm) Talón t (mm) Angulo del

82


or T (mm)

bisel B ( )

20 0-2 2 60-90

Figura Costura de ranura con bordes en X

Espesor T

(mm)


13 2 2.4 10-15

Figura Costura de ranura con bordes en doble U.

Clasificación de los metales de aporte para la soldadura aceros inoxidables.

El sistemas de clasificación AWS para alambres electrodos de aceros inoxidables resistentes a la corrosión (especificación AWS A 5.9). Emplea el prefijo “E” para indicar que se trata de un electrodo para soldadura por arco. A este prefijo le sigue la letra “R”, que indica Rods, es decir, varilla. Seguido de 3 dígitos que indica el tipo de acero inoxidable que deposita el electrodo según el sistema de clasificación AISI (ver Tabla).

En ocasiones estos 3 dígitos pueden ser seguidos por letras para indicar un tipo especifico de metal depositado, por ejemplo:

“L” indica un electrodo inoxidable de bajo carbono Ej.: ER308L y E308L “Cb” indica que son electrodos estabilizados por adicción de niobio para prevenir la

precipitación de carburos de cromo. Ej. ER309Cb. “Mo” indica la adición de molibdeno para aumentar la resistencia a la corrosión por

picadura

Tabla Requerimiento de composición química del metal depositado (%) según especificación AWS A 5.9

Clasificación

AWSC Cr Ni Mo Cb+Ta Mn Si P y

S .N Cu

ER209 0.06 20.5-24.0

9.5-12.0 1.5-3.0 - 4.0-7.0 0.90

0.03

0.10-0.30

0.75

ER219 0.06 19.0-21.5

5.5-7.0 0.75 - 8.0-10.0

1.00

0.03

0.10-

0.75

83


0.30

ER240 0.06 17.0-19.0

4.0-6.0 0.75 - 10.5-13.5

1.00

0.03

0.10-0.20

0.75

ER307 0.04--0.14

18.0-21.5

9.0-10.7 0.5-1.5 - 3.3-4.75

0.90

0.04

- 0.75

ER308 0.08 18.0-21.0

9.0-11.0 0.75 - 0.5-2.5 0.90

0.04

- 0.75

ER308H 0.04-0.08

18.0-21.0

9.0-11.0 0.75 - 0.5-2.5 0.90

0.04

- 0.75

ER308L 0.04 18.0-21.0

9.0-11.0 0.75 - 0.5-2.5 0.90

0.04

- 0.75

ER308Mo 0.08 18.0-21.0

9.0-12.0 2.0-3.0 - 0.5-2.5 0.90

0.04

- 0.75

ER308MoL 0.04 18.0-21.0

9.0-12.0 2.0-3.0 - 0.5-2.5 0.90

0.04

- 0.75

ER309 0.15 22.0-25.0

12.0-14.0 0.75 - 0.5-2.5 0.90

0.04

- 0.75

ER309L 0.04 22.0-25.0

12.0-14.0 0.75 - 0.5-2.5 0.90

0.04

- 0.75

ER309Cb 0.12 22.0-25.0

12.0-14.0 0.75 0.70-1.00

0.5-2.5 0.90

0.04

- 0.75

ER309Mo 0.12 22.0-25.0

12.0-14.0 2.0-3.0 - 0.5-2.5 0.90

0.04

- 0.75

ER310 0.08-0.20

25.0-28.0

20.0-22.5 0.75 - 1.0-2.5 0.75

0.03

- 0.75

ER310H 0.35-0.45

25.0-28.0

20.0-22.5 0.75 - 1.0-2.5 0.75

0.03

- 0.75

ER310Cb 0.12 25.0-28.0

20.0-22.0 0.75 0.70-1.00

1.0-2.5 0.75

0.03

- 0.75

ER310Mo 0.12 25.0-28.0

20.0-22.0 2.0-3.0 - 1.0-2.5 0.75

0.03

- 0.75

ER312 0.15 28.0-32.0

8.0-10.5 0.75 - 0.5-2.5 0.90

0.04

- 0.75

ER316 0.08 17.0-20.0

11.0-14.0 2.0-3.0 - 0.5-2.5 0.90

0.04

- 0.75

ER316H 0.04-0.08

17.0-20.0

11.0-14.0 2.0-3.0 - 0.5-2.5 0.90

0.04

- 0.75

ER316L 0.04 17.0-20.0

11.0-14.0 2.0-3.0 - 0.5-2.5 0.90

0.04

- 0.75

ER317 0.08 18.0-21.0

12.0-14.0 3.0-4.0 - 0.5-2.5 0.90

0.04

- 0.75

ER317L 0.04 18.0- 12.0-14.0 3.0-4.0 - 0.5-2.5 0.9 0.0 - 0.7

84


21.0 0 4 5ER318 0.08 17.0-

20.011.0-14.0 2.0-2.5 6xCmí

n - 1.00 máx

0.5-2.5 0.90

0.04

- 0.75

ER320 0.07 19.0-21.0

32.0-36.0 2.0-3.0 8xCmín -

1.00 máx

0.5-2.5 0.60

0.04

- 3.0-4.0

ER320LR 0.035 19.0-21.0

32.0-36.0 2.0-3.0 8xCmín -

0.40 máx

1.50-2.50

0.30

0.020

- 3.0-4.0

ER330 0.18-0.25

14.0-17.0

33.0-37.0 0.75 - 1.0-2.5 0.90

0.04

- 0.75

ER330H 0.35-0.45

14.0-17.0

33.0-37.0 0.75 -

1.0-2.5 0.90

0.04

- 0.75

ER347 0.08 18.0-21.0

9.0-11.0 0.75 8xCmín -

1.00 máx

0.5-2.5 0.90

0.04

- 0.75

ER349 0.13 18.0-21.0

8.0-10.0 0.35-0.65

0.75-1.2

0.5-2.5 0.90

0.04

- 0.75

ER410 0.12 11.0-13.5

0.60 0.75 - 1.0 0.90

0.04

- 0.75

ER410NiMo

0.06 11.0.12.5

4.0-5.0 0.40-0.70

- 1.0 0.90

0.04

- 0.75

ER430 0.10 15.0-18.0

0.60 0.75 - 1.0 0.90

0.04

- 0.75

ER502 0.10 4.0-6.0 0.40 0.45-0.65

- 1.0 0.90

0.04

- 0.75

ER505 0.10 8.0-10.5 0.40 0.85-1.20

- 1.0 0.90

0.04

- 0.75

ER630 0.05 16-16.75

4.5-5.0 0.75 0.15-0.30

0.25-0.75

0.75

0.04

- 3.25-4.0

ER16-8-3 0.10 14.5-16.5

7.5-9.5 1.0-2.0 - 0.5-2.5 0.60

0.03

- 0.75

ER7Cr 0.10 6.0-8.0 0.40 0.45-0.65

- 1.0 0.90

0.04

- 0.75

Nota: Los valores sencillos tabulados representan valores máximos de composición, excepto que otra cosa se especifique.

Selección del metal de aporte.

En la Tabla se indican los metales de aporte recomendados para una serie de aceros

85


inoxidables.

Electrodos de Tungsteno.

La soldadura de los aceros inoxidables con el proceso GTAW se acostumbra a realizar con corriente continua polaridad normal, por lo que el tipo de electrodo recomendado para dicho fin es el tungsteno – torio (EWTh-1 y 2), producto a su buena emisividad de electrones, así como buenas condiciones para el cebado del arco, mayor resistencia a la contaminación y proporcionar un arco más estable en comparación con el tungsteno puro.

Gases de protección.

En general para el proceso GTAW en los aceros inoxidables, se utiliza el argón, cuando las uniones se realizan entre piezas de secciones gruesas, se le añade ciertas cantidades de helio, con vistas a mejorar la productividad en la realización. Actualmente también existe una tendencia a la adición de pequeñas cantidades de nitrógeno (6-10 %) durante la soldadura de loa aceros inoxidables dúplex producto a que este gas ofrece beneficios desde el punto de vista metalúrgico al metal depositado.

En la soldadura de tuberías donde se utiliza gas de respaldo, además del argón puro se suele utilizar mezclas de argón- hidrógeno (5%) o argón- nitrógeno, con el objetivo de garantizar buena formación de la raíz.

Tabla Guía para la selección de electrodos de acero inoxidable.

Mat.Basesegú

nAISI

442

445

430F

430FSE

430

431

501

502

416416SE

403405410420414

321

348

347

317

316L

316

314

310310S

309

309S

304L

303303SE

201202301302302B

304305308

Ac.al

Carb.

201-202 301-302

302B

310

312

30

310312309

310

312

30

310

312

30

309310312

309310312

308

308

308 308

308

308 308

308

308 308 312310309

86


-304305-308

9 9 9

303303S

E

310

309

312

310309312

310

309

312

310

309

312

309310312

309310312

308

308

308 308

308

308 308

308

308-15

308 312310309

304L310

309

312

310309312

310

309

312

310

309

312

309310312

309310312

308

308

308L

308

308

308 308

308

308 308 312310309

309309S

310

309

312

310309312

310

309

312

310

309

312

309310312

309310312

308

317

316

309

316 316

309

309 309

308

308 308 309310312

310310S

310

309

312

310309312

310

309

312

310

309

312

310309312

310309312

308

317

316

309

316 316

310

310 309

310

308

308 308 310309312

314310

312

309

310312309

310

312

309

310

312

309

310312309

310309312

309

310

308

309

310

309310

309

310

310-15

310 309

310

309

310

309310

309310

310309312

316310

309

312

310309312

310

309

312

310

309

312

309310312

309310312

308

316

316 316

309

310

316

310309316

309

310

316

308

316

308316

308316

309310312

316L310

309

312

310309312

310

309

312

310

309

312

309310312

309310312

308

316

317

308

316L

316

309

310

316

310309316

316

309

308

316

308316

308316

309310312

317310

30

310309312

310

30

310

30

309310312

309310312

308

317

316308

316

30

309

31

317316309

317

31

308

31

308316317

308316317

309310312

87


9312

9312

9312

8 0317

6309

6317

321348347

310

309

312

310309312

310

309

312

310

309

312

309310312

309310312

347

308

347

347308

347

308

309

310

347

347308

347

308

347

308L

347308

347308

309310312

403-405410-420414

310

309

312

310309312

310

309

312

310

309

312

309310

410*

309**

309

310

309

310

309310

309

310

310

309

310309

309

310

309

310

309310

309310

309310312

416416S

E

310

309

310309

310

309

310

410-15*

410-15*309**

310**

309

310

309

310

312

309310312

309

310

312

309

310

312

310309312

309

310

312

309

310

312

309310312

309310312

309310312

501502

310

310 310

502*310**

310 310 310

309

310

309

310309

310

309

310

309

310309

310

309

310

309

310309

310309

310312309

430431

310

309

310309

430-15*

310**

309**

310

310 310309

310

309

310

309

310309

310

309

310

309

310309

310

309

310

309

310309

310309

310309312

430F430FSE

310

309

410-15*

310

309

310

309

310309312

310309312

309

310

312

309

310

312

310309312

310

309

312

310

309

312

310309312

310

309

312

310

309

312

310309312

310309312

310309312

442448

309

310

309310312

310

309

312

310

309

312

310309312

310309312

310

309

312

310

309

312

310309312

310

309

312

310

309

312

310309312

310

309

312

310

309

312

310309312

310309312

310309312

88


* Precalentamiento necesario.** No es necesario precalentamiento.

Técnica de soldadura

Para la soldadura GTAW manual de los aceros inoxidables, las chapas deberán estar inicialmente punteadas de forma que la apertura permanezca uniforme a lo largo de toda la longitud, el punteo de realizará con cordones cortos de 40 mm de longitud, donde el espaciado entre los puntos será función del espesor a unir, como se aprecia en la Tabla

Tabla Distancia entre los puntos de soldadura.

Espesor de Chapa (mm) 1-1.5 2-3 4-6 Mayor de 6

Espaciado entre los puntos de soldadura (mm)

30-60 70-100 120-160 150-200

Con vista a lograr una buena penetración es recomendable esmerilar los puntos antes del proceso de soldadura, en caso de chapas de pequeño espesor es conveniente el martillado de los puntos, no obstante, siempre es recomendable la utilización de plantillas de montaje para la soldadura de chapas finas.

La soldadura se realiza de derecha a izquierda. El ángulo comprendido entre la varilla de aportación y el metal a soldar no debe exceder los 15-20, siempre varilla de aporte debe ir por delante del portaelectrodo y alimentándose de una forma uniforme. No es recomendable la realización de movimientos transversales, ya que se puede perder el efecto de protección del baño. Si se suelda sin varilla de aportación el extremo del portaelectrodo debe formar un ángulo de 90 con respecto a la chapa de forma que se pueda concentrar el calor lo mejor posible sobre la zona que se está fundiendo y garantizar una correcta protección del baño.

En las Tablas que se muestran a continuación se pueden apreciar una serie de procedimientos típicos para la soldadura GTAW manual con la utilización de corriente continua polaridad normal. Las mismas pueden servir de guía para aplicaciones especificas.

Tabla Procedimiento típico para la soldadura GTAW (manual) de los aceros inoxidables, utilizando corriente continua polaridad normal y gas de protección argón.

Espesor a soldar

Tipo de junta

Corriente de soldadura (A) Diámetro del

Diámet. del

Flujo de gasPlano Horizontal Sobrecabe

89


(mm) y Vertical za electrodo(mm)

metal de

aporte(mm)

L/Min.

1.5A tope 80-100 70-90 70-90 1.5 1.5 5Solape 100-

12080-100 80-100 1.5 1.5 5

Esquina 80-100 70-90 70-90 1.5 1.5 5Angulo interior

90-110 80-100 80-100 1.5 1.5 5

2.5A tope 100-

12090-110 90-110 1.5 1.5 5

Solape 110-130

100-120 100-120 1.5 1.5 5

Esquina 100-120

90-110 90-110 1.5 1.5 5

Angulo interior

110-130

100-120 100-120 1.5 1.5 5

3A tope 120-

140110-130 105-125 1.5 2.5 5

Solape 130-150

120-140 120-125 1.5 2.5 5

Esquina 120-140

110-130 115-135 1.5 2.5 5

Angulo interior

130-150

115-135 120-140 1.5 2.5 5

5A tope 200-

250150-200 150-200 2.5 3 6

Solape 225-275

175-225 175-225 2.5 3 6

esquina 200-250

150-200 150-220 2.5 3 6

Angulo interior

225-275

175-225 175-225 2.5 3 6

6A tope 275-

350200-250 200-250 3 3 6

Solape 300-375

225-275 225-275 3 3 6

Esquina 275-350

200-250 200-250 3 3 6

Angulo interior

300-375

225-275 225-275 3 3 6

Tabla Procedimiento típico para la soldadura GTAW (manual) de chapas finas de aceros inoxidables. Gas de protección argón.

90


Tipo de junta

Espesor del

metal (mm)

Diámetro del

electrodo (mm)

Diámetro de la varilla

de aporte (mm)

Tipo de corriente

Intensidad de

soldadura (A)

Voltaje de arco

(V)

Velocidad de

soldeoCm/min.

Flujo de gas

L/min.

A tope 1 2 1.6 Alterna 35-75 12-16 15-33 2.5-3A tope 1 2 1.6 Continu

a Polarid

ad normal

30-60 11-15 12-28 2.5-3

A tope 1.5 2 1.6 Alterna 45-85 12-16 14-31 2.5-3A tope 1.5 2 1.6 Continu

a Polarid

ad normal

40-75 11-15 9-19 2.5-3

A solape 1 2 1.6 Alterna 40-60 12-16 10-13 2.5-3En T 1.5 2 1.6 Alterna 40-60 14-17 7.2-8.7 2.5-3En

ángulo1.5 2 1.6 Continu

a Polarid

ad normal

45-55 11-15 32 2.5-3

Para la posición vertical la corriente se reduce 10-15%Para la posición sobrecabeza la corriente se reduce 20%

Tratamiento post - soldadura.

Tras el soldeo se debe realizar también una limpieza adecuada para retirar cualquier tipo de mancha o decoloración que haya quedado de la soldadura o en la zona afectada por el calor, mediante cepillado o pulido mecánico, requiriendo a veces de un decapado seguido de un pasivado para restaurar la capa pasivante del acero inoxidable.

El decapado y el pasivado se realizara por inmersión o rociado con algunas de las disoluciones ácidas que se indican en la Tabla

Tabla Soluciones para el decapado de los aceros inoxidables.

Composición de la disolución

TemperaturaC

Duración de la aplicaciónMin.

Acido nítrico (15-25%) + Acido fluorhídrico (1-4%)

20-60 5-30

Acido nítrico (6-15%) + Acido fluorhídrico (0.5-1.5%)

20-60 10

91


- Inmersión en ácido sulfúrico (8-11%)- Enjuague en agua - Inmersión en solución 6-15% de ácido nítrico + 0.5-15% de ácido fluorhídrico.

65-85

20-60

5-30

10

CONSIDERACIONES PARA EVITAR LA PRECIPITACIÓN DE CARBUROS EN LA SOLDADURA DE REPARACIÓN DE LOS ACEROS INOXIDABLES AUSTENÍTICOS.

Según lo explicado con relación a la precipitación de carburos en los aceros inoxidables austeníticos, durante la soldadura de los mismos, puede presentarse dicho fenómeno en la zona afectada térmicamente debido al calor aportado para realizar el proceso. Esto indica que es necesario tomar ciertas precauciones durante la soldadura de estos aceros para lograr uniones soldadas que puedan exponerse sin dificultad a diferentes medios corrosivos sin el peligro de la corrosión intercristalina.

El primer factor que debe considerarse es no mantener el metal base en el.intervalo de temperatura comprendido entre 450 - 800 0 C. Para esto resulta necesario ante todo realizar cordones cortos sin sobrecalentar el metal, emplear energías lineales de soldadura lo menor posible garantizando un rápido enfriamiento de la unión. En ocasiones el enfriamiento con agua o aire es una solución favorable teniendo en cuenta que los aceros inoxidables austeníticos no se endurecen por tratamiento térmico.

Es importante al soldar aceros inoxidables que están expuestos a medios agresivos el empleo de electrodos con contenidos apreciables de titanio y de niobio para estabilizar la zona fundida. Esto con el objetivo de que un aumento de la temperatura provoque la formación de carburos a partir de dichos elementos que poseen una gran afinidad por carbono y de esta manera no se produzca el empobrecimiento o disminución del por ciento de cromo en los límites de grano evitándose la precipitación de carburos a partir de este elemento y con ello la corrosión intercristalina.

Con relación al material de aporte el uso de electrodos o alambres estabilizados con Lantano o Cerio es una solución importante para evitar la corrosión intercristalina en la zona fundida.

Según las dimensiones de la pieza y condiciones del taller de soldadura una medida para evitar la corrosión intercristalina después de que una pieza, tubería o recipiente de acero inoxidable se haya soldado es realizar un tratamiento térmico posterior. En este caso la pieza soldada debe ser calentada hasta una temperatura en el rango de 1000 - 1100 0 C durante 2 horas, seguido por un enfriamiento rápido. La permanencia del acero a una temperatura elevada permite disolver los carburos formados durante el proceso de soldadura. Al enfriar rápidamente evita su nueva formación.

Este tratamiento no siempre es posible pues pueden existir como ya se ha señalado limitaciones con relación al volumen de la pieza e incluso las deformaciones o distorsión que se deriven del calentamiento y enfriamiento posterior.

Formación de la fase Sigma.

92


En el diagrama de las aleaciones de Fe-Cr (Figura) se aprecia la existencia de la fase cuando se tiene una composición determinada de hierro y de cromo, es decir cuando este último elemento está en el rango de 30 - 60 %.

Figura Diagrama de equilibrio Fe – Cr.

Este compuesto intermetálico duro y frágil es una de las causas de fragilización de las aleaciones con contenido elevado de carbono, así como de los aceros austeníticos al hierro-cromo.

Las condiciones de formación y las características físicas de esta fase en los aceros inoxidables está estrechamente vinculada con el calentamiento por encima de determinados valores de temperatura. Esto indica que durante los procesos de soldadura pueden presentarse las condiciones para la aparición de dicha fase .

La fase es considerablemente más dura que la ferrita inicial: una ferrita con 0,48 % de cromo que tenga 250 Vickers alcanzará una dureza hasta 900 Vickers una vez transformada en fase .

Se puede señalar que el fenómeno conocido como precipitación intergranular de carburos y la aparición de la fase sigma son fenómenos muy diferentes, pues la formación y fragilidad debido a esta última fase se produce en el dominio de temperaturas de 600 a 800 0 C y depende esencialmente del tiempo de permanencia a esta temperatura. Por otra parte, la temperatura crítica, es decir, la temperatura correspondiente a la velocidad máxima de transformación - , se sitúa hacia los 720 0 C. La fragilización resulta limitada cuando el contenido de fase es pequeña (de 2 a 3 %), y

93


no afecta el retículo del grano. Por el contrario, la resiliencia cae rápidamente cuando el contenido de ferrita sobrepasa el 12 %.

Otras consideraciones pueden ser:

1- El aumento de la temperatura de austenización es favorable, cualquiera que sea el contenido de ferrita;

2- La resiliencia decrece regularmente con el contenido de ferrita.

El proceso de soldadura de reparación y la formación de la fase Sigma.

Según las características de la fase sigma y las condiciones para su presencia en los aceros inoxidables austeníticos puede evitarse su formación cuando éstos son soldados, siempre que se realice el proceso sin sobrecalentar el metal. No obstante frecuentemente después de la soldadura de reparación, las piezas se someten a un tratamiento térmico de alivio de tensiones para evitar sobre todo el agrietamiento de la unión después del proceso.

En este caso debe valorarse las consecuencias del tratamiento postsoldadura con relación a la formación de la fase sigma, específicamente cuando el calentamiento se realiza a una temperatura en el orden de los 600- 900 0C durante varias horas y la pieza que se suelda posee cantidades apreciables de molibdeno.

Se ha demostrado que los aceros 25 Cr-20 Ni (310) y 23Cr-13Ni (309) pueden sufrir una apreciable pérdida de ductilidad cuando se les realiza un tratamiento de alivio de tensiones a una temperatura de 850 0C. El primer acero al ser totalmente austenítico la fragilidad se presenta por la formación de la fase sigma a partir de la propia austenita. El segundo acero que posee una estructura austenito-ferrita la fase sigma y por tanto la fragilidad se debe a la transformación ferrita.

Como conclusión se recomienda que en la reparación de piezas de aceros inoxidables austeníticos y austenítico-ferriticos la temperatura en la superficie debe ser controlada, deben evitarse las tensiones residuales para evitar en lo posible el tratamiento térmico posterior de alivio de tensiones.

En la Tabla se muestran los metales de aporte recomendados para la soldadura de reparación de los aceros inoxidables teniendo en consideración el proceso de soladura utilizado.

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Aceros InoxidablesMetal de aportación

MIG Metal base SMAW SAW TIG FCAW

Austenítico

302304

E308-XX ER308 ER 308T-X

304 L E308L-XX ER 308L F308T-X

304 H E347-XX ER 347 E347T-X309 E309-XX ER 309 E309T-X309 S E309L-XX ER 309L F3O9LT-X309 S E3O9Nb-

XXER 309Nb F3O9NbL

T-X310 E310-XX ER310 E31OT-X314 E310-XX ER310 E31OT-X316 E316-XX ER316 ER316T-X316L E316L-XX E316L ER316LT-

X316LN E316L-XX FR316L

FR 3O8LmoER316Lsi(MIG-MAG)

E316LT-XE308LMO-X

317 E317-XX ER317 E317T-X317L E317L-XX ER317L E317LT-X321 E308L-XX

E347-XXER321ER347

E308LT-XE347T-X

347 E308LE347

ER347 E308LT-XE347T-X

348 E347 ER347 E347Ferrítico

430,446 ó similar

E430-XXE318-XXE310-XXE309-XX

ER430ER318ER310ER309

E430-XE318-XE310-XE309-X

95


Martensítico

410,420 ó similar

E410-XXE410NiMo-XXE310-XXE308-XXE309-XX

ER410ER420ER310ER308ER309

E41OT-XE410NiMoT-XE410NiTiT-XE310T-XE308T-XER309T-X

ER41ONjMo-XX

FR 420

ER310-XX FR 310ER308-XX FR 308ER309-XX FR 309

Tabla. Materiales de aporte recomendados para la soldadura de reparación de los aceros inoxidables según el metal base y proceso empleado.

En general, los aceros inoxidables austeníticos (pertenecientes a las series de los 200 y 300) son los que presentan mejor soldabilidad, ya que durante el proceso de calentamiento y enfriamiento debido a su soldadura no tienen un cambio de fase. En la Tabla se presentan los materiales de aporte recomendados para soldar aceros inoxidables por diferentes procesos.

Las consideraciones mas importantes a tener en cuenta para no disminuir las propiedades del acero inoxidable en el proceso de soldadura son:

a)Disminución de la resistencia a la corrosión.

Entre los 425 a 870 0C el cromo y el carbono se combinarán y precipitarán en los bordes de grano como carburos de cromo del tipo M23 C6 . Esto puede dar lugar a que existan áreas donde no haya cromo suficiente para formar la capa necesaria de óxido de cromo, quedando en cierta medida vulnerable el acero inoxidable cuando es expuesto a medios corrosivos. La corrosión que aparece con estas características se llama «intergranular».

Aún cuando el cordón de soldadura no estuviera expuesto el tiempo suficiente a las temperaturas entre 425 a 870 0C, puede suceder que las áreas adyacentes si lo hayan estado, quedando entonces «sensibilizadas».Figura

96


Figura Microestructura de acero inoxidable 304 sensibilizado en la zona afectada'por el calor.

Las precauciones que pueden tomarse para evitar la formación de carburos de cromo son:

1)Mantener bajo el contenido de carbono (0.03 máx. en los grados «L»)

97


Figura. Gráfico Tiempo-temperatura del efecto del contenido de carbono en la precipitación de carburos (corrosión intergranular de un acero inoxidable austenítico).

Puede observarse en la Figura que para un contenido en carbono del 0.019 % se necesitarían 100 horas para que se produzca la precipitación de carburos en un acero inoxidable austenítico. Este tiempo se reduce si el contenido de carbón es más elevado.

2)Estabilizar el carbono con titanio o niobio. Ambos elementos tienen una gran afinidad por el carbono, formando carburos y dejando el cromo en solución para que el acero inoxidable siga comportándose como inoxidable.

Los aceros inoxidables estabilizados más usuales son el tipo AISI 321 (titanio mínimo 5 x %C) y AlSI 347 (niobio mínimo 10 x %C).

3)Realizar un tratamiento térmico al cordón de soldadura a una temperatura entre 1,025 y 11 000C con lo que se disolverán los carburos formados durante la soldadura. A continuación se enfriará bruscamente con agua.

b) Fisuración.

98


Bajo condiciones de embridamiento, en algunas ocasiones aparecen fisuraciones en caliente en el cordón de soldadura. A menudo, estas fisuras en caliente no son visibles, pero una prueba de doblado descubrirán su presencia como diminutas fisuras de no más de 1.6 mm de longitud, distribuidas al azar en el cordón de soldadura.

Se observó que si la soldadura contenía pequeños porcentajes de ferrita entre 2 a 3% la soldadura resultante era sana y sin fisuras.

Con el uso del diagrama de Schaeffler (Figura) (o sus modificaciones sucesivas) se puede hacer un balance de elementos químicos para obtener depósitos con cantidades de ferrita adecuadas.

C)Fragilización (Formación de la fase sigma).

Una pequeña cantidad de ferrita beneficia a la soldadura para prevenir la fisuración. Si el contenido de ferrita se incrementa por encima del intervalo del 12 % puede ser perjudicial para la resistencia a la corrosión y propiedades para el servicio a temperaturas elevadas.

Si el componente soldado está sorne~do a temperaturas de servicio entre 550 y900 ~O o si debe somete;sc a un tratamiento térmico de alivio de tensiones dentro de este intervalo, podrá fonnarse la fase sigma es del orden de 45 % Cr y55 % Fe. A730 ~C la fase sigrna se fonaará rapidarnente, pero a más ba¡a temperatura se necesitarán grandes intervalos d&tiempo. Figura.Un modo de eliminar el efecto negativo de esta fase es disolveria mediante tratamiento térmico a 1,100 0C para restablecer la austenita. Esta solución, no obstante, no es posible en la mayoría de los casos por razones prácticas.

d) Corros¡ón de fractura bajo tensión (C~.

Para que se produzca este tipo de corrosión deben coincidir la existencia de tensiones, que pueden ser producidas por la propia soldadura, y la presencia de un medio que contenga clomros o soluciones fuertemente alcalinas.

Como medida de precaución se emplea un alMo de tensiones a 8~950 ~C o entre 400-500 0C seguido de enfriamiento al aire.

LA SOLDADURA DE ACEROS INOXIDABLES DUPLEX

La estructura mixta de ferrita y austenita de estos aceros hace que tengan ciertas peculiaridades. Su composición típica suele tener Crí 8-27 %, Ni 5 %, Mo 2%(si centiene). Entre los aceros más representativos según la clasificación UNS (Un~f¡ed Numbering System de SAE) están:

S31200 S32304 S32900S31260 S32550 S32950S31803 S32750

99


Por la excelente resistencia a la corrosión de Iractura bajo tensión estos aceros inoxidables Se emplean en lugares dorIo el material puede tener tensiones y haya presencia de iones cloruros en medios acuosos.Las composiciones químicas de este tipo de aceros perrniten obtener una estructura adecuada en la zona afectada por el calor1 no obstante, se recomienda limitar el aporte de calor.Si se emplea el procedimiento de soldadura y materiales de aporte adecuados, las propiedades mecánicas ylos valores de impacto (27 J a -50 ~> son Supenores a los mínimos exigidos al metal base.En general no es necesano ni pre ni pos-calentamiento1 pero es conveniente tener en cuenta las siguientes Piccaucior~:

a) Crecimiento de grano en la zona afectada por el calor que esté por encima de 1,100 0C. Esto se procura evitar con el empleo de aceros con un contenido mayor de austenita de acuerdo con la aplicación.

b) Precipftac¡6n de carburos de cromo en la zona afectada por el calor. Dependerá de contenido en carbón y si está o no estabilizado.

c) Formación de fase sigma a temperatura que dependerá principalmente del contenido de cromo.a) Excesl~ ~rn¡ento de grano.Por encima de los 950 f'c hay un crecimietno de grano con una disminución de la ductilidad. Este crecimiento de grano puede estar en la zona afectada por el calor.

b) Sensibilización.Por el calentamiento debido a la soldadura se pueden precipitar los carburos de cromo en los límites de grano de la tase ferrita causando fragilidad en la unión soldada1 y reduciendo la resistencia a la corrosión.Se precalienta a 200 ~C (dependiendo del tipo de acero) para evitar el riesgo de fisuración del metal soldado al enfriar y que se formen tensiones en el cordón de soldadura.

c) Pérdida de ducillidad.Aunque el crecimiento de grano contribuye a una pérdida de ductilidad1 esto puede ser agravado por la formación de fase sigma y Iragilización a 475 CC. En el caso de que sea necesario dar un tratamiento térmico a 800 OC (dependiendo del acero) después de la soldadura1 para mejorar las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión deberá tenerse precaución de enfriar rápidamente a través de los 475 0C.Si el material va a trabajar a temperaturas elevadas no será necesario1 en general1 el tratamiento térmico. El material de aporte para la soldadura de estos aceros inoxidables puede ser de composición similar al metal base o para obtener una mejor ductilidad en la unión un tipo austenítico como el 308 o 309.Como este tipo de aceros inoxidables tienen especial resistencia a.la corrosión en atmósferas de azufre, debe tenerse en cuenta no emplear en estas aplicaciones un material de aporte austenítico ya que el contenido de níquel disminuye la resistencia a la corrosión en estos medios.

LA SOLDADURA DE ACEROS INOXIDABLES MARTENSITICOS

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La martensita es propensa a la fisuración que se verá incrementada con el contenido de camión. Esta tendencia puede disminuirse con un precalentamiento a 2O0~300 ~C que se deberá incrementar con el espesor.

Por ser probable la formación de la martensita a pesar del precalentamiento1 se recomienda un pos-calentamiento a 650-750 0C durante 30-60 minutos. Para espesores gruesos o formas complicadas el Úatarniento debe comenz& inmediatamente después de la soldadura.

Uno de los aceros más conocidos de este grupo es el 410 para material de aporte hay dos posibilidades1 emplear un 410 con contenido de carbón bajo o medio para evitar zonas duras excesivas o donde no es posible dar un tratamiento térmico después de la soldadura emplear un material de aporte austenítico. En tales casos hay que preveer que el metal será 4ragil en la zona afectada por el calor.

Se pueden emplear también materiales de aporte de NiCr o NiCr o NiCrMo no templables1 pero el costo se incrementa.a) Se analizarán los elementos para los que figuran en la Tabla valores específicos. Si, en el transcurso del análisis, se observan otros elementos, se realizarán análisis posteriores para determinar que el total de esos otros, exceptuando el hierro, no excede de 0.5 %.b) Los valores únicos de la Tabla deben ser considerados máximos.c) Los electrodos con el subfijo -15 están clasificados con corriente continua polaridad inversa (electrodo al polo positivo). Los electrodos con el subfijo -16 están clasificados con corriente altema y corriente continua polaridad inversa (electrodo al polo posiuvo). Hasta 4.0 m de diámetro los electrodos son válidos para todas las posiciones. Los electrodos 4.8 y superiores son únicamente apropiados para soldadura en horizontal y cornisa en ángulo.d) El contenido en carbón será redondeado alr~dondeado al más próximo 0.005 %.más próximo 0.01 excepto para el tipo E32OLR que será e) El contenido de vanadio estará comprendido entre 0.10 y 0.30 %.f)El contenido de titanio será del 0.15 % máximo.g) El contenido de tungsteno estará comprendido entre 1.25 y 1.75 %.

9loa) Se analizarán los elementos para los que figuran en la Tabla valores específicos. Si, en el transcurso del análisis, se observan otros elementos, se realizarán análisis posteriores para determinar que el total de esos otros elementos, exceptuando el hierro, no excede el 0.5 %.b) Los valores únicos de la Tabla deben ser considerados máximos.c) El contenido de vanadio estará comprendido entre 0.10 y 0.30 %.d) La clasificación con alto contenido en silicio tendrá los mismos requerimientos de la Tabla con la excepción que el contenido de silicio estará entre 0.65 y 1.00 %. Estas clasificaciones serán designadas con la adición 'Si' a las clasificaciones estándar. Se debe considerar cuidadosamente el empleo de materiales de aporte en soldaduras totalmente austeníticas fuertemente embridadas.

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e) El contenido en carbón será redondeado al más próximo 0.01 % excepto para el Upo E32OLR que será redondeado al más próximo 0.005 %.f) Contenido de titanio -9XC hasta 1.0 max.g> Contenido de titanio ~.1 O a 0.30. Tungsteno 1.25 a 1.75 %.h) Contenido de níquel, max. -0.5 menos el contenido de cobre.

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LA SOLDADURA DE MATERIALES DISIMILES

En muchas aplicaciones, principalmente en las industrias química, nuclear y petroquímica, se requiere el utilizar materiales disimilares que deberán ser unidos mediante soldadura.

A menudo las instalaciones de una planta pueden estar sujetas a combinaciones de requerimientos mecánicos, térmicos y químicos. En la etapa de diseño se buscan los materiales adecuados a cada requerimiento. Donde estos se unen es necesaria la unión de materiales disímiles.

El término de unión blanco - negro se emplea a veces cuando una placa de acero al carbono es soldada con un acero inoxidable austenítico.

A continuación, se resumen las variables a que se puede estar sometida la unión, y teniendo en cuenta la dilución y el numero de pasadas, se aconseja el material de aporte apropiado.

Tabla. Requerimientos en uniones «disímílares».

Aceros estructurales Ejemplo St 37, St 42, St 52

Aceros con tratamiento térmico Ejemplo C15, C 22, C 25

Fundiciones de Acero Ejemplo GS 38, GS 45, GS 52

Aceros Navales Ejemplo A, B, C

Aceros para calderas Ejemplo Hl, HII, HIII

Aceros resistentes al calor Ejemplo 15 Mo

Aceros estructurales de grano finoEjemplo St E 26, St E 36

Aceros estructurales resistentes a la intemperie Ejemplo WT St E 37-3

Aceros estructurales de grano fino criogénicos Ejemplo TT St E 36

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Los aceros anteriormente relacionados podrán ser unidos con aceros tales como:

Aceros inoxidables ferríticos440 , 434UNS S43035 , S41000 , S42900

Aceros Inoxidables austeníticos302, 304, 304L304LN, 316, 316L316N, 316H, 316LN317L1 317, 321

347, 316Ti, 310347, 347H

Aceros especiales resistentes a corrosión elevadaUNS S3254,S34585, S31050, S381

Aceros inoxidables ferríticosresistentes al calor409,439, 444XM-33

Aceros inoxidables austeníticos resistentes al calor309, 309S, 310S

NOTA: UNS Unified Numbering System de SAE

Existe una recomendación para la soldadura de los materiales disimiles, la que divide los materiales de aporte que pueden y deben ser empleados en función de las propiedades fundamentales empleadas, estos son :

Grado 1. El material de soldadura es resistente a la fractura frágil y a la fisuración en caliente.

Grado 2. El metal de soldadura es resistente a la fractura frágil , fisuración en caliente y Corrosión con una dilución normal con el metal base.Debe tenerse precaución con el empleo de estos materiales en la soldadura con Multipasadas

Grado 3. El metal de soldadura es resistente a la fractura frágil, fisuración en caliente y corrosión, no se fragiliza cuando está sometido a elevadas temperaturas o a tratamiento térmico y posee características de expansión térmica que garantizan que la unión tiene un elevado grado de resistencia a cambios de temperatura.

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Por lo generalizado de este tipo de uniones teniendo en cuenta su influencia en ello por el factor económico, firmas de prestigio en la fabricación de materiales de soldar ya fabrican este tipo de material con la garantía de las propiedades antes relacionadas uy su combinación. Se insiste en que el especialista de tener siempre presente la dilución. Y en la tecnología que considere la multipasadas.

Seminario #5. Selección de aceros y aleaciones resistentes a la corrosión y a ácidos.

Sumario :1. Criterios de selección.2. Aceros resistentes a la corrosión.3. Aceros y aleaciones resistentes a ácidos.4. Aceros resistentes a altas temperaturas.

Objetivos :Conocer los criterios básicos para seleccionar un acero o aleación para trabajar en : medio corrosivo, de alta temperatura o en un medio ácido.

Introducción : 10 (minutos)La selección adecuada de los aceros y aleaciones que trabajarán en medios especiales (corrosivo, altas temperaturas, ácidos, etc), constituye un aspecto fundamental para el futuro Ing. Mecánico.

Criterios de selección.Para relacionar un acero o aleación que trabajará en condiciones especiales es necesario especificar bien claro las condiciones de trabajo (medio, temperatura, elementos, aspectos económicos y fenómenos de degradación del material.

Aceros resistentes a la corrosión.

Al Cr con 13% de Cr17% de Cr25-28% de Cr

Aceros al Cr-Ni TipoLos más usados en la const.maq. 18-9

18-10 Epig.218-12

Cr-Ni-Mo resistentes aCr-Ni-Mo-Cu ácidos

Cr-Ni-Mo-Cu-Ti-Al alta resistencia a los ácidos con B alto.

Aleaciones del tipoHastelloy (80% Ni + 20% Mo) alta estabilidad

en ácido.

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1. Se quiere construir un utensilio doméstico que sea resistente a la corrosión y barato, se poseen los siguientes aceros :14X17H2, 08X18H10T, 10X17H13M2T, 0X13, 1X13, Hastelloy B, 2X13 y 4X13.

a) Seleccione el material más adecuado (justifique).b) El T.T.

Resp. A) Se podría usar cualquiera, pero el más adecuado y barato es el 0X13 (estructura ferrítica)b) Temple : 1000 °C + Rev 700°C

2. Con el mismo listado de materiales se desea construir una pieza de gran resistencia a la rotura, al desgaste y a la corrosión.

Podría ser un (muelle, cojinete, instrumental quirúrgico)

Respuesta

a) El material más adecuado es el 4X13 (Estructura martensítica) Hacer comentario de por que no se utiliza 14X17H2b) Temple a 1050°C + Rev :200°C

3. Se quiere construir una tubería que transportará vapor a una temperatura de 650°C en un medio moderadamente corrosivo y se poseen los siguientes materiales :

15X28, 08X18H10, 12X18H10, 08X18H10T, 08X18H12 , 04X18H10T, 04X18H125,Seleccione el material más adecuado.

Respuesta :Desde el punto de vista del contenido de Cr cualquiera de ellos podría servir, pero como criterios de selección es necesario analizar los fenómenos que pueden ocurrir para estos materiales.

1ro. Los materiales con alto contenido de Cr, los X28 en el rango de temperatura de 600-700°C puede obsrvarse fase frágil.2do. Los aceros Cr-Ni en el rango de temperatura de 500-700C puede ocurrir el fenómeno de corrosión intercristalina, por tal razón no se debe en esta lista escoger ningunos (Cr-Ni) que no esté estabilizado.Debe escoger cualquiera de los estabilizados (08X18H10T, 04X18H10T, 08X18H125 04X18H125)Pero la selección más adecuada es cualquiera de ellos de los que tengan menor contenido de carbono.

4. Se tiene que construir un recipiente a presión que trabajará a 4 tam y con ácido sulfúrico a una concentración de 5%. De los aceros señalados seleccione el más adecuado y el más barato.Materiales :08X18H10T, 3X13, 06X23H28H28M3D3T, HastelloyB

HastelloyB

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C Si Mn Mo Cr V Co Fe Ni

0,05 1 1 26-30 1 0,35 2,5 4-6 el resto

Análisis

medio de trabajo : ácido sulfúrico a 5% de concent.Temp. 40Cpresión : 4 atm

materiales : aceros inoxidables y aleaciones del tipo HastelloyBdisponibles

Resp. Se sabe que los aceros del sistema Cr-Ni-Mo y Cr-Ni-Mo-Cu son estable en los medios ácidos en general y que las aleaciones Hastelloy también son muy estable en medio ácido.

En principio se podría usar cualquiera de los dos materiales : 06X23H28M3D3T(Cr-Ni-Mo-Cu) o HastelloyB.

5. Dada las condiciones en que se encuentra el ácido 5% ver Figura.

El acero más barato para estas condiciones es el 06X23H28M3D3T, el Hastelloy es para concentración más alta es muy caro.

El 08X18H10T y 3X13

no son estable en este medio

6. Suponga el mismo problema Nro. 4 pero ahora se cambia el ácido, (ácido fosfórico)Respuesta. Pueden servir : 08X18H10T, 06X23H28M3D3T y Hastelloyel 3X13 no estable en este ácidoel más barato de los tres anteriores es 08X18H10T.

7. Suponga el mismo problema #4 pero la concentración del ácido es del 50% . R : Solo es posible el Hastelloy. Conclusiones :1 - Los principios básicos para la selección de un acero resistente a la corrosión y a la acción de los ácidos . Son condiciones de trabajo de la pieza . (temperatura, medio, tipo de medio, concentración de los productos, presión)

-fenómenos de degradación que le puede ocurrir al metal.(corrosión general, CIC, agrietamiento bajo tensión)-uso específico-aspectos económicos.

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Orientación para el estudio

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folleto inox mex ya

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