Producción de Acero Inoxidable: Desde la Acería hasta el Producto Final

Desde la acería a la fábrica, cómo se fabrica acero inoxidable de calidad

Hemos fabricado acero durante mil años, pero el acero inoxidable es un recién llegado relativo. Fue inventado en 1913 por Harry Brearley, un metalúrgico británico. Químicos, ingenieros y científicos de materiales han estado experimentando desde entonces. Como aleación resistente al óxido, puede ofrecer las mismas propiedades materiales que el acero con la resistencia al óxido de aleaciones como el aluminio, pero a menor coste. Al principio, el acero inoxidable se usaba principalmente en aplicaciones pequeñas, como piezas para medidores de agua o bombas, así como cubertería excelente. Hoy en día, también se usa como material de construcción estructural, en cantidades mucho mayores.

Hay dos formas en que se puede fabricar un objeto de acero inoxidable: un producto podría hacerse a partir de piezas de acero en bruto que se martillean, laminan y unen. O podría hacerse a partir de acero fundido vertido en un molde con la forma del producto final. Qué método de producción de acero inoxidable es más eficiente depende de qué sea el producto y para qué se use.

El proceso de producción de acero inoxidable

La producción de acero inoxidable es un proceso de múltiples pasos: la chatarra de acero se funde, se colada en una forma sólida, se trata térmicamente, se limpia y se pule.

• Fundición y colada
• Conformado
• Tratamiento térmico
• Desincrustación
• Endurecimiento por trabajo
• Corte o mecanizado
• Acabado

Fundición y colada

El acero y los metales de aleación se cargan en un horno de arco eléctrico. Una vez en el horno, el metal se calienta a una temperatura específica por encima de su punto de fusión, generalmente superior a 1 540 °C (2 800 °F). Debido a las temperaturas extremas, la precisión y los grandes volúmenes requeridos, la etapa de fundición generalmente requiere 8–12 horas. Durante esta etapa, los técnicos de acero verifican regularmente la temperatura del baño y la composición química.

Después de que la aleación de acero se funde completamente, la mezcla se refina. Se bombean gas argón y oxígeno en el horno, donde convierten las impurezas en gas y hacen que otras formen escoria para fácil eliminación. Para la mayoría de aplicaciones, el acero refinado se colada en formas que incluyen blooms, billetes, losas, barras y redondos de tubo. Estos se usarán como materias primas para productos forjados. Las fundiciones pueden colar acero inoxidable en su forma final prevista creando un molde para ese diseño. Esta forma puede someterse a algún mecanizado como paso de acabado en lugar de paso de fabricación.

Conformado

La mayoría del acero colado se forma por laminado en caliente — la losa, bloom o billete se calienta y pasa por grandes rodillos, estirando el acero en una forma más larga y delgada. El laminado en caliente ocurre por encima de la temperatura de recristalización del acero. Cada losa se forma en una chapa, placa o tira, mientras que blooms y billetes se forman en alambres y barras.

El laminado en frío se usa cuando se requieren dimensiones más precisas o un brillo superficial superior. Ocurre por debajo de la temperatura de recristalización del acero. El laminado en frío usa ruedas de diámetro pequeño con una serie de ruedas de soporte para crear láminas anchas y lisas de acero inoxidado con tolerancias cerradas.

Tratamiento térmico

El tratamiento térmico fortalece el acero inoxidable laminado por recristalización de la microestructura deformada. La mayoría del acero inoxidable se trata térmicamente por recocido. El acero inoxidable se calienta a una temperatura exacta por encima de su temperatura de cristalización y se enfría lentamente bajo condiciones controladas. Este proceso alivia tensiones internas y ablanda el acero inoxidable. La temperatura de recocido, el tiempo y la tasa de enfriamiento afectan las propiedades del acero completo.

Desincrustación

Una pieza laminada de acero inoxidable adquiere una capa de «escama de laminación» oxidada, que debe lavarse para restaurar un acabado superficial brillante. La escama de laminación generalmente se elimina por medios químicos como electro-limpieza y decapado. En el decapado, el acero inoxidable se sumerge en un baño de ácido nítrico-hidrofluorhídrico. La electro-limpieza usa un cátodo y ácido fosfórico para pasar una corriente sobre la superficie del acero inoxidable. El metal desincrustado se termina con un enjuague de agua a alta presión, dejando un acabado brillante y resplandeciente.

Endurecimiento por trabajo

El endurecimiento por trabajo es el proceso de fortalecer el material a través de la deformación. Los aceros inoxidables se endurecen rápidamente en general, con la tasa exacta determinada por el grado específico. Los aceros austeníticos se endurecen más fácilmente que otros grados.

Corte o mecanizado

El acero inoxidable se corta a una forma y tamaño especificados. Puede cizallarse con cuchillas circulares, serrarse con hojas de alta velocidad, o troquelarse con punzones. Métodos alternativos como llama, plasma y corte por chorro de agua a veces se usan.

Para objetos fundidos en una fundición que ya están cerca de la forma final, esta etapa de corte/mecanizado puede ser solo para limpiar líneas de unión, llevar medidas a tolerancias precisas o crear un acabado superficial.

Acabado

Los aceros inoxidables pueden hacerse con una amplia variedad de acabados superficiales. El acabado superficial elegido no es puramente estético. Ciertos acabados hacen que el acero inoxidable sea más resistente a la corrosión, más fácil de limpiar o más fácilmente usado en fabricación. El tipo de acabado está determinado por la aplicación prevista.

Los acabados superficiales son el resultado combinado de procesos de fabricación y métodos de acabado. El laminado en caliente, recocido y desincrustación producen un acabado mate. El laminado en caliente seguido de laminado en frío en rodillos de pulido produce un acabado brillante. Una combinación de laminado en frío, recocido y pulido con una superficie fina crea una superficie reflectante. Una variedad de equipos de rectificado, pulido, bruñido y chorro de arena se usa en el acabado de superficies de acero inoxidable.

Control de calidad e inspección

Aunque existen controles en proceso a lo largo de la fabricación y manufactura de aceros inoxidables, típicamente no son suficientes para cumplir con los estándares internacionales de calidad. Antes de ser enviados, cada lote de acero inoxidable debe someterse a pruebas químicas y mecánicas para asegurar que cumple las especificaciones deseadas.

Pruebas mecánicas

Las pruebas mecánicas miden la capacidad física de un acero inoxidable para soportar cargas, tensiones e impactos. Incluyen pruebas de tracción, Brinell y tenacidad descritas anteriormente en propiedades mecánicas.

Pruebas químicas

Las pruebas químicas verifican la química exacta de una muestra antes de certificar el grado de acero inoxidable. Generalmente se realizan mediante análisis espectroquímico no destructivo. La resistencia a la corrosión es de particular importancia para los aceros inoxidables. Las acerías prueban y miden la resistencia a la corrosión con pruebas de niebla salina — cuanto más tiempo el acero permanece sin marcas de corrosión tras la exposición a niebla salina, mayor es la resistencia a la corrosión.

Producción mundial de acero inoxidable

Después de que se inventó el acero inoxidable, ingenieros e inventores encontraron rápidamente aplicaciones para él. La cubertería estaba en producción cinco años después de que Brearley descubriera que su acero-cromo era resistente al óxido. Para 1926, cuando el acero inoxidable tenía trece años, comenzó a usarse en implantes quirúrgicos. 1935 vio el primer avión revestido de acero inoxidable. Los esfuerzos de guerra ayudaron a aumentar la capacidad de fabricación de acero inoxidable.

Entre 2005 y 2018, la producción de acero inoxidable se duplicó, alcanzando una producción mundial de 50,7 millones de toneladas métricas. China es el mayor productor mundial del metal.

Como recién llegado relativo en materiales de construcción, el acero inoxidable es un material con aún más posibilidades. Innovaciones como el acero inoxidable dúplex aún ocurren. A medida que se exploran nuevas químicas, es posible que se sigan descubriendo nuevos grados de acero inoxidable para aplicaciones que aún no hemos imaginado.