Producción y procesamiento de acero inoxidable

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

Hemos fabricado acero durante mil años, pero el acero inoxidable es relativamente nuevo. Fue inventado en 1913 por Harry Brearley, un metalúrgico británico. Químicos, ingenieros y científicos de materiales han estado experimentando desde entonces. Como aleación resistente a la oxidación, puede ofrecer las mismas propiedades materiales que el acero con la resistencia a la oxidación de aleaciones como el aluminio, pero a un costo menor. Al principio, el acero inoxidable se usaba sobre todo en pequeñas aplicaciones, como piezas para contadores de agua o bombas, además de ser una excelente cuchillería. En estos días, también se está utilizando como material de construcción estructural, en cantidades mucho mayores.

Hay dos formas en que se puede hacer un objeto de acero inoxidable:Un producto se puede hacer a partir de piezas de acero en bruto que se martillan, laminan y unen. O podría estar hecho de acero fundido vertido en un molde con la forma del producto final. Cuál es el método de producción de acero inoxidable más eficiente depende de qué producto sea y para qué se pueda utilizar.

El proceso de producción del acero inoxidable

La producción de acero inoxidable es un proceso de varios pasos:la chatarra de acero se funde, se moldea en una forma sólida, se trata con calor, se limpia y se pule.

• Fusión y vaciado
• Formación
• Tratamiento térmico
• Descalcificación
• Endurecimiento por trabajo
• Corte o mecanizado
• Acabado

Fundición y fundición

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 2800 °F. Debido a las temperaturas extremas, la precisión y los grandes volúmenes requeridos, la etapa de fusión generalmente requiere de 8 a 12 horas. A lo largo de esta etapa, los técnicos siderúrgicos verifican periódicamente la temperatura del baño y la composición química.

Una vez que la aleación de acero se funde por completo, la mezcla se refina. El gas argón y el oxígeno se bombean al horno, donde convierten las impurezas en gas y hacen que otras formen escoria para una fácil eliminación. Para la mayoría de las aplicaciones, el acero refinado se funde en formas que incluyen tochos, palanquillas, losas, varillas y tubos redondos. Estos se utilizarán como materia prima para productos forjados. Las fundiciones pueden fundir acero inoxidable en su forma final prevista creando un molde con ese diseño. Esta forma puede someterse a algún mecanizado como un paso de acabado en lugar de un paso de fabricación.

Formando

La mayor parte del acero fundido se forma mediante laminación en caliente:la losa, el tocho o la palanquilla se calienta y pasa a través de grandes rodillos, estirando el acero en una forma más larga y delgada. El laminado en caliente se produce por encima de la temperatura de recristalización del acero. Cada losa se transforma en una lámina, placa o tira, mientras que los tochos y los tochos se transforman en alambres y barras.

El laminado en frío se utiliza 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 utiliza ruedas de diámetro pequeño con una serie de ruedas de apoyo para crear láminas anchas y lisas de acero inoxidable con tolerancias estrechas.

Tratamiento térmico

El tratamiento térmico fortalece el acero inoxidable laminado al recristalizar la microestructura deformada. La mayor parte del acero inoxidable se trata térmicamente mediante recocido. El acero inoxidable se calienta a una temperatura exacta por encima de su temperatura de cristalización y se enfría lentamente en condiciones controladas. Este proceso alivia las tensiones internas y suaviza el acero inoxidable. La temperatura de recocido, el tiempo y la velocidad de enfriamiento afectan las propiedades del acero completo.

Descalcificación

Una pieza laminada de acero inoxidable adquiere una capa de "escoria de laminación" oxidada, que debe lavarse para restaurar un acabado superficial brillante. La cascarilla de laminación generalmente se elimina a través de medios químicos como la electrolimpieza y el decapado. En el decapado, el acero inoxidable se sumerge en un baño de ácido nítrico-fluorhídrico. La limpieza eléctrica utiliza un cátodo y ácido fosfórico para pasar una corriente sobre la superficie de acero inoxidable. El metal desincrustado se remata con un enjuague con agua a alta presión, dejando un acabado brillante y reluciente.

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 específicos. El acero inoxidable se puede cortar con cuchillos circulares, aserrar con cuchillas de alta velocidad o cortar con punzones. A veces se utilizan métodos alternativos como el corte por llama, plasma y chorro de agua.

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

Acabado

Los aceros inoxidables se pueden fabricar 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 fácil de usar en la 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, el recocido y el descascarillado producen un acabado opaco. Laminación en caliente seguida de laminación en frío sobre rodillos de pulido que producen un acabado brillante. Una combinación de laminación en frío, recocido y pulido con una superficie fina crea una superficie reflectante. Se utiliza una variedad de equipos de esmerilado, pulido, abrillantado y arenado para el acabado de superficies de acero inoxidable.

Control e inspección de calidad

Aunque existen controles durante el proceso a lo largo de la fabricación y fabricación de aceros inoxidables, por lo general no son suficientes para cumplir con los estándares de calidad internacionales. Antes de ser enviado, cada lote de acero inoxidable debe someterse a pruebas químicas y mecánicas para garantizar que cumpla con las especificaciones deseadas.

Pruebas mecánicas

Las pruebas mecánicas miden la capacidad física de un acero inoxidable para soportar cargas, tensiones e impactos. Las pruebas mecánicas incluyen las pruebas de tracción, Brinell y dureza 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. Las pruebas químicas generalmente se llevan a cabo mediante análisis espectroquímicos no destructivos. 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 permanezca el acero sin dañarse por la corrosión después de la exposición a la niebla salina, mayor será la resistencia a la corrosión.

Producción mundial de acero inoxidable

Después de que se inventó el acero inoxidable, los ingenieros e inventores rápidamente encontraron aplicaciones para él. La cuchillería estaba en producción cinco años después de que Brearley se diera cuenta de que su acero cromado era resistente a la oxidación. En 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, a una producción mundial de 50,7 millones de toneladas métricas. China es el mayor productor mundial del metal.

Como relativamente nuevo en los materiales de construcción, el acero inoxidable es un material con aún más posibilidades. Todavía se están produciendo innovaciones como el acero inoxidable dúplex. 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.