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INTRODUCCIÓN EN ACEROS INOXIDABLES



Aceros inoxidables: Desarrollo y aplicaciones

Los aceros inoxidables son aleacionesferro-cromocon un mínimo de 11% decromo.

El agregado de otros elementos a la aleación permite formar un amplio conjunto de materiales, conocidos como la familia de los aceros inoxidables. Entre los elementos de aleación, dos se destacan: elcromo, elemento presente en todos los aceros inoxidables por su papel en la resistencia a la corrosión y elníquelpor la memoria en las propiedades mecánicas.

La siguiente es una visión panorámica de la familia de los aceros inoxidables, sus principales características y aplicaciones.

Algunas aplicaciones de los aceros inoxidables

Tipo de acero inoxidable

Aplicación

Austenítico(resistente a la corrosión)
equipos para industria química y petroquímica
equipos para industria alimenticia y farmacéutica
construcción civil
vajillas y utensilios domésticos
Ferrítico(resistente a la corrosión, más barato)
electrodomésticos (cocinas, heladeras, etc.)
mostradores frigoríficos
monedas
industria automovilística
cubiertos
Martensítico(dureza elevada)
cuchillería
instrumentos quirúrgicos como bisturí y pinzas
cuchillos de corte
discos de freno

Aceros inoxidables martensíticos

En los aceros inoxidables martensíticos, el carbono está en una concentración tal, que permite la formación deaustenitaa altas temperaturas, que a su vez se transforma enmartensitadurante el enfriamiento.

La martensita es una fase rica encarbono, frágil y extraordinariamente dura. Los aceros inoxidables martensíticos tienen la característica común de ser magnéticos y endurecibles por tratamiento térmico, presentando cuando templados una microestructura acicular (en forma de agujas).

Es importante observar que estos aceros son normalmente producidos por la industria siderúrgica en estado recocido, con ductilidad razonablemente buena. Solamente después de templados serán muy duros y poco dúctiles. Pero es precisamente en esta condición (templados), que serán resistentes a la corrosión.

El más utilizado de los aceros inoxidables martensíticos es elTipo 420. En estado recocido (estructura ferrítica), no presenta buen comportamiento frente a la corrosión atmosférica. Esto porque durante la operación de recocido, a una temperatura aproximada de 760 ºC, el carbono y el cromo se combinan para formarcarburos de cromo,Cr23C6. Cada molécula de carburo de cromo contiene, en peso, aproximadamente 95% de cromo. Considerando el alto tenor de carbono y el bajo tenor de cromo del acero inoxidable 420 (aproximadamente 0,35%C y 12,50% Cr), como todo el carbono precipita como carburo de cromo durante el recocido, esta precipitación retirará de la solución sólida aproximadamente la mitad del cromo disponible. En esta condición el material no resiste a la corrosión y no puede ser considerado propiamente como un acero inoxidable (ya que no tiene unmínimo de 11% de cromoen solución sólida).

Por eso, elacero inoxidable 420, es colocado en servicio por el usuario, solamente después de un tratamiento de temple. Cuando templado, el carbono forma parte de la fase martensítica, no siendo encontrado en la aleación precipitado como carburo de cromo.

La alta dureza y la consecuente resistencia al desgaste, determinan las aplicaciones de este material, utilizado en cuchillería, discos de freno, equipos quirúrgicos, odontológicos y turbinas.

Si la cantidad elevada de carbono es un inconveniente en el acero inoxidable 420 en estado recocido, una solución lógica es la de disminuir este tenor, lo que se hace en elinoxidable Tipo 410. Como este material tiene un máximo de 0,15% de carbono, esta cantidad no es suficiente para remover tanto cromo de la solución sólida y, consecuentemente, presenta una buena resistencia a la corrosión atmosférica, tanto en la condición de recocido como de templado.

Después del tratamiento de temple, las durezas alcanzadas por este material no son tan altas como las presentadas por el inoxidable 420. Las principales aplicaciones del inoxidable 410 son en equipos para refinación de petróleo, válvulas, componentes de bombas y cuchillería.

Aumentando la cantidad deazufrese obtiene elinoxidable 420 F, una variedad del 420, con buena maquinabilidad.

Adiciones decarbono(para obtenerse durezas todavía mayores) y decromoymolibdeno(mejorando también la resistencia a la corrosión) nos llevan a losaceros inoxidables martensíticos Tipo 440, utilizados en cuchillos de corte profesional.

Aceros inoxidables ferríticos

Los aceros inoxidables ferríticos también son magnéticos. A pesar de tener una menor cantidad de carbono que los martensíticos, se tornan parcialmente austeníticos a altas temperaturas y consecuentemente precipitan martensita durante el enfriamiento. Puede decirse que son parcialmente endurecibles por tratamiento térmico.

Los aceros inoxidables ferríticos contienen, de un modo general, un tenor de cromo superior al de los martensíticos. Este aumento en la cantidad de cromo mejora la resistencia a la corrosión en diversos medios, pero sacrifica en parte otras propiedades, como la resistencia al impacto.

El más utilizado de los aceros inoxidables ferríticos es elTipo 430, que contiene 16 a 18% de cromo y un máximo de 0,12% de carbono. Entre sus aplicaciones, se puede mencionar: cubiertos, vajillas, cocinas, piletas, monedas, revestimientos, mostradores frigoríficos.

Uno de los mayores problemas del inoxidable 430 es la pérdida de ductilidad en las regiones soldadas, que normalmente son frágiles y de menor resistencia a la corrosión. El elevado crecimiento del tamaño de grano, la formación parcial de martensita y la precipitación de carbonitruros de cromo, son las principales causas generadoras de este problema.

Para enfrentar este inconveniente, se adicionatitanio y/o niobio, como estabilizadores del carbono. LosTipos 409, 430 Ti y 430 Nbson muy utilizados, principalmente en silenciadores y escapes de automóviles.

Elaluminiose utiliza también como un estabilizador deferrita. Elinoxidable 405, con aluminio entre 0,10 y 0,30% es muy utilizado en la fabricación de estructuras que no podrán ser recocidas después de la operación de soldado.

El aumento en el tenor de azufre, permite mejorar la maquinabilidad, en elTipo 430 F.

Adiciones demolibdeno, en elinoxidable 434, o aumento en los tenores de cromo en elTipo 446, permiten obtener inoxidables ferríticos con mejor resistencia a la corrosión.

Aunque los inoxidables ferríticos presentan una buena resistencia a la corrosión, algunas características limitan la utilización de los mismos en determinadas aplicaciones. La estampabilidad es buena, aunque insuficiente en aplicaciones que requieren estampado profundo. La soldabilidad es apenas discreta, por los problemas ya mencionados.

Una gran mejoría en muchas propiedades es conseguida con la introducción de níquel como elemento de aleación. Con determinados tenores de níquel es posible conseguir un cambio de la estructura ferrítica hacia austenítica.

Aceros inoxidables austeníticos

Los aceros inoxidables austeníticosno son magnéticosy no pueden ser endurecidos por tratamiento térmico. Son muy dúctiles y presentan excelente soldabilidad.

El inoxidable austenítico más popular es elTipo 304, que contiene básicamente 18% de cromo y 8% de níquel, con un tenor de carbono limitado a un máximo de 0,08%. Tiene gran aplicación en las industrias químicas, farmacéuticas, de alcohol, aeronáutica, naval, uso en arquitectura, alimenticia, y de transporte. Es también utilizado en cubiertos, vajillas, piletas, revestimientos de ascensores y en un sin número de aplicaciones.

En determinados medios, especialmente en aquellos que contieneniones cloruro, el inoxidable 304 muestra propensión a una forma de corrosión llamadacorrosión por picado. Es un tipo de corrosión extraordinariamente localizada, en la cual en determinados puntos de la superficie del material, el medio agresivo consigue quebrar la película pasiva para después progresar en profundidad. El crecimiento de los picados se da en un procesoautocatalíticoy aunque la pérdida de masa pueda ser a veces insignificante, esta forma de corrosión es muy insidiosa, ya que muchas veces un picado es suficiente para dejar un equipo fuera de servicio.

Lacorrosión por rendijas, puede ser considerada como una corrosión por picado artificial. El aspecto es frecuentemente semejante al de la corrosión por picado y el proceso de crecimiento es también autocatalítico. Pero, la existencia de una rendija es necesaria para la ocurrencia del fenómeno, lo que no sucede en la corrosión por picado. Los mismos medios capaces de provocar la corrosión por picado, promueven la corrosión por rendijas en los aceros inoxidables.

Elmolibdenoes introducido como elemento de aleación en los aceros inoxidables precisamente para disminuir la susceptibilidad a estas formas de corrosión. La presencia de molibdeno permite la formación de una capa pasiva más resistente y en casos en que el inoxidable 304 no resiste a la acción de determinados medios, corroyendo por picado o por rendijas, losinoxidables 316 y 317constituyen una excelente solución. Son aceros con gran utilización en las industrias químicas, de alcohol, petroquímicas, de papel y celulosa, en la industria petrolífera, industrias textil y farmacéutica.

Cuando están sometidos por algún tiempo a las temperaturas entre 450 y 850 ºC, los aceros inoxidables austeníticos están sujetos a la precipitación de carburos de cromo en sus contornos de granos, lo que los tornasensibilizados. Esta precipitación abundante de carburos, la sensibilización, resulta en la disminución del tenor de cromo en las regiones vecinas a los bordes, regiones que tienen así su resistencia a la corrosión drásticamente comprometida, tornando el material susceptible a lacorrosión intergranularen ciertos medios. Las zonas térmicamente afectadas por operaciones de soldado son particularmente sensibles a esta forma de corrosión, ya que durante el ciclo térmico de soldado parte del material es mantenido en la faja crítica de temperaturas. La consideración de este fenómeno llevó al desarrollo de los inoxidables austeníticos extra bajo carbono,304L, 316L y 317L, en los cuales el tenor de carbono es controlado en un máximo de 0,03%, quedando así extremadamente reducida la posibilidad de sensibilización.

La utilización deestabilizadorestiene también la finalidad de evitar el problema de la sensibilización. Eltitanio, adicionado como elemento de aleación, inhibe la formación de carburo de cromo debido al hecho de tener una afinidad mayor por el carbono que aquella que tiene el cromo. Así, se precipitacarburo de titanioy el cromo permanece en solución sólida. Con la misma finalidad puede ser utilizado elniobio.

Tanto el titanio como el niobio son estabilizadores del carbono y los aceros inoxidables así obtenidos, el321 y el 347son conocidos comoaceros inoxidables estabilizados. El inoxidable316 Ties la versión estabilizada deltipo 316. Para aplicaciones en equipos que operan entre 400 y 900 ºC, los aceros inoxidables estabilizados son los más recomendados, ya que conservan mejores propiedades mecánicas en esas temperaturas que los aceros de extra bajo carbono; notoriamente laresistencia al creep.

En el inoxidable904 L(20Cr-25Ni-4,5Mo-1,5Cu), la adición de elementos de aleación busca mejorar no sólo laresistencia al picadosino también la resistencia a lacorrosión en medios ácidos reductores. El elevado tenor de níquel mejora también el comportamiento frente a lacorrosión bajo tensión.

En los casos en que se pretende una buenaresistencia mecánicay no existe gran preocupación por lacorrosión intergranular, los aceros inoxidables304H y 316H, con tenores de carbono en el rango de 0,04/0,10%, son recomendados. La precipitación de una fina red de carburos de cromo, tan perjudicial bajo el punto de vista de la corrosión, se torna benéfica cuando lo que interesa son las propiedades mecánicas.

Aumentos considerables en los tenores de cromo y níquel permiten elevar la temperatura de formación de cascarilla (escamado) de los aceros inoxidables austeníticos. El inoxidable 304 es recomendado para trabajo al aire libre, a temperaturas inferiores a 925 ºC en servicios continuos. En las mismas condiciones, elinoxidable 310, con cromo 24/26% y níquel 19/22%, resiste temperaturas de hasta 1150 ºC. Es un material clasificado comoacero inoxidable refractario.

Grandes aumentos de níquel, llevan a lasaleaciones Ni-Cr-Fe, donde el elemento con mayor presencia en el material ya no es el hierro sino el níquel, Estos materiales no son conocidos como aceros inoxidables sino como aleaciones a base de níquel y presentan excelente resistencia a la corrosión en diversos medios a altas temperaturas. El elevado tenor de níquel da también garantía de una buena resistencia a la corrosión bajo tensión.

El inoxidable 304 es un material con excelente ductilidad. Para casos de estampado extra profundo, un aumento en el tenor de níquel permite mejorar todavía más la ductilidad. Con esta finalidad fue desarrollado elTipo 305.

Ligeras reducciones en el tenor de níquel disminuyen la estabilidad de la austenita, permitiendo la aparición de martensita inducida por deformación en frío, consiguiéndose así excelentes propiedades para aplicaciones estructurales. Es elTipo 301, disponible en las versiones1/4, 1/2, 3/4 y totalmente duroy con gran utilización en las industrias ferroviarias, de trenes metropolitanos y de carrocerías de ómnibus.

ElTipo 303resulta del aumento del tenor deazufreen el 304 con la finalidad de mejorar la maquinabilidad. La ductilidad y la resistencia a la corrosión quedan comprometidas por este aumento en la cantidad de azufre.

Los aceros de laserie 200, resultan de una substitución parcial de níquel pormanganeso. Son utilizados en aplicaciones estructurales, presentando resistencia a la corrosión inferior al 301.

 

ESPECIFICACIONES DE LOS ACEROS INOXIDABLES

Propiedades mecánicas y térmicas de los aceros inoxidables más comunes de las series 300 y 400.Descargar

NORMAS

 

NormaASTM A 249, para Tubos soldados en acero austenítico, para Calderas, Sobrecalentadores, Intercambiadores de calor y Condensadores.

 

NormaASTM A 450. Especificación Estándar de Requisitos Generales para Tubos de Grafito y Aceros Aleados Austeníticos y Ferríticos.

NORMAS PARA ACEROS INOXIDABLES - EQUIVALENCIAS INTERNACIONALES

AISI SAE DIN Nº DIN UNI AFNOR BS JIS
ESTADOS UNIDOS ESTADOS UNIDOS ALEMANIA ALEMANIA ITALIA FRANCIA GRAN BRETAÑA JAPON
302 30302 1.4319 X5CrNi 18-7 X10CrNi 18-09 Z10CN18.9 302 S26 SUS 302
303 30303 1.4305 X10CrNiS 18-9 X10CrNiS 18-9 Z8CNF18.9 303 S21 SUS 303
304 30304 1.4301 X5CrNi 18-10 X5CrNi 18-10 Z6CN 18.9 304 S18 SUS 304
316 30316 1.4401 X5CrNiMo 17.12.2 X5CrNiMo 17.12 Z6CND 17.11.2 316 S25 SUS 316
321 30321 1.4541 X6CrNiTi 18.10 X6CrNiTi 18.11 Z6CNT 18.10 321 S31 SUS 321
410 51410 1.4006 X10 Cr13 X10 Cr13 Z10 C13 410 S21 SUS 410
416 51416 1.4005 X12 CrS13 X12 CrS13 Z11 CF13 416 S21 SUS 416
420 51420 1.4021 X20 Cr13 X20 Cr13 Z20 C13 420 S37 SUS 420.J1
430 51430 1.4016 X6 Cr17 X8 Cr17 Z8 C17 430 S17 SUS 430

TOLERANCIAS

CHAPAS - TOLERANCIAS EN EL ESPESOR

Espesor (mm) Tolerancia (mm) Espesor (mm) Tolerancia (mm)
0.5 ± 0.08 2 ± 0.18
0.7 ± 0.10 2.5 ± 0.23
0.8 ± 0.13 3 ± 0.25
0.9 ± 0.13 3.5 ± 0.30
1 ± 0.13 4.5 ± 0.36
1.2 ± 0.13 6 + 1.15 - 0.25
1.6 ± 0.15 8 + 1.15 - 0.25

 

TUBOS: PRESIONES

TABLA INDICATIVA DE LAS PRESIONES MAXIMAS DE TRABAJO A TEMPERATURA DE 25ºC PARA TUBOS SOLDADOS SEGUN LAS SIGUIENTES NORMAS: DIN 17457 - 11850 NFA 49147 - 49247 - 49249 ASTM A 249 - A 269 - A 270
DIAME TRO (mm) ESP. En mm AISI 304 - 321 316 Ti Kg/cm2 AISI 304 L-316 L Kg/cm2 DIAME TRO (mm) ESP. En mm AISI 304 - 321 316 Ti Kg/cm2 AISI 304 L-316 L Kg/cm2 DIAME TRO (mm) ESP. En mm AISI 304 - 321 316 Ti Kg/cm2 AISI 304 L-316 L Kg/cm2
15 1 116 96 42.4 1.65 68 56 101.6 1.65 28 23
16 1 109 90 42.4 2 82 68 101.6 2 34 28
16 1.5 163 135 42.4 2.6 107 89 101.6 3 51 43
17.2 1.65 167 139 42.4 2.9 119 99 103 1.5 25 21
17.2 2 203 168 42.4 3.2 132 109 104 2 34 28
18 1 97 80 44.5 1.5 59 49 114.3 1.65 25 21
18 1.5 145 120 44.5 2 78 65 114.3 2 30 25
19.05 1 91 76 48.3 1.65 60 49 114.3 2.6 40 33
19.05 1.25 114 95 48.3 2 72 60 114.3 2.9 44 37
19.05 1.65 151 125 48.3 2.6 94 78 114.3 3.2 49 40
20 1 87 72 48.3 2.9 105 87 114.3 3.6 55 46
20 1.5 131 108 48.3 3.2 115 96 114.3 4 61 51
21.3 1.65 135 112 50 1.5 52 43 129 2 27 22
21.3 2 164 136 50 2 70 58 139.7 2 25 21
21.3 2.6 213 176 53 1.5 49 41 139.7 2.6 32 27
22 1 79 66 54 2 65 54 139.7 3 37 31
22 1.5 119 99 60.3 1.65 48 40 139.7 4 50 41
25.4 1 69 57 60.3 2 58 48 154 2 23 19
25.4 1.25 86 71 60.3 2.6 75 62 156 3 34 28
25.4 1.65 113 94 60.3 2.9 84 69 168.3 2 21 17
26.9 1.65 107 89 60.3 3.2 92 77 168.3 2.6 27 22
26.9 2 130 107 60.3 3.6 104 86 168.3 3 31 26
26.9 2.6 168 140 70 1.5 37 31 168.3 3.6 37 31
28 1 62 52 70 2 50 41 168.3 4 41 34
28 1.5 93 77 76.1 1.65 38 31 204 2 17 14
30 1 58 48 76.1 2 46 38 205 2.5 21 18
30 1.5 87 72 76.1 2.6 60 49 206 3 25 21
32 1 54 45 76.1 2.9 66 55 219.1 2 16 13
32 1.5 82 68 76.1 3.2 73 61 219.1 2.6 21 17
33.7 1.65 85 71 76.1 3.6 82 68 219.1 3 24 20
33.7 2 103 86 83 1.5 31 26 219.1 3.6 29 24
33.7 2.9 150 124 84 2 41 34 219.1 4 32 26
33.7 3.2 165 137 88.9 1.65 32 27 254 2 14 11
34 1 51 43 88.9 2 39 33 256 3 20 17
34 1.5 77 64 88.9 2.6 51 42 273 2 13 11
38 1 46 38 88.9 2.9 57 47 273 2.6 17 14
38 1.5 69 57 88.9 3.2 63 52 273 3 19 16
40 1 44 36 88.9 3.6 71 59 273 3.6 23 19
40 1.5 66 54 88.9 4 78 65 273 4 26 21

 

HISTORIA

A principios de los años veinte, en la industria se inició la aplicación de temperaturas de proceso, presiones, reactivos y otras condiciones que estaban más allá de las características de los materiales existentes en esos días. Un ejemplo pertinente lo es el de la industria petrolera. En los veinte, los procesos para la refinación del petróleo se desarrollaron rápidamente. Se encontró que los tubos ordinarios de acero al carbono utilizados en los intercambiadores de calor se corroían aceleradamente, en forma particular cerca de los extremos; debido a esto, se consumían grandes cantidades de tubos. Una de las primeras aplicaciones del acero inoxidable fue la sustitución de estas secciones de tubos por unaaleación al cromo, conocida actualmente comotipo 429.

Sin embargo, los primeros trabajos realizados para la fabricación de los hierros y aceros inoxidables datan del siglo XIX. Ya en aquellos días se sabía que el hierro aleado con ciertos metales, como elcobrey elníquelresistía mejor a la oxidación que el hierro ordinario. En 1865 ya se hacían, aunque en cantidades muy limitadas, aceros con 25 y 35% de níquel que resistían muy bien la acción de la humedad del aire y, en general, del medio ambiente; pero se trataba de fabricaciones en muy pequeña escala que nunca se continuaron. En esa época no se llegó a estudiar ni a conocer bien esta clase de aceros. En 1872Woods y Clarkfabricaron aceros con 5% de cromo que tenían también mayor resistencia a la corrosión que los hierros ordinarios de esa época. Posteriormente en 1892Hadfield, en Sheffield, estudió las propiedades de ciertos aceros aleados con cromo y dio a conocer en sus escritos que el cromo mejoraba sensiblemente la resistencia a la corrosión. En 1904-1910,Guillet y Portevin, en Francia, realizaron numerosos estudios sobre aceros aleados con cromo y níquel, determinando microestructuras y tratamientos de muchos de ellos. Llegaron a fabricar aceros muy similares a los típicos aceros inoxidables que se usan en la actualidad, pero hasta entonces nunca le dieron especial atención a la inoxidabilidad.

El desarrollo original de lo que son actualmente los aceros inoxidables aconteció en los albores de la primera guerra mundial. En forma independiente y casi simultánea, en Inglaterra y en Alemania se descubrieron los aceros inoxidables tal como los conocemos ahora. El metalurgista inglésHarry Brearlyinvestigando cómo mejorar una aleación para proteger los cilindros de los cañones, encontró que agregando cromo a los aceros de bajo carbono, obtenía aceros resistentes a las manchas (stainless) o resistentes a la oxidación. Los doctoresStrauss y Maurer, de Alemania, en 1912 patentaron dos grupos de aceros inoxidables al cromo-níquel de bajo contenido de carbono; uno de éstos, con la denominación18-8, ha sido utilizado desde entonces en numerosas aplicaciones.

Las propiedades y composiciones de los aceros inoxidables se mantuvieron en secreto por los países beligerantes mientras duró la primera guerra mundial. Posteriormente, a partir de las pocas aleaciones experimentadas en 1920. y de un limitado número de grados comercialmente disponibles en 1930, la familia de los aceros inoxidables ha crecido en forma impresionante. En la actualidad se cuenta con un gran número de tipos y grados de acero inoxidable en diversas presentaciones, y con una gran variedad de acabados, dimensiones, tratamientos, etc.

Dentro de la siderurgia, la historia de los aceros inoxidables es bastante corta, de hecho están en la etapa de introducción. En esta etapa, los nuevos materiales deben vencer la resistencia de los patrones de compra existentes. En teoría, sólo unos pocos, los innovadores, los compran y utilizan.

En los próximos años seguramente ocurrirán dos fenómenos, por un lado se descubrirán nuevos tipos de aceros inoxidables y resistentes al calor y, por el otro, se encontrarán muchas nuevas aplicaciones de los mismos.

RESISTENCIA A LA CORROSIÓN DE LOS ACEROS INOXIDABLES

Todos los aceros inoxidables contienen elcromosuficiente para darles sus características de inoxidables. Muchas aleaciones inoxidables contienen ademásníquelpara reforzar aun más su resistencia a la corrosión. Estas aleaciones son añadidas al acero en estado de fusión para hacerlo "inoxidable en toda su masa". Por este motivo, los aceros inoxidables no necesitan ser ni chapeados, ni pintados, ni de ningún otro tratamiento superficial para mejorar su resistencia a la corrosión. En el acero inoxidable no hay nada que se pueda pelar, ni desgastar, ni saltar y desprenderse.

EI acero ordinario, cuando queda expuesto a los elementos, se oxida y se formaóxido de hierropulverulento en su superficie. Si no se combate, la oxidación sigue adelante hasta que el acero esté completamente corroído.

También los aceros inoxidables se oxidan, pero en vez de óxido común, lo que se forma en la superficie es unatenue película de óxido de cromomuy densa que constituye una coraza contra los ataques de la corrosión. Si se elimina esta película de óxido de cromo que recubre los aceros inoxidables, se vuelve a formar inmediatamente al combinarse el cromo con el oxígeno de la atmósfera ambiente.

El empleo de acero inoxidable estará bajo la dependencia de las características oxidantes del ambiente. Si imperan condicionesfuertemente oxidantes, los aceros inoxidables resultan superiores a los metales y aleaciones más nobles. Sin embargo, en la misma familia de los aceros inoxidables la resistencia a la corrosión varía considerablemente de un tipo al otro. En el grupo alcromo níquel, lostipos 301 y 302son menos resistentes a la corrosión que lostipos 310 y 316. En el grupo más sencillo al cromo, lostipos 405 y 410son menos resistentes a la corrosión que lostipos 430 y 442.

La utilización de losaceros al cromo (Serie 400)para fines industriales se debe principalmente a las condiciones de resistencia a la oxidación. Un acero al cromo con el 12 % desarrollará una película de óxido superficial al cabo de varias semanas de exposición a una atmósfera industrial. La película, una vez formada, actúa como barrera contra la corrosión más pronunciada, pero si se ha de tener en cuenta la apariencia del metal, eltipo 410 y el tipo 405pueden resultar objetables. Eltipo 430, con el 17% de cromo, necesita varios meses hasta que se forma la película superficial de óxido, mientras que eltipo 442, con más del 20 % de cromo, se vuelve pasivo en la atmósfera sin que se desarrolle una película de óxido visible. Otro procedimiento para evitar que en condiciones semejantes se forme óxido, consiste en añadir más del 7 % de níquel a una aleación con el 17 % o más de cromo, como son lostipos 301, 302 y 304. En atmósferas que contengan aire salino o humos procedentes de fábricas de productos químicos, la adición demolibdenoaumenta la resistencia a la corrosión, como es el caso con eltipo 316.

Si se revisan brevemente los recientes desarrollos experimentados por los adornos y piezas inoxidables que se emplean en los automóviles, lo que acabamos de decir quedará ilustrado más claramente, Los fabricantes norteamericanos de automóviles han utilizado eltipo 430para las molduras y adornos de la carrocería y eltipo 301para los taparuedas y embellecedores que son difíciles de conformar. Sin embargo, al aumentar más cada año el uso de sales corrosivas y de abrasivos para acelerar el deshielo de calles y carreteras durante el invierno, también los fracasos deltipo 430se han incrementado. En cambio, eltipo 301para los embellecedores ha resistido con buen éxito a los ataques de la corrosión.

Los fabricantes de acero han adoptado el procedimiento de "recocido brillante" para mejorar la resistencia a la corrosión deltipo 430. Este procedimiento evita que el cromo emigre de la superficie. También ha sido desarrollado eltipo 434, con el17% de cromo y el 1 % de molibdeno para obtener una mayor resistencia a las sales corrosivas empleadas para deshelar las rutas y, al mismo tiempo, para cumplir los requisitos de una fabricación más complicada para muchas piezas de carrocería.

El recocido brillante también ha hecho que se extienda más el uso deltipo 301para las piezas de carrocería curvadas por medio de cilindros. Cuando los aceros "recocido brillante" son deltipo 301, pueden adquirir un acabado especular con el mismo procedimiento de bruñido del color que lostipos 430 y 434; se podrá utilizar eltipo 301para las piezas de adorno, al lado de lostipos 430 y 434para otras piezas, sin que esto plantee problemas con respecto al igualado de los colores.

Lostipos 302 y 301, por ser aleaciones de acero al cromo níquel, poseen mayor resistencia a la corrosión que lostipos 430 y 434.

CORROSION: CAUSAS Y REMEDIOS

Son cinco los riesgos que amenazan el éxito del uso de los aceros inoxidables. Estos son: lacorrosión intergranular, lacorrosión por efecto galvánico, lacorrosión por contacto, lacorrosión en forma de picado o de pinchazos de alfiler, yla corrosión por fatiga. Muchos fracasos pueden ser evitados dándose cuenta sencillamente de los riesgos involucrados y adoptando las medidas apropiadas para eliminarlos.

1. Corrosión intergranular

Un tratamiento térmico inadecuado del acero inoxidable puede producir unaretícula de carburosen los aceros con más del 0,03 por ciento de carbono, o sin adición detitanioo decolumbio. El metal que contenga tal retícula es susceptible de corrosión intergranular que podrá ser causa de fracaso en condiciones muy corrosivas y reducir la duración útil en muchos servicios relativamente ligeros. Los procedimientos normales de soldadura introducen en el metal la susceptibilidad a la precipitación de los carburos. Que el acero sea susceptible de corrosión intergranular no significa necesariamente que será atacado por ella. En servicio, el resultado puede ser satisfactorio. Pero la posibilidad de corrosión intergranular deberá ser tenida en cuenta siempre que no quede excluida según la experiencia previa. La precipitación de carburos puede ser eliminada por uno de los tres procedimientos indicados a continuación:

a)Por recocido: una vez terminadas las operaciones de elaboración y de soldadura, el acero deberá ser calentado hasta una temperatura lo suficientemente alta para disolver los carburos, lo que es generalmente entre 1036 ºC y 1150 ºC, para enfriarlo luego con la rapidez suficiente para evitar que se vuelva a precipitar el carburo y utilizando para ello un chorro de aire o agua. Un tratamiento térmico localizado en la zona inmediatamente adyacente a la soldadura no da resultados satisfactorios. Para un recocido efectivo, toda la pieza deberá ser calentada y apropiadamente enfriada con rapidez.

b)Utilizando acero que contenga menos de 0,03%de carbono.

c)Utilizando un acero estabilizado: eltitanioo elcolumbiose combinan con el carbono y evitan las precipitaciones perjudiciales. Los aceros estabilizados son necesarios para todo servicio que implique prolongadas exposiciones a las temperaturas entre 426º C y 871 ºC.

El peligro inherente a la precipitación de carburo de cromo ha llegado a ser tan bien conocido y tan fácilmente evitado que ocurren pocos fracasos debidos a esta causa.

2. Corrosión galvánica

La corrosión galvánica ejerce una acción localizada que puede sobrevenir cuando una junta de unión entre dos metales disimilares está sumergida en una solución que puede obrar como electrolito. En un medio corrosivo, los dos metales diferentes forman unos electrodos cortocircuitados y constituyen una celda electroquímica. De ello resulta ladisolución del electrodo anódico, mientras que elcátodo permanece inalterable. El potencial variará según la posición ocupada por los metales y aleaciones en el cuadro de las series galvánicas que se acompaña.

TABLA - SERIE GALVANICA

EXTREMIDAD PROTEGIDA
CATODICA

METALES MAS NOBLES

oro

grafito

plata

PASIVO

Acero inoxidable tipo 316

Acero inoxidable tipo 310

Acero inoxidable tipo 446

Acero inoxidable tipo 304

Acero inoxidable tipos 301 y 302

Acero inoxidable tipo 434 y 430

Acero inoxidable tipo 410

PASIVO

80% Ni - 20% Cr

Inconel

60% Ni - 15% Cr

Níquel

Metal Monel

Cuproníquel

Bronce

Cobre

Latón

ACTIVO

80% Ni - 20% Cr

Inconel

60% Ni - 15% Cr

Níquel

Estaño

Plomo

ACTIVO

Acero inoxidable tipo 316

Acero inoxidable tipo 310

Acero inoxidable tipo 304

Acero inoxidable tipos 302 y 301

Acero inoxidable tipo 446

Acero inoxidable tipos 434 y 430

Acero inoxidable tipo 410

Fundición de hierro

Cadmio

Aluminio 2S

Zinc

Magnesio en aleaciones

Magnesio

EXTREMIDAD CORROIDA
ANODICA

METALES MENOS NOBLES

El empleo de distintos metales en una solución corrosiva no significa que la corrosión galvánica sea inevitable. Los factores que influencian la corrosión galvánica incluyen:

a) Conductividad del circuito:Tiene que existir el contacto entre metales diferentes en una solución de alta conductividad para que se produzca el ataque galvánico.

b) Potencial entre ánodo y cátodo:la posición que ocupa cada metal en la serie galvánica determina el potencial y la dirección del flujo de corriente cuando se compone una celda. El metal que ocupa la posición más alta en la serie constituye elcátodo. El otro metal es elánodoy, debido a ello, es el que resulta atacado por la acción de la celda. El potencial se incrementa cuanto más apartadas unas de otras son las posiciones ocupadas por cada metal en la serie. Los aceros inoxidables en estado pasivo figuran en la serie justo a continuación de la plata, del grafito y del oro. Así pues, en una solución oxidante, los aceros inoxidables pasivos suelen constituir el cátodo, mientras que serán los otros metales los que serán atacados. Cuando la solución es reductora, el acero inoxidable se vuelve activo y los metales tales como el cobre y el bronce constituirán el cátodo y acelerarán la corrosión del acero inoxidable. El acero y la fundición de hierro ocupan puestos inferiores en la serie galvánica que el que ocupa el acero inoxidable activo por lo que éste será atacado si se forma una célula entre ellos y el acero inoxidable, lo mismo si están sumergidos en una solución oxidante que en una reductora.

c) Polarización:Este efecto es el que se produce sobre los electrodos de una celda galvánica por el depósito sobre los mismos de los gases liberados por la corriente. La evolución de los iones de hidrógeno puede cambiar de pasiva en activa la superficie del acero inoxidable, acelerando así la corrosión del ánodo.

d) Areas relativas del cátodo y ánodo:el área relativa de las superficies ejerce un efecto pronunciado sobre el daño producido por la acción galvánica. Un pequeño ánodo con un cátodo grande produce una corriente de elevada densidad y acelera la corrosión en el ánodo. Deberán evitarse las pequeñas áreas del metal menos noble. No se utilizarán piezas de sujeción dealuminiopara el acero inoxidable. En cambio, el empleo de piezas de sujeción de acero inoxidable para aluminio da resultados satisfactorios.

e) Relación geométrica entre superficies de distintos metales:Un borde o una esquina del metal menos noble no deberá estar en contacto con el centro de un área de gran superficie del metal que ha de constituir el cátodo si llega a formarse una celda galvánica.

La corrosión se atribuye frecuentemente a la acción galvánica cuando su verdadera causa se debe efectivamente a unas condiciones anormales de operación. Así por ejemplo, el uso deácido clorhídrico, para sustituir un material de limpieza normal, puede destruir la película pasiva del acero inoxidable. En tal caso se puede formar una celda galvánica que empezará a funcionar tan pronto como la pieza en cuestión entre en función. El volver a proyectar y a construir una pieza que sea completamente de acero inoxidable puede ser muy costoso y la nueva pieza proyectada puede ser difícil de fabricar. Así pues, cuando aparentemente la acción galvánica sea la única causa de un desperfecto en una unidad que, demostradamente, es de un buen diseño, convendrá realizar una verificación meticulosa para cerciorarse de que todas las condiciones de operación son normales.

3. Corrosión por contacto

El tercer riesgo es la corrosión por contacto. Una diminuta partícula de acero al carbono, una escama de óxido, cobre u otra substancia extraña cualquiera incrustada en el acero inoxidable puede ser suficiente para destruir la pasividad en el punto de contacto. El ataque empieza al formarse una celda galvánica con la partícula de material extraño como ánodo. Mientras dura la acción electroquímica que disuelve lo contaminado,iones de hidrógenose liberan haciendo que el acero inoxidable se vuelva activo en el punto de contacto. La acción de picado puede proseguir después de haber sido eliminada la partícula extraña por haberse constituido una celda activa-pasiva entre la diminuta superficie anódica atacada y la extensa área catódica circunvecina. Cuando las secciones inoxidables entran en serviciodeberán estar limpias de escamas de óxido, de aceite, de pequeñas partículas metálicas procedentes de las herramientas, troqueles e hileras, así como de todo material extraño. La corrosión por contacto puede iniciarse al cabo de mucho tiempo de estar la pieza en servicio si los métodos de limpieza empleados no son meticulosos. Oxido y suciedad en los conductos de vapor, herramientas impregnadas con acero al carbono, e inclusive aparatos de transporte sucios, pueden acarrear substancias creadoras de corrosión por contacto hasta los recipientes de acero inoxidable durante un período de limpieza. Unas superficies limpias y lisas, así como la ausencia de arañazos y grietas reduce el riesgo de que se produzca corrosión por contacto.

El ingeniero proyectista puede precaverse de todo ataque galvánico, pero, a su vez, el personal encargado de la fabricación, la operación y la conservación de los equipos de acero inoxidable, ha de prevenir la corrosión por contacto.

4. Picado o corrosión en forma de pinchazos de alfiler

Las soluciones que contenganclorurospodrían atacar por una acción de picado, y en las picaduras se podrán desarrollarceldas galvánicas. Los daños debidos a este picado son también llamadospinchazos de alfilercausados por la corrosión. Loscloruros ácidos, tales como el cloruro férrico y el cloruro sódico son particularmente peligrosos, pero cualquier cloruro en concentración apreciable puede ser la causa posible de perturbaciones. Generalmente los fracasos del acero inoxidable en un medio supuestamente a salvo de la corrosión son atribuibles a la presencia del ion cloruro en mayor concentraciónque la previsible.

Elmolibdenocontenido en lostipos 316 y 317aumenta la resistencia al picado. Estas aleaciones quedan sometidas a los desperfectos debidos a lacorrosión por fatiga; así pues, los recipientes deberán quedar tan exentos de tensiones como sea posible. Grietas, fisuras y bolsas de estancamiento deberán ser eliminadas ya que son las superficies limpias y en buen estado las que mejor resisten al picado, cualquiera que sea la calidad del acero inoxidable.

5. Corrosión por fatiga

La corrosión por fatiga es otro de los riesgos que han de ser eliminados. Casi todos los metales y aleaciones, incluso el acero austenítico inoxidable, pueden fallar al agrietarse o quebrarse debido a la corrosión por fatiga en condicionesque impliquen esfuerzos aplicados o tensiones residuales combinadas con agentes ligeramente corrosivos. Las soluciones de cloruro son de lo más perjudicial al provocar el agrietamiento de los aceros inoxidables austeníticos.

El mecanismo causante de la corrosión por fatiga todavía no ha sido determinado. Es principalmente transgranular y puede ir acompañado de ataques de picado. Son muy susceptibles las piezas que han estado sometidas a un fuerte trabajo en frío, pero el acero recocido puede también agrietarse cuando se le somete a condiciones difíciles. Es más fácil que el agrietamiento se produzca en soluciones calientes que en las frías. Eltipo 315 y el tipo 317, en la condición de recocido, ofrecen mayor resistencia al ion cloruro que eltipo 302 y el tipo 304. Pero si están bajo tensiones fuertes, pueden fallar lo mismo en un ambiente conducente a la corrosión por fatiga.

Tensiones fuertes y débiles en el mismo elemento producenuna condición que fácilmente puede conducir a la corrosión por fatiga en presencia de cloruros. Ha sido investigado cierto número de fracasos debidos a planchas perforadas. Las grietas en forma de rayos que parten de los taladros son típicas del agrietamiento debido a la corrosión por fatiga. Los productores canadienses han resuelto este problema completamente recociendo a fondo las planchas después de taladradas.

Los aceros inoxidables, estirados, embutidos o trabajados en frío se agrietan fácilmente en sistemas que contengansulfuro de hidrógenoacuoso. Distintos medios, incluso lassoluciones cáusticascalientes bajo presión, han causado el agrietamiento según ha sido informado, aunque en la mayoría de estos casos pueden haber sido causadas por impurezas no observadas contenidas en el cloruro.

Para eliminar completamente las tensiones internas, sin perjuicio para la resistencia a la corrosión, se deberá recocer por encima de 926 ºC, con enfriamiento rápido para que los carburos permanezcan en solución. Como no es posible hacer esto con los recipientes grandes, un tratamiento de revenido a 648 º C puede ser suficiente para reducir las tensiones residuales. Este tratamiento a 648 ºC podrá ser aplicado únicamente para lostipos 304 L, 316 L, 317 L, 321 y 347, y para estos metales tan sólo cuando se sepa que elnivel de la tensión en el cual puede ocurrir la corrosión sea más bajo que lo que se espera después de semejante tratamiento térmico a baja temperatura. Cuando se utiliza acero inoxidable como forro para un recipiente de acero al carbono no será posible aligerar las tensiones debido a que los coeficientes de expansión son muy diferentes. Lo mismo ocurre cuando se trata de recipientes de acero inoxidable que lleven soldados refuerzos, soportes o sujeciones de acero al carbono.

Las precauciones generales que indicamos a continuación deberán ser adoptadas para prevenir la corrosión por fatiga:

a)Asegurarse de que no se acumulen sales corrosivas procedentes del material aislante, del goteo o de pulverizaciones o salpicaduras corrosivas en el área del recipiente.

b)Evitar toda cavidad donde se recoja agua durante el ciclo de operaciones, acumulándose una concentración de sales en la cavidad.

c)Especificar que las planchas perforadas deberán ser tratadas para eliminar completamente las tensiones interiores después de haber sido taladradas, si han de ser utilizadas como pantalla para operaciones de las que se sabe corren el riesgo de que se produzca corrosión

d)Elíjanse tubos con buena concentricidad y con unos límites de tolerancia muy estrechos en el grueso de las paredes, para los haces de tubos destinados a los intercambiadores de calor, con el fin de evitar tensiones elevadas y desiguales cuando se los curva para los distribuidores.

e)Evitar el unir por soldadura metales con coeficientes de dilatación diferentes cuando el recipiente deba ser calentado durante las operaciones. Los tipos de laserie 300se dilatan aproximadamente de 1 a 1 1/2 veces más que los tipos de laserie 400.

f)Utilizar los tipos con el0,03% como máximo de carbono,304 L, 316 L, y 317 L, para reparar recipientes respectivamente de lostipos 304, 316 y 317siempre que se desee reducir localmente las tensiones después de hecha la reparación. Únicamente el acero con el 0,03 % de carbono como máximo deberá ser calentado a más de 426º C siempre que exista el riesgo de que se produzca corrosión intergranular.

g)Evítese el curvado cíclico que repetidamente tensa el acero inoxidable por encima de su resistencia a la deformación o límite de elasticidad. Esto puede formar tensiones interiores que favorezcan la corrosión por fatiga inclusive en un medio de efecto moderado.

6. Proyecto y fabricación. Cómo reducir al mínimo la corrosión

Los fracasos debidos a la corrosión pueden ser frecuentemente eliminados modificando apropiadamente el diseño sin necesidad de cambiar el tipo de acero. La forma de las juntas, la continuidad de la superficie y la concentración de las tensiones deberán ser tomadas en consideración. Las soldaduras a tope son preferibles a las soldaduras en solapa, y se deberán utilizar buenos métodos de soldadura. El uso de piezas complementarias, tales como de planchas o placas de refuerzo rodeadas de costuras o cordones de soldadura, deberá ser reducido al mínimo ya que esto produce tensiones biaxiales difíciles de eliminar por tratamiento térmico. Cuando se tengan que sujetar patas de acero dulce a un tanque de acero inoxidable, se deberá soldar las patas primeramente a un asiento de acero inoxidable que, a su vez, será soldado al fondo del tanque. Con esto se evita la difusión del carbono en el acero inoxidable del tanque.

Todo el equipo deberá ser meticulosamente limpiado a fondo para eliminar toda contaminación producida por óxidos, polvo de hierro, partículas procedentes de las herramientas, fundente de soldadura, suciedades y substancias orgánicas.

Estas substancias extrañas pueden ser eliminadas limpiándolas a chorro o por decapado. Una buena solución para el decapado consiste en el 10 por ciento de ácido nítrico y el 1 por ciento de ácido fluorhídrico.

Un ajuste defectuoso causa tensiones al forzar las piezas para ponerlas en posición. Cuando se fabrican piezas para una unidad que deba contener material corrosivo, será prudente reformar las piezas que ajusten mal y recocerlas de manera que las piezas en cuestión se ajusten limpiamente en el recipiente. El conformar en frío, tal como el cilindrar tubos en la chapa, son trabajos que deberían reducirse al mínimo.

Como es difícil reproducir en los ensayos de laboratorio las verdaderas condiciones que se presentan en la práctica, los resultados de dichos ensayos solamente podrán servir de guía. Los datos sobre la corrosión publicados como resultado de distintos ensayos, pueden estar basados sobre unas condiciones químicas, temperaturas, velocidades y aireación que difieran de las de la solución química que deba ser manipulada. Por este motivo y siempre que sea posible se deberá utilizar para los ensayos prácticos, el equipo existente y procedimientos similares o comparables. En los ensayos de corrosión deberán incluirse muestras de los artículos por fabricar con el fin de poder juzgar del valor de los métodos de fabricación propuestos. Las muestras soldadas y sensibilizadas permiten apreciar el depósito de soldadura y la zona influenciada por el calor en el ambiente corrosivo al que han de poder resistir. Convendrá someter a ensayos probetas con corrosión por fatiga y sometidas a varios niveles de esfuerzo o tensión con el fin de poder apreciar la susceptibilidad del acero al agrietamiento una vez terminadas de fabricar. Es esencial que los resultados de los ensayos sean apreciados en su justo valor.

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SOLDADURA

Manual de Soldadura del Acero Inoxidable*

Parte I - Para el Soldador.Descargar
Parte II - Para el Ingeniero de Materiales.Descargar
Parte III - Para el Ingeniero de Diseño.Descargar


DUREZA

l.- Introducción

El ensayo de dureza es, juntamente con el de tracción, uno de los más empleados en la selección y control de calidad de los metales. Intrínsecamente la dureza es una condición de la superficie del material y no representa ninguna propiedad fundamental de la materia. Se evalúa convencionalmente por dos procedimientos. El más usado en metales es la resistencia a la penetración de una herramienta de determinada geometría.

El ensayo de dureza es simple, de alto rendimiento ya que no destruye la muestra y particularmente útil para evaluar propiedades de los diferentes componentes microestructurales del material.

Los métodos existentes para la medición de la dureza se distinguen básicamente por la forma de la herramienta empleada (penetrador), por las condiciones de aplicación de la carga y por la propia forma de calcular (definir) la dureza. La elección del método para determinar la dureza depende de factores tales como tipo, dimensiones de la muestra y espesor de la misma.

2.- Dureza Vickers

Este método es muy difundido ya que permite medir dureza en prácticamente todos los materiales metálicos independientemente del estado en que se encuentren y de su espesor.

El procedimiento emplea un penetrador de diamante en forma de pirámide de base cuadrada. Tal penetrador es aplicado perpendicularmente a la superficie cuya dureza se desea medir, bajo la acción de una cargaP. Esta carga es mantenida durante un cierto tiempo, después del cual es retirada y medida la diagonaldde la impresión que quedó sobre la superficie de la muestra(figura 1). Con este valor y utilizando tablas apropiadas se puede obtener la dureza Vickers, que es caracterizada porHVy definida como la relación entre la carga aplicada (expresada en Kgf) y el área de la superficie lateral de la impresión

3.- Dureza Rockwell

La medición de dureza por el método Rockwell ganó amplia aceptación en razón de la facilidad de realización y el pequeño tamaño de la impresión producida durante el ensayo.

El método se basa en la medición de la profundidad de penetración de una determinada herramienta bajo la acción de una carga prefijada.

El número de dureza Rockwell(HR)se mide en unidades convencionales y es igual al tamaño de la penetración sobre cargas determinadas. El método puede utilizar diferentes penetradores siendo éstos esferas de acero templado de diferentes diámetros o conos de diamante. Una determinada combinación constituye una "escala de medición", caracterizada comoA,B,C, etc. y siendo la dureza un número arbitrario será necesario indicar en que escala fue obtenida (HRA, HRB, HRC, etc.).

El proceso de medición con penetrador de diamante (utilizado para materiales duros, como por ejemplo los templados) está esquematizado en lafigura 2.

La carga totalPes aplicada sobre el penetrador en dos etapas: una previaPoy una posteriorP1tal que:

P= Po+P1

Inicialmente el cono penetra en la superficie una cantidadh0sobre la acción de la cargaP0que se mantendrá hasta el fin del ensayo. Esta penetración inicial permite eliminar la influencia de las condiciones superficiales.

A continuación se aplica la cargaP1y la penetración se acentúa. Finalmente la cargaPles retirada y la profundidadhrestante (solamente actúaP0) determina el número de durezaHR. La escala de los instrumentos de lectura empleados en las máquinas está invertida para permitir una lectura directa.

En los certificados de calidad es común utilizar la escalaHRBdonde el cono de diamante es reemplazado por una esfera de 1/16" y la cargaP1vale 100 Kgf.

En casos de materiales muy finos donde la carga de 100 Kgf es muy elevada, pudiendo inclusive perforar la muestra, es utilizada la escala Vickers con una carga de 10 Kgf y luego efectuada la transformación a la escalaHRButilizando tablas de conversión adecuadas.

Un texto excelente sobre ensayo de materiales se puede encontrar eneste link, perteneciente a laFacultad Regional Rio Grande de la Universidad Tecnológica Nacional

EL VERDADERO PULIDO SANITARIO

Información Técnica para Usuarios
INTRODUCCIÓN:

Elelectropulidoes un tratamiento superficial mediante el cual el metal a ser pulido actúa como ánodo en una celda electrolítica, disolviéndose. Con la aplicación de corriente, se forma un film polarizado en la superficie metálica bajo tratamiento, permitiendo a los iones metálicos difundir a través de dicho film. Las micro y macro proyecciones, o puntos altos de la superficie rugosa, lo mismo que zonas con rebabas, son áreas de mayor densidad de corriente que el resto de la superficie, y se disuelven a mayor velocidad, dando lugar a una superficie más lisa, nivelada y/o rebabada. Simultáneamente, y bajo condiciones controladas de intensidad de corriente y temperatura, tiene lugar un abrillantamiento de la superficie.-

En aleaciones, como elacero inoxidable, se tiene además la ventaja adicional que, al ser el hierro un metal que se disuelve fácilmente, se incrementa el contenido de cromo y níquel en la superficie, aumentando así la resistencia a la corrosión.-

En una escala macroscópica, el contorno de una superficie maquinada se puede considerar como una serie depicosyvalles. La profundidad de los mismos y la distancia entre los picos dependen de los métodos utilizados para producir la superficie.-

En una escala microscópica, la superficie es aún más compleja, con pequeñas irregularidades sobrepuestas a los picos y valles.-

Con el fin de producir una superficie verdaderamente lisa, ambos tipos de irregularidades (macroscópicas y microscópicas) deben ser eliminadas.-

Así, las funciones de un proceso de pulido ideal se pueden distinguir como:

a)Alisado:eliminación de las irregularidades a gran escala (tamaño superior a 1 micrón).-

b)Abrillantado:remoción de pequeñas irregularidades de un tamaño inferior a centésimas de micrón.-

COMPARACIÓN ENTRE PULIDO MECÁNICO Y ELECTROLÍTICO

I ) PULIDO MECÁNICO

La preparación mecánica de las superficies se puede dividir convenientemente en dos etapas:

1)Esmerilado;usando técnicas abrasivas para producir una superficie razonablemente lisa y plana.-

2)Pulido;usando abrasivos finos sobre poleas para dar una superficie lisa y brillante.

Se han realizado considerables esfuerzos para investigar la estructura de las superficies metálicas preparadas por estos métodos, y se ha establecido perfectamente que conducen a obtener unazona severamente deformadacercana a la superficie. Esta zona tiene propiedades diferentes a las del metal de base y se produce fundamentalmente por un proceso defluencia;esto es; bajo la intensa acción mecánica del pulido, el material de los picos es obligado a fluir para rellenar los valles. Esta capa superficial recibe usualmente el nombre de"capa de Bielby", en honor a su descubridor, y tiene un espesor de varios micrones, espesor que se incrementa con la intensidad del pulido. La estructura resultante es prácticamente amorfa y contiene inclusiones de óxidos del metal de base y compuestos utilizados en las pastas de pulir.-

Se comprende entonces que las propiedades físico-químicas de la capa superficial obtenida por pulido mecánico son distintas a las del metal subyacente, originandotensiones mecánicasque, en determinadas condiciones, pueden dar lugar aprocesos de corrosión.-

II ) ELECTROPULIDO

Elelectropulido(opulido electroquímico, opulido electrolítico) funciona básicamente debido que, al disolverse el metal bajo la circulación de corriente, se forma una capa viscosa de productos de la disolución, la cual se va difundiendo lentamente en el baño electrolítico.-

El espesor de esta capa no es constante, siendo mayor en los valles; y como su resistencia eléctrica es superior a la de la solución de electropulido, conduce a una disolución preferencial de lospicos, y a una nivelación de la superficie.-

En la fig. nº 1 (a) se puede apreciar el esquema de un corte transversal (a escala microscópica) de la superficie al comienzo del procedimiento, y en la (b) cómo después de un tiempo de tratamiento la superficie se ha disuelto y comienza a "nivelarse".-

En este proceso no se forma una capa superficial como en el caso del pulido mecánico, ya que lo que se disuelve es el metal de base.-

El espesor de material disuelto varía entre 10 y 25 micrones, de acuerdo con la intensidad de corriente utilizada y el tiempo de exposición.-

En lafig. nº 2se puede apreciar una microfotografía de una superficie tratada conesmeril 180, aumentada 50 veces. En lafig. nº 3, la misma superficie, después deelectropulida. Se ve claramente la acciónniveladoradescripta en el esquema de lafig. nº 1

Lafig. nº 4es una microfotografía, con un aumento de 50 veces, de unasuperficie especularobtenida mediante un tratamiento mecánico con cepillo y pasta de pulir. Se aprecian claramente las pequeñascavidadesyrayascon bordes agudos, que dificultarán posteriormente las acciones de limpieza. En cambio, en lafig. nº 5, la misma superficie electropulida muestra laausenciadehuecos con bordes definidos. En este tipo de terminación no podrán alojarse materiales extraños.-

Por lo tanto, unasuperficie plana electropulida, aunquebrillante, no tendrá el aspectoespeculardel pulido mecánico. Sin embargo, a nivelmicroscópico y sanitario, esmejor, y el usuario deberá comprender que una superficie similar a la de un espejo, no necesariamente implica que a nivel microscópico esté libre de imperfecciones que pueden alojarcolonias de microorganismosy/o iniciar procesos decorrosiónlocalizada.-

ALGUNAS VENTAJAS DEL ELECTROPULIDO

Enfocado alacero inoxidable, el uso de este proceso permite obtener superficies lisas y brillantes, decondiciones sanitarias, debido a la ausencia de rayaduras que impiden el acceso a los productos de limpieza y se convierten en focos de contaminación por microorganismos.-

Desde el punto de vistatécnicoyeconómico, elpulido electroquímicopermite:

- tratarpiezas de forma irregulary de gran tamaño, en un tiempo corto y con granahorro de mano de obra.-

- aumentarla resistencia a la corrosiónya que el proceso permite eliminar las capas superficiales formadas por labores de laminación y pulido, dejando sobre la superficie terminada unacapa de óxidos de cromo y níquelextremadamente delgada y transparente que le confiere una excelente pasividad en relación con numerosos reactivos químicos.-

- eliminar lacoloracióndebida a procesos de soldadura o calentamiento, ahorrándose el proceso manual de su eliminación. Cabe señalar, sin embargo, que si se desea una terminación uniforme, se debe realizar un decapado previo con eldesoxidante-pasivadorque provee nuestra Empresa.-

- diminuir latendenciaen los líquidos y sólidos aadherirsea la superficie, mejorando los aspectos delimpiezayescurridode las mismas, aspectos muy importantes en intercambiadores de calor, evaporadores, etc.-

- pulirpiezasde formasintrincadas,en las que el pulido mecánico resulta inaccesible. Esto es posible lograrlo en un solo tratamiento, proporcionando un aspecto uniforme en toda la superficie, lo cual sería difícil de lograr mediante métodos convencionales.-

- disminuir eltiempoycostodel pulido, debido a la posibilidad de automatización del proceso, ahorro en insumos y mano de obra.-

APLICACIONES

De acuerdo con las características del proceso de electropulido explicado anteriormente, algunos de los posiblesusuariosson:

- Industria alimenticia en general, fundamentalmente láctea, cervecera, vitivinícola y frigorífica.-

- Industrias químicas, del plástico, mecánicas, fotográfica, textil y del cuero.-

- Fabricantes de instrumental quirúrgico y odontológico.-

- Fabricantes de máquinas y elementos para la industria papelera.-

- Fabricantes de elementos ópticos, prótesis médicas, máquinas envasadoras, accesorios marinos, herramientas de corte, etc.

En nuestra Empresa hemos pulido satisfactoriamente diversos elementos, de los que se pueden dar como ejemplo y orientación:placasde intercambiadores de calor,accesoriospara tuberías,rejillaspara plataformas,liraspara tinas de quesería,tubos(interior y exterior) desde 19 mm hasta 101 mm de diámetro y longitudes (dependiendo del diámetro) de hasta 12.000 mm, cuerpos debombascentrífugas,serpentinaseintercambiadorespara enfriadores de leche,válvulas, etc.-

Nuestra infraestructura nos permite tratar piezas de hasta 500 mm de diámetro y 1500 mm de largo. A pedido del cliente se podría adecuar para el tratamiento de elementos de hasta 4 m 2 de superficie.-

En esta fotografía se puede apreciar acabadamente la diferencia entre un intercambiador de calor utilizado en la industria lechera; sin pulir (izquierda), y luego del proceso de electropulido (derecha). Este elemento fue pulido en una sola operación, tanto en su exterior (que es el que se ve en la fotografía), como en su interior. El tiempo de exposición no supera los 20 minutos.-

Este tratamiento permitió a nuestro cliente el ahorro de costosas y tediosas operaciones de pulido mecánico, con la consiguiente disminución de sus costos. Además, dispone de su personal para tareas más productivas, y puede contar con el intercambiador el mismo día que lo entrega para ser procesado.-

Experiencias realizadas con cañerías fabricadas a partir de chapa con acabado superficial 2B, luego de ser electropulidas interiormente, permitieron determinar una rugosidad superficial de 0,15m RMS.-

CONCLUSIONES

El desarrollo delelectropulidocomo un método industrial de acabado de superficies se debe aventajas técnicas y económicas. Por ejemplo, se reducen las operaciones manuales necesarias para pulir objetos de formas complejas, especialmente cuando se trata de acero inoxidable, el cual es un material difícil de pulir mecánicamente.-

Con el fin de producir losmejores resultados, el metal debe serhomogéneoy libre dedefectos superficiales. Los defectos, que normalmente se ocultan mediante el pulido mecánico, se revelan; y aún más; se exageran por el electropulido (p. ej. inclusiones, defectos de fundición, rayas, etc.).-

Eltamaño de granotambién influencia la calidad del pulido. P. ej., con un material de grano grande, se obtiene una superficie irregular. Los mejores resultados se obtienen con materiales de grano fino producidos porlaminado en frío.-

Eltipo de acabadoproducido por el electropulido es totalmentediferentedel que se produce por elpulido mecánico, el cual produce unasuperficie especulardebido a que"obliga"al material a presentar un plano uniforme y refleja la luz en una sola dirección. En elelectropulido, la superficie es diferente, ya que si bien está libre de rayaduras y tensiones, presenta unaestructura tridimensionalque refleja la luz en todas direcciones, lo cual le da un aspectosatinado.-

Recuerde que en la búsqueda de lacalidad sanitariadel equipamiento paraindustrias alimenticiasdeben prevalecer las razonestécnicassobre lasestéticas, y elELECTROPULIDO ES LA RESPUESTA.-

ALGUNAS TABLAS ÚTILES

Conversión de Unidades

FACTORES DE CONVERSION

Para Convertir

Multiplicar por

Acre a Metro Cuadrado 4074
Atmósfera a Kilogramo por centímetro cuadrado 1.0333
Atmósfera a Libra por pulgada cuadrada 14.696
Atmósfera a Milímetro de Mercurio 760
Atmósfera a Pascal (Newton por metro cuadrado) 101325
B.T.U. a Caloría 252
Bar a Newton por metro cuadrado 1.00E+05
Candela a Lumen 12.556
Centímetro a Angstrom 1.00E+08
Centímetro a Pulgada 0.3937
Dina a Newton 1.00E-05
Galón a Litro 3.785
Galón a Pie cúbico 0.13368
Grado a Radián 0.017453
Grado centígrado a Grado Fahrenheit (ºCx9/5)+32
Grado Fahrenheit a Grado centígrado (ºF-32)x5/9
HP (Británico) a Kilowatt 0.7457
Joule a Caloría 0.2389
Kilocaloría a Kilowatt-hora 0.0011626
Kilogramo a Libra 2.2046
Kilómetro a Milla 0.6214
Libra fuerza a Newton 4.4482
Libra por Pie cúbico a Kilogramo por metro cúbico 16.018
Libra por Pulgada cuadrada a Newton por metro cuadrado 6894.8
Litro a Pie cúbico 0.03532
Lumen a Watt 0.001496
Milla a Metro 1609.3
Milla náutica a Milla 1.1516
Newton a Kilogramo 0.10197
Nudo (milla náutica por hora) a Milla por hora 1.1516
Onza (avoirdupois) a Kilogramo 0.02835
Onza (avoirdupois) a Onza (troy) 0.9115
Pie a Metro 0.3048
Pie cúbico a litro 28.316
Pulgada a Milímetro 25.4
Yarda a Metro 0.9144

Equivalencias entre Espesores

Referencias:
S.W.G.: Standard Wire Gauge;B.G.:Birmingham Gauge;U.S.G.:United Standard Gauge

No.

S.W.G
pulgadas

mm

B.G.
pulgadas

mm

U.S.G.
pulgadas

mm

0/7

0.500

12.700

-

-

0.5000

12.70

0/6

0.464

11.785

-

-

0.4688

11.91

0/5

0.432

10.973

-

-

0.4375

11.11

0/4

0.400

10.160

-

-

0.4063

10.32

0/3

0.372

9.449

0.500

12.700

0.3750

9.53

0/2

0.348

8.839

0.445

11.308

0.3438

8.73

0

0.324

8.230

0.396

10.068

0.3125

7.94

1

0.300

7.620

0.353

8.971

0.2813

7.15

2

0.276

7.010

0.315

7.993

0.2656

6.75

3

0.252

6.401

0.280

7.122

0.2500

6.35

4

0.232

5.893

0.250

6.350

0.2344

5.95

5

0.212

5.385

0.223

5.651

0.2188

5.56

6

0.192

4.877

0.198

5.032

0.2031

5.16

7

0.176

4.470

0.178

4.480

0.1875

4.76

8

0.160

4.064

0.157

3.988

0.1719

4.37

9

0.144

3.658

0.140

3.551

0.1563

3.97

10

0.128

3.251

0.125

3.157

0.1406

3.57

11

0.116

2.946

0.111

2.827

0.1250

3.18

12

0.104

2.642

0.099

2.517

0.1094

2.78

13

0.092

2.337

0.083

2.240

0.0938

2.38

14

0.080

2.032

0.079

1.994

0.0781

1.98

15

0.072

1.829

0.070

1.773

0.0703

1.79

16

0.064

1.626

0.063

1.587

0.0625

1.59

17

0.056

1.422

0.056

1.412

0.0563

1.43

18

0.048

1.219

0.050

1.257

0.0500

1.27

19

0.040

1.016

0.0440

1.118

0.0438

1.11

20

0.036

0.914

0.0392

0.996

0.0375

0.953

21

0.032

0.813

0.0349

0.886

0.0344

0.873

22

0.028

0.711

0.0313

0.794

0.0313

0.794

23

0.024

0.610

0.0278

0.707

0.0281

0.714

24

0.022

0.559

0.2248

0.629

0.0250

0.635

25

0.020

0.508

0.0220

0.560

0.0219

0.556

26

0.0180

0.457

0.0196

0.498

0.0188

0.478

CONVERSION DE DUREZAS
Referencias:
HB:Dureza Brinell;HV:Dureza Vickers;Hre:Dureza Rockwell E;Hrc:Dureza Rockwell C

HB

HV

Hre

Hrc

HB

HV

Hre

Hrc

118

125

68.5

-

269

284

-

27.6

121

127

70.0

-

275

292

-

28.7

122

130

71.0

-

285

301

-

29.9

126

132

72.0

-

295

310

-

31.0

128

135

73.0

-

302

319

-

32.1

131

137

74.0

-

312

329

-

33.2

134

140

75.0

-

321

339

-

34.3

137

143

76.5

-

331

350

-

35.4

140

147

77.5

-

341

360

-

36.6

143

150

78.5

-

352

372

-

37.8

146

153

79.5

-

363

383

-

39.1

149

156

81.0

-

375

396

-

40.4

152

159

82.0

-

388

410

-

41.8

156

163

83.0

-

402

425

-

43.1

159

167

84.0

-

415

440

-

44.5

163

171

85.0

-

430

457

-

45.8

166

175

86.0

-

444

474

-

47.2

170

178

87.0

-

-

495

-

48.7

175

183

88.0

-

-

516

-

50.3

179

188

89.0

-

-

535

-

51.4

183

192

90.0

-

-

553

-

52.5

187

196

90.5

-

-

560

-

53.0

192

202

91.5

-

-

577

-

54.0

197

207

93.0

-

-

595

-

55.0

202

212

93.5

-

-

613

-

56.0

207

218

94.5

-

-

633

-

57.0

212

222

95.5

-

-

653

-

58.0

217

228

96.5

-

-

674

-

59.0

229

234

97.5

19.0

-

697

-

60.0

229

241

98.0

20.5

-

720

-

61.0

235

247

99.0

21.6

-

746

-

62.0

241

253

100.0

22.8

-

772

-

63.0

248

261

101.0

24.1

-

800

-

64.0

255

269

-

25.4

-

832

-

65.0

262

276

-

26.5

-

-

-

-

LIMPIEZA DE LAS SUPERFICIES DE ACERO INOXIDABLE

INTRODUCCIÓN

El acero inoxidable es un material de elección para las industrias alimenticias, farmacéuticas y biotecnológicas, especialmente para las superficies en contacto con los productos. Sin embargo, para lograr todas las ventajas de sus excelentes propiedades, la superficie debe estar libre de depósitos contaminantes y materiales extraños, que se pueden eliminar reconociendo sus fuentes y realizando buenos procedimientos de limpieza.

LIMPIEZA DE LA SUPERFICIE

Los fabricantes de productos de acero inoxidable (chapas, barras, productos de fundición, etc.), realizan grandes esfuerzos para despachar sus productos con una buena terminación superficial.

Sin embargo, durante el transporte, o a medida que se van construyendo los equipos de proceso, y durante su uso, las superficies se ensucian con muchos tipos de materias extrañas y perjudiciales. Para que el acero inoxidable tenga un buen desempeño se debe eliminar toda esta contaminación. En latabla Ise resumen todos estos defectos y la manera de eliminarlos

Tabla I. Defectos superficiales y técnicas para su eliminación

Defecto

Técnica para eliminarlo

Polvo y suciedad

Lavar con agua y/o detergente. Si es necesario, hacerlo con agua a presión o vapor

Inclusiones de partículas de hierro Tratar la superficie con solución de ácido nítrico al 20%. Lavar con agua limpia. Confirmar la eliminación con el test del ferroxilo. Si el hierro está aún presente, utilizar una solución de acido nitrico (10%) y ácido fluorhídrico (2%). Lavar con agua limpia. Confirmar nuevamente con el test de ferroxilo. Repetir si es necesario. Eliminar todas las trazas del test del ferroxilo con agua limpia o ácido nítrico o acético diluídos.
Rasguños, manchas de calentamiento Pulir la superficie con un abrasivo fino. Decapar la superficie con una solución de ácido nítrico al 10% y ácido fluorhídrico al 2% hasta eliminar todas las trazas. Lavar con agua limpia o electropulir
Areas oxidadas Tratar la superficie con una solución de acido nítrico al 20%. Confirmar la eliminación del óxido con el test del ferroxilo. Lavar con agua limpia o ácidos nítrico o acético diluídos
Rugosidades Pulir con un abrasivo de grano fino
Marcas de electrodos Eliminar mediante pulido con abrasivo de grano fino, o soldar encima si está en la línea de la soldadura
Salpicaduras de soldadura Prevenirlas mediante la utilización de una película adhesiva a los costados del cordón de soldadura, o eliminarlas utilizando un abrasivo de grano fino
Marcas de decapante de soldadura Eliminar mediante abrasivo de grano fino
Defectos de soldadura Si es inaceptable, eliminar con amoladora y volver a soldar
Aceite y grasa Eliminar con solventes o limpiadores alcalinos
Residuos de adhesivos Eliminar con solventes o mediante pulido con abrasivo de grano fino
Pintura, tiza y crayon Lavar con agua limpia y/o limpiadores alcalinos
Productos de proceso Lavar con agua limpia o vapor, o disolver mediante solvente adecuado
Depósitos coloreados Disolver con ácidos nítrico, fosfórico o acético al 10-15 %. Lavar con agua limpia

LIMPIEZA

LA NATURALEZA DE LA SUPERFICIE DEL ACERO INOXIDABLE

Cuando el acero inoxidable se saca del baño ácido y se enjuaga con agua en la usina siderúrgica, una fina capa de óxido adherente se forma intantáneamente(fig. 1).Esta capa transparente, con un espesor típico de 8 a 10 Angstroms (1 Angstrom = 10-8 cm), está formada principalmente por óxidos de cromo y también contiene hierro y níquel. Cuando está limpia y adecuadamente formada, es bastante inerte bajo la mayoría de las condiciones. En este estado, se dice que el acero inoxidable está en estado "pasivo". Los subsiguientes tratamientos de "pasivación" son principalmentes tratamientos de limpieza que no inducen la pasividad, pero reparan los defectos en la superficie y eliminan las sustancias que pueden dañar la película superficial.

Esta película, aunque muy fina, es extremadamente durable y se mantiene continuamente en el aire u otro ambiente oxidante, tales como agua aereada o ácido nítrico. Cuando se produce un daño en este tipo de medio, la pelicula se repara automáticamente. Hay muy pequeña diferencia en la composición y propiedades de la película pasiva entre los diferentes tipos de acero inoxidable, aunque ciertas adiciones a la aleación tales como molibdeno pueden estabilizar el óxido y aumentar la resistencia a la corrosión.

Figura 1 – Vista en corte de una superficie de acero inoxidable

DAÑO SUPERFICIAL Y MATERIA EXTRAÑA INTRODUCIDA DURANTE LA FABRICACIÓN

Durante la fabricación de un equipo se pueden producir daños a la superficie, defectos, e introducir sustancias tales como polvo, suciedad, partículas de hierro, marcas por calentamiento y por desbaste, manchas de óxido, marcas de electrodos y salpicaduras de la soldadura, manchas de decapantes, aceites y grasas, soldaduras defectuosas, pinturas y adhesivos residuales, marcas de tiza, crayones, etc.

Algunos de éstos se pueden observar en laFigura 2. La mayoría no son intencionales y se producen debido a la ignorancia de sus efectos perniciosos; sin embargo, son potencialmente peligrosos para la película de óxido protectora. Una vez que se daña, el acero inoxidable que se encuentra debajo se debilita o se altera y puede comenzar la corrosión

Figura 2 – Tipos de defectos superficiales

Normalmente, la corrosión no ocurrirá en toda la superficie, sino sobre el defecto, o adyacente a él. Ese ataque localizado se hará normalmente por corrosión por picado o en rendijas. Ambos pueden ser muy profundos y/o extensos cuando ocurren, mientras el resto de la superficie permanece intacta(fig. 3 y 4).Se discutirá a continuación cada uno de estos problemas.

Figura 3 – Corrosion por picado


Figura 4 – Corrosión por rendija

Polvo y Suciedad: La fabricación se realiza a menudo en lugares polvorientos, y estas pequeñas partículas se adhieren a la superficie de los equipos. Normalmente se pueden eliminar por lavado con agua o limpiadores alcalinos. Sin embargo, los depósitos tenaces pueden requerir de agua a alta presión o limpieza con vapor.

Partículas de hierro sueltas o incrustadas:Sobre cualquier superficie, partículas de hierro sueltas se pueden oxidar e iniciar procesos de corrosión en el acero inoxidable. Por lo tanto, deben ser eliminadas.

Las partículas sueltas normalmente se eliminan junto con el polvo y la suciedad. Las partículas de hierro incrustadas pueden provenir de numerosas fuentes. El cepillado con cepillos de acero común, blastinado con arena o esferas de vidrio u otros abrasivos que hayan sido previamente usados sobre acero, hierro o fundición, o simplemente por blastinar estos metales en las cercanías de partes o equipos de acero inoxidable. Las partículas de hierro se incrustan fácilmente en las superficies durante las labores de montaje o traslado, a menos que estén debidamente protegidas.

Las tareas de inspección pueden prevenir y detectar la presencia de partículas de hierro. La norma ASTM A380 describe el test del ferroxilo para encontrar partículas de hierro o acero en la superficie de los aceros inoxidables. Se deberá utiizar cuando se requiera una máxima garantía de la ausencia de partículas de hierro. Si

resulta un test positivo, las superficies deberán ser escrupulosamente lavadas con agua corriente o ácido nítrico hasta que desaparezca el intenso color azul que denota la presencia de partículas de hierro. Como se hace notar en la norma ASTM A380, este test no se recomienda para ser aplicado a las superficies de equipos que elaboren productos para consumo humano, a menos que todas las trazas de la solución empleada para el test del ferroxilo sean totalmente eliminadas. Un test más simple consiste en exponer la superficie al agua durante 12 a 24 horas, para ver si aparecen manchas de óxido. Este test es menos sensible, y por supuesto, demanda más tiempo. Se debe recordar que éstos son tests para detección y no para eliminación de partículas de hierro. Se deben usar los métodos químicos y electroquímicos que se describen más adelante.

Rasguños: Los rasguños y otras asperezas se deben eliminar mecánicamente para prevenir la inclusión de reactivos o productos del proceso y/o contaminantes. Por detalles, ver la sección de métodos de limpieza mecánica.

Manchas de soldadura: si una superficie de acero inoxidable se calienta a una temperatura moderadamente alta en presencia del aire durante la soldadura o la limpieza con amoladora, se desarrolla un tinte oscuro de óxido de cromo a ambos lados y debajo de la soldadura(fig. 5).

Figura 5 – Corte de una sección de soldadura

El espesor de estas capas es mayor que la película protectiva de óxido y muy visible. Su color depende de su espesor y varía desde los rojos, azules y violetas iridiscentes al marrón. Los óxidos más gruesos generalmente son negros. Esto es el resultado de altas temperaturas o temeraturas moderadas durante un tiempo prolongado. Cuando ocurre cualquiera de estas oxidaciones, el contenido de cromo de la superficie metálica se reduce, resultando áreas de menor resistencia a la corrosión. Por lo tanto, no sólo se debe eliminar el tinte de la soldadura, sino la capa metálica con menor contenido de cromo.

Areas oxidadas: A menudo se ven áreas oxidadas en los productos o equipos de acero inoxidable antes o durante la fabricación. Normalmente, esto es un síntoma de una superficie contaminada. Las áreas oxidadas deben ser eliminadas antes de poner el equipo en servicio. Se deban usar los tests del ferroxilo o del agua para confirmar que las superficies han sido limpiadas completamente.

Desbaste y maquinado: ambas operaciones dejan una superficie áspera que puede incluir surcos, solapamientos y rebabas. Cada una de ellas puede también deformar el metal hasta una profundidad tal que el metal dañado no pueda ser eliminado por el decapado, electropulido o blastinado. La superficie áspera puede actuar como un sitio para que se inicie la corrosión o queden atrapados productos. El pulido con abrasivos gruesos debería limitarse a aquellas operaciones tales como eliminación de defectos de soldadura antes de volver a soldar, o eliminación de refuerzos excesivos de soldadura. En el último caso, se sugiere un posterior pulido con abrasivo más fino.

Marcas de soldadura de arco: Cuando el soldador enciende el arco en la superficie metálica, se forma un defecto importante. La película protectora ha sido dañada y se ha creado un sitio potencial para el desarrollo de la corrosión. El soldador debería iniciar el arco sobre la soldadura anterior o bien adelante del cordón de soldadura, y luego soldar sobre la marca.

Salpicaduras de soldadura: La tendencia de la soldadura a producir salpicaduras varía con el proceso de soldar. Por ejemplo, la soldadura TIG está bastante libre de salpicaduras, mientras que la soldadura con electrodos tiende a producir salpicaduras si las condiciones de trabajo no son las adecuadas. Es aconsejable recubrir la zona adyacente al cordón de soldadura con una lámina autoadhesiva que luego puede ser fácilmente removida sin daño para la superficie.

Manchas de decapante de soldadura: Los procesos que utilizan un decapante, tales como la soldadura por arco, o por arco sumergido, pueden dejar pequeñas partículas de decapante que no se eliminan con una limpieza normal. Estas partículas crean sitios para la iniciación de la corrosión por rendijas. Es necesario una técnica de limpieza mecánica.

Defectos de soldadura: tales como penetración incompleta, porosidad y rajaduras no sólo reducen la integridad de la soldadura, sino que también actúan favoreciendo la corrosión por rendijas. Durante el proceso de limpieza del equipo en operación, presentan problemas de retención de sólidos. Estos defectos pueden ser reparados rehaciendo la soldadura o bien por una combinación de amolado y reconstrucción de la soldadura.

Aceite y grasa: La materia orgánica, tal como el aceite, grasa y aún la marca de los dedos, producen sitios donde puede comenzar una corrosión localizada. Además, estas sustancias pueden actuar interfiriendo con los procesos de limpieza química o electroquímica, y deben ser completamente removidos. La norma ASTM A380 detalla un test simple para detectar la contaminación por sustancia orgánica. Se realiza dejando caer agua por la superficie colocada en forma vertical. En las zonas contaminadas por materia orgánica, la película de agua se rompe, permitiendo su detección. Los aceites y grasas se pueden eliminar con solventes adecuados o con lavados con sustancias alcalinas.

Residuos de adhesivos: los residuos de cintas o papeles protectores a menudo permanecen sobre las superficies aún cuando sean arrancados. Si las partículas de adhesivo están todavía blandas, se pueden eliminar mediante solventes. Sin embargo, cuando estas partículas han sido sometidas a la acción de la luz y/o el aire, se endurecen y forman sitios para la corrosión por rendijas. Se necesita entonces una limpieza mecánica con un abrasivo fino.

Marcas de pintura, tiza y crayon: Los efectos que producen estos contaminantes son similares a los del aceite y la grasa. Se necesita una limpieza con cepillo, bien con agua o con algún producto alcalino. También se puede utilizar agua a presión o vapor.

DEFECTOS SUPERFICIALES CAUSADOS POR LA ESTRUCTURA METALICA

Las imperfecciones superficiales discutidas hasta ahora han sido causadas por eventos debidos a acciones externas, no por el acero inoxidable en sí. Hay defectos que se pueden atribuir a la estructura metálica. Debido a la forma en que los metales se funden y cuelan antes del proceso de forja o laminación, la mayoría de las aleaciones, incluída el acero inoxidable contienen inclusiones sólidas no metálicas. Otras sustancias también pueden ser incluídas dentro del metal en las operaciones de forjado, especialmente sulfuros, que desarrollan sitios donde puede tener lugar la corrosión por picado. Normalmente, estas inclusiones se remueven durante el decapado ácido, pero en algunos casos, cuando el azufre se agrega para mejorar la maquinabilidad, permanece una cantidad de partículas suficiente como para ocasionar problemas.

Para minimizar la ocurrencia de defectos atribuibles a la usina siderúrgica, el fabricante de equipos debería inspeccionar visualmente la superficie del material recibido como así también las de los productos terminados. El comprador del equipo también debería hacer una inspección similar. Los defectos menores u ocasionales generalmente se pueden eliminar mediante un pulido con abrasivo de grano fino. Los defectos relacionados con el azufre se encuentran generalmente con el tipo AISI 303, un grado de acero inoxidable de fácil maquinabilidad normalmente suministrado como barras.

DEFECTOS SUPERFICIALES Y COLORACIONES DEBIDAS A CONDICIONES DE PROCESO U OTRAS FUENTES

Los depósitos secos de productos son ejemplos de contaminación de la superficie durante el proceso. En las industrias alimenticias, de bebidas y farmacéuticas, comúnmente los equipos tienen múltiples usos. Estos necesitan una limpieza frecuente entre procesos. Algunas veces la limpieza es incompleta y quedan productos del primer proceso. Estos pueden actuar como sitios para la corrosión por picado o por rendijas. Se necesita una limpieza profunda de todas las superficies.

Bajo ciertas condiciones no bien comprendidas, pero usualmente en procesos en los que se maneja agua de alta pureza, a alta temperatura o con vapor, se desarrollan depósitos coloreados. Muchas veces no se sabe cómo se forman. Algunos son pulverulentos y otros están firmemente adheridos a la superficie, y los colores son muy variables. Normalmente son rojos a anaranjados, aunque también pueden ser negros, grises, púrpuras, azules, y aún hasta amarillo-verdosos. Se supone que se debe a alguna forma de óxido de hierro hidratado.

La fuente del material que produce estos depósitos generalmente es desconocida. Este fenómeno no aparece al comienzo del funcionamiento del equipo, sino después de algunos días o incluso años. A veces aparece en toda la superficie y otras en lugares específicos. Aparentemente, la corrosión del propio equipo no es la responsable, sino que se origina en equipos de acero o de acero inoxidable de bajo cromo, tales como generadores de vapor o cañerías, ubicados corriente arriba del proceso. Algunos piensan que proviene de impurezas del pulido y suciedades de soldaduras de áreas no limpiadas convenientemente. También se ha sugerido que proviene del agua de alimentación. Cualquiera que fuera la fuente, parece ser que el material que contiene hierro se disuelve y se transporta como iones o coloides hasta el lugar donde las condiciones son apropiadas para la precipitación.

Cualquiera fuera la razón de este fenómeno, son contaminantes que no pueden ser tolerados en sistemas sanitarios. Las partículas pueden desprenderse de las superficies y contaminar a los productos. Estas mismas partículas pueden tapar filtros o iniciar procesos de corrosión localizada. Cuando se encuentra, debe ser eliminado inmediatamente. Estos depósitos se pueden detectar pasando un paño limpio sobre la superficie. Una mancha coloreada aparecerá sobre el paño. Para la limpieza se pueden usar satisfactoriamente soluciones moderadamente concentradas de ácido nítrico, fosfórico, cítrico u oxálico. Se ha ensayado el ácido clorhídrico inhibido con y sin cloruro férrico, pero siempre existe el riesgo de corrosión del acero inoxidable con este ácido.

Dado que la formación de este tipo de depósitos es un fenómeno recurrente, se requiere una limpieza ácida cada vez que se encuentra.

ELIMINACION DE LA CONTAMINACION SUPERFICIAL: LIMPIEZA MECANICA

Las técnicas de limpieza mecánica tales como blastinado con partículas abrasivas, limpieza con cepillos y pulido, son muy usadas. Sin embargo, se debe tener mucho cuidado cuando se emplean estos métodos. Para el blastinado se debe usar un abrasivo limpio, libre de carbón o de partículas de hierro o acero. Las esferas de vidrio son efectivas, al igual que pedazos de cáscara de nuez. Estos medios tienen la ventaja de que no aumentan excesivamente la rugosidad de la superficie, como lo hacen la arena u otras partículas más duras. La limpieza con cepillo se debe hacer solamente con cepillos hechos con alambres de acero inoxidable, y no deben ser nunca usados con cualquier otro material que no sea acero inoxidable.

Los discos abrasivos y las poleas con abrasivos son elementos que se usan comúnmente para eliminar la coloración de la soldadura y otras imperfecciones menores de la superficie. Se debe tener cuidado, ya que, como en otras operaciones de pulido, estos tratamientos pueden afectar a la superficie en su resistencia a la corrosión.

El pulido con poleas de grano grueso deforma y cambia la superficie en mayor grado que las técnicas ya discutidas. El pulido profundo debería ser utilizado solamente para preparar superficies para soldar o para eliminar imperfecciones de la soldadura antes de volver a soldar. Este pulido puede afectar de gran manera la microestructura de la superficie metálica. Aunque esto no afecte la resistencia a la corrosión, se crean grandes tensiones y es probable que la superficie se fisure. Cuando sea práctico, el esmerilado debería limitarse a discos abrasivos y ruedas flap en lugar de piedras de amolar. Las superficies fuertemente trabajadas se deben eliminar mediante los métodos químicos y electroquímicos que se describen a posteriori.

ELIMINACION DE LA CONTAMINACION SUPERFICIAL: LIMPIEZA QUIMICA Y ELECTROQUIMICA

Las incrustaciones de hierro, las coloraciones de soldaduras, la capa reducida en cromo que se encuentra debajo de los óxidos y coloraciones de soldadura, las capas superficiales alteradas por tratamiento mecánico y de pulido, y las inclusiones de sulfuro; se pueden eliminar mediante un tratamiento ácido, disolución electroquímica o pulido. Estos procesos remueven de manera controlada las áreas afectadas, resultando una superficie perfectamente limpia y libre de defectos. La película protectora se forma después de la exposición al aire, agua aereada o ácido nítrico.

La norma ASTM A380 da una serie de soluciones para limpieza química y tratamiento ácido. Las más comunes son aquellas que contienen ácido nítrico con una concentración de alrededor del 20%, que son muy buenas para remover manchas y partículas de hierro. Sin embargo, para eliminar la coloración y los óxidos de soldadura se sugiere una solución de ácido nítrico al 10% con 2% de ácido fluorhídrico. La adición de ácido fluorhídrico es esencial, ya que sin él el acero inoxidable no se corroe y no se pueden eliminar las zonas con bajo contenido de cromo. El tratamiento se realiza generalmente por inmersión o por lavado del equipo con la solución ácida apropiada. Cuando el equipo no se puede tratar por inmersión, se pueden utilizar pastas que se aplican con pincel o rodillo y se lavan con agua una vez que hayan actuado. Dado que estos tipos de tratamientos incrementan la rugosidad de la superficie, se debe controlar cuidadosamente el proceso. Obviamente, estos procesos cambian la apariencia superficial, pero generalmente no de una manera inaceptable.

En la limpieza electroquímica o electropulido, la superficie del acero inoxidable se remueve a través de la aplicación de una corriente eléctrica continua en un electrolito apropiado. La profundidad del metal removido se puede controlar muy bien. A diferencia del tratamiento ácido, que tiende a aumentar la rugosidad de la superficie, el electropulido tiende a alisarla, eliminando irregularidades y muchos defectos. A veces, para lograr la rugosidad superficial requerida, se necesita una combinación de pulido mecánico seguido por un electropulido. En la etapa de pulido mecánico, pueden quedar atrapadas partículas en la superficie, que son eliminadas en la etapa de pulido electrolítico, previniendo futuros problemas. Hay muchas afirmaciones que la menor rugosidad superficial obtenida por el electropulido incrementa la resistencia a la corrosión, pero la experiencia normalmente muestra que es más importante la limpieza que la rugosidad superficial. También es cierto que las superficies tratadas electroquímicamente son mucho más fáciles de limpiar, lo cual aumenta la resistencia a la corrosión. La limpieza y pulido electroquímico normalmente son realizados por inmersión, lo cual no es siempre posible con equipos grandes o de forma complicada. Si ese fuera el caso, se pueden utilizar instrumentos manuales como el que se muestra en laFigura 6, para tratar áreas localizadas.

Figura 6 – Herramienta manual para electropulido

PASIVACION

Ya se han mencionado los procedimientos para pasivar el acero inoxidable. La norma ASTM A380 describe un número de soluciones y métodos para pasivado. Se acepta generalmente que no son más que moderadas técnicas de limpieza. Si incrementan la resistencia a la corrosión de manera significativa, es algo que está en discusión. Pueden ayudar a reparar, pero no cambian significativamente a la película protectora de óxido, ni remueven ninguna cantidad sustancial de defectos superficiales. A menudo eliminan materiales solubles y partículas metálicas adheridas a las superficies maquinadas o sucias del acero inoxidable.

LIMPIEZA DE LOS EQUIPOS DE ACERO INOXIDABLE

Como se mencionó anteriormente, muchos de los defectos superficiales se introducen durante la fabricación y manejo de los materiales y equipo. A través de la insistencia en procedimientos e inspecciones adecuados, se pueden evitar muchos problemas asociados con la falta de cuidados y errores de fabricación.

Se sugieren las siguientes especificaciones para agregar a las órdenes de compra:

1 – Todas las superficies que estarán en contacto con los productos del proceso deberán estar libres de aceite, grasa, marcas de dedos, crayones, tintas, pinturas, cintas, y otras sustancias que contengan material orgánico. Se requerirá el test previsto por la norma ASTM A380.

2 – Todas las superficies deberán estar libres de contaminación por hierro. Se requerirán los tests del agua y del ferroxilo estipulados en la norma ASTM A380.

3 – Todas las soldaduras deberán estar libres de coloración y otras oxidaciones, salpicaduras, marcas de electrodos, decapantes y zonas manchadas por cepillado y pulido. Si la inspección visual revela estos defectos, se requerirá el tratamiento mecánico, quimico y/o electroquímico adecuado.

4 – Todos los defectos de soldadura tales como penetración incompleta, fusión incompleta y rajaduras, deberán ser reparadas desbastando y volviendo a soldar.

5 – Se requerirá que todas las aberturas sean cerradas después que se hayan realizado los procedimientos de limpieza. Todas las tapas deberán parmanecer en posición hasta en ensamblado final y durante el transporte.

6 – El equipamiento será inspeccionado en el establecimiento del fabricante, antes del embarque, para dar cumplimiento a los puntos 1, 2, 3, 4 y 5.

CONSIDERACIONES ESPECIALES PARA LAS PLANCHAS, CAÑOS , TUBOS Y PRODUCTOS DE FUNDICION

Estos productos presentan problemas especiales cuando la calidad de la superficie es importante. Se hará un breve comentario sobre cada uno de ellos:

1 –Planchas: se considera plancha al material que tiene más de 5 mm. de espesor. Aunque se suministran normalmente laminadas en caliente y decapadas, la norma ASTM A480/A480M describe cinco terminaciones superficiales. La terminación superficial nº 4, que se produce mediante pulido con abrasivo grano 150, es adecuada para servicio sanitario. Las otras son normalmente demasiado rugosas. También pueden contener rajaduras y otros defectos que pueden ser iniciadores de procesos de corrosión.

2 –Tubos y Caños: los productos tubulares soldados con espesores de pared de 5 mm. o menos se hacen a partir de cintas. La calidad de la superficie original de estos productos normalmente es bastante brillosa y suave. La norma ASTM A270 se utiliza ampliamente cuando la facilidad de limpieza es un requerimiento. Los tubos hechos de acuerdo con la ASTM A270 están disponibles con la superficie esmerilada, pulida o electropulida. Los productos tubulares hechos de acuerdo con las otras especificaciones ASTM tales como la A312/A312M, tienen la mayor de las veces la superficie decapada. Los tubos de paredes más gruesas están hechos a partir de planchas, y tienen la misma terminación superficial. Se deberá especificar una terminación nº 4 cuando se los utilice en un servicio sanitario.

Cuando los productos tubulares y otros componentes estén unidos por soldadura, es esencial que las superficies interiores estén libres de coloraciones antes de que el equipo se ponga en servicio. Se puede usar un decapado cuidadosamente controlado para eliminar estos óxidos. Algunos fabricantes producen tubos con las superficies interiores electropulidas después de la soldadura. La soldadura orbital automática es una excelente técnica que produce una soldadura lisa esencialmente libre de coloración.

3 –Barras: para mejorar la maquinabilidad, muchos productos redondos de acero inoxidable se hacen con aleaciones especiales de alto contenido de azufre, tal como la AISI 303. Esto conduce a un incremento en el número de inclusiones globulares de sulfuros, que son estiradas a medida que se forma la barra. Debido a su longitud, es probable que las inclusiones no sean completamente eliminadas por el decapado, especialmente en los extremos. También las partes maquinadas a menudo no son sometidas a un decapado como tratamiento estándar. Esto puede conducir a problemas mayores, debido a que los sulfuros expuestos pueden actuar como sitios donde comienza el picado. Probablemente, la mejor práctica sea utilizar solamente las aleaciones con bajo contenido de azufre y aceptar el incremento en los costos de maquinado.

4 –Fundiciones: la mayoría de las aleaciones comunes de acero inoxidable pueden ser fundidas, y su resistencia a la corrosión es similar. La mayor diferencia en el uso de elementos fundidos es que normalmente tienen superficies más rugosas y porosas que los productos forjados. También tienen más trabajo de esmerilado y reparaciones por soldadura. Es importante que los usuarios de productos fundidos insistan en la buena calidad de las fundiciones, y demanden los mismos procedimientos de limpieza que los que se usan en el equipamiento fabricado con productos forjados.

LIMPIEZA DE LOS EQUIPOS ANTES DE LA INSTALACION Y PUESTA EN MARCHA

A menudo los equipos se ensucian y contaminan durante la instalación y operación. Se deben eliminar los precipitados, productos depositados, polvo y suciedad, y otros materiales adheridos a la superficie. Normalmente los procedimientos de limpieza de los equipos en funcionamiento incluyen todos o alguno de los siguientes procedimientos:

1 – desagotado y enjuagado con agua limpia

2 – lavado con agua a alta presión

3 – inyección de vapor a baja y/o alta presión

4 – lavado con solventes o álcalis para eliminar aceites, grasas y otras sustancias orgánicas. Si se usan limpiadores alcalinos, debe ser seguido por un lavado con agua limpia.

5 – lavado con ácidos, seguido por un enjuague con agua limpia. Si se usa ácido clorhídrico, se debe tenr un cuidado extremo, debido a que los cloruros residuales pueden promover la corrosión por picado, por rendijas y por fatiga.

SUMARIO

1 – los aceros inoxidables forman una película autoprotectora estable cuando son expuestos al aire y/o agua aereada. No es necesario utilizar tratamientos pasivantes para obtener la máxima resistencia a la corrosión.

2 – las operaciones de fabricación frecuentemente dañan y contaminan las superficies de acero inoxidable. Cuando esto ocurre, la superficie se debe limpiar mediante técnicas mecánicas, químicas y/o electroquímicas. Después de la limpieza por estos métodos, la película protectora se volverá a formar espontáneamente.

3 – el maquinado y el esmerilado grueso generalmente dejan inclusiones en la superficie. Estas deben ser eliminadas por procedimientos químicos o electroquímicos.

4 – las coloraciones y óxidos de soldadura se deben prevenir o eliminar mecánica, química y/o electroquímicamente.

5 – los defectos de las soldaduras se deben reparar mediante esmerilado y reparacion de la soldadura.

6 – las superficies después de decapadas son más rugosas que después de electropulidas.

7 – el decapado y electropulido normalmente se realizan mediante inmersión. Sin embargo, se pueden usar pastas para decapado y elementos mecánicos manuales para el electropulido.

8 – para asegurar buenas superficies, es necesaria una atención especial durante la obtención de los productos tubulares o planos.

9 – debido a la rugosidad inherente de las fundiciones, se necesitan cuidados y procedimientos especiales para su limpieza.

10 – para asegurar una limpieza satisfactoria de las superficies, se deben incluir los procedimientos y especificaciones en las órdenes de compra. Se recomienda una inspección in situ antes del embarque.

COMPOSICIÓN

Composición Química (%) de los Aceros Inoxidables Austeníticos y Aleaciones de Níquel.Descargar

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