Desarrollo de materiales y procesos de alto rendimiento para aplicaciones en condiciones energéticas extremas

El acero inoxidable austenítico AISI 310 (25Cr-20Ni) se utiliza habitualmente para aplicaciones de carga y alta temperatura, ya que combina una elevada resistencia a altas temperaturas junto con una excelente resistencia a la deformación por fluencia, así como a la corrosión y la oxidación.

Sin embargo, debido a la búsqueda continua de mejoras en la productividad y las demandas de sostenibilidad, se ha diseñado una nueva familia de aceros austeníticos fundidos modificados para mejorar la resistencia a la fluencia de los rodillos y vigas de acero inoxidable.

Estas piezas transportan las chapas de acero en bruto en el horno de austenización por estampación en caliente y están expuestas continuamente a altas temperaturas de 930 °C (ocasionalmente 1000 °C) y a cargas y desgaste significativos. Se emplearon herramientas de simulación termodinámica basadas en Calphad para ayudar en el diseño de tres nuevas aleaciones.

Se han propuesto pequeñas adiciones de C, Mo, W y Nb, así como modificaciones de los contenidos de Cr y Ni, para mejorar la resistencia a la fluencia. Se llevaron a cabo pruebas de fluencia en dos condiciones de prueba, 930 °C/48 MPa y 950 °C/25 MPa respectivamente.

En particular, una de las aleaciones propuestas (aleación 2) mostró propiedades de fluencia excepcionales; su vida útil por rotura por fluencia fue en ambas condiciones de prueba aproximadamente seis veces mayor que la del AISI 310 que se utiliza actualmente. Las propiedades de fluencia de esta aleación se mejoraron aún más mediante el uso del proceso de hidrosolidificación para la fabricación de barras de prueba y geometrías similares a componentes (vigas) en comparación con el proceso de fundición por gravedad convencional. Se realizó una investigación avanzada de la microestructura en el microscopio electrónico de cañón de emisión de campo empleando espectroscopia de rayos X de energía dispersiva y difracción de retrodispersión de electrones en muestras de prueba de fluencia y en estado bruto para observar la evolución microestructural en las diferentes aleaciones y procesos de fabricación.

Financiación: Este estudio se ha llevado a cabo en el seno del proyecto Hipermat financiado por la Unión Europea bajo el acuerdo de subvención 958196.