Acero resistente al calor y acero para válvulas

Aceros resistentes al calor: composición química y características

Para los elementos y componentes que funcionan a temperaturas superiores a 600 ℃, se utilizan aceros resistentes al calor y a la fluencia.

A diferencia de los aceros para calderas, los productos resistentes al calor y a la fluencia se utilizan en un rango de temperatura de trabajo de 800-1150 ℃. Estos son rangos generalmente aceptados, y cada tipo de un subgrupo concreto tiene un propósito, un límite de fluencia, una resistencia a la fluencia y un entorno en el que puede funcionar durante un periodo de tiempo específico. Estos aceros son muy resistentes a los efectos corrosivos de la atmósfera oxidante a altas temperaturas.

El cromo, entre otros, es responsable de la propiedad de resistencia al calor. Por ejemplo, en los aceros H6S2 - X10CrAl7 se encuentra en un rango de aproximadamente 5-8 %. En presencia de altas temperaturas y entornos difíciles, aparecen óxidos en la superficie del producto debido a la oxidación, aumentando su espesor a medida que aumenta la temperatura. Todo el proceso de recubrimiento del producto solo dura hasta que se forma una capa suficiente para soportar un entorno específico que se adhiere a la superficie intacta y apenas se desprende, protegiendo los demás aditivos de aleación del interior del producto.

En muchas situaciones, el ahorro de acero contribuye a la destrucción del producto, ya que una cantidad insuficiente de material de aleación hace que los óxidos se agrieten y se vuelvan a crear las capas posteriores, destruyendo el producto en un periodo de tiempo relativamente corto.

Resistencia al calor

La resistencia al gas, los vapores químicos, el vapor y los reactivos viene determinada por la resistencia al calor o a la corrosión por gases y la temperatura, que supera los 550 ℃ sin tener en cuenta la carga a la que está expuesto el producto. Los aceros resistentes al calor contienen cromo en un rango del 5-30 % en su composición química. Además del cromo, los elementos de aleación más comunes son el aluminio (Al), el silicio (Si), el titanio (Ti) y, como residuos, el niobio (Nb), el cerio (Ce) y el nitrógeno (N).

Algunos de los aceros resistentes al calor pueden, al mismo tiempo, servir como aceros resistentes a la fluencia: estas aleaciones con adición de níquel con estructura austenítica y austenítico-ferrítica. El contenido de carbono de los aceros resistentes al calor es de hasta un 0,30 %, gracias a lo cual tienen una dureza y una resistencia a la abrasión adecuadas.

Cabe añadir que el silicio y el aluminio añadidos en pequeña cantidad mejoran el tratamiento térmico del material. Debido a su estructura, distinguimos entre aceros ferríticos, aceros austeníticos resistentes al calor y aceros austenítico-ferríticos resistentes al calor. Se utilizan cuando, además de altas temperaturas, se requieren productos como barras, tubos o láminas resistentes a los compuestos de azufre, los gases de escape de los motores, la nitruración y la cementación. Se utilizan como aceros para cajas de cementación, aceros para fundas de termopares, raíles en hornos, piezas de cámaras de vacío y tubos resistentes al calor de hornos industriales.

Resistencia a la fluencia

A su vez, la resistencia a la fluencia determina la resistencia de la aleación o del acero de alta aleación a numerosas deformaciones causadas por tensiones debidas al funcionamiento del elemento a altas temperaturas. Los tipos de acero resistentes a la fluencia tienen una estructura austenítica y su composición química incluye entre un 13 y un 28 % de cromo, y entre un 8 y un 27 % de níquel. Dependiendo del tipo de aleación, las proporciones de estos elementos se regulan alternativamente en función del entorno previsto para el producto en cuestión (especialmente en las aleaciones de cromo-níquel).

Las aleaciones que aumentan el rango de temperatura de recristalización y fusión, y al mismo tiempo aumentan el nivel de enlace atómico de la red de sólidos, son el cromo, el titanio y el silicio, así como el vanadio, el molibdeno, el tungsteno y el cobalto. El contenido de carbono en los aceros típicamente resistentes a la fluencia en relación con los aceros resistentes al calor se mantiene en un nivel insignificante, hasta un 0,16 %, lo que es relativamente común en las estructuras austeníticas.

Las propiedades de los aceros resistentes a la fluencia aumentan con el curado y como resultado del aplastamiento, pero disminuyen con la deformación plástica en frío y la coagulación de la separación de fases.

Aceros para válvulas Silchrom: la aplicación y especificaciones

El cromo y el silicio (CrSi) forman un dúo conocido como acero SilChrom, cuyo nombre oficial es «aceros para válvulas». Se trata de un pequeño grupo de aceros resistentes a la deformación destinados a motores de aviación, motores de combustión de maquinaria pesada y piezas y válvulas de automoción.

Fabricados principalmente en forma de piezas forjadas para válvulas, son resistentes a los gases de escape de los motores de aviación, no son erosionables por el polvo de los gases de escape, presentan una alta relación dureza-temperatura, no se deforman durante el funcionamiento, son fáciles de moldear durante el procesamiento plástico y mecánico y, como pocos aceros resistentes a la fluencia, tienen una estructura martensítica.

Aceros para válvulas: composición química

El contenido de carbono de este grupo de aceros es de aproximadamente 0,4-0,6 %, la temperatura de funcionamiento es de hasta 750 ℃ y, como producto de trabajo, se entrega en estado ablandado. La adición de tungsteno y molibdeno en los aceros martensíticos para válvulas contrarresta la fragilidad y aumenta la seguridad durante el proceso de templado. El procesamiento del acero para válvulas implica el endurecimiento a temperaturas de 1000-1200 ℃ y el templado a 720-850 ℃ con enfriamiento en agua o aire.

En el grupo de los aceros para válvulas también hay aceros menos populares con estructura austenítica y austenítico-ferrítica. En los aceros austeníticos, los principales aditivos son el nitrógeno, el níquel y el manganeso, que junto con el cromo crean elementos austenitogénicos. Con respecto a los aceros al cromo-silicio, los aceros austeníticos se caracterizan por una resistencia aún mayor a altas temperaturas.

Tubos, barras y chapas resistentes a la fluencia y al calor

Los aceros resistentes al calor y a la deformación descritos anteriormente están definidos por PN-71 / H-86022, PN-80 / H-87045, la norma industrial BN-63 / 0644-02 y las normas europeas EN 10088-1, PN-EN 10302, PN-EN 10269 y PN-EN 10090, según las cuales se proporcionan:

• Tubos resistentes a la fluencia y al calor conforme a PN-96/H-74245, PN-85/H-74242, EN 10216-5, EN 10217-7
• Chapas resistentes a la fluencia y al calor conforme a PN-83/H-92128, PN-86/H-92138, BN-63/0642-01, ZN-62/0632-03, PN-EN 10088-2,
• Piezas forjadas y barras forjadas de acero para válvulas, resistentes al calor y a la fluencia. conforme a PN-93/H-93004, BN-65/0631-06, PN-60/H-94010, PN-EN 10250
• Tiras laminadas en frío resistentes al calor y a la fluencia conforme a PN-93/H-92332, PN-83/H-92336, PN-EN 10088-2
• Barras de acero resistentes al calor y a la deformación, fabricadas en acero para válvulas conforme a PN-93/H-93004, PN-60/H-93013, ZN-62/0632-03,
• Perfiles y secciones resistentes al calor y a la fluencia, conformados en frío. PN-EN 10088-5
• Barras luminosas resistentes al calor y a la fluencia conforme a PN-86/H-93026, BN-63/0644 PN-EN 10088-3,PN-EN 10088-5
• Alambres resistentes al calor y a la fluencia conforme a PN-86/H-93026, PN-87/H-92610, PN-EN 10088-3, PN-EN 10088-5