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Tuberías de acero inoxidable ferrítico se utilizan ampliamente en sistemas de escape de automóviles, intercambiadores de calor y electrodomésticos debido a su excelente resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC), bajo coeficiente de expansión térmica y ventajas de costo. Sus procesos de fabricación se clasifican principalmente en tubos soldados y sin costura. Estos procesos difieren significativamente, pero ambos son cruciales para las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión del producto final.
Proceso de fabricación de tubos de acero inoxidable ferrítico sin costura
La clave para la fabricación de tubos sin costura radica en lograr una alta uniformidad en la estructura y las propiedades del material en toda la pared del tubo mediante perforación en caliente y trabajo en frío de precisión, evitando así la introducción de defectos de soldadura.
1. Preparación y perforación
Selección de materia prima: Se utilizan palanquillas redondas de acero inoxidable ferrítico de alta pureza. Debido a que los grados ferríticos (como 430, 439 y 444) generalmente tienen una ductilidad menor que los aceros austeníticos, la calidad metalúrgica de las palanquillas es extremadamente alta, con un control estricto de las inclusiones y la segregación.
Calentamiento: El tocho se calienta a la temperatura de perforación. El control preciso de la temperatura garantiza la ductilidad y evita el engrosamiento de los granos o la oxidación de la superficie.
Perforación: Se utiliza un perforador giratorio para perforar un tocho de acero sólido en una carcasa hueca. Este es el paso más crítico en la fabricación de tubos sin costura, ya que la calidad de la perforación determina directamente la dificultad de los procesos posteriores y la calidad de las superficies internas y externas del tubo.
2. Rodar y dibujar
Laminación/Extrusión en Caliente: Luego, la carcasa ingresa a un laminador de tubos (como un laminador Pilger) para seguir laminando en caliente para reducir el diámetro exterior y el espesor de la pared mientras se mejora la calidad de la superficie interna y externa y la precisión dimensional, lo que da como resultado un tubo rugoso. Para ciertos grados de alta aleación, se puede utilizar la extrusión.
Preparación para el trabajo en frío: El tubo rugoso se decapa para eliminar las incrustaciones de óxido y prepararlo para el trabajo en frío.
Trabajo en frío: este es un paso clave para lograr tuberías sin costura de alta precisión. Incluye principalmente el laminado en frío y el estirado en frío. El estirado en frío pasa el tubo a través de una matriz, reduciendo sus dimensiones y mejorando su acabado superficial. El trabajo en frío aumenta significativamente la resistencia del tubo, pero también provoca endurecimiento por trabajo y reduce el alargamiento.
3. Tratamiento térmico y acabado
Recocido: Después del trabajo en frío, el tubo debe someterse a un recocido por solución (o recocido intermedio) para eliminar el endurecimiento por trabajo y las tensiones residuales, restaurar la ductilidad del acero inoxidable ferrítico y optimizar su resistencia a la corrosión. La temperatura de recocido y el tiempo de mantenimiento afectan significativamente el tamaño de grano de los tubos ferríticos.
Enderezado: Elimina las curvaturas introducidas durante el tratamiento térmico.
Acabado e inspección: Esto incluye corte, biselado, decapado, pulido y, fundamentalmente, pruebas no destructivas (NDT), como pruebas de corrientes parásitas y pruebas ultrasónicas, para garantizar que el tubo esté libre de defectos internos como grietas o capas intermedias.
Proceso de fabricación de tubos de acero inoxidable ferríticos soldados
La fabricación de tubos soldados se basa en tiras (bobinas), lo que ofrece las ventajas de una alta eficiencia de producción y precisión dimensional. Sin embargo, la estructura metalográfica en la zona de soldadura debe ser consistente con la del material base y se debe evitar la corrosión intergranular.
1. Preparación y Conformación
Preparación de la materia prima: Se utiliza bobina laminada en frío de acero inoxidable ferrítico terminada (bobina laminada en frío) o bobina laminada en caliente. La calidad del borde y la tolerancia del espesor de la tira son fundamentales y afectan directamente a la estabilidad de la soldadura posterior.
Corte: La bobina se corta longitudinalmente en tiras de un ancho específico, que corresponde exactamente a la circunferencia del tubo deseado.
Conformado continuo: la tira pasa a través de una serie de rodillos, doblándola gradualmente hasta obtener una forma de tubo redondo y abierto, conocido como tubo en bruto. Este proceso debe ser uniforme y continuo para evitar concentraciones de tensiones.
2. Soldadura
Soldadura por inducción de alta frecuencia (HFIW) o soldadura por arco de plasma (PAW): este es el método de soldadura más utilizado para tuberías de acero inoxidable ferrítico.
HFIW utiliza una corriente eléctrica de alta frecuencia para generar calor, fusionando los bordes del tubo en bruto. Debido a que los grados de acero inoxidable ferrítico (particularmente los grados estabilizados) generalmente tienen una excelente soldabilidad, HFIW puede lograr una soldadura autógena rápida y de alta calidad (sin la adición de metal de aportación).
La clave del proceso de soldadura es el control preciso de la entrada de calor y la extrusión para garantizar el refinamiento del grano en el área de soldadura, evitar la formación de fases frágiles como la martensita y minimizar la oxidación de la soldadura.
Recorte de cordones: Después de soldar, los cordones de soldadura que sobresalen dentro y fuera de la soldadura deben eliminarse inmediatamente para cumplir con los requisitos dimensionales y de resistencia a los fluidos.
3. Dimensionado y Acabado
Recocido brillante en línea: Para el acero inoxidable ferrítico, el recocido brillante continuo en línea generalmente se realiza inmediatamente después de la soldadura. El tratamiento térmico en una atmósfera protectora (como hidrógeno o una mezcla de nitrógeno e hidrógeno) tiene como objetivo restaurar la microestructura de la soldadura y su zona afectada por el calor (HAZ), eliminar tensiones residuales y mantener el acabado superficial de la tubería, eliminando la necesidad de decapado adicional.
Dimensionado y enderezamiento: Después del recocido, la tubería pasa por un molino de dimensionamiento para su dimensionamiento final y corrección de redondez, seguido del enderezamiento.
Prueba de corrientes de Foucault: La prueba de corrientes de Foucault del área de soldadura es un paso clave de control de calidad, que garantiza que la soldadura esté libre de defectos como penetración incompleta, porosidad y grietas.
