Guía de forja de acero inoxidable: Explicación de los 3 tipos principales

El acero inoxidable es un tipo de acero de alta aleación con bajo contenido en carbono (generalmente no superior a 0,4% en masa) y que contiene diversos elementos de aleación (con una fracción en masa de elementos de aleación superior a 13%).

El acero inoxidable se divide en acero inoxidable ferrítico, acero inoxidable austenítico y acero inoxidable martensítico en función de su estructura matricial. El acero inoxidable tiene una gran resistencia a la deformación, baja conductividad térmica, gran sensibilidad al sobrecalentamiento y poca forjabilidad.

Forja de acero inoxidable ferrítico

El acero inoxidable ferrítico contiene una pequeña cantidad de carbono, con una fracción másica de cromo de 16% a 30% (como 20Cr13, 10Cr17, etc.). Este tipo de acero no sufre transformación estructural durante el calentamiento y el enfriamiento, y no puede utilizar métodos de tratamiento térmico para mejorar la resistencia o refinar los granos, sólo los métodos de forja pueden refinar los granos. Su temperatura de recristalización es baja, la velocidad de recristalización es rápida, los granos tienden a crecer durante el calentamiento y la forjabilidad es escasa. Los puntos clave del proceso de forja del acero inoxidable ferrítico son los siguientes:

1) El grano del acero inoxidable ferrítico empieza a crecer a 600°C. Para evitar el engrosamiento del grano durante el proceso de calentamiento, la temperatura de calentamiento no debe ser demasiado alta y el tiempo de mantenimiento no debe ser demasiado largo. La temperatura inicial temperatura de forja es de 1100 a 1150°C, y la temperatura de calentamiento del último fuego no debe superar los 1000°C. Para reducir el tiempo de permanencia del tocho a altas temperaturas, debe calentarse rápidamente a la temperatura inicial de forja después de calentarlo lentamente a 760°C.

2) Dado que el acero inoxidable ferrítico no puede utilizar métodos de tratamiento térmico para refinar los granos, debe forjarse completamente durante la forja para refinar los granos y garantizar una deformación suficiente y una deformación uniforme. La deformación del último fuego debe ser superior a 12% a 20%. La temperatura final de forja debe ser inferior a 800°C para evitar la reagregación de los granos refinados. Sin embargo, para evitar el endurecimiento por deformación causado por una temperatura final de forja demasiado baja, la temperatura final de forja no debe ser inferior a 750°C.

3) Después de la forja, debe enfriarse con aire para dispersarse rápidamente por la zona de fragilización de 475°C. Un recocido de corta duración por encima de 550°C (generalmente de 700 a 800°C) puede devolver el acero inoxidable fragilizado a su estado original de no fragilidad.

Forja de acero inoxidable austenítico

La fracción de masa de carbono del acero inoxidable austenítico es inferior a 0,25%, la fracción de masa de cromo es de 17% a 19%, y la fracción de masa de níquel es de 8% a 18%, como 12Cr18Ni9, 17Cr18Ni9, etc. El acero inoxidable austenítico no sufre transformación estructural cuando se enfría, ni puede utilizar métodos de tratamiento térmico para aumentar la resistencia y refinar los granos, sólo se puede realizar deformación térmica de forja y recristalización. Los granos del acero inoxidable austenítico tienden a crecer a altas temperaturas, pero la tendencia a crecer no es tan fuerte como la del acero inoxidable ferrítico.

Las especificaciones de calentamiento de los aceros inoxidables austeníticos son similares a las de los ferríticos, siendo la temperatura inicial de forja generalmente de 1150 a 1180°C, y la temperatura final de forja no debe ser inferior a 850°C; de lo contrario, la precipitación de carburos en la estructura aumenta la resistencia a la deformación, lo que hace que la forja sea propensa al agrietamiento.

 Los puntos clave del proceso de forja del acero inoxidable austenítico son los siguientes:

1) Evitar estrictamente la carburación durante el calentamiento. El carbono y el cromo forman fácilmente compuestos de carburo de cromo en los límites de grano, lo que reduce el contenido de cromo en la matriz cerca de los límites de grano y aumenta la sensibilidad del acero a la corrosión intergranular. El calentamiento debe realizarse en una atmósfera poco oxidante.

2) Al forjar lingotes de acero, comience con un prensado ligero. Sólo cuando la deformación del lingote de acero alcanza 30% puede aplicarse el prensado fuerte. Durante la forja, el lingote debe alimentarse en una dirección para evitar el martilleo repetido en un punto, lo que evita la aparición de grietas cruzadas centrales.

3) La relación de forja para los lingotes de acero se establece entre 4 y 6, y para los tochos entre 2 y 4, en función del tamaño de grano de la materia prima. El tamaño de grano del acero inoxidable austenítico afecta en gran medida a la resistencia a la corrosión del acero. Para obtener una estructura de grano fino, hay que asegurarse de que el último calentamiento tenga una relación de forja suficiente, con una cantidad de deformación superior al grado de deformación crítico para la recristalización.

4) Se requiere una deformación uniforme durante el proceso de deformación para conseguir una estructura de grano más uniforme. Para las piezas forjadas de disco redondo pueden considerarse las siguientes medidas:

• Utilice una plataforma y una superficie de yunque lisas, lubrique si es necesario;
• Precalentar la plataforma y la superficie del yunque entre 150 y 450°C;
• Añada almohadillas de acero de bajo contenido en carbono a ambos extremos del disco en bruto;
• Utilizar forja apilada;
• Aplicar compresión intermitente durante la deformación;
• Utilizar una funda para el recalcado.

5) El acero inoxidable austenítico tiene un índice de contracción especialmente elevado. Cuando el forjado está en su forma final, debe considerarse una tasa de contracción mayor (1,5% a 1,7%) para evitar que la pieza forjada se deseche debido a unas dimensiones insuficientes tras el enfriamiento.

6) Enfriamiento por aire después del forjado. El acero inoxidable austenítico puede enfriarse al aire, en foso o en arena tras la forja.

7) Para redisolver los carburos precipitados durante el proceso de forja y enfriamiento por aire en la austenita, obteniendo una estructura austenítica uniforme y única a temperatura ambiente, el acero inoxidable debe someterse a un tratamiento de solución, es decir, calentamiento y mantenimiento a 1020 a 1050°C, y después enfriamiento por agua. La temperatura no debe ser demasiado alta y el tiempo de mantenimiento no debe ser demasiado largo para evitar el crecimiento del grano.

3. Forja de acero inoxidable martensítico

El acero inoxidable martensítico tiene una fracción másica de carbono de 0,1% a 4%, y una fracción másica de cromo de aproximadamente 12% a 14%, como 20Cr13, 30Cr13, 40Cr13, etc. Este tipo de acero es austenítico a altas temperaturas y se transforma en estructura martensítica cuando se enfría a temperatura ambiente. Tiene mayor dureza que los aceros inoxidables ferríticos y austeníticos, y su tamaño de grano puede refinarse y sus propiedades mecánicas mejorarse mediante tratamiento térmico.

La temperatura de calentamiento del acero inoxidable martensítico no debe ser demasiado elevada, ya que una temperatura demasiado alta puede provocar la formación de δ-ferrita, reduciendo la plasticidad del acero. La temperatura inicial de forja suele ser de 1100 a 1150°C. Este tipo de acero tiene una mala conductividad térmica, y un calentamiento rápido puede provocar fácilmente grietas. Por lo tanto, debe calentarse lentamente antes de alcanzar los 850°C, y sólo después de mejorar la plasticidad puede calentarse rápidamente hasta alcanzar la temperatura inicial de forja.

Este tipo de acero presenta una estructura austenítica monofásica a altas temperaturas, y no existen dificultades especiales en el forjado, pero deben evitarse los golpes fuertes en el intervalo de 900 a 950°C para evitar la fragmentación. La cantidad de deformación del último fuego tampoco tiene requisitos especiales, y la temperatura final de forja suele rondar los 900°C.

Si este tipo de acero se enfría al aire después de la forja, se transformará inmediatamente en una estructura martensítica. En la pieza forjada se producen importantes tensiones térmicas, tensiones residuales de forja y tensiones estructurales, que pueden provocar fácilmente grietas superficiales. Por lo tanto, después de forjarla, debe enfriarse lentamente en arena caliente o en un horno, y debe realizarse un recocido oportuno para eliminar las tensiones internas y reducir la dureza, facilitando el mecanizado.