Etapes de la fabricació d'acer inoxidable
L'acer inoxidable és una família de materials a base de ferro coneguts per la seva resistència a la corrosió, bona resistència mecànica i facilitat de manteniment. Les seves propietats "resistents a l'oxidació" provenen principalment del seu contingut de crom (Cr), que forma una fina capa passiva d'òxid de crom a la superfície de l'acer. Aquesta capa protegeix el metall d'una major oxidació, evitant que s'oxidi fins i tot en ambients humits o agressius. Darrere del seu rendiment, l'acer inoxidable se sotmet a un procés de producció llarg i rigorós per garantir que la seva composició química, la puresa del metall i la microestructura compleixin les especificacions. A continuació es descriuen les etapes de la producció d'acer inoxidable, des de la matèria primera fins al producte acabat.
1. Selecció de matèries primeres i planificació de la composició
La primera etapa comença determinant el tipus d'acer inoxidable que s'ha de fabricar, per exemple austenític (com la sèrie 304/316), ferrític (sèrie 430), martensític (sèrie 410) o dúplex (combinació austenítica-ferrítica). La selecció d'aquest tipus determina la composició d'aliatge necessària: crom com a element principal (generalment un mínim d'un 10,5% per formar una capa passiva), níquel per estabilitzar la fase austenita i augmentar la ductilitat, molibdè per a la resistència a la corrosió per picadura (especialment en 316) i altres elements com el manganès, el silici, el nitrogen, el titani o el niobi per a finalitats específiques.
Les matèries primeres poden incloure ferralla (ferralla d'acer inoxidable), ferralla d'acer al carboni, ferrocrom (un aliatge de Fe-Cr), ferroníquel o níquel pur, ferromolibdè, així com aglutinants de carboni i desoxidants. Moltes fàbriques d'acer inoxidable modernes depenen en gran mesura de la ferralla perquè és més eficient energèticament i afavoreix una economia circular. Tanmateix, cal controlar la qualitat de la ferralla per evitar la "contaminació" de la composició (per exemple, excés de coure o altres contaminants).
2. Fusió en forn d'arc elèctric (EAF)
La major part de l'acer inoxidable es produeix mitjançant un forn d'arc elèctric (EAF). En un EAF, una barreja de ferralla i aliatge s'introdueix al forn i es fon amb la calor d'un arc elèctric d'alt voltatge. Aquesta etapa liqüefa el metall i comença a fixar la seva composició química. Durant la fusió, l'operador afegeix un flux (per exemple, calç/dolomita) per ajudar a formar una escòria que atrapa certes impureses.
El control del procés en un EAF inclou la temperatura, el temps de fusió i l'anàlisi química inicial. Els productes EAF normalment no compleixen les especificacions finals perquè requereixen un refinament addicional, especialment per controlar els nivells de carboni, sofre i fòsfor, i per optimitzar el contingut de crom i níquel.
3. Purificació: AOD o VOD
Un cop el metall líquid del forn de calor elèctric (EAF) està a punt, es trasllada a una etapa de refinació secundària, generalment mitjançant AOD (descarburació d'oxigen amb argó) o VOD (descarburació d'oxigen al buit).
AOD (descarburació d'oxigen i argó)
En l'oxidació aòxica (AOD), s'insufla una barreja d'oxigen i argó al metall fos. L'oxigen ajuda a oxidar el carboni (descarburació), reduint el seu contingut de carboni. L'argó dilueix el gas i promou una reacció més selectiva, evitant l'oxidació excessiva del crom. L'etapa AOD és crucial perquè l'acer inoxidable requereix un baix contingut de carboni per evitar la precipitació de carburs de crom, cosa que pot reduir la resistència a la corrosió (sensibilització), especialment en determinades aplicacions.
VOD (descarburació d'oxigen al buit)
La VOD té un propòsit similar, però es realitza sota buit. El buit ajuda a reduir la pressió parcial del gas monòxid de carboni, permetent que la reacció de reducció de carboni es dugui a terme de manera efectiva a una temperatura específica. La VOD sovint s'escull per a graus que requereixen un control molt baix en carboni o un control més estricte del gas dissolt.
En aquesta etapa de refinació, també es fan ajustaments a la composició final: afegint níquel, molibdè, nitrogen o elements estabilitzadors com el titani/niobi segons el grau desitjat.
4. Tractament de cullerot: desoxidació, desulfuració i homogeneïtzació
Abans de la colada, el metall fos pot ser sotmès a un tractament addicional en un cullerot. Els propòsits inclouen:
– Desoxidació, reduint l'oxigen dissolt per evitar inclusions d'òxid.
– Desulfuració, redueix el sofre que pot causar escassetat en calent i reduir la tenacitat.
– Agitació d'argó per homogeneïtzar la composició i la temperatura, i per ajudar a fer surar les inclusions a l'escòria.
La neteja és un factor crític en l'acer inoxidable, especialment per a aplicacions que requereixen una alta resistència a la corrosió, un bon acabat superficial o processos de conformació pesats.
5. Fundició: Fundició contínua o fundició de lingots
El metall fos que ha assolit la composició desitjada s'aboca en forma sòlida mitjançant un procés de fosa. El mètode més comú avui dia és la fosa contínua, en què el metall fos flueix a través d'un motlle refredat per aigua i es solidifica gradualment per formar una llosa (per a xapa metàl·lica), una flor o un toll (per a vareta i filferro). La fosa contínua és més eficient, consistent i redueix els defectes que la fosa tradicional de lingots.
No obstant això, per a certes necessitats especials, encara s'utilitzen lingots de fosa, que després es processen mitjançant escalfament i forja/mòlta inicials.
6. Reescalfament i treball en calent
Els productes de fosa, com ara les lloses, es reescalfen en un forn de reescalfament per assolir la temperatura adequada abans de la laminació en calent. En el procés de laminació en calent, la llosa es premsa a través de cadires de laminació, reduint-ne el gruix i augmentant-ne la longitud. La laminació en calent forma l'estructura inicial, repara part de la porositat i produeix un producte semielaborat com ara una bobina o una placa laminades en calent.
Com que l'acer inoxidable té un comportament de deformació i una conductivitat tèrmica diferents que l'acer al carboni, el control de la temperatura i la velocitat de laminació són importants per evitar esquerdes calentes, ones o defectes superficials.
7. Recuit: restaura la ductilitat i ajusta la microestructura
Després del laminat en calent, el material sol experimentar un enduriment per deformació i una distribució microestructural subòptima. Per tant, es realitza un recuit (un tractament tèrmic de reblaniment) per:
– Elimina l'estrès residual,
– Restaurar la tenacitat,
– Fases estabilitzadores (per exemple, en austenític),
– Ajuda a dissoldre precipitats no desitjats.
Per a l'acer inoxidable austenític, el recuit sovint implica un recuit en solució a temperatures elevades, seguit d'un refredament ràpid per mantenir l'estructura desitjada i reduir el risc de sensibilització.
8. Descalcificació: eliminació de la incrustació d'òxid
Els processos tèrmics (laminació en calent i recuit) formen incrustacions d'òxid a la superfície. Cal eliminar aquestes incrustacions per obtenir una superfície neta a punt per a un processament posterior. Els mètodes habituals inclouen:
– El decapatge utilitza una solució àcida (per exemple, una barreja d'àcid nítric i àcid fluorhídric, o altres sistemes de decapatge moderns) per dissoldre els òxids,
– Descalcificació mecànica com ara granallat o raspallat per ajudar a l'exfoliació.
La fase de descalcificació és molt important per a la qualitat de la superfície final, sobretot si el material s'utilitzarà per a equips alimentaris, arquitectura o la indústria farmacèutica.
9. Laminació en fred: aconseguir dimensions precises i superfícies llises
Per crear làmines primes amb toleràncies ajustades i superfícies més llises, l'acer inoxidable es lamina en fred. Com que es realitza a temperatures més baixes, la laminació en fred augmenta la resistència mitjançant l'enduriment per deformació, però redueix la ductilitat. Per tant, la laminació en fred sol anar seguida d'un recuit addicional (recuit intermedi) depenent de la reducció de gruix necessària.
El resultat del laminat en fred és generalment una bobina amb un gruix precís i una millor qualitat superficial, que esdevé la base de diversos acabats com ara 2B, BA (recuit brillant) o patrons decoratius.
10. Acabat final, inspecció i embalatge
La fase final inclou diversos processos segons el producte final:
– Passatge superficial per millorar la planitud i l'aspecte de la superfície,
– Poliment per produir una superfície brillant (mirall) o setinada,
– Tall i tall longitudinal per dividir bobines en amplades determinades o tallar plaques,
– Conformació (opcional) com ara doblegat, estirat profund o fabricació de canonades (tub soldat) amb soldadura i tractament tèrmic addicional.
Després d'això, es duu a terme el control de qualitat: proves de composició química, proves mecàniques (tracció, duresa), proves de corrosió (si cal), inspecció de defectes superficials i verificació dimensional. Als productes que han obtingut bons resultats se'ls assigna un número de calor/identificació de lot, es recobreixen amb un recobriment superficial protector (per exemple, una pel·lícula) i s'envasen per al seu enviament.
Tancament
El procés de fabricació d'acer inoxidable implica una combinació altament controlada de processos metal·lúrgics i de fabricació: des de la selecció de matèries primeres i el disseny de la composició, passant per la fusió EAF, el refinament AOD/VOD, la colada, la laminació en calent, el recuit, la descalcificació, la laminació en fred, fins a l'acabat i la inspecció. Cada etapa juga un paper crucial per garantir que l'acer inoxidable compleixi els estàndards de resistència a la corrosió, resistència i qualitat superficial. Per tant, malgrat el seu nom aparentment simple, "acer inoxidable", en realitat és el resultat de processos d'enginyeria complexos dissenyats per produir un material fiable per al seu ús en una àmplia gamma d'indústries, des d'electrodomèstics de cuina fins a instal·lacions químiques i marines.
