Optimización de la producción de aceros inoxidables mediante el empleo de programas de predicción termodinámicos. Validación mediante el estudio de la solidificación por análisis térmico y de la expansión térmica mediante dilatometría

Resumen

La presente tesis aborda dos temáticas específicas en la optimización de la producción de aceros inoxidables. En primer lugar se ha realizado un estudio del proceso de solidificación de materiales de nueva generación resistentes a la corrosión y a alta temperatura. En concreto éstos han sido: aceros inoxidables austeníticos (304HB y 347H), superausteníticos (310HCbN), superdúplex, aceros con alto contenido en níquel (Alloy 28 y Alloy 800) y aleaciones de níquel (Alloy G31 y Alloy 600). El estudio de la solidificación ha consistido en determinar experimentalmente mediante Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC) las temperaturas liquidus (TL) y solidus (Ts) para cada uno de los materiales en estudio para diferentes condiciones de enfriamiento. Durante el enfriamiento, TL se corresponde con la temperatura en la que se produce el primer sólido durante la solidificación, mientras que Ts indica la temperatura en la que desaparece último líquido. Los valores de TL y Ts, delimitan lo que se conoce industrialmente como ¿ventana de solidificación¿, que da cuenta del rango de temperaturas entre las que existe fase líquida durante la solidificación de un acero. La determinación experimental de Ts no resulta sencilla para estos materiales mediante DSC. Por ello, ha sido necesario llevar a cabo una revisión exhaustiva del estado de la técnica de DSC para la determinación de Ts de calentamiento-enfriamiento para estos grados de aceros y aleaciones así como el modo en el que diferentes autores seleccionan dicha temperatura. Se ha empleado el programa de predicción termodinámica, Thermo-Calc para la determinación de TL y Ts y así validar su capacidad predictiva frente a los resultados experimentales obtenidos mediante DSC. Además, se ha estudiado la capacidad de cálculo de ambas temperaturas mediante algoritmos empíricos recogidos en literatura. Por último, se han propuesto un modelo de microsegregación y expresiones empíricas que mejoran la predicción de los resultados. El segundo bloque presentado, ha consistido en el estudio dilatométrico de la expansión térmica para varios aceros inoxidables: un acero inoxidable austenítico, un acero inoxidable ferrítico estabilizado, dos aceros ferríticos con diferente contenido en elementos gammágenos (Tipo1 y Tipo 2) y un acero inoxidable dúplex. El estudio, ha estado motivado por experiencias problemáticas anteriormente investigadas referidas a la programación y control de anchos de desbastes en colada continua en aceros inoxidables ferríticos con un contenido en cromo del 17%, relacionada con el balance de fases (ferrita+austenita) que se tenga en el rango de temperaturas entre la salida del molde y la entrada a la colada continua. De cara a abordar esta problemática, se han obtenido coeficientes de expansión medios e instantáneos durante el calentamiento y de contracción durante el enfriamiento en el rango de temperaturas 20-1100ºC. Se ha analizado el posible comportamiento anisotrópico de un acero inoxidable dúplex y el posible cumplimiento de una ley de mezclas simple para el cálculo del CET medio. Finalmente, se han comparado las curvas de dilatometría con aquellas obtenidas mediante simulación en Thermo-Calc en condiciones de equilibrio para la validación de éstas últimas.