De horas a segundos: una nueva forma de producir aceros avanzados

February 1, 2018

El procesado ultra-rápido de aceros puede ser un punto de inflexión en el procesado de este material a nivel industrial, que podría dar lugar a una reducción exponencial del tiempo necesario para su fabricación. Se espera que esto permita reducir el coste actual de producción a más de la mitad. En un futuro no muy lejano los fabricantes de acero emplearán velocidades de calentamiento y enfriamientos muy superiores a las que hasta ahora se utilizan, pasando de horas a segundos el tiempo necesario para producir toneladas de material con unas propiedades superiores a las actuales.

Actualmente los aceros avanzados de alta resistencia (AHSS) son de vital importancia en la sociedad, debido a su extendido uso en la ingeniería moderna como materiales estructurales. La mejora de sus propiedades puede ser conseguida modificando los elementos de aleación. Sin embargo, éstos suelen ser costosos, difíciles de procesar, y en ocasiones difíciles de reciclar. Otra ruta alternativa para la mejora de las propiedades es la manipulación de los diferentes parámetros involucrados en el procesado termo-mecánico, tales como la máxima temperatura alcanzada y la velocidad de enfriamiento. Estos cambios determinan en gran medida la microestructura y, por tanto, las propiedades finales.

En general, los tratamientos térmicos a los que están sometidos los AHSS suelen ser extremadamente largos, ya que las velocidades de calentamiento rondan los 10ºC/s y el tiempo de permanencia a temperatura llega a ser de varias horas. Esto provoca un elevado gasto energético y una gran cantidad de emisiones contaminantes. Sin embargo, se ha comprobado recientemente que el uso de velocidades de calentamiento por encima de los 200ºC/s, combinado con un corto periodo de tiempo a máxima temperatura (1-10s), genera microestructuras multifásicas complejas en AHSS, con una alta resistencia y ductilidad.

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Para elevar la temperatura del acero en un periodo de tiempo tan corto (1-3s), se requieren velocidades de calentamiento muy altas (200-1500ºC/s), que se pueden obtener a través del efecto Joule o por inducción. Tras el calentamiento y el periodo a máxima temperatura, el material se somete a un enfriamiento por agua, alcanzando la temperatura ambiente en unos pocos segundos. Debido al corto tiempo de procesado, este método se conoce generalmente como procesado ultrarrápido (Ultra-rapid processing).

A día de hoy existen pocos artículos científicos respecto a este nuevo concepto. Sin embargo, el Instituto IMDEA Materiales se encuentra a la cabeza de las investigaciones en Europa junto con sus socios colaboradores, la Universidad de Gante (Bélgica), la Universidad Politécnica Nacional de Atenas (Grecia) y la multinacional ArcelorMittal. El objetivo de esta colaboración es comercializar productos para la industria automotriz procesados siguiendo la ruta de procesado ultrarrápido.

Por parte del Instituto IMDEA Materiales las actividades de investigación desarrolladas en este tema son llevadas a cabo por Miguel Ángel Valdés, un joven y talentoso investigador que se unió a IMDEA en 2016. En noviembre de 2017 Miguel Ángel fue galardonado con el premio “Innovation Award 2017”. Este premio permitirá desarrollar y escalar el sistema de enfriamiento del simulador termo-mecánico utilizado para llevar a cabo la ruta de procesado ultrarrápido en aceros, con el objetivo de estudiar sus propiedades funcionales por primera vez.

Esta investigación proporcionará información valiosa sobre los parámetros óptimos que conducen a la mejora de las propiedades mecánicas y funcionales, para su posterior comercialización por parte de socios industriales.