Durante años los componentes de aceros al carbono habitualmente se han recocido o tratado térmicamente en atmósferas basadas en nitrógeno-hidrógeno para aliviar tensiones, alterar la microestructura y mejorar el aspecto de la superficie. El caudal y la composición de la atmósfera que se utilizará para el recocido de componentes en hornos normalmente se decide mediante el método de ensayo y error.

Aunque la composición de una atmósfera basada en nitrógeno-hidrógeno introducida en un horno no cambia con el tiempo, el verdadero potencial reductor u oxidante de la atmósfera dentro del horno cambia continuamente debido a fugas y corrientes de aire en el horno, desorción de impurezas como la humedad de la superficie de los componentes o descomposición del lubricante presente en la superficie de las piezas. 

Todas las calidades de acero inoxidable son aleaciones a base de hierro con porcentajes significativos de cromo. Normalmente, los aceros inoxidables contienen menos del 30% de cromo y más del 50% de hierro. Las características del acero inoxidable provienen de la formación de una película superficial de óxido de cromo (Cr₂O₃) invisible, adherente, protectora y autorreparable. Aunque los aceros inoxidables son resistentes a la oxidación a temperatura ambiente, son propensos a la decoloración por oxidación a temperaturas elevadas, debido a la presencia de cromo y otros elementos de aleación, como el titanio y el molibdeno.

Los factores que contribuyen al aumento de la oxidación incluyen altos puntos de rocío, altos niveles de oxígeno y óxidos de plomo, boro y nitruros en la superficie. Para conseguir aceros inoxidables brillantes, dependiendo de su composición, utiliza una atmósfera altamente reductora con un punto de rocío inferior a –40°C y un mínimo del 25% de hidrógeno.

El color verde que aparece en las piezas de acero inoxidable es óxido de cromo (Cr₂O₃). Se forma cuando hay demasiado oxígeno o humedad en la atmósfera del horno, lo que normalmente se debe a una fuga de agua, a una baja estanqueidad de la atmósfera o a caudales de gas atmosféricos excesivamente bajos. Un color verde oscuro-marrón indica niveles significativos de oxígeno libre en el interior del horno originados por una gran fuga de aire.

Además de la tradicional prueba de acero y cobre, algunas empresas pasan una pieza de acero inoxidable a través del horno para comprobar si hay niveles altos de humedad y oxígeno. Un modo mejor y más preciso de medir los niveles de humedad y oxígeno consiste en instalar un analizador de oxígeno y un medidor de punto de rocío. Es un sistema económico y muy preciso. Si se está formando una película de óxido verde en las piezas de acero inoxidable, sabemos que el horno o la atmósfera no están optimizados.

La deszincificación se define normalmente como la lixiviación del zinc de aleaciones de cobre en una solución acuosa. En el procesamiento térmico de latón (y otras aleaciones que contienen zinc), la deszincificación es la eliminación de zinc del sustrato metálico durante los procesos térmicos, como la soldadura fuerte y el recocido, normalmente debido a la muy baja presión de vapor de zinc en las aleaciones. La deszincificación puede dar como resultado una excesiva formación de polvo en el horno, la aleación del zinc con otros metales y, en casos extremos, pérdida de propiedades de la aleación.

Aunque no siempre es posible evitar la deszincificación, si podemos reducirla durante el procesamiento térmico. El control de la temperatura, el tiempo y el potencial reductor de la atmósfera del horno pueden ayudar a minimizar la descincificación y mejorar el procesamiento térmico. Sin embargo, entender qué variables se deben cambiar para conseguirlo puede ser un reto. Los especialistas de Carburos Metálicos cuentan con una amplia experiencia en procesamiento térmico y pueden ayudarte a determinar las variables a regular para reducir costes y mejorar la productividad al minimizar la deszincificación.

El recocido de los aceros debe ser brillante y requiere condiciones que reduzcan los óxidos del acero. Tradicionalmente, el diagrama de Ellingham se ha utilizado para predecir las condiciones que corresponden a la oxidación de metales puros o la reducción de sus óxidos. Este método se puede utilizar para predecir las condiciones a las que deben reducirse los óxidos de hierro y los óxidos de los elementos de aleación añadidos a los aceros, como el óxido de cromo, cuando se trabajan aceros inoxidables. Este enfoque tradicional no es preciso porque solo utiliza datos termodinámicos para metales puros y sus óxidos; ignora el hecho de que el hierro y los elementos de aleación forman una solución compacta. Además, solo se puede determinar la relación de presión parcial de equilibrio aproximada del hidrógeno y el vapor de agua para la oxidación de un metal específico a una temperatura determinada.

Como alternativa, podemos utilizar diagramas más precisos y convenientes para aceros y otras aleaciones, creados con la ayuda de bases de datos y programas de ordenador modernos, como FactSage™ (software termoquímico y paquete de base de datos desarrollado conjuntamente entre Thermfact / CRCT y GTT-Technologies) o Thermo-Calc. Utilizando las curvas de oxidación-reducción, presentadas como puntos de rocío de atmósferas de hidrógeno puro o nitrógeno-hidrógeno frente a la temperatura, puedes seleccionar rápidamente la atmósfera para el recocido de aceros sin que se formen óxidos. El diagrama de la Figura 1 se calculó utilizando FactSage. Este diagrama muestra que las curvas de oxidación-reducción para los sistemas Fe-18% Cr y Fe-18% Cr-8%Ni que representan aceros inoxidables son más altas que las curvas de Cr/Cr₂O₃ correspondientes. Para aleaciones (p. Ej. Aceros), puedes realizar cálculos más precisos utilizando datos termodinámicos de sustancias puras (es decir, metales puros y óxidos) y bases de datos de soluciones. Dichos diagramas se pueden producir específicamente para los aceros y la variedad de composiciones atmosféricas deseados.

Estos métodos pueden ayudarte a solucionar problemas y optimizar tus operaciones de recocido al equilibrar el uso de hidrógeno con la calidad del producto.

Figura 1: