Calentamiento por flujo transversal: una tecnología de fabricación compacta y flexible para aceros avanzados de alta resistencia

La industria del automóvil está utilizando tecnologías innovadoras de fabricación de materiales para alcanzar sus objetivos constantes de reducir la masa de los vehículos con el fin de mejorar el ahorro de combustible, aumentar la seguridad de los ocupantes y las posibilidades de supervivencia en caso de colisión, y prolongar la vida útil de los vehículos mediante una mayor resistencia a la fatiga y un mejor control de la corrosión.

Ventajas de AHSS

La nueva generación de acero avanzado de alta resistencia (AHSS) se caracteriza por un límite elástico superior al de los aceros de alta resistencia tradicionales y los aceros al carbono. La elevada relación resistencia-peso del AHSS permite utilizar espesores muy finos sin comprometer la resistencia. Además, el AHSS presenta una alta conformabilidad, lo que permite crear geometrías complejas utilizando menos piezas, lo que se traduce en una menor necesidad de soldadura y otras técnicas de fijación. Estas características ayudan a la industria de la automoción a avanzar hacia sus objetivos. Por ejemplo, una variante del AHSS, el acero bifásico, incluye tanto la fase de ferrita como la de martensita, y se clasifica dentro del grupo de los aceros de ultra alta resistencia (UHSS). Es capaz de soportar grandes fuerzas y absorber una cantidad significativa de energía, mejorando así la resistencia a los choques de los automóviles. Actualmente, las carrocerías de los automóviles incorporan de forma selectiva una combinación de aceros dulces y aceros avanzados de alta resistencia (Figura 1).

El AHSS se produce calentando el acero dulce por encima de su temperatura crítica, o eutéctica, que suele situarse entre los 800 °C y los 900 °C. A estas temperaturas se produce el recocido, proceso mediante el cual el carbono del acero se difunde de la ferrita a la austenita. Esta transición de fase hace que el acero pierda magnetismo. En función de la velocidad de calentamiento y enfriamiento, la microestructura final del acero puede controlarse con precisión, lo que permite producir diferentes grados de AHSS con distintas propiedades mecánicas, como la resistencia, la ductilidad y la conformabilidad.

Producción de AHSS

Uno de los aspectos clave en la producción de acero de alta resistencia (AHSS) es el rápido calentamiento del acero hasta las altas temperaturas necesarias para provocar el cambio de fase austenítico. Cada vez más, gracias a su tamaño compacto, su baja inercia térmica y su alta fiabilidad, el calentamiento por inducción parece ser una valiosa alternativa a las antiguas tecnologías de tubos radiantes en estas aplicaciones.

El calentamiento por inducción es un proceso mediante el cual las tiras de metal se someten a un campo magnético alterno de alta potencia y alta frecuencia. El campo magnético penetra en el metal y se genera calor en las tiras metálicas mediante corrientes parásitas de alta frecuencia. Estas corrientes parásitas de alta potencia pueden calentar las tiras de metal en muy poco tiempo hasta alcanzar las altas temperaturas necesarias para producir acero de alta resistencia (AHSS). Al calentar por inducción, una forma de controlar la microestructura del acero consiste en medir los parámetros eléctricos de la bobina de calentamiento inductivo, como la tensión, la corriente y la frecuencia. Son estas mediciones las que proporcionan la resistividad y el magnetismo reales del acero.

Las dos principales tecnologías de calentamiento por inducción, el calentamiento por inducción de flujo axial (o longitudinal) (Afx) y el calentamiento por inducción de flujo transversal (Tfx), son tecnologías complementarias que Inductotherm fabrica para satisfacer de la mejor manera posible las necesidades de sus clientes.

El AFX se ha utilizado habitualmente para elevar rápidamente la temperatura de las tiras de aceros magnéticos. Aplica corrientes parásitas con una profundidad de penetración muy baja, que tienen direcciones de flujo opuestas en las dos caras de la tira metálica. El AFX genera de forma natural un calentamiento homogéneo de la tira metálica, lo que da lugar a propiedades metalúrgicas uniformes en toda su anchura. Una de las limitaciones del AFX es que resulta más eficaz con materiales magnéticos. Como se ha descrito anteriormente, cuando el acero se calienta por encima de su temperatura eutéctica, sufre un cambio de fase (a austenita), lo que lo hace menos magnético. Para compensar esto, es necesario aumentar la frecuencia para alcanzar la profundidad de penetración deseada, lo que reduce la eficiencia del calentamiento y aumenta el coste de fabricación del AFX.

Con el calentamiento Tfx, las corrientes parásitas fluyen en la misma dirección en las dos caras de la banda metálica. Esta tecnología ha tenido durante mucho tiempo ciertas limitaciones, ya que resultaba difícil controlar la homogeneidad del calentamiento en la banda, lo que daba lugar a una metalurgia y unas propiedades mecánicas desiguales a lo largo de su anchura. Sin embargo, el Tfx presenta ventajas, ya que es muy eficaz para calentar materiales delgados no magnéticos y, por lo tanto, resulta ideal para bandas de acero de alta resistencia (AHSS) con bajas propiedades magnéticas.

Solución de Inductotherm

La tecnología patentada de inductores Tfx de Inductotherm, disponible en nuestros hornos de recocido Uniseal, resuelve todos los problemas de calentamiento no homogéneo asociados al Tfx. Esta tecnología se ha combinado con los inversores de alta densidad de potencia de Inductotherm y con sensores de temperatura y posición de respuesta rápida, totalmente automáticos y de bucle cerrado. Esto permite que la tecnología de inductores Tfx de Inductotherm, integrada en nuestros hornos de recocido, proporcione un perfil de temperatura uniforme a la salida del sistema, independientemente de si el perfil de temperatura de entrada en la dirección transversal es uniforme o no. Por lo tanto, la tecnología Tfx de Inductotherm es capaz de calentar uniformemente una banda y ajustar la densidad de calentamiento transversal para corregir las irregularidades de temperatura (simétricas o no) o para aplicar perfiles de temperatura transversales específicos.

Gráficos 1-6. Temperatura de salida uniforme, con temperatura de entrada uniforme o no uniforme. Fuente: Inductotherm

Estas correcciones del perfil transversal de temperatura no son posibles con Afx, lo que demuestra el alto grado de flexibilidad de la tecnología Tfx de Inductotherm.

En la figura 2 se muestra un diagrama esquemático de un sistema Uniseal-T de Inductotherm de 3,4 MW. Este sistema proporciona calentamiento Tfx a una banda metálica, en la que se supervisa continuamente el perfil de temperatura en la dirección transversal. El perfil de temperatura medio y transversal se utiliza en un bucle de retroalimentación para controlar con precisión los elementos inductores y obtener así el perfil transversal de temperatura de salida deseado de la banda metálica.

Acerca de Inductotherm Group

El Grupo Inductotherm es el fabricante líder mundial de equipos de inducción para el tratamiento térmico y la marca más conocida a nivel mundial en fundición por inducción y tratamiento térmico. Ha fabricado más de 56 000 sistemas de fundición, calentamiento y soldadura para productores de metales y fundición de todo el mundo. La empresa se especializa en tecnologías, productos y sistemas avanzados utilizados para la fundición, el calentamiento, el tratamiento, la forja y la transformación de metales y materiales especiales. El Grupo Inductotherm tiene su sede en EE. UU. (Nueva Jersey) y está organizado en 40 empresas de servicio integral que ofrecen 50 líneas de productos distintas, agrupadas en 10 marcas globales.

Acerca de los equipos de recubrimiento de Inductotherm

Inductotherm Coating Equipment, S.A., con sede en Herstal (Bélgica), es líder mundial en tecnología de inducción y una de las 40 empresas que conforman el Grupo Inductotherm. Anteriormente conocida como ACEC o Elphiac, Inductotherm Coating Equipment lleva más de 80 años fabricando equipos de calentamiento y fusión por inducción. La empresa diseña y fabrica una amplia gama de equipos de tecnología avanzada, entre los que se incluyen cubas de recubrimiento y de prefusión para líneas de galvanizado en caliente, así como calentadores de bandas para secado, curado, galvannealing, reflujo, descarburación, sobreenvejecimiento y, en general, todas las aplicaciones de tratamiento térmico para la industria siderúrgica.