El hidrógeno es uno de los elementos más perjudiciales, aunque a menudo se pasa por alto, en la fabricación de acero. Aunque puede disolverse en el acero en forma de átomos intersticiales, su solubilidad es extremadamente baja y disminuye aún más a medida que baja la temperatura. El exceso de hidrógeno puede provocar graves defectos metalúrgicos que comprometen la calidad y el rendimiento del acero.
1. Efectos nocivos del hidrógeno en el acero
(1) Fragilización por hidrógeno: reducción de la ductilidad y la tenacidad
El hidrógeno debilita los enlaces atómicos del acero, reduciendo su ductilidad y tenacidad. Cuando el hidrógeno se acumula en los límites de grano o en los puntos de dislocación sometidos a tensión, puede iniciar y propagar grietas, lo que provoca fractura frágil, un fenómeno conocido como fragilización por hidrógeno.
(2) Microfisuras y manchas blancas
Durante la solidificación y el procesamiento posterior, el hidrógeno puede formar burbujas o huecos que derivan en dos tipos principales de defectos:
- Manchas blancas: grietas radiales finas visibles en secciones transversales grabadas, que a menudo muestran manchas plateadas brillantes en las superficies de fractura.
- Fisuras capilares: Microfisuras que se forman cuando las burbujas de hidrógeno se alargan a lo largo de la dirección de laminación.
Ambos defectos dañan la continuidad de la matriz de acero, lo que reduce la resistencia mecánica y la fiabilidad del servicio.
(3) Soplos subsuperficiales en palanquillas fundidas
Durante la fundición, el hidrógeno liberado del acero fundido puede crear soplos subsuperficiales o porosidad en las palanquillas, degradando la calidad de la superficie y complicando las operaciones posteriores de laminado o tratamiento térmico.
2. Fuentes de hidrógeno en el acero
La contaminación por hidrógeno surge principalmente de un manejo inadecuado de las materias primas o de un control operativo deficiente durante la fabricación de acero, en particular en las operaciones de hornos de arco eléctrico:
- Materias primas húmedas
La chatarra húmeda, los fundentes o los desoxidantes como la cal y el carburo de calcio pueden liberar hidrógeno durante la fusión. - Chatarra contaminada con aceite
El acero de desecho cubierto de aceite o grasa se descompone a altas temperaturas, liberando gas hidrógeno en la masa fundida. - Aleaciones que absorben hidrógeno
Algunas aleaciones, como el ferroníquel, pueden liberar hidrógeno si no se tratan adecuadamente. - Entrada de agua durante la fusión
La fuga de agua de refrigeración o la pulverización excesiva de agua en los electrodos introduce hidrógeno directamente en el baño fundido. - Chatarra muy oxidada
La chatarra oxidada contiene hidróxido ferroso (Fe(OH)₂), que se descompone y libera hidrógeno al fundirse.
3. Control y eliminación de hidrógeno en la fabricación de acero en hornos de arco eléctrico
Los principios de la eliminación de hidrógeno son similares a los del control de nitrógeno. Para los grados de acero que requieren un bajo contenido de hidrógeno, es esencial no solo garantizar una descarburación suficiente y una operación estable de la escoria espumosa, sino también evitar la entrada de hidrógeno en su origen. Las medidas clave incluyen:
- Excluir chatarra contaminada con aceite o caucho.
- Evite utilizar chatarra muy oxidada.
- Revise y repare los componentes refrigerados por agua antes de fundirlos; reduzca o detenga la pulverización de agua sobre los electrodos.
- Utilice cal seca y fluorita; evite materiales húmedos o caducados.
- Asegúrese de que las aleaciones y los materiales de escoria estén secos durante la aleación; el precalentamiento puede mejorar aún más los resultados.
