La fuente de nitrógeno
El nitrógeno del acero se absorbe principalmente durante la exposición a las condiciones atmosféricas durante el procesamiento del acero fundido. La fabricación de acero en hornos eléctricos, incluyendo el calentamiento por arco de refinación secundaria, acelera la disociación de los gases, lo que resulta en un mayor contenido de nitrógeno. Los tiempos de fundición prolongados en hornos de solera abierta aumentan aún más los niveles de nitrógeno. Un control inadecuado de las operaciones de resoplado del convertidor y el cambio tardío entre los gases de protección nitrógeno y argón también elevan las concentraciones de nitrógeno. Además, el nitrógeno presente en ferroaleaciones, chatarra y escoria puede introducirse en el acero fundido durante la carga.
La forma del nitrógeno
Una parte del nitrógeno presente en el acero existe en forma de nitruros metálicos o soluciones sólidas intersticiales. La mayoría de los elementos de aleación añadidos a aceros especiales forman nitruros estables en condiciones específicas. Entre estos elementos formadores de nitruros se incluyen el manganeso, el aluminio, el boro, el cromo, el vanadio, el molibdeno, el titanio, el tungsteno, el niobio, el tántalo, el circonio, el silicio y las tierras raras. Dado que muchos elementos formadores de nitruros pueden crear múltiples compuestos, simples o complejos, es posible que se formen más de 70 fases de nitruro distintas en el acero. El nitrógeno restante existe como nitrógeno atómico disuelto en la matriz de hierro. En casos excepcionales, el nitrógeno puede formar burbujas de gas moleculares o adsorberse en las superficies del acero.
El efecto del nitrógeno
El nitrógeno no debe clasificarse categóricamente como un elemento gaseoso perjudicial, ya que ciertos aceros especiales incorporan nitrógeno intencionadamente. Todos los grados de acero contienen nitrógeno, con concentraciones específicas determinadas por los métodos de producción, la composición de la aleación y las técnicas de adición, y los parámetros de fundición. En ciertos grados de acero inoxidable, el aumento controlado de nitrógeno puede reducir los requisitos de cromo, lo que reduce eficazmente los costos de producción y mantiene el rendimiento. Sin embargo, el nitrógeno se presenta predominantemente en forma de nitruros metálicos en las aleaciones ferrosas. Por ejemplo, los productos de acero que presentan envejecimiento por deformación tras el almacenamiento se vuelven inadecuados para aplicaciones de embutición profunda (p. ej., paneles de carrocería de automóviles) debido a la formación de desgarros durante la deformación plástica no uniforme. Este fenómeno se debe a estructuras de grano grueso combinadas con la precipitación de Fe₄N en los límites de grano.
Otro ejemplo crítico se presenta en los aceros inoxidables, donde la formación de Cr₂N en los límites de grano reduce el contenido de cromo interfacial, lo que provoca susceptibilidad a la corrosión intergranular. Este efecto perjudicial puede mitigarse mediante la adición de titanio, que forma preferentemente compuestos estables de TiN, preservando así el contenido de cromo en los límites de grano.
