Puntas de soldadura criogénicas de acero inoxidable

¿Qué es el acero inoxidable criogénico?

Los aceros, que se utilizan a bajas temperaturas, se denominan aceros criogénicos, aceros resistentes a bajas temperaturas o aceros que son duros a temperaturas bajo cero. Su propiedad más importante es una tenacidad suficiente a la temperatura de funcionamiento. Asociado con esto, hay una sensibilidad considerable a la fractura frágil. Además, se caracterizan en algunos casos por altas resistencias y su idoneidad para la soldadura. Estos materiales se utilizan particularmente en maquinaria para licuar gas, para tuberías, bombas, accesorios de la industria de refrigeración, así como para llevar, transportar y recipientes a presión de los gases licuados.

Materiales para aplicaciones criogénicas

Para aplicaciones de baja temperatura, se pueden elegir varios materiales dependiendo de la temperatura de funcionamiento.
Estos también incluyen materiales no ferrosos como:
– Cobre y aleaciones de cobre
– Níquel y aleaciones de níquel
– Aluminio y materiales de aluminio

La siguiente tabla muestra los diversos materiales para aplicaciones criogénicas en las industrias:

Para mejorar su tenacidad a temperaturas bajo cero, el elemento níquel, en particular, se agrega al acero, además de otras medidas técnicas de materiales. Si el contenido de níquel es inferior al 10% y si no se añaden otros elementos determinantes de la propiedad (como p. Ej. Cromo), la microestructura permanece ferrítico-perlítica a temperatura ambiente en condiciones de equilibrio.

Influencias del níquel en las propiedades y dureza a bajas temperaturas

El níquel es el único elemento a través del cual se puede mejorar la tenacidad de un material a base de hierro incluso a temperaturas descendentes. Añadiendo níquel, la curva de la energía de impacto se desplaza hacia la izquierda sobre la línea de temperatura, es decir, la temperatura de transición y con ella por tanto el riesgo de formación de fracturas frágiles se traslada a temperaturas más bajas. Suponga que la temperatura de transición del acero con 2% de níquel y 0,15% de carbono es de aproximadamente -120 ° C. El acero con 13% de níquel y 0,01% de carbono, por otro lado, hasta una temperatura de -196 ° C, ya no muestra una caída en el curso de la curva debido a su microestructura austenítica (y, por lo tanto, tampoco fragilización a baja temperatura). temperaturas.)
El níquel también provoca un descenso de la temperatura A1 y A3, con lo que se asocia un sobreenfriamiento considerable de la transformación austenítica. Como resultado, los aceros aleados con suficiente níquel ya pueden tender a formar martensita (martensita cúbica) durante el enfriamiento por aire.

Orientación de soldadura para acero criogénico

La soldadura exitosa de aceros para recipientes a presión aleados con níquel que son resistentes a temperaturas bajo cero depende de una variedad de variables. Estos incluyen, en particular:
– la calidad del acero,
– el proceso de fabricación y el estado de entrega,
– el magnetismo remanente (restante),
– la conductividad térmica y la expansión térmica,
– el proceso de soldadura y el metal de aportación,
– el control del calor y el entrada de calor y
– velocidad de enfriamiento.
La elección de los metales de aportación depende de los siguientes criterios:
– propiedades de tenacidad de los materiales base,
– temperatura de aplicación,
– costes,
– soldabilidad con la corriente alterna -> conocimiento profundo de las características magnéticas del acero al 9% (magnetismo remanente),
– posición de soldadura -> idoneidad para soldadura fuera de posición
– resistencia al agrietamiento en caliente y
– tipo de polvo en soldadura por arco sumergido .

Selección de consumibles de soldadura

La selección de consumibles de soldadura para soldar aceros criogénicos depende de la química del material. Se utilizan principalmente tipos coincidentes de consumibles de soldadura. El consumible de soldadura deberá tener:


– Coeficiente de dilatación lineal muy similar al material base.
– Para la soldadura por arco metálico, se deben utilizar metales de aportación controlados por hidrógeno.
– Para compuestos mixtos con austenitas, se prefieren los metales de aportación a base de níquel.

Precalentamiento y temperatura entre pasadas

– Temperatura de precalentamiento: debe adaptarse al espesor de la placa / chapa, la temperatura no debe bajar de 100 ° C.
– Temperatura entre pasadas:  180 ° C


Nota: Si la temperatura entre pasadas es más alta, las propiedades de tenacidad de la zona afectada por el calor se ven influenciadas negativamente a la temperatura de funcionamiento debido al enfriamiento retardado (riesgo de formación de granos gruesos).
Además, las velocidades de enfriamiento demasiado altas tienen un impacto desfavorable sobre la tenacidad de la junta soldada (riesgo de formación de martensita frágil).

Tratamiento térmico para acero inoxidable criogénico

El acero inoxidable criogénico puede perder sus propiedades ventajosas debido a los efectos perjudiciales del proceso de soldadura. Los efectos adversos causados ​​por la soldadura pueden resultar en un mayor contenido de ferrita en el metal de soldadura, así como en una zona afectada por el calor.

Si la energía del impacto necesita cumplir con altos requisitos alrededor de la línea de fusión, se recomienda un material base templado y revenido (Q & T). Para contrarrestar el efecto adverso de la soldadura, el componente soldado puede tratarse mediante recocido en solución.

Control de ferrita y límites de contenido de ferrita

Para los aceros inoxidables austeníticos, muchas normas prescriben limitaciones de ferrita. Por ejemplo, ASME III especifica un mínimo de 5FN para servicio por encima de 427 ° C (800 ° F), o 3-10FN para servicio por encima de 427 ° C (800 ° F); mientras que API 582 [10] especifica un mínimo de 3FN (aunque se observa que para el servicio criogénico puede ser necesario un FN más bajo). Se ha descubierto que ajustando la ferrita de metal de soldadura de los electrodos SMAW en el rango de 25FN, se puede cumplir el requisito de expansión lateral de 0,38 mm (0,015 pulgadas).