literatura trip espanol

5/14/2018 Literatura TRIP Espanol - slidepdf.com

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21

B.3. Nivel de desarrollo tecnológico

B.3.1. Estado del arte

INTRODUCCION

El término “aceros de alta resistencia” (HSS, high strength steels) se ha acuñado para

definir aquellos aceros deformables en frío que posean un límite elástico mínimo

(dependiendo del grado) comprendido entre los 210 y 550 MPa. Cuando este valor supera

los 550 MPa se utiliza el término “acero ultrarresistente” (UHSS, ultra-high strength

steels). En los últimos años, debido a la demanda del mercado los esfuerzos se han

dirigido a obtener aceros que manteniendo las altas resistencias mecánicas de sus

predecesores (o superándolas), posean además una elevada conformabilidad (problema

típico asociado a los aceros anteriores). Este nuevo grupo se denomina “aceros avanzados

de alta resistencia” (AHSS, advanced high strength steel).

Las tres razones principales que están impulsando el desarrollo de los aceros avanzados de

alta resistencia (AHSS “Advanced High Strength Steels) en el sector del transporte son[1,2]

:

- Aligeramiento de los componentes estructurales, que se consigue al poder utilizar

secciones más delgadas de aceros de mayor resistencia mecánica, lo que se traduce

en la disminución del consumo de combustible y la reducción de las emisiones

contaminantes.

- Incremento de la seguridad pasiva de los vehículos cuando se utilizan aceros

capaces de absorber grandes cantidades de energía en situaciones de impacto.

- Competencia creciente de materiales más ligeros, aunque también más caros, como

las aleaciones de aluminio y magnesio y los plásticos reforzados.

Estas ventajas, junto con las mayores posibilidades de introducir estas nuevas

generaciones de aceros para producir componentes con formas cada vez más complejas, es

lo que ha motivado su expansión en el sector del automóvil. A modo de ejemplo, en la

Fig. B.3.1. se muestra la distribución de calidades de aceros en la carrocería del automóvil

que se prevén para el año 2014 en Japón [3]. Debe tenerse en cuenta que el punto de partida

(el año 2004) incluye ya la utilización de gamas de aceros de alta resistencia que se

desarrollaron en la década anterior.

Es un hecho bien conocido que cualquier intento de incrementar la resistencia mecánica de

los aceros se traduce en mayor o menor medida en una pérdida de ductilidad y, enconsecuencia, de conformabilidad. Sin embargo, desde hace ya muchos años se conoce la

posibilidad de lograr una óptima combinación de resistencia y ductilidad aprovechando el

fenómeno de la transformación de la austenita inducida por la deformación, aunque no es

hasta hace muy poco que estos productos se han puesto por primera vez en el mercado.

Los aceros TRIP (“Transformation-induced plasticity”) comercializados en la actualidad

poseen una microestructura consistente en ferrita, bainita y austenita retenida, siendo esta

última fase la que en virtud de su transformación en martensita durante la deformación

plástica (en el conformado o en deformación bajo impactos en servicio) asegura tanto una

alta capacidad de deformación como de absorción de energía ante eventuales impactos.



22

Por otro lado, la presencia de austenita en la microestructura de los aceros TRIP posibilita

obtener unos aceros con alta resistencia a la fatiga y a la enfragilización por hidrógeno[4]

.

Fig. B.3.1. Previsiones de la evolución de la resistencia a la tracción de los aceros a

utilizar en la carrocería de automóviles en la industria japonesa[3]

.

DISEÑO DE LAS ALEACIONES ACEROS TRIP

La composición química típica de un acero TRIP comercial es 0.15-0.25%C, 1.5%Mn,

1.2-1.5%Si y la tendencia actual consiste en sustituir parcialmente el silicio por aluminio,

con el fin de evitar problemas de moldeo y asegurar una calidad superficial adecuada para

la ejecución de operaciones de galvanizado, dado que en los aceros de alto silicio se

forman óxidos superficiales que dificultan la formación de la capa inhibidora de la

corrosión en el galvanizado[4]

. Se ha logrado de este modo obtener aceros de alta

resistencia mecánica (500-1000 MPa de resistencia a la tracción) y ductilidad

(alargamientos entre 20 y 40%).

Por otro lado es posible fabricar aceros TRIP de muy alta resistencia mecánica (800-1200

MPa) si se aumenta el contenido de carbono del acero hasta 0.4%, aunque estos grados

presentan serios problemas de soldabilidad y dificultades a la hora de realizar su

laminación en caliente, por lo que la vía que parece más adecuada de cara a obtener grados

de aceros TRIP de muy alta resistencia consiste en la adición de microaleantes (Ti, Nb y/o

V) manteniendo el contenido de carbono del acero suficientemente bajo (<0.25%)[5]

.

Estas mismas singularidades en la composición química de los aceros TRIP son las

responsables de la aparición de ciertos problemas durante la laminación en caliente. En la

actualidad existen muy pocos trabajos que se hayan centrado en este aspecto,

fundamentalmente debido a la necesidad de disponer de resultados industriales. Entre lasmayores diferencias con relación a los aceros convencionales de alta resistencia pueden

enumerarse las siguientes[6,7]

:

Retardo ocasionado por los altos contenidos de Al y de Si en las cinéticas de

precipitación del Nb(C,N) y por lo tanto modificación de las interacciones

recristalización-precipitación entre pasadas de laminación.

Incremento de la temperatura de transformación austenita-ferrita ocasionando la

aparición incontrolada de zonas ferríticas (principalmente en las capas

superficiales).



23

Variabilidad en las fuerzas de laminación y en la resistencia a la deformación y, en

general, gran sensibilidad a pequeñas oscilaciones en la temperatura.

PRODUCCIÓN DE LAS MICROESTRUCTURAS

Hay dos vías para la obtención de la combinación microestructural adecuada para lograr el

efecto TRIP. Una de ellas es la obtención directa tras la laminación en caliente,recurriendo para ello a la aplicación de una secuencia adecuada de enfriamiento en la mesa

de enfriamiento y a su vez definiendo de forma adecuada la temperatura de bobinado. La

segunda vía de obtención de la microestructura TRIP en chapa es mediante recocido

continuo tras laminación en frío. Esta segunda vía es la más aplicada en la actualidad para

la producción de chapa debido, en parte, a las dificultades de control y reproducibilidad

que presenta la obtención, en la mesa de enfriamiento tras al conformado en caliente, de

microestructuras altamente sensibles, como son las TRIP, a las condiciones del proceso.

En la Fig. B.3.2 se muestra, de forma esquemática, el perfil temperatura/tiempo de un

ciclo de recocido continuo para la obtención de microestructuras con efecto TRIP. Es de

notar que en cada etapa del ciclo es preciso ejercer un control sobre al menos una

transformación. El calentamiento es una etapa importante puesto que pueden interaccionar entre sí la recristalización y la transformación. Las disoluciones de la cementita y de la

perlita determinan el carbono disponible para el enriquecimiento de la austenita.

TIEMPO

T E M P E R A T U R A

Calentamiento:

- Recristalización

- Disolución cementita

- Formacion austenita desde T>Ac1

Recocido intercrítico:

- Formación de austenita con la suficiente templabilidad:

* Proporción adecuada dey

* Enriquecimiento homogeneo en C de la austenita

- Textura

Enfriamiento rápido:

- Evitar formación de más ferrita

- Evitar formación de perlita- Textura

Mantenimiento isotérmico en zona bainítica:

- Enriquecimiento en carbono de la austenita

Enfriamiento final:

- Transformación

martensítica si Ms> Tambiente

Fig. B.3.2. Esquema que muestra un ciclo típico de recocido continuo para la obtenciónde microestructuras con efecto TRIP. En cada etapa del ciclo, se indican lastransformaciones que tienen lugar.

Durante el enfriamiento rápido debe evitarse una nueva formación de ferrita y sobre todo

de perlita con el fin de producir durante la etapa de enfriamiento final una mínima fracción

de bainita libre de carburos (debido al efecto de Si y/o Al) como para que la austenita se

enriquezca suficientemente en carbono (%C>1%). Esto evita que la austenita se



24

transforme a martensita en el enfriamiento final (ello gracias a que la temperatura Ms se ve

afectada por el contenido de carbono presente en la austenita).

Cada una de estas reacciones requiere un control preciso que depende no sólo de las

condiciones de proceso sino del estado previo del material y de la composición instantánea

de las fases, algo que puede ser muy diferente de la esperable en condiciones de equilibrio.

Por ello, es preciso el estudio de las diferentes transformaciones y la dilatometría es unaherramienta valiosa.

TRANSFORMACIONES DE FASE EN ACEROS TRIP

Las transformaciones de fase que tienen lugar en el procesado industrial de las chapas de

acero TRIP laminadas en frío se ejecutan en las líneas industriales de recocido continuo.

La Fig. B.3.3 nos ayudará a comprender mejor estas transformaciones[1]

.

Con objeto de conseguir la microestructura final deseada, la chapa de acero laminada en

frío debe someterse a un recocido intercrítico (en la región +) para obtener un reparto

adecuado del contenido total de carbono del acero entre la ferrita (aprox. 50%,

prácticamente sin carbono) y la austenita (aprox. 50%). En el curso del calentamiento,normalmente muy rápido en condiciones industriales, la ferrita recristaliza y la cementita

se disuelve primero en la ferrita y luego, cuando se sobrepasa la temperatura A c1, en la

austenita. En esta primera fase del tratamiento térmico se obtiene normalmente una

austenita con 0.3-0.5% C, contenido insuficiente para su estabilización.

A continuación el acero debe enfriarse muy rápidamente hasta una temperatura en torno a

los 400-500ºC y mantenerse el tiempo suficiente para que se desarrolle la transformación

bainítica (austempering). Muchas veces se aplica primero un enfriamiento relativamente

lento (p.e., 5ºC/s) hasta una temperatura todavía superior a Ar1 (se puede de este modo

incrementar todavía algo más el contenido de carbono de la austenita) para continuar con

un enfriamiento muy rápido (>30ºC/s) hasta la temperatura de la transformación bainítica.

En el curso del tratamiento isotérmico, debido a la presencia en la composición química

del acero de elementos anticarburígenos como el silicio, aluminio y fósforo, se forma

ferrita bainítica sin que precipite cementita. Gracias a ello, la austenita residual se

enriquece progresivamente en carbono (alcanza valores entre 1 y 2%), hasta que

finalmente la transformación se detiene al cabo de un tiempo más o menos largo,

momento en el que la composición de la austenita es tal que la temperatura del tratamiento

coincide con la temperatura T0 (temperatura a la que se igualan las energías libres de la

ferrita y la austenita que, tal y como se aprecia en la Fig. B.3.3, depende del contenido de

carbono).

Esta austenita de alto carbono es muy estable, su temperatura M s se sitúa 15-25ºC por

debajo de la ambiente, por lo que no se transforma ya en el enfriamiento final. Decualquier manera, la microestructura final del acero y su estabilidad dependen tanto de la

temperatura como del tiempo de mantenimiento en la región bainítica, ya que tiempos

cortos no estabilizan suficientemente la austenita y se forma martensita en el enfriamiento

final, mientras que tiempos largos conducen a la precipitación de carburos y con ella

disminuye la fracción de austenita residual y su contenido en carbono[8]

. La definición

precisa de la temperatura y del tiempo del tratamiento de austempering es crítica, ya que

de ella depende la fracción volumétrica final de austenita, su contenido final de carbono,

así como el tamaño, forma y disposición de esta fase.



25

Fig. B.3.3. Izda: Tratamiento térmico de los aceros TRIP. Centro: Diagrama pseudobinario F-C con 1.5%Mn. Dcha: Energías libres de la austenita y la ferrita y líneaT 0 , que indica el final de la transformación bainítica durante el austempering

[1].

Además, en las líneas industriales de recocido resulta muy difícil alcanzar las condiciones

de equilibrio expuestas, de manera que en las microestructuras finales de los aceros TRIP

comerciales pueden aparecer también carburos precipitados (en este caso no todo el

carbono del acero participa en el enriquecimiento de la austenita) y martensita, factores

ambos que repercuten negativamente en las propiedades finales de estos aceros.

La transformación de la austenita en bainita durante el austempering depende en gran

medida de la composición química del acero TRIP. Los primeros grados comerciales de

aceros TRIP (CMnSi) utilizan el efecto anticarburígeno del silicio, pero más recientemente

se están utilizando combinaciones de silicio y aluminio (CMnSiAl), con el fin de mejorar

la calidad superficial que se obtiene tras la realización de tratamientos de galvanizado

protectores, aunque el efecto inhibidor del aluminio en la formación de cementita esinferior al del silicio

[8]. Además la presencia de aluminio acelera la reacción bainítica,

disminuyendo así los tiempos del tratamiento, aunque también incrementa la temperatura

Ms. Una tercera opción consiste en adicionar una pequeña cantidad de fósforo

(CMnSiAlP, 0.05-0.1%P), que además de contribuir a la inhibición de la formación de

cementita, tiene un fuerte efecto endurecedor de la ferrita.

Todos los aceros TRIP tienen un contenido de manganeso próximo a 1.5%, contenido

necesario para asegurar una templabilidad suficiente que posibilite la ejecución del

tratamiento de austempering. Además, debido al carácter gammágeno del manganeso,

también contribuye a disminuir la temperatura a la que comienza la precipitación de la

cementita.

Un ejemplo de una microestructura de un acero TRIP se muestra en la Fig. B.3.4. En la

misma se indica la identificación de la presencia de austenita retenida mediante la técnica

de EBSD[9]

.



26

a) b)

c) d)

Fig. B.3.4. Acero TRIP. Microscopía basada en la técnica de difracción de electronesretrodispersados, EBSD: a) Mapa de Calidad de Imagen,IQ; b) Figura de Polos Inversa,

IPF; c) Sobre el mapa IQ, en rojo, la austenita retenida, fase FCC; d) Imagen de la muestraelectropulida

[9].

Por otra parte, de lo expuesto anteriormente se deduce que la naturaleza, fracción

volumétrica y distribuciones de las fases presentes en un acero TRIP pueden variar de

forma muy manifiesta como consecuencia de la interacción entre la composición química

y los diferentes parámetros de proceso. Un ejemplo de dicha variación en función delcontenido de Al utilizado se muestra en la Fig. B.3.5 [10]. En la misma se ha utilizado la

técnica de EBSD (mapas de calidad de imagen) para la identificación y cuantificación de

las fases presentes.

Los aceros TRIP comerciales tienen normalmente una resistencia mecánica inferior a 800

MPa. Existen sin embargo distintas vías para conseguir resistencias superiores:

- Incrementar el contenido de carbono del acero (0.2-0.4%), lo que está limitado por

problemas de soldabilidad[4,11,12]

.



27

- Adicionar microaleantes (Nb, Ti, V, Mo), con el propósito de refinar la

microestructura del acero y endurecerla mediante la precipitación controlada de

carburos y/o carbonitruros[5,13,14,15]

.

- Una última vía consiste en incrementar la fracción de bainita a expensas de la de

ferrita, pudiendo generarse microestructuras de bainita-austenita, de muy altaresistencia mecánica (1100-1300 MPa), aunque de menor ductilidad, si en vez de

realizar un recocido intercrítico se realiza una austenización completa[16,17]

.

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

IQ

F r e q u e n c y

EBSD Data without GB Contribution

RXD Ferrite

Non-RXD Ferrite

Martensite

Retained Austenite

Bainite

Sum of all simulated contributions

35.78

37.34

14.56

10.27

2.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

IQ

F r e q u e n c y


RXD Ferrite

Non-RXD Ferrite

Martensite

Retained Austenite

Bainite


35.78

37.34

14.56

10.27

2.05

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

IQ

F r e q u e n c y


RXD Ferrite

Non-RXD Ferrite

Martensite

Retained Austenite

Bainite


48.31%

6.83%

31.33%

9.86%

3.67%

Fig. B.3.5. Variación en las fracciones de fases presentes al incrementar del 0.5% a 1% el contenido de Al e incrementar el tiempo de permanencia a 450ºC en el ciclo de recocido de30 a 120s

[10].

La interacción que puede tener lugar entre las diferentes adiciones que se han ido

describiendo es muy compleja, ya que un mismo elemento afecta simultáneamente de

diferente forma a varios aspectos del ciclo térmico. Un resumen de los efectos de loselementos de adición más significativos se muestra en la Fig. B.3.6

[18].

Time

T e m

p e r a t u r e

C, Mn, Si,

Cr, Mo, Ni, Nb

Bainite

C, Mn, Cr, Nb

CoolingHeating, soaking

AC3

AC1

Si, Al, P, Nb

Si, Al, P

MS

Ferrite C, Mn, Cr, Mo, B

Si, Al, P, V

Al

Time

T e m

p e r a t u r e

C, Mn, Si,

Cr, Mo, Ni, Nb

Bainite

C, Mn, Cr, Nb

CoolingHeating, soaking

AC3

AC1

Si, Al, P, Nb

Si, Al, P

MS

Ferrite C, Mn, Cr, Mo, B

Si, Al, P, V

Al

Fig. B.3.6. Efecto de los elementos de aleación en la transformación durante el recocidocontinuo de aceros TRIP [18].



28

CONFORMABILIDAD DE ACEROS TRIP

Los aceros de alta resistencia mecánica poseen una conformabilidad menor que la de los

aceros convencionales utilizados tradicionalmente en la industria del transporte y en

particular la del automóvil. La causa de este comportamiento radica en que presentan

valores de endurecimiento por deformación n pequeños y además son apreciablemente

isotrópicos (R 1)19, 20. En este sentido los aceros TRIP se han desarrollado paramejorar este comportamiento frente al que muestran los Dual Phase (DP), Complex Phase

(CP) y, obviamente, los Martensíticos (ver Fig. B.3.7). La transformación mecánica

durante la deformación de la austenita retenida, presente en cantidades significativas en

los aceros TRIP, incrementa apreciablemente el valor de n mejorando la conformabilidad.

Cualquier proyecto que se plantee el desarrollo de aceros TRIP debe incluir la

caracterización de la conformabilidad de los mismos y constatar si se han alcanzado e

incluso superado los niveles de los aceros de este tipo recientemente comercializados. Ello

va a depender en gran medida de la naturaleza, tamaño y distribución de las diferentes

fases presentes a temperatura ambiente. Esta caracterización de la conformabilidad

requiere la ejecución de unos ensayos específicos que permitan abordar la complejidad de

los procesos industriales de conformado.

Fig. B.3.7. Comparación entre las propiedades mecánicas de diferentes gamas de aceros. Los aceros TRIP proporcionan mejores combinaciones resistencia-ductilidad encomparación con los aceros convencionales

[18].

Los ensayos clásicos se suelen clasificar en dos categorías:

1. Ensayos de comportamiento mecánico intrínseco

2. Ensayos de límites de conformabilidad



29

1. Ensayos de comportamiento mecánico intrínseco

Se suelen considerar diferentes tipos de ensayos con la finalidad de ayudar a la

comprensión del comportamiento del material durante la estampación y a suministrar

aquellos parámetros del material necesarios para la definición de las ecuaciones

constitutivas, tanto elásticas como plásticas, de los aceros y su posterior utilización en la

simulación por FE.

Ensayos de tracción21,22,23

: Se determinan las propiedades mecánicas clásicas

tales como límite elástico convencional (0,2%), resistencia máxima, alargamiento

uniforme, endurecimiento por deformación n, anisotropía (R 0, R 45, R 90),

sensibilidad a la velocidad de deformación m. Los ensayos se suelen realizar a

distintas velocidades de deformación desde 10-4

s-1

hasta 10 s-1

, buscando las

interdependencias entre las distintas variables de los ensayos.

Efecto Bauschinger24

: Este efecto se puede describir como la reducción en el

límite elástico convencional cuando se invierte la dirección de carga. El papel que

juega el efecto Bauschinger en la estampación de chapa es poco conocido pero

parece que puede ser importante en aspectos como el comportamiento en el

“springback” y en las frecuentes situaciones de doblado y desdoblado de chapa.

Springback 25

: Es uno de los problemas mayores en la conformabilidad de los

aceros de alta resistencia mecánica como consecuencia de su elevado límite

elástico. Son muchos los factores que coadyuvan a que el “springback” después de

las operaciones de conformado sea difícilmente predecible. Un factor importante

pero normalmente ignorado es la variación del “módulo de Young aparente” con

la deformación plástica previa (ver ejemplo en la Fig. B.3.8[26]

). En consecuencia,

para poder predecir dicho efecto resulta necesario llevar a cabo mediciones del

módulo de Young, tanto en la carga como en la descarga tras someter el acero a

distintos niveles de deformación plástica (mediante ensayos de tracción, por

ejemplo).

Fig. B.3.8. Módulo de Young aparente medido en un acero TRIP (1,5% Si) paradiferentes niveles de predeformación (0, 2 y 4%) y varias condiciones de tratamiento(BH, bake hardening) [26].



30

2. Ensayos de límites de conformabilidad

En este grupo se incluyen aquellos ensayos que proporcionan información sobre la

deformación plástica máxima a partir de la cual se producen los fenómenos de fallo como

los de localización de la deformación, pandeo y rotura.

Curvas FLD27,28

: Estas curvas constituyen un mapa de deformaciones que

muestra el inicio de la estricción localizada para diferentes caminos dedeformación. Su uso está ampliamente generalizado tanto a efectos comparativos

entre distintas calidades de aceros como para su utilización como criterio de fallo

en la simulación FE del conformado de componentes estructurales. Su elaboración

experimental es muy delicada, necesita de amplia experiencia y de un número

elevado de ensayos.

LDR (Limiting Draw Ratio)29

: Es otro de los ensayos característicos de

conformabilidad de chapa. Consiste en determinar el diámetro máximo del

desarrollo circular que se puede estampar en forma de copa con un punzón de un

diámetro prefijado. Proporciona información sobre el efecto de la anisotropía y de

la lubricación en la conformabilidad de la chapa.

Ensanchamiento de orificios30

: Un fallo frecuente en las operaciones de

estampado son las grietas nucleadas en los bordes que han sido troquelados en

operaciones anteriores. La determinación de la resistencia de los bordes cizallados

se lleva a cabo mediante ensayos de ensanchamiento de orificios que han sido

troquelados en la chapa. El interés de este ensayo radica en que el ensanchamiento

límite disminuye con el aumento de resistencia de la chapa.

Todos estos ensayos, especialmente los de límites de conformabilidad, se desarrollaron

para su aplicación en aceros de calidad DDQ y EDDQ (embutición profunda y extra

embutición profunda) (SAE J2329) y para procesos de conformado convencionales. Los

proyectos ULSAB y ULSAC31

han dado lugar a la utilización en la industria del

automóvil no solo de los nuevos aceros de alta resistencia, sino también a la introducción

de nuevos formatos como tubo, tailored-blanks y patch-works junto con nuevos procesosde conformado como el hidroconformado. El significado y validez de los ensayos clásicos

de caracterización de chapa en esta nueva situación está siendo objeto de estudio.

SOLDABILIDAD DE ACEROS TRIP

Soldadura por resistencia (RSW)

Los aceros de alta resistencia plantean problemas en la soldadura por puntos RSW,

requiriendo consideraciones especiales en lo referente a los parámetros de soldadura y a la

calidad de la unión. Durante la soldadura por puntos de estos aceros se aprecia una mayor

tendencia a la aparición de proyecciones debidas sin duda a su alta resistividad eléctrica, por lo que suele ser necesario emplear mayores esfuerzos y menores intensidades de

corriente durante su soldadura[32]

.

En el caso de los aceros TRIP, su elevado contenido en carbono equivalente da lugar a un

aumento de la templabilidad, lo cual favorece la formación de grietas y roturas durante el

proceso de soldadura. Asimismo, los elevados tiempos de mantenimiento necesarios y el

bajo espesor de las chapas conllevan un aumento del tamaño de la ZAT y de la velocidad

de enfriamiento.



31

Por estos motivos las uniones soldadas de estos aceros, aunque presentan elevada

resistencia a cizalladura resultan, sin embargo, frágiles sometidas a ensayos de

arrancamiento, y no son aceptables según las normas de automoción basadas en el

desabotonado de los puntos. Esto explica la percepción de estos aceros en la industria

como de muy baja soldabilidad por puntos de resistencia.

También son frecuentes en la ZAT fenómenos relacionados con el crecimiento de grano ytransformaciones de fase que suponen el reblandecimiento del material. Si se produce

reblandecimiento de la ZAT se tendrá una mejor ductilidad y un resultado aceptable en el

desabotonado, pero una menor resistencia global.

Como estrategias para reducir estos problemas se plantean las siguientes posibilidades [33]:

Tiempos de soldadura amplios: control de potencia en varios pulsos

Ciclos de Tratamiento Post-Soldadura.

Existe también la posibilidad de la aplicación de otros sistemas de soldadura:

Soldadura por arco eléctrico

Si bien la soldadura por arco eléctrico es (en virtud de su elevado aporte energético) la

tecnología más empleada para el soldeo de estructuras constituidas por grandes espesores

de material, su uso en automoción está siendo cada vez mayor en ensamblajes de

espesores intermedios o bajos. Esto se debe a los avances que, en las últimas décadas, se

están produciendo en las tecnologías de robotización y en el control de potencia mediante

fuentes digitales. Igualmente, las novedosas técnicas de soldadura al arco de alta densidad

de energía permiten alcanzar altas velocidades de soldeo en aplicaciones de compromiso,

como los “tailored welded blanks” o las soldaduras de elementos sometidos a altos

requerimientos de impacto.

Los mayores problemas que plantea la soldadura al arco tienen que ver con su elevado

aporte térmico, y las ventajas de las que se puede sacar partido al soldar aceros TRIP, proceden de la posibilidad de alterar la composición del baño mediante el hilo de aporte.

Las principales técnicas dentro de este grupo son:

Técnicas de alta densidad de energía: TIG y Plasma, se utilizan para soldaduras a

tope, típicas de TWB (Tailored Welded Blanks) [34]. Permiten penetración total sin

preparación de bordes y someten al material a ciclos térmicos severos.

Soldadura MIG, utilizada para soldaduras de chapas solapadas, típicas de

subensamblajes. Proporcionan mayor aporte térmico y mayor riesgo de

crecimiento de grano y reblandecimiento de la estructura.

Procesos especiales: TIG y Plasma con alimentación de Hilo Frío; procesos

híbridos Plasma-MIG.

Soldadura láserEl láser se emplea en el ensamblaje de piezas de aceros de alta aleación aprovechando el

bajo aporte térmico por unidad de longitud de cordón, que permite tener mínimos

volúmenes de material afectado térmicamente y, por tanto, producir el mínimo daño en la

microestructura del acero TRIP soldado[35]

.

La soldabilidad de los aceros de alto carbono equivalente mediante láser plantea, sin

embargo, el problema de la elevada velocidad de enfriamiento a que se ven sometidos,

debido precisamente a su escaso aporte térmico y en consecuencia el fuerte gradiente de

temperaturas en la ZAT. Esto conlleva la eliminación en el cordón de soldadura de la



32

combinación característica de ductilidad y resistencia de estos aceros debido a la

formación de estructuras frágiles. Otro problema asociado a la soldadura láser de aceros

TRIP en espesores del orden del milímetro, es la distorsión debida a la escasa

conductividad térmica de estos materiales respecto de los aceros convencionales.

Por otro lado, es conocido que la soldadura láser puede empeorar el comportamiento a

fatiga del componente soldado, así, ensayos en las mismas condiciones de elementos con osin soldadura demuestran que ésta no sólo reduce la resistencia a fatiga, sino que también

reduce el límite de fatiga. Los motivos de esta reducción son:

Concentración de tensiones debida a la forma del cordón y la geometría de la

unión: realizar una unión soldada modifica las dimensiones de la sección de la

unión, lo que genera una concentración de tensiones en esta zona cuando el

elemento está sometido a carga.

Concentración de tensiones debida a las discontinuidades del cordón: estas

discontinuidades de la unión, en general en forma de inclusiones y extrusiones,

pueden favorecer o provocar la nucleación de la fisura, reduciendo así su

resistencia a fatiga. Estas imperfecciones son controlables y pueden evitarse

durante la fabricación.

Tensiones residuales: éstas son causadas por las dilataciones y las contracciones

térmicas asociados a los calentamientos y enfriamientos durante la soldadura, y a

los cambios de fase que tienen lugar durante el enfriamiento post-soldeo. Estas

tensiones pueden llegar a distorsionar el elemento durante la fabricación o

modificar la distribución de cargas del elemento si este está sometido a un

esfuerzo.

REFERENCIAS

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2005, 2005, 58-63.

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Forum, 539-543, 2007, 4309-4314

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recrystallization and precipitation in Nb microalloyed steels, ISIJ Intern., 44, 2004, 381-

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33

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35

B.3.2. Avances respecto al estado de la técnica

La industria Española del acero, según datos de UNESID1 tiene las siguientes cifras:

Empleados (directos): 26.640

Producción de acero: 17,8 millones de toneladas anuales

Consumo de acero: 20,9 millones de toneladas (486 kg/habitante y año) Comercio Exterior: Importaciones 11,3 millones de toneladas y exportaciones: 6,6

millones de toneladas.

Estos datos ponen de manifiesto no solo la importancia del sector en España sino que además

debe destacarse que parte de las elevadas importaciones corresponden a calidades de acero

que, en la actualidad no se producen a nivel nacional. Ello incluye a los aceros TRIP y otros

correspondientes a la alta gama de características mecánicas (aceros de alto valor añadido).

En este contexto se plantea el siguiente proyecto que permitiría:

abordar por primera vez a nivel nacional de una forma completa todos los aspectos

relacionados con la obtención, procesado y caracterización de aceros TRIP (a

diferencia de lo realizado hasta ahora, que ha consistido en estudios contemplando de

forma parcial algunos de los aspectos de los aceros TRIP). Esta posibilidad sólo es

posible a partir de la constitución de la alianza entre los cuatro centros que permite

aunar equipamientos y especialistas que no se conseguirían de forma aislada.

desarrollar técnicas de análisis microestructural más avanzadas que permitan

profundizar en los estudios de interacción entre fases, cuantificación de la

mesotexturas y su incidencia en las características mecánicas convencionales y en el

comportamiento de conformado.

tomar como punto de partida los conocimientos actuales en la comunidad

internacional relativos al desarrollo y utilización de los aceros TRIP de forma que se puedan abordar nuevas calidades que permitan superar algunas de las limitaciones

actuales (ventanas difíciles de procesado industrial, soldabilidad limitada, etc.).

crear una alianza de alto valor tecnológico a la que esperamos que en un futuro

próximo se pueda unir el CENIM, que partiendo, en este proyecto, del estudio de los

aceros TRIP permita crear las bases para afrontar en un futuro próximo proyectos de

investigación que estudien, también mediante una aproximación global, las calidades

de aceros más avanzadas que constituyen las familias denominadas HMS-TRIP (High

Mn- Transformation Induced Plasticity) y HMS-TWIP (High Mn- Twinning Induced

Plasticity).

B.3.3. Riesgo tecnológico

El interés por el desarrollo de los aceros con efecto TRIP, que está lejos de haber alcanzado su

plenitud, es importante como lo demuestran las numerosas publicaciones a nivel internacional

que abordan este tema. Sin embargo, quedan numerosas lagunas y podría citarse, a modo de

1 . www.unesid.org



36

ejemplo la necesidad de desarrollar las herramientas necesarias para la correcta

caracterización microestructural de las estructuras complejas presentes en estos aceros

(identificación y cuantificación de las fases finamente distribuidas,…). En esta línea, CEIT ha

participado recientemente en una iniciativa de diferentes Centros y Universidades europeos

(13 en total) que pretendía la cuantificación de la fracción volumétrica de austenita presente

en estas microestructuras. Este es un parámetro crítico que define el comportamiento de estosaceros. La comparación final de los resultados obtenidos en los diferentes laboratorios, tras

aplicar diferentes técnicas (6 diferentes) puso de manifiesto la dificultad del tema.

Además de lo anterior, también es necesario señalar que los aceros TRIP poseen, por su

naturaleza, aspectos de elevada complejidad técnica (tales como el de una soldabilidad

mínima acorde a las exigencias actuales de productividad industrial) que deberán ser

estudiados y resueltos en el transcurso del proyecto.

Los miembros que constituyen la alianza poseen una probada experiencia en los campos en

los que se pueden considerar que los aceros TRIP presentan mayores dificultades. Ello

permite considerar, a priori, que el proyecto va a poder llevarse a cabo en su totalidad y que

no se piensa que exista en alguna de las tareas un riesgo tecnológico insalvable.

B.4. Impacto Socioeconómico del Proyecto

B.4.1. Plan de explotación

CEIT, CTM, ITMA y AIMEN son Centro Tecnológicos sin ánimo de lucro, cuya misión es

detectar necesidades técnicas y tecnológicas en las empresas y poner los medios para

satisfacerlas. A través de la alianza estratégica propuesta por estos centros se busca

aprovechar sinergias y aumentar la masa investigadora en un aspecto clave para la industria

siderúrgica y de automoción española. Por consiguiente, el objetivo final de este proyecto

debe ser el de transferir los resultados de esta investigación al tejido industrial nacional, de tal

forma que las empresas lleven a cabo la explotación directa de los mismos.

La difusión de los resultados de este proyecto se orientará principalmente a las empresas del

sector siderúrgico con capacidad de suministrar aceros TRIP, principalmente a empresas del

sector de la automoción. Hay que tener en cuenta que las empresas que dominen la

fabricación de este tipo de aceros, tendrán ganada, en un futuro próximo, una importante

cuota de mercado en el sector de la automoción a nivel internacional, y que los resultados

obtenidos a nivel de laboratorio sirven de base real para desarrollar estos aceros a nivel

industrial.

No obstante, los resultados también tendrán gran interés para aquellas empresas que emplean

estos aceros en la fabricación de sus productos (principalmente del sector de la automoción), oa todas aquellas con posibilidad de incorporarlos a corto o medio plazo. En este sentido,

conviene recordar que parte de los trabajos realizados dentro del proyecto, tienen un gran

interés no sólo desde el punto de vista de la optimización de la calidad de estos aceros, sino

también desde el punto de vista de los usuarios finales de los mismos (estudios de

conformabilidad y soldabilidad), ya que dispondrán de una información muy valiosa a la hora

de definir y desarrollar los procesos de fabricación en los que intervengan dichos materiales.



37

Los destinatarios principales serán los técnicos y directivos de todas estas empresas, y entre

los medios utilizados para difundir los resultados se encuentran: visitas a empresas, jornadas

técnicas, conferencias, publicaciones, etc. A través de estos medios se prevé mostrar los

resultados obtenidos a lo largo del proyecto, con especial interés en la comparación de los

resultados obtenidos a partir de los aceros desarrollados a lo largo del proyecto, frente a los

obtenidos con los aceros TRIP comercializados actualmente.

En cuanto a los resultados científicos, derivados principalmente del exhaustivo trabajo de

caracterización y formulación de los aceros, irán destinados, sobre todo, al mundo académico

y se difundirían por medio de conferencias, ponencias en congresos de carácter nacional e

internacional, publicaciones, etc. En este sentido, los resultados del proyecto serán una base

de conocimiento explotable por los miembros de la alianza estratégica en futuras líneas de

investigación más específicas y, en general, por la comunidad científica y técnica. En este

contexto conviene destacar que actualmente, la información disponible en lo que respecta a

los aspectos abordados en este proyecto se encuentra dispersa y está, en muchos casos,

incompleta.

Teniendo en cuenta todo lo anterior, la difusión de los resultados se llevará a cabo a diferentesescalas en función de las singularidades del receptor de la información, siempre con el

objetivo de logar el máximo aprovechamiento y beneficio de los mismos. Así, a medida que

se vayan produciendo avances significativos, se utilizarán los siguientes cauces:

Notas de prensa en revistas nacionales especializadas (por ejemplo en la revista

“Soldadura y Tecnologías de Unión”, publicada por CESOL).

Audiencia objetivo: Público General

Países: España

Fechas: Al inicio del proyecto, durante el desarrollo del mismo

Objetivo: Despertar el interés del público industrial

Conferencias nacionales e internacionales (por ejemplo: Materials Science and

Technology (USA, organizado por AIST), Eurojoin (organizado por la Federación

Europea de soldadura), Thermec, Congreso Nacional de Materiales (organizado por

SEMAT), Jornadas Técnicas de Soldadura (organizadas por CESOL),etc.

Audiencia objetivo: Público científico e industrial

Países: Internacional

Fechas: En un estado avanzado del proyecto. A partir del mes 18.

Objetivo: Dar a conocer los resultados parciales del proyecto en el ámbito científico –

tecnológico más elevado.

Artículos en revistas internacionales (Metallurgical and Materials Transactions, Materials

Science and Engineering, ISIJ International, Advanced Materials and Processes, …).Audiencia objetivo: Público científico e industrial


Fechas: En un estado avanzado del proyecto. A partir del mes 18.

Objetivo: Dar a conocer los resultados del proyecto en el ámbito científico –

tecnológico más elevado.

Páginas Web específicas de los miembros de la alianza



38

Audiencia objetivo: Público General


Fechas: En un estado intermedio del proyecto. A partir del mes 12.

Objetivo: Establecer un canal de comunicación dedicado exclusivamente a las

tecnologías de los aceros TRIP, apoyándose en los resultados obtenidos a lo largo del

proyecto. No todos los resultados serán públicos.

En este contexto, además de las colaboraciones habituales ya forjadas previamente entre los

Centros participantes en la propuesta y la industria del acero nacional, se prevé llegar a cabo

unas acciones específicas. Teniendo en cuenta que se trata de la primera vez en España que se

constituye una alianza de estas características en el campo de los materiales metálicos, dentro

del plan de explotación se prevé incluir una actividad específica (“Jornadas Técnicas”) donde

se expongan los resultados y know how desarrollados de forma directa a los responsables

técnicos de las empresas nacionales potencialmente interesadas en la producción y utilización

de los aceros TRIP. Teniendo en cuenta el cronograma de actividades planteado, los socios

consideran que a lo largo del proyecto se podrían organizar tres Jornadas Técnicas (en

diferentes localizaciones geográficas) que se corresponderían temporalmente al final del

primer año (cuando se dispondrían de resultados bastante completos de la calidad TRIP 700),al final del segundo año (en este caso la jornada se centraría en las singularidades para

producir gamas TRIP con mayores resistencias) y al finalizar el proyecto (presentación de

resultados y conclusiones finales).

B.4.2. Impacto en los sectores productivos

El presente proyecto trata de dar un impulso al estudio de una familia de materiales avanzados

de alta resistencia cuya aplicación va en aumento, precisando su importación. Uno de los

sectores de aplicación de este tipo de materiales es el sector de la automoción y por extensión

el del transporte en general. Pero se prevé que estos aceros penetren paulatinamente en otros

sectores como el de la construcción (barreras protectoras en carreteras) o energético.

Debe señalarse que los aceros TRIP forman parte de unas de las líneas prioritarias y

estratégicas definidas en PLATEA (Plataforma Española del Acero) y que a su vez se

entronca en la “European Steel Technology Platform” (ESTEP). Hay que recordar que en la

definición de de las líneas estratégicas de investigación de PLATEA ha sido liderada por las

empresas nacionales productoras de acero.

Los motivos por los que los aceros TRIP forman parte de los objetivos estratégicos del sector

nacional del acero pueden resumirse de la siguiente forma, en relación al título de este

apartado:

- La producción de acero ha ido creciendo a nivel nacional de forma constante en los

últimos años. Sin embargo, tal como se indicó previamente, la balanza neta es

fuertemente importadora. Ello afecta fundamentalmente a la gama de aceros de “muy

elevadas características”.

- Las economías emergentes (el grupo BRIC, Brasil, Rusia, India y China) se están

caracterizando por unos incrementos anuales muy fuertes en la producción de acero



39

con objeto de alimentar la demanda interna. Se prevé que en muy pocos años se va a

asistir a la saturación de esos mercados nacionales y a una exportación muy agresiva.

Ello va a afectar a las gamas bajas de aceros. Este es uno de los motivos por los que el

sector del acero occidental (y dentro de él, el español) debe incentivar acciones

conducentes a desplazar sus ventas hacia aceros más difíciles de producir

tecnológicamente y con un valor añadido adicional (que no sea una mera refusión ylaminación de aceros de bajas prestaciones mecánicas).

- Las regulaciones europeas relativas a las emisiones de CO2, consumo energético, etc.

van a continuar favoreciendo, de forma indirecta, a aquellas industrias que produzcan

aceros con prestaciones cada vez más exigentes, tal como lo son los aceros TRIP.

B.5. Resultados del Proyecto

La realización del proyecto va a permitir que los socios, de forma individualizada, puedan

obtener los siguientes beneficios:

Participación en un proyecto que abarca todo el proceso de la obtención, procesado y

conformado y soldeo de los aceros TRIP, que no sería abordable de forma

individualizada (ni tampoco con la participación de solo dos de los socios). Ello

implica disponer de la posibilidad de recibir (y compartir) know how en actividades en

las que cada centro no es experto.

Posibilidad de compartir técnicas de ensayos no disponibles en instalaciones propias,

pudiendo además, gracias a su utilización en el proyecto, disponer de una información

precisa sobre las ventajas, limitaciones, etc. con relación a las necesidades habituales

del centro.

Con relación a la creación de la alianza estable, debe señalarse que su constitución va a

permitir:

Crear un grupo investigador estable que por sus características, tanto de equipamientos

científicos como de recursos humanos, alcance la masa crítica suficiente para poder

abordar con garantías temáticas concretas en tecnologías punteras del campo de los

materiales metálicos que, hasta la actualidad, no eran viables a nivel nacional.

Una consecuencia inmediata de lo anterior va a ser la posibilidad de realizar ofertas

sobre temáticas más complejas que las llevadas a cabo hasta la fecha presente de

forma individualizada.

El proyecto servirá, en su devenir diario, para afianzar y consolidar la alianza

(métodos de trabajo, procedimientos,…) de forma que en una segunda etapa ésta se

extienda a otros centros nacionales que por sus características y objetivos podrían

considerarse como miembros naturales de la misma.

literatura trip espanol

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