Nanotecnología aplicada a productos de acero

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Hace más de 50 años, el premio Nobel Richard Feynman señaló que aparecerían nuevas propiedades si los materiales se fabricaran a nivel de átomos y moléculas. Las décadas de 1970 y 1980 vieron el nacimiento y el rápido desarrollo de la nanotecnología.

ACTUALIZACIÓN TECNOLÓGICA

Nanotecnología aplicada a productos de acero Por Jorge Madías, Gerente de empresa Metallon, Argentina

La primera conferencia internacional sobre el tema, en 1990, indicaba que esta tecnología se aproximaba a su madurez. Desde entonces, la nanotecnología se comenzado a utilizarse con llamativa velocidad y un impacto de largo alcance en muchos campos de la ciencia y la tecnología. Estados Unidos, Japón y la Comunidad Europea han procurado ocupar una posición dominante. En el año 2000, en Estados Unidos se publicó un largo informe titulado “Iniciativas para la nanotecnología: liderando la próxima revolución industrial”, producto de lo cual se lanzó un programa. Japón lo siguió, con su propio “Plan de Promoción de Ciencia y Tecnología 2001”. Ubicó la nanotecnología como prioridad, y fundó una institución especial para encargarse del proyecto. La Unión Europea también puso a la nanotecnología en su marco de trabajo para la investigación científica 2002-2006. En pocos años, asumió un status estratégico en la economía global del siglo XXI. Casi al mismo tiempo, China hizo su propio plan de desarrollo de nanotecnología; se crearon centenares de empresas y se produjeron muchos trabajos de investigación. Paralelamente se desarrollaron las herramientas necesarias, como el microscopio de efecto túnel en 1981, que le valió el Premio Nobel a sus inventores, y el microscopio de fuerza atómica en 1986. El desarrollo de la nanotecnología en América Latina es relativamente reciente, en comparación a lo que ha ocurrido a nivel global. México, Costa Rica, Argentina, Venezuela, Colombia, Brasil y Chile contribuyen a nivel mundial con trabajos de investigación en distintas áreas de la nanotecnología. Algunos de estos países cuentan también con programas educativos en licenciatura, maestría, posgrado y especialización en el área.

DOSSIER TECNOLÓGICO

La nanotecnología se ha definido como el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nanoescala. Cuando se manipula la materia a escala tan minúscula, presenta fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, los científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas. La industria del acero no ha permanecido ajena a este desarrollo: se pretende utilizar los conceptos de la nanotecnología para el desarrollo de los aceros, y se utilizan materiales basados en nanotecnología dentro de los procesos de fabricación. Por ejemplo, vale la pena mencionar que la perlita, en una de sus dimensiones, cuando el espaciamiento interlaminar es pequeño, puede considerarse también un material nanoestructurado. En este trabajo se utiliza el concepto de nanotecnología en un sentido amplio, incluyendo los materiales nanoestructurados. Se exponen algunas aplicaciones de nanotecnología en el desarrollo de aceros por rutas de proceso convencionales, subdividiéndolas por las características específicas de cada nanoestructura. También se mencionan algunas aplicaciones que utilizan rutas de proceso no específicas de la siderurgia, como las abarcadas por los procesos con deformación plástica severa. Por razones de espacio no se tratan en este artículo las aplicaciones de nanotecnología en los procesos de fabricación del acero, que tiene amplio espectro, encontrándose en las coquerías, altos hornos, convertidores, hornos eléctricos, metalurgia de cuchara, colada continua, laminación,

tratamiento térmico, galvanizado, etc. Se espera considerarlas en un artículo posterior. Las herramientas que se utilizan para la caracterización de estos materiales se mencionan al tratar algunos de los casos.

ACEROS La resistencia de un cristal aumenta mucho a medida que es más pequeño porque se incrementa la probabilidad de evitar defectos. S.S. Brenner pudo en 1956 alcanzar una resistencia a la tracción mayor que 13 GPa en un cristal de hierro de 1,5 micrones de largo (FIGURA 1). En teoría, sería posible alcanzar una resistencia a la tracción de 21 GPa en cristales de hierro ideales.

FIGURA 1. Influencia del tamaño del cristal de hierro sobre su resistencia [1] 15 Resistencia (GPa)

El prefijo “nano” corresponde a una unidad de medida que equivale a la millonésima parte de un milímetro, o la milésima parte de un micrón.

10

5

0 0

4

8

12

Tamaño del cristal (µm)

16

Se analizan en primer lugar aplicaciones de nanotecnología a aceros que se pueden producir masivamente en equipamientos existentes, con modificaciones parciales en los procesos de producción. Se hace referencia a los aceros nanobaíniticos, a los aceros microaleados con nanoprecipitados, a los aceros avanzados de alta resistencia nanoestructurados, a los aceros con nanocementita, y a los alambrones de alto carbono con descomposición de la cementita.

Aceros nanobainíticos Investigaciones realizadas a principios de este siglo por el Dr. Bhadeshia de la Universidad de Cambridge y otros investigadores europeos, revelaron que al someter aceros de alto carbono y alto silicio a un enfriamiento lento1, se obtenía una microestructura consistente de placas de ferrita bainítica de 20 a 40 nanómetros de espesor separadas por capas de austenita residual, con alta resistencia a la tracción y alta ductilidad [2]. A medida que el concepto de nanotecnología se difundió, esta estructura se dio en llamar nanobainita, y a los aceros que la poseen, aceros nanobainíticos o superbainíticos (FIGURA 2).

FIGURA 2. Nanobainita: placas muy finas de bainita, separadas por austenita. Observación de lámina delgada en microscopio electrónico de transmisión [2]

Para los no iniciados que desean contar con una base sobre metalurgia ferrosa se recomienda el curso MET 0100 de Steel University: https://www.steeluniversity.org/learn/ met0100-ferrous-metallurgy/

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También se ha estudiado su aplicación en casos concretos, como por ejemplo aceros para rodamientos y otros aceros de medio y alto carbono. En los aceros para rodamientos, la nanobainita daba resultados muy importantes, pero presentaba bajos valores de ductilidad. En el marco de una investigación europea, con participación de varias plantas y centros de investigación, se han estudiado dos aceros de alto silicio y alto carbono, que implican modificaciones de los aceros clásicos para este uso [5]. Se logró una cinética de transformación que hizo innecesaria la adición de elementos caros, como el cobalto, o complicados para la limpieza inclusionaria, como el aluminio. Con temperaturas de tratamiento isotérmico para transformación a bainita de menos de 250°C, se obtuvieron resistencias a la tracción de más de 2 GPa, manteniendo la ductilidad, lo que no se lograba con el acero estándar para rodamientos 100Cr6, ni por bainitización a baja temperatura ni por un clásico temple y revenido. Este mantenimiento de la ductilidad se logró en combinación con la presencia de más del 30% de austenita retenida. Se verificó que, en lo que respecta a resistencia a la tracción y ductilidad, no es conveniente buscar la temperatura de tratamiento más baja posible, porque en ese caso la resistencia mejora moderadamente pero la ductilidad cae significativamente. La resistencia al desgaste por rodadura y deslizamiento mejoró con respecto a los aceros estándar. En este caso hay un efecto favorable de la baja temperatura de tratamiento, probablemente como resultado de la

FIGURA 3. Comportamiento en la carga y en la difusión de hidrógeno de aceros 100Cr6 estándar, acero 100Cr6 + 0,5% V, acero nanobainítico (SB) con adición de cobalto y aluminio (con dos temperaturas de bainitización, 200°C y 300°C) y un hierro casi puro [6] 16 14

(a)

Luego de carga con H

(b)

24 h de carga con H

100Cr6

12 Hidrógeno total (ppm)

Se han realizado diversos estudios para entender las características de esta transformación [3]. Mientras estas características han sido reveladas por las investigaciones, todavía no se entiende bien el efecto sobre las propiedades mecánicas, que sigue siendo motivo de estudio [4].

10 8 100Cr6+0,5V 6 SB300

4 2

SB200 Hierro puro

0

mayor dureza y porque la ductilidad no influye. No se observaron mejoras respecto a la resistencia a la fatiga. Es conocido que los aceros de alta resistencia presentan sensibilidad a la fragilización por hidrógeno. Investigadores de SKF han estudiado este tema sobre el acero 100Cr6 estándar y sobre el mismo acero con una adición del 0,5% de vanadio, con la que se procura mejorar este aspecto [6]. En la FIGURA 3 se presenta una comparación entre el acero 100Cr6 estándar, el acero 100Cr6 + 0,5% V, un acero nanobainítico (SB) con adición de cobalto y aluminio (con dos temperaturas de bainitización, 200°C y 300°C) y un hierro casi puro, desde el punto de vista de la absorción de hidrógeno y del contenido de hidrógeno luego de 24 horas de la absorción. Debido a que hay una gran superficie de interface entre bainita y austenita, lo que podría eventualmente facilitar

fenómenos de corrosión por el diferente potencial electroquímico de ambas fases, se ha estudiado este aspecto en un acero para rodamientos, encontrándose que para dos materiales de similar dureza, uno con tratamiento de temple y revenido tradicional y otro nanoestructurado, no había mayores diferencias, independientemente del medio corrosivo utilizado [7]. Otro tema que ha ocupado a los investigadores es que la nanobainita no se ablanda con el revenido convencional, lo que es necesario para facilitar la deformación en caliente del material. En ese sentido, se ha demostrado que se puede ablandar explotando la denominada reacción eutectoide divorciada en un tratamiento térmico en el que el estado al inicio del enfriamiento no es totalmente austenítico, sino que la austenita contiene todavía partículas de cementita proeutectoide2. Al enfriar por debajo de la temperatura

Se denomina cementita proeutectoide a la que se forma en el borde del grano austenítico en el enfriamiento lento de aceros con más del 0,80% de carbono (aceros hipereutectoides).

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DOSSIER TECNOLÓGICO

eutectoide, estas partículas absorben el exceso de carbono rechazado por la ferrita, suprimiendo así la formación de perlita laminar y dejando como resultado una microestructura final de esferoides groseros de cementita en una matriz ferrítica. Con un tratamiento térmico de diez horas se obtiene una dureza de 250 HV, que hace posible el conformado [8]. Apuntando a la fabricación de componentes resistentes a la abrasión, se han estudiado los mecanismos de desgaste que predominan cuando se tiene esta microestructura nanobainítica, en comparación con los mecanismos actuantes para estructuras basadas en perlita fina o en martensita [9]. Investigadores de la Universidad de Tecnología de Varsovia han investigado la forma de obtener esta nanoestructura en aceros cementados y en aceros para herramientas. En el primer caso, a los efectos de obtener una mayor resistencia a la abrasión, cementaron acero 38CrAlMo6-10 [10]. En el segundo caso verificaron la estabilidad térmica del acero X37CrMoV5-L, encontrando que por encima de 400°C precipitaban carburos y el material perdía sus características, no debiendo utilizarse para esas temperaturas [11]. De acuerdo a la literatura, hasta el momento los aceros basados en nanobainita han encontrado aplicación comercial en blindajes y se programa su aplicación en ejes, rodamientos y componentes resistentes a la abrasión [9].

Aceros microaleados con nanoprecipitados Los aceros microaleados, que contienen típicamente titanio y/o niobio y/o vanadio, en cantidades generalmente por debajo del 0,1%, son conocidos y empleados desde hace varias décadas. Sus propiedades mecánicas son más elevadas que las correspondientes a aceros al carbono

equivalentes (del mismo contenido de carbono). El endurecimiento por la precipitación de carbonitruros es responsable por este incremento en las propiedades. A medida que los precipitados formados son más pequeños, mayor es el endurecimiento experimentado. Por ejemplo, un estudio de JFE Steel se centra en la obtención de aceros laminados en caliente de alta resistencia para suspensiones automotrices, con el objetivo de disminuir el peso. Para conformarlos se necesita una alta capacidad de estiramiento. Es ideal tener una estructura ferrítica sin presencia de perlita ni de cementita de cierto tamaño, y obtener la alta resistencia mediante el endurecimiento por precipitación de finos carburos. Para esto se diseñó un acero de 0,04% C, 1,5% Mn y 0,30% Mo y se verificó el efecto de contenidos variables de titanio. El manganeso permite descender la temperatura de transformación de austenita a ferrita, previniendo el crecimiento de los carburos finos. El molibdeno retarda la formación de perlita y cementita gruesa en los bordes de grano. Se controló el nitrógeno en un valor bajo para minimizar la formación

de precipitados grandes TiN, que consumen el titanio sin mejorar las propiedades mecánicas. En las pruebas iniciales se varió el contenido de titanio entre el 0,02% y el 0,15%. Finalmente se adoptó el 0,09%, para obtener una resistencia a la tracción de 780 MPa con una temperatura de bobinado de 700°C [12]. Se obtuvieron carburos alineados muy finos, de 3 µm (FIGURA 4). El aporte del endurecimiento por precipitación de los nanocarburos se calculó en 300 MPa, de dos a cuatro veces el aportado por precipitación de carburos en los aceros microaleados convencionales. El resultado en cuanto a capacidad de estiramiento, que se atribuyó al excelente alargamiento local, fue muy bueno. El grado de acero se implementó industrialmente con la denominación comercial NanoHiTen [13]. De manera similar, China Steel Corporation desarrolló un acero para laminación en caliente, sin adición de molibdeno, y con titanio y vanadio como microaleantes. El objetivo de la adición de vanadio fue prevenir el engrosamiento de los carburos durante el bobinado, que disminuye su efecto positivo sobre las propiedades mecánicas [14]. Se obtuvo una resistencia a la tracción de 720 MPa.

FIGURA 4. Microestructura ferrítica (izquierda) y nanocarburos alineados (derecha) en acero de alta resistencia con buena capacidad de estiramiento, para suspensión automotriz [13]

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Un estudio de Baosteel se enfocó en la influencia de nanoprecipitados de carbonitruros de titanio y niobio sobre la temperatura Ar3 de transformación de la austenita a ferrita, en bruto de colada y luego de deformación en caliente [15]. Cabe mencionar también un trabajo de la Universidad de Alberta sobre chapa de acero laminado en caliente API X100 para tubos soldados, proveniente de SSAB Canadá. Sobre este acero, aleado con molibdeno y cobre, y microaleado con titanio, niobio y vanadio, se buscó caracterizar los nanoprecipitados. La compleja composición y la distribución de tamaños hizo difícil la cuantificación, particularmente de los precipitados más pequeños. Se separaron los precipitados mediante disolución química y electrolítica y se analizaron mediante microscopía electrónica de trasmisión y de barrido y difracción de rayos X. Para caracterizar la distribución de tamaño de los nanoprecipitados se obtuvieron réplicas de carbono y se trabajó en el microscopio electrónico de trasmisión con imágenes en campo oscuro [16]. Un caso particular es el del acero Súper 304H, con el 18% de cromo, 8% de níquel, 3% de cobre y un pequeño contenido de niobio, usado en plantas de generación de energía eléctrica ultrasúper críticas3. En este acero juegan tanto los nanoprecipitados de cobre –cuyo efecto en el endurecimiento es vital– como los nanoprecipitados del tipo MX (Nb[C, N]) [17]4. Una forma de facilitar la obtención de nanoprecipitados es el enfriamiento ultrarrápido de la chapa antes del bobinado. Se ha estudiado por

ejemplo a escala laboratorio el efecto de un enfriamiento a 80°C/s, sobre la formación de nanoprecipitados en aceros de bajo carbono microaleados con titanio, niobio y vanadio [18].

Aceros avanzados de alta resistencia Estos aceros han sido motivo de una revisión previa [19]. Dentro del amplio campo cubierto por este concepto, donde se incluyen los aceros bifásicos (DP), los aceros con plasticidad inducida por deformación (TRIP) o por maclado5 (TWIP), etc., hay también diversas aplicaciones de los conceptos de nanotecnología. En el caso de los aceros bifásicos, que han sido discutidos en detalle en otra revisión [20], y cuya microestructura consiste de ferrita y martensita, se ha podido mejorar su resistencia a la fatiga mediante la formación de nanoprecipitados de cobre [21]. Un estudio de investigadores de China, Estados Unidos y Alemania, aplica una metodología similar a la ya mencionada para la formación de nanobainita, a un acero TRIP de 0,19% C; 0,30% Si; 1,76% Mn y 1,52% Al, al que se somete a un recocido intercrítico6,y luego a un mantenimiento isotérmico. Se lo compara con el mismo acero sin el mantenimiento isotérmico. Mientras en el primer caso la austenita retenida aparece en forma de láminas ultrafinas, alternadas con ferrita bainítica, en el segundo caso la austenita retenida aparece en forma de bloques. En el primer caso la resistencia es de 1.100 MPa y la deformación verdadera es del 50%, en tanto que en el segundo caso ambas son mucho menores: 800 MPa y el 35% [22].

Aquellas en las que la generación de vapor se produce sin ebullición, pasando de líquido a gas a presiones del orden de 22 MPa, con la consiguiente alta exigencia. 4 MX: compuesto formado por un metal y un metaloide. 5 Maclado: mecanismo de deformación de monocristales. 6 Intercrítico: entre la temperatura de inicio de formación de ferrita y la temperatura eutectoide. 3

Otro estudio se enfoca a los aceros llamados TRIP-maraging. Los aceros martensíticos convencionales tienen una limitada ductilidad que puede mejorarse sin perder resistencia, por la vía de la reversión parcial de la martensita a austenita. Esta mejora se atribuye a la presencia del efecto TRIP de la fase austenita y del efecto de endurecimiento por precipitación (maraging) en la matriz martensítica [23]. Se ha realizado un estudio sistemático de un acero TRIP-maragingFe-9Mn3Ni-1.4Al-0,01C% tratado térmicamente bajo diferentes condiciones de reversión, para introducir variaciones bien controladas de la microestructura austenita-martensita nanolaminada. Se hicieron ensayos de tracción uniaxial e impacto. La microestructura se caracterizó usando microscopios electrónicos de barrido y de transmisión y análisis post mórtem de difracción de rayos X mediante sincrotrón. Los resultados revelaron que la partición de la deformación entre la austenita y la martensita está gobernada por una interacción altamente dinámica entre el deslizamiento de dislocaciones, la transformación de fases inducida por la deformación (causando el efecto TRIP) y el maclado mecánico (causando el efecto TWIP). La morfología de microestructura nanolaminada lleva a una mayor resistencia al daño. La presencia de ambos efectos resulta en una mayor capacidad de endurecimiento por deformación y una mejor resistencia al daño, y de ahí la mejora en la ductilidad [23].

Aceros con nanocementita Procurando eliminar la necesidad de microaleantes, investigadores de Estados Unidos y China estudiaron la posibilidad de obtener cementita a escala nano, mediante enfriamiento ultrarrápido, aportando endurecimiento a un menor costo.

DOSSIER TECNOLÓGICO

DEFORMACIÓN PLÁSTICA SEVERA Por fuera de los procesos usuales para la obtención de aceros (laminación, forja, fundición), existen diversos métodos que apelan a la deformación plástica severa para generar nanoestructuras (FIGURA A). Se trata de la aleación mecánica mediante molienda con bolas, la torsión a alta presión, la extrusión en canal angular de sección constante, la abrasión deslizante, el ensayo de caída de bola, el granallado ultrasónico y el granallado con soplo de aire. Estos métodos se manejan con más o menos éxito a escala laboratorio y en algunos casos para la producción de pequeñas piezas de diversos metales, pero no se han encontrado todavía aplicaciones industriales masivas. En algunos casos se modifica todo el material y en otros solamente una capa superficial. FIGURA A. Algunos de los métodos para generar nanoestructuras mediante deformación plástica severa [26, 27] Estos métodos de deformación Aleación mecánica mediante Torsión plástica severa permiten entre molienda con bolas a alta presión otras cosas mejorar la superficie de los aceros para incrementar su Presión resistencia a la corrosión o a la fluencia lenta (creep). Vástago Cabe mencionar a título de ejemplo del primer caso, la obtención de aceros inoxidables austeníticos por aleación mecánica, seguida de conformado por sinterización y posterior recocido. Como materia prima se utilizan polvos finos de elementos como hierro, cromo, níquel, manganeso y carbono, y una sustancia que contenga nitrógeno (N2, NH3, nitruro de Fe, Cr, Mn). Como los componentes se alean mecánicamente y no hay fusión ni solidificación posterior, el tamaño de grano de la austenita es muy pequeño [28].

Muestra

Soporte

Extrusión en canal angular de sección constante P Vástago Matriz

Φ

Con respecto a la resistencia Muestra a la fluencia lenta, se están desarrollando diversos aceros aleados al cromo, con molibdeno o tungsteno, endurecidos por dispersión de óxidos, con nano clusters de Y-Ti-O. Estas aleaciones, utilizadas en componentes críticos de centrales eléctricas, nucleares y térmicas, se obtienen por aleación mecánica [29, 30]. Poseen también –en alta dosis– resistencia a la irradiación.

En primer lugar se realizó una evaluación termodinámica, basada en dos criterios diferentes para la descomposición de la cementita, para aceros de 0,17% de carbono, con lo que se ratificó la posibilidad

termodinámica de obtener una transformación de la austenita en lo que se llama perlita degenerada. Luego se hicieron ensayos a escala piloto, obteniendo planchones de 70 mm de espesor que se laminaron

a chapa laminada en caliente, con enfriamiento posterior a la laminación en rangos de 20-50°C/s (convencional) y 100-120°C/s (ultrarrápido) hasta obtener 500°C [24].

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FIGURA 5. Imagen de precipitación de cementita en nanoescala alrededor de líneas de dislocación en acero de 0,17% C

FIGURA 6. Mapas de átomos de carbono en tres dimensiones, de alambres de aceros hipereutectoides tratados térmicamente. Las superficies de igual concentración atómica de carbono (7% atómico) se muestran en verde. Observación con tomografía de sonda atómica [25] a. 250°C, 30 min

b. 300°C, 30 min

c. 350°C, 2 min

d. 350°C, 30 min

Se llegó a la conclusión que era necesario aplicar una pequeña deformación luego del enfriamiento ultrarrápido, para aumentar la densidad de dislocaciones, favoreciendo la nucleación uniforme de la cementita a nanoescala en toda la microestructura (FIGURA 5).

e. 400°C, 2 min

20 nm f. 400°C, 30 min

Alambres de alto carbono Los alambres de acero de alto carbono se aplican en las almas de acero de los neumáticos de autos, en los puentes suspendidos, en cables de transmisión de electricidad y en resortes, debido a su alta resistencia. En diversas ocasiones se ha informado la obtención de una resistencia de 5, 6 y hasta 7 GPa [25]. Por esta razón son usados también para estudiar las relaciones entre la estructura y las propiedades mecánicas de las aleaciones nanoestructuradas. Los estudios encuentran generalmente una descomposición de la cementita, inducida por la deformación, con una consecuencia particular: la descomposición de esta fase dura no afecta negativamente la resistencia del material. Por el contrario, la resistencia aumenta continuamente con el trefilado, aunque la cementita se disuelva. El mecanismo para esta disolución es motivo de disputa entre los investigadores. Mientras

C Iso-surface (7 at.% C) g. 450°C, 30 min

hay quienes interpretan que la descomposición tiene lugar durante el trefilado, por la interacción entre las dislocaciones y el carbono, otros sostienen que ocurre principalmente durante el envejecimiento a baja temperatura, luego del trefilado.

la denominada tomografía de sonda atómica (APT, por sus iniciales en inglés). A título de ejemplo, en la FIGURA 6 se presentan imágenes obtenidas con esta técnica.

Un problema práctico es evitar que en las operaciones de galvanizado por inmersión en caliente o de pasivado, se pierda resistencia debido al efecto de la temperatura a la que se debe someter el material durante estos procesos. Para estudiar este fenómeno se utilizan herramientas de caracterización sofisticadas, como

El desarrollo de nuevos aceros con propiedades especiales es una historia sin fin, que ha encontrado en la aplicación de la nanotecnología un impulso más.

CONCLUSIONES

La obtención de tamaños de grano, precipitados u óxidos muy pequeños, por diversos métodos, muchos de

DOSSIER TECNOLÓGICO

EXPERIENCIAS LATINOAMERICANAS EN NANOTECNOLOGÍA APLICADA A ACEROS En Tenaris, entre otras aplicaciones, la investigación de la nanotecnología a los tubos de acero está enfocada en revestimientos o superficies modificadas para mejorar el flujo de fluidos (gas, agua, petróleo); alta resistencia a la abrasión y a la corrosión, mejores propiedades tribológicas en cuplas roscadas, mejor aislación térmica para tuberías, reemplazo de cromo en herramental y accesorios, etcétera. Los desafíos para la nanotecnología en esta industria son enormes, ya que los requerimientos para robustez y durabilidad en ambientes severos son una limitación seria para soluciones nano que en otras áreas han encontrado una implementación relativamente simple. Por ejemplo, en muchos pozos de petróleo y gas los tubos están expuestos no solo a petróleos con arena, muy abrasivos, alta temperatura y presión, sino también a muchas sustancias que los pueden atacar. Además de la formación e inyección de agua con alto contenido de sales, que generalmente origina corrosión, se puede encontrar sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono, que dan lugar a fragilidad y corrosión. El reemplazo total o parcial de tubos causa una paralización de la producción, con las consiguientes pérdidas financieras y riesgo de accidentes. Por esto el uso de aceros al carbono con un revestimiento que ayude a soportar la corrosión, la abrasión, la temperatura y el impacto podría implicar una reducción de costo significativa. Tenaris desarrolló y patentó un revestimiento para equipos de perforación, almacenamiento y transporte, incluyendo recipientes a presión, herramientas, caños, tubos, conexiones y otras piezas, que imparte estas características, usando materiales nanoestructurados [31]. En tanto, Gerdau investiga el diseño y fabricación de aceros con mejora de las propiedades mecánicas mediante la adición de nanopartículas en aceros microaleados. Se han estudiado diversas nanopartículas (TiO2, CeS, ZrO2, CeO2) para seleccionar las más adecuadas; las mejores técnicas y condiciones de adición para obtener una buena dispersión, así como el traslado del proceso a la escala industrial. Un objetivo de la adición de nanopartículas a algunos grados de acero microaleados era aumentar la resistencia a la tracción y el límite de fatiga en algunos componentes del tren de potencia automotriz como cigüeñales y bielas. Por otra parte, se buscó aumentar la tenacidad sin perder resistencia a la tracción en componentes de la dirección manufacturados por forja en frío. En este caso, se analiza también la influencia de las nanopartículas en la nucleación de ferrita acicular. Mientras las primeras coladas de aceros microaleados con adición de nanopartículas se hicieron en un horno de inducción bajo vacío con hasta 35 kg de capacidad, luego los ensayos prosiguieron produciendo un lingote de 3 t, y en breve plazo se va a probar en una máquina de colada continua [32].

los cuales escapan a los procesos industriales más usuales, permiten obtener aceros con propiedades especiales, en lo que hace a su resistencia mecánica, dureza, resistencia a la corrosión, a la oxidación, a la irradiación, etcétera.

El desarrollo de estos nuevos materiales requiere de sofisticadas herramientas de caracterización. En la medida que estos materiales van alcanzando aplicaciones industriales, amplían el espectro de utilización de los aceros.

AGRADECIMIENTOS Se agradece al Dr. José María Cabrera, de la Universidad Politécnica de Cataluña, Barcelona, España, la revisión del manuscrito y las numerosas sugerencias hechas. ••

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