Aplicaciones en Aceros Bainíticos

Los aceros bainíticos podrían competir en el mercado de aceros con una resistencia menor de 1000 MPa y con una concentración de aleación menor del 2% en peso. Sin embargo, hay que ser cuidadoso a la hora de diseñar una aleación con el fin de obtener la microestructura adecuada. De hecho, aceros con una templabilidad inadecuada transforman a ferrita alotriomórfica y a bainita. La formación de ferrita alotriomórfica puede ser evitada añadiendo a aceros bajos en carbono y poco aleados, pequeñas cantidades de boro, el cual aumenta la templabilidad de la bainita, y molibdeno. Por otro lado, en la presencia del boro, cualquier otro elemento aleante debe ser mantenido en concentraciones suficientemente bajas para evitar la formación de martensita. La composición típica de un acero que transforma a bainita con algunas trazas de martensita mediante un tratamiento térmico de normalizado podria ser la siguiente: Fe-0.1C-0.25Si-0.50Mn-0.55Mo-0.003B % en peso.

Los aceros bainíticos más modernos son diseñados con muy bajas concentraciones de carbono y elementos aleantes. Son procesados mediante enfriamientos acelerados con el fin de obtener una microestructura bainítica. Los bajos niveles de aleación, no sólo proporcionan soldabilidad, sino tambien una mayor resistencia debida al refinado de la microestructura bainítica.

La variedad de aceros bainíticos disponibles en el mercado, incluyen aceros bainíticos ultra-altos en carbono con una alta soldabilidad, aceros de muy alta resistencia que compiten con los aceros martensíticos templados y revenidos, aceros resistentes a altas temperaturas usados durantes décadas en las centrares nucleares, aceros forjados mejores que los martensíticos, pues requieren mucho menos procesado, aceros inoculados en los cuales, la bainita nuclea intraganularmente produciendose una microestructura caótica resistente a la propogación de grietas, etc. Los aceros de muy alta resistencia están compuesto de una mezcla de ferrita bainítica, martensita y austenita retenida. Su templabilidad puede ser mejorada añadiendo a su composición manganeso, cromo y niquel. Generalmente presentan una gran concentración en silicio que evita la formación de cementita (Figura). Los aceros de alta resistencia son producidos con una muy baja concentración de impurezas e inclusiones, luego son muy subceptibles a la formación de partículas de cementita, las cuales deben ser evitadas o reducidas en tamañó.

 Aleación                   | C       Si     Mn   Ni   Mo    Cr    V   B       Nb   Otros 
 Primeros aceros bainíticos | 0.10   0.25   0.5   -    0.55   -    -   0.003   -    
 Ultra bajos en carbono     | 0.02   0.20   2.0   0.3  0.30   -    -   0.010   0.05  
 De muy alta resistencia    | 0.20   2.00   3.00  -    -      -    -   -       -   
 De resistencia a la        |
   deformación plástica a   |
   altas temperaturas       | 0.15   0.25   0.50  -    1.00   2.3  -   -       -   
 Aceros forjados            | 0.10   0.25   1.00  0.5  1.00   -    -   -       0.10   
 Inoculados                 | 0.08   0.20   1.40  -    -      -    -   -       0.10   0.012 Ti 

Composición química en % en peso de aceros bainíticos típicos.

Aceros de resistencia media con la misma microestructura, pero algo reducido el contenido de la aleación, son utilizados en la industria del automóvil como barras de protección lateral. Otro avance importante en dicha industria ha sido la aplicación de aceros bainíticos forjados en la fabricación de componentes, tales como los ejes de dirección. Estos eran fabricados hasta ahora con aceros martensíticos forjados, endurecidos, revenidos y finalmente bonificados. Todos estos procesos son ahora sustituidos por un enfriamiento controlado desde la temperatura final de forjado para generar la microestructura bainítica, ahorrando así grandes costes, los cuales en ocasiones marcan la diferencia entre ganancias y pérdidas para la unidad completa de producción.

Aceros bainíticos resistentes a altas temperaturas son usados, y con gran éxito, en centrales nucleares desde los años cuarenta. Su templabilidad ha de ser tal, que mediante enfriamiento continuo debe poder generarse bainita en toda la sección de un componente de 1 m de diámetro. Estos aceros presentan cromo y molibdeno, los cuales facilitan la templabilidad y dan lugar por precipitación a carburos que aumentan la resistencia a la deformación plástica a altas temperaturas.

La bainita puede ser inducida a nuclear intragranularmente en inclusiones, en lugar de en el borde de grano austenitico, mediante la inoculación de aceros bainiticos en estado fundido con adiciones controladas de partículas no metálicas. La bainita que nuclea intragranularmente se denomina "ferrita acicular". Es una microestructura mucho más desorganizada con una gran abilidad para evitar la propagación de grietas. Aceros inoculados están ahora disponibles en el mercado y son usados en aplicaciones estructurales, como la construcción de torres de perforación petrolíferas en medios hostiles.