Lubricantes para Hornos de Tratamiento Térmico del Acero
Desde aceites de temple mineral VG 22 hasta PFPE para hornos de vacío: la guía definitiva para seleccionar el fluido correcto en cada proceso térmico del acero.
El tratamiento térmico del acero es uno de los procesos industriales más exigentes desde el punto de vista tribológico. Las temperaturas van desde los 150 °C en hornos de revenido hasta los 1 050 °C en hornos de cementación a alta temperatura, y cada proceso impone requisitos radicalmente distintos sobre los fluidos de proceso y los lubricantes de los mecanismos del horno.
En esta guía técnica analizamos cada proceso, el fluido o lubricante adecuado, los parámetros de seguimiento y los criterios de cambio, con datos de viscosidad, punto de inflamación y compatibilidad de materiales.
1. Tratamientos Térmicos del Acero: Panorama General
Cada tratamiento térmico tiene un perfil de temperatura, atmósfera y velocidad de enfriamiento específico. Esta diversidad determina qué tipo de fluido de proceso o lubricante de maquinaria se puede utilizar sin degradación ni contaminación.
Temple (Quenching)
800–900 °C → baño
Enfriamiento rápido en aceite, agua o polímero
Revenido (Tempering)
150–700 °C
Reduce fragilidad post-temple; horno de convección
Normalizado
850–950 °C → aire
Enfriamiento al aire; sin fluido de temple
Cementación (Carburizing)
920–980 °C
Atmósfera CO/CH₄; endogás o nitrógeno/metanol
Nitruración
500–570 °C
Atmósfera amoniaco; baja distorsión
Bonificado
Temple + Revenido
Combinación de procesos para HRC 28–38
2. Aceites de Temple (Quenching Oils): El Fluido Principal
El aceite de temple es el fluido más crítico en una planta de tratamiento térmico. Su función es extraer calor de la pieza de acero a una velocidad controlada para obtener la dureza objetivo sin distorsión ni fisuración. Los parámetros clave son: velocidad de enfriamiento (cooling rate en °C/s), temperatura del baño, viscosidad cinemática e índice de viscosidad.
2.1 Aceite Mineral de Temple VG 22–32 (Temple Rápido en Frío)
Son los más utilizados para temple a temperatura de baño entre 40 y 80 °C. Requieren punto de inflamación superior a 160 °C (ensayo ASTM D92 o ISO 2592). El índice de viscosidad elevado (VI > 95) garantiza que la viscosidad no varíe excesivamente con la temperatura del baño, manteniendo estable la velocidad de enfriamiento durante el turno de producción.
Parámetros típicos — Aceite mineral temple rápido:
- Viscosidad cinemática a 40 °C: 22–32 mm²/s
- Viscosidad cinemática a 100 °C: 4,5–6,5 mm²/s
- Índice de viscosidad (VI): > 95
- Punto de inflamación (COC): > 160 °C
- Punto de vertido: < −15 °C
- Velocidad de enfriamiento (Hardening Power, H): 0,9–1,1 (escala Grossmann)
2.2 Aceites Acelerados con Aditivos
Contienen aditivos que aumentan la fase de convección del enfriamiento, reduciendo la zona de vapor (etapa Leidenfrost). Útiles para aceros de baja templabilidad (aceros de herramientas W1, O1) donde se necesita un enfriamiento muy rápido sin recurrir al agua.
2.3 Temple en Aceite Caliente (Hot Oil Quench, 150–230 °C)
Utilizado para aceros de alta aleación (H13, M2, D2) que requieren un enfriamiento moderado para evitar fisuración térmica. La formulación debe mantener estabilidad oxidativa a 230 °C durante miles de horas, con punto de inflamación obligatoriamente > 280 °C. Aceites basados en éster o PAO de alta viscosidad (VG 46–68) son los más adecuados.
2.4 Temple Polímérico: PAG en Agua (Aquatensid / Polimerquench)
La solución acuosa de polialquilenglicol (PAG) permite ajustar la velocidad de enfriamiento variando la concentración. A mayor concentración de PAG, mayor capa de gel sobre la pieza y menor velocidad de enfriamiento.
- Concentración 5–8 %: velocidad elevada, similar a agua
- Concentración 10–15 %: velocidad media, para aceros de media aleación
- Concentración 20–25 %: velocidad lenta, para aleaciones especiales
- Temperatura del baño: 20–50 °C (agitación obligatoria)
- Control de concentración: refractómetro o viscosímetro portátil
2.5 Tabla Comparativa de Medios de Temple
| Medio de temple | Dureza HRC alcanzable | Riesgo distorsión | Riesgo fisura | Coste relativo |
|---|---|---|---|---|
| Agua (20 °C) | Máxima | Muy alto | Muy alto | Muy bajo |
| Salmuera (10% NaCl) | Máxima + | Muy alto | Muy alto | Bajo |
| Aceite mineral rápido | Alta | Moderado | Bajo | Medio |
| Aceite mineral lento | Media-alta | Bajo | Muy bajo | Medio |
| PAG 5–8% | Alta | Moderado | Bajo | Medio |
| PAG 15–20% | Media | Bajo | Muy bajo | Medio |
| Aceite caliente (200°C) | Media | Mínimo | Mínimo | Alto |
| Baño de sales (KNO₃/NaNO₂) | Media (bainita) | Mínimo | Mínimo | Alto |
| Aire forzado | Baja | Mínimo | Mínimo | Bajo |
| Gas nitrógeno a presión | Media-alta | Bajo | Bajo | Muy alto |
3. Cementación Gaseosa (Gas Carburizing, 920–980 °C)
La cementación gaseosa enriquece la superficie del acero en carbono mediante una atmósfera de CO/CH₄ (endogás + gas enriquecedor) a 920–980 °C. La atmósfera del horno es reductora y altamente inflamable. Todo lubricante que entre en contacto con esta atmósfera debe ser incombustible a esa temperatura, lo que excluye totalmente los aceites minerales y la mayoría de lubricantes de síntesis convencionales.
Cadenas y transportadores internos
Grafito coloidal en portador acuoso (se evapora) o PFPE (perfluoropoliéter). Los aceites minerales se carbonizan y forman depósitos sólidos que bloquean la cadena.
Rodamientos de ventiladores internos
PFPE + PTFE, compatible con vacío y alta temperatura. Presión de vapor {'<'} 10⁻⁴ Pa. Grasa NLGI 1–2.
Mecanismos de puertas y sellos
PFPE para las partes expuestas a la atmósfera del horno. Fuera del horno: grasa de éster de alta temperatura.
Accionamientos externos
Reductores y motores fuera del horno: CLP EP VG 220 estándar o PAO VG 220.
4. Hornos de Vacío: PFPE Obligatorio
Los hornos de vacío operan a presiones de 10⁻³ a 10⁻⁵ mbar. Cualquier lubricante con presión de vapor apreciable se evaporará, contaminará la cámara y destruirá el vacío. Solo los PFPE (perfluoropoliéteres) tienen presión de vapor inferior a 10⁻⁴ Pa a temperatura de proceso.
REGLA ABSOLUTA — HORNOS DE VACÍO
Todos los elementos móviles dentro de la cámara de vacío deben lubricarse exclusivamente con PFPE. Ningún otro lubricante —ni PAO, ni éster, ni grasa de litio— es aceptable. La contaminación de la cámara por lubricante evaporado requiere una limpieza costosa y puede afectar la metalurgia de las piezas tratadas.
| Punto de lubricación | Lubricante recomendado | Temp. máx. (°C) | Pres. vapor máx. |
|---|---|---|---|
| Rodamientos de resistencias calefactoras | PFPE + PTFE, NLGI 1 | 300 | < 10⁻⁴ Pa |
| Rodamientos de ventilador interno | PFPE + PTFE, NLGI 2 | 250 | < 10⁻⁴ Pa |
| Guías de puerta frontal (interior) | PFPE, fluido ISO VG 100 | 200 | < 10⁻⁴ Pa |
| Mecanismo de carga (interno) | Grafito coloidal seco | 400 | N/A (sólido) |
| Sellos de vacío (O-ring, labio) | PFPE fluido fino (VG 15–22) | 200 | < 10⁻⁵ Pa |
5. Horno de Inducción: Refrigeración y Lubricación de Mecanismos
El horno de inducción no utiliza aceite como fluido de proceso. La bobina inductora se refrigera con agua desionizada en circuito cerrado (sistema DI-water). Los lubricantes son necesarios únicamente para los mecanismos mecánicos externos: portapiezas, guías de alimentación y sistemas de manipulación.
Portaelectrodos y sujeciones
CLP EP VG 220 o Ca-sulfonato NLGI 2
Guías lineales de alimentación
PAO VG 46, grasa poliurea NLGI 2
Rodamientos de manipulador
PAO VG 100, NLGI 2
Reductor de giro de mesa
CLP EP VG 220
6. Horno de Recocido Continuo de Banda (Continuous Annealing Line)
Las líneas de recocido continuo para banda de acero procesan la chapa a 800–900 °C en atmósfera protectora (N₂/H₂). Los rodillos internos del horno giran a 400–600 °C. Las soluciones de lubricación son similares a las de los hornos de vidrio plano, pero con cargas más elevadas.
| Zona / Equipo | Temperatura | Lubricante | Intervalo |
|---|---|---|---|
| Rodamientos de rodillos internos | 400–600 °C | PFPE + PTFE, NLGI 1 | 6–12 meses |
| Rodamientos de rodillos zona fría | 80–200 °C | Grasa éster alta temp. NLGI 2 | 3 meses |
| Reductores accionamiento rodillos | Temperatura ambiente | CLP EP PAO VG 220 | 12 meses |
| Cadenas de transporte de bobinas | Temperatura ambiente | Aceite de cadena VG 46 | Continuo |
| Sellos de atmósfera (snout) | Variable | Grasa éster + PTFE NLGI 1 | 6 meses |
7. Mufla y Horno de Revenido (150–700 °C): Lubricación por Zonas
Los hornos de revenido de cinta o con cadena transportadora funcionan a temperaturas que van desde 150 °C (revenido de aceros de alta dureza) hasta 700 °C (recocido de alivio de tensiones). La clasificación del lubricante de cadena sigue el gradiente de temperatura:
| Zona de temperatura | Lubricante de cadena | Base | Temp. máx. continua |
|---|---|---|---|
| Hasta 150 °C | Aceite de cadena H1 VG 46–68 | Mineral parafínico / PAO | 150 °C |
| 150–300 °C | Aceite de cadena éster VG 46–100 | Éster complejo | 300 °C |
| 300–450 °C | Aceite de cadena éster + aditivos AT | Éster aromático | 450 °C |
| 450–600 °C | PFPE fluido VG 25–68 | Perfluoropoliéter | 600 °C |
| 600–700 °C | Grafito coloidal seco | Sólido (grafito) | {'>'} 700 °C |
8. Monitorización del Aceite de Temple: Tabla de Parámetros
El aceite de temple se degrada con el tiempo por oxidación térmica, contaminación con agua (de la limpieza de piezas), arrastre de metal y acumulación de productos de degradación. Un programa de análisis periódico permite detectar la degradación antes de que afecte a la calidad metalúrgica.
| Parámetro | Norma / Método | Normal | Alerta | Crítico | Acción |
|---|---|---|---|---|---|
| Viscosidad cinemática a 40°C | ISO 3104 | ±10% del nuevo | ±15% | ±25% | Investigar causa, posible cambio parcial |
| Punto de inflamación (COC) | ISO 2592 | > 155°C | 145–155°C | < 145°C | Parada inmediata, riesgo de incendio |
| Índice de neutralización (TAN) | ASTM D664 | < 0,3 mgKOH/g | 0,3–0,8 | > 0,8 | Cambio total o inhibición |
| Oxidación (IR FTIR, A/cm a 1710 cm⁻¹) | ASTM E2412 | < 10 | 10–25 | > 25 | Cambio total |
| Contenido en agua (%) | Karl Fischer | < 0,05% | 0,05–0,1% | > 0,1% | Purgar agua; revisar estanqueidad |
| Residuo carbonoso (Ramsbottom) | ISO 4262 | < 0,1% | 0,1–0,3% | > 0,3% | Filtración fina; posible cambio |
| Partículas metálicas (ICP: Fe, Cr) | ASTM D5185 | < 5 ppm | 5–20 ppm | > 20 ppm | Revisar cavitación o abrasión en el baño |
Frecuencia recomendada: análisis básico (viscosidad, punto de inflamación, agua) cada 3 meses o cada 500 ciclos de temple. Análisis completo (incluye TAN, oxidación por IR y metales por ICP) cada 6–12 meses.
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