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Desarrollando Acero Más Inteligente con Análisis de Software Potenciado por Inteligencia Artificial El acero es crucial para el éxito futuro de nuestro mundo. Como uno de los únicos materiales que es completamente reutilizable y reciclable, desempeñará un papel esencial en la construcción de la economía circular del futuro. El acero continúa evolucionando, volviéndose más inteligente e incrementando su sostenibilidad.
Debido a su versatilidad, el acero ha experimentado enormes avances tecnológicos; en particular, los Aceros Avanzados de Alta Resistencia (AHSS, por sus siglas en inglés) han atraído la atención y son excelentes candidatos para satisfacer las demandas de la industria automotriz y la infraestructura de energía renovable.
ArcelorMittal, la compañía líder mundial en acero y minería, se está enfocando en crear aceros más inteligentes que sean más limpios, más fuertes y reutilizables. Henrique Severiano, Especialista de Laboratorio, y Fernando Generoso, Especialista en Desarrollo de Productos en ArcelorMittal – Tubarão, Brasil, nos hablan sobre su caracterización de materiales con microscopía, sobre el uso de la inteligencia artificial (IA) y comparten sus impresiones sobre el futuro del acero.
Eres responsable del desarrollo y la evaluación de la calidad del acero. ¿En qué consiste tu trabajo?
Nuestro trabajo consiste en utilizar conocimientos metalúrgicos para desarrollar diseños de aleaciones y parámetros de proceso adaptados para satisfacer las necesidades del cliente.
Esto incluye conocer la aplicación final del acero, comprender su función y qué características son necesarias para un rendimiento óptimo. Con base en eso, se diseñan varios parámetros de control de calidad y pruebas para garantizar que el acero sea adecuado para ese uso específico.
¿Qué desafíos enfrentas en tu trabajo diario?
Los componentes de la llamada «segunda fase» en el acero pueden colorearse selectivamente mediante corrosión o la formación de películas delgadas a partir de ciertos reactivos químicos. Esto permite identificar y cuantificar cada uno de ellos. Con la evolución de los aceros y el refinamiento de la microestructura, el uso de la microscopía electrónica de barrido (SEM) es fundamental para identificar y cuantificar adecuadamente los microconstituyentes.
Dos de los principales desafíos al analizar imágenes de microestructuras generadas por SEM son la escala y la automatización, ya que este tipo de imágenes pueden contener una variedad de artefactos y ruido que hacen que las técnicas analíticas tradicionales fallen, especialmente a medida que las imágenes se vuelven más complejas. La cuantificación tradicional mediante el método de intercepción depende en gran medida de la experiencia del usuario y es altamente improductiva; por lo tanto, es deseable un software más avanzado asistido por inteligencia artificial (IA) para mejorar y acelerar el proceso.
¿Cómo te beneficias de la microscopía electrónica de barrido y la inteligencia artificial (IA) en tu laboratorio?
Las clasificaciones basadas en aprendizaje automático son mucho más tolerantes al ruido que sus contrapartes tradicionales. Pueden usarse para distinguir características que tienen poca o ninguna diferencia en los valores de escala de grises del SEM, pero que en cambio se diferencian solo por la textura. Esto puede superar la caracterización típica de software que se basa únicamente en imágenes 2D y diferencias en la escala de grises.
Microestructura típíca de un Acero Ferrítico-Bainítico
Reactivo: Nital al 2%
Microscopía Óptica 500x SEM 3,000x SEM 10,000x
Microestructura típica de un Acero de Doble Fase
Reactivo: Nital al 2%.
Microscopía Óptica 500x SEM 3,000x Martensita, SEM 19,000x
Bajo diferentes condiciones de proceso, el mismo acero puede terminar generando interacciones a microescala de constituyentes microestructurales muy diferentes y complejas, con propiedades mecánicas distintas. La caracterización de estas fases en una gran área, con alta fiabilidad y rapidez, es de suma importancia para el desarrollo de nuevos productos, el análisis de fallos, entre otras aplicaciones. Las industrias e instituciones de investigación que pretenden desempeñar un papel de liderazgo en el desarrollo de aceros nuevos y más avanzados deben mejorar su capacidad de simulación de procesos y caracterización de productos para mantenerse al día con la evolución técnica en la producción de acero, que se está volviendo cada vez más compleja y desafiante.
“Estamos utilizando ZEISS ZEN Intellesis para la autosegmentación y el análisis mejorado de nuestros componentes de la segunda fase en el acero. Esto está cambiando la forma en que caracterizamos los materiales, obteniendo tanto velocidad como fiabilidad al mismo tiempo».
Fernando Generoso | ArcelorMittal en Tubaräo
Segmentación de Bainita
Los puntos utilizados en el conteo de la cuadrícula son precisamente los que ZEISS ZEN Intellesis pinta (en azul) sobre la microestructura, diferenciando así las fases de Bainita (azul) y Ferrita (amarillo).
Segmentación de Perlita
Los puntos utilizados en el conteo de la cuadrícula son precisamente los que ZEISS ZEN Intellesis pinta (en azul) sobre la microestructura, diferenciando así las fases de Perlita (azul) y Ferrita (rojo).
Perlita 48,204% Ferrita 51,796% Tiempo: 01 min Perlita = 47,63% Ferrita = 52.37% Tiempo: 25min
Segmentación de Bainita, Martensita y Ferrita
Los puntos utilizados para contar la cuadrícula de este acero en particular, usando dos colores diferentes, son precisamente para distinguir las distintas fases en la misma microestructura. ZEISS ZEN Intellesis, en este caso, distingue las fases del acero a través de los colores: Fase primaria: Ferrita (verde) y las fases secundarias: Bainita (azul) y Martensita (rojo).
Martensita = 22,82% Bainita 13,39% Ferrita 63,79% Martensita = 22,86% Bainita = 12,16% Ferrita = 64,98% Tiempo: 18min
Tiempo: 02 min
El acero es un material versátil. ¿Ves alguna aplicación o tendencia futura que aún no haya sido explorada?
La humanidad ha estado utilizando acero durante unos 4,500 años y su uso es más diverso que nunca, desde tapas de botellas hasta rascacielos, y mucho más. El consumo de acero per cápita se utiliza en todo el mundo como parte del índice de desarrollo económico. No tenemos duda de que las aplicaciones del acero seguirán sorprendiéndonos. En un futuro cercano, es fácil prever que el acero se usará junto con otros materiales como polímeros, otras aleaciones, cerámicas, etc., en forma de composites o estructuras complejas o equipos para mejorar el rendimiento.
Junto con este aumento continuo en la aplicabilidad, el proceso de producción de acero está experimentando una gran transformación hacia la neutralización de las emisiones de CO2. ArcelorMittal ha lanzado recientemente sus tres primeras iniciativas XCarbTM como parte de su viaje para cumplir su compromiso de alcanzar emisiones netas cero de carbono para 2050.
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