Acero Y Aleaciones

Acero y Aleaciones

Acero al Carbono

Los aceros al carbono son conocidos también como aceros de construcción, tienen una composición química compleja, están combinados por hierro, carbono hasta 1% en concentración de peso, silicio, manganeso y una poca concentración de azufre, fósforo, oxígeno e hidrógeno.

El aumento del contenido de carbono en el acero eleva su resistencia a la tracción, incrementa el índice de fragilidad en frío y hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad. Mientras más carbono tenga el acero, más resistente será a la tracción, más frágil será en frio y será menos tenaz y dúctil. El contenido del carbono en el acero es relativamente bajo. Como el carbono es más ligero que el hierro, el porcentaje de masa de carbono en el acero es casi siempre menos del 2%. El carbono influye directamente en el comportamiento mecánico de los aceros. La resistencia de un acero simple con 0.5% de carbono es aproximadamente dos veces mayor a la de uno con 0.1% de carbono; si el contenido de carbono llega al 1%, la resistencia se triplica. Generalmente el carbono reduce la ductilidad del acero, es decir que reduce su capacidad para deformarse, sin llegar a la ruptura. Un acero de 0.1% de carbono es por lo menos cuatro veces más dúctil que otro con 1% de carbono, y dos veces más que uno con 0.5% de carbono.

El material metálico más importante para la industria es el acero al carbono. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques.

Modificaciones de Propiedades o Fabricación

Ilustración 1. Fabricación de Acero

Acería de Convertidores al Oxígeno

El arrabio proviene de altos hornos y estos se cargan junto con chatarra de acero. Por la acción del oxígeno puro que se inyecta al convertidor se oxidan el carbono, silicio y fósforo del arrabio. Estas reacciones son exotérmicas y causan la fusión de la carga metálica fría sin necesidad de agregar ningún combustible y, por adición de cal, se forma la escoria en que se fijan otras impurezas como azufre y parte de fósforo. Una vez finalizada la inyección de oxígeno se analiza su composición y se mide su temperatura, agregando finalmente las ferroaleaciones que imparten las características principales a los diversos tipos de aceros. El tiempo requerido para el proceso de 115 toneladas es de aproximadamente 42 minutos. El acero líquido producido es enviado a un proceso de metalurgia secundaria y luego al vaciado de colada continua de planchones o palanquillas según su composición química.

Ilustración 2. Aceria de convertidores al oxigeno

Colada Continúa de Planchones

El acero líquido de la cuchara es vaciado a una artesa que se comunica por el fondo con un molde en constante movimiento el cual es enfriado por agua; en él se inicia el proceso de solidificación del acero que se completa a lo largo del trayecto por el interior de la máquina.

El planchón producido es una cinta continua con un espesor de 156mm., un ancho que puede variar entre 800mm y 1.050mm, cortándose a lo largo requerido en la salida.

Colada Continúa de Palanquillas

La máquina de colada continua de palanquillas, cuenta con 5 líneas que están conformadas por tubos de cobre de sección cuadrada con refrigeración interna por agua, con sistema de enfriamiento controlado a lo largo de la hebra y un agitador electromagnético al final de la hebra, para prevenir segregación en aceros alto carbono.

Una vez que se ha formado una piel suficientemente gruesa dentro del molde, la hebra inicia su recorrido curvo dentro de la máquina, sometida a la acción de rociadores de agua, controlados en función de la velocidad de la máquina.

Al término de esta zona la hebra es enderezada mediante rodillos y cortada a la dimensión especificada por sopletes de oxígeno-propano para terminar siendo estampada con un número identificador.

La palanquilla terminada de (150 x 150)mm de sección y 6.70 metros de largo, es trasladada mediante mesas de empuje, mesas de rodillos y una mesa galopante hasta la zona de despacho desde donde es cargada mediante una grúa dotada de electroimanes a carros de ferrocarril o camiones según su destino final.

Ilustración 3. Proceso de Colada Continua de Planchones y Palanquillas

Clasificación de acuerdo con el Contenido de Carbono

 Acero extra suave: el contenido de carbono varia entre el 0.1% y el 0.2%, prácticamente no adquiere temple. Es un acero fácilmente soldable y deformable.

Aplicaciones: Elementos de maquinaria de gran tenacidad, deformación en frío, embutición, plegado, herrajes.

 Acero suave: El contenido de carbono esta entre el 0.2% y 0.3%. Se puede soldar con una técnica adecuada.

Aplicaciones: Piezas de resistencia media de buena tenacidad, deformación en frío, embutición, plegado, herrajes.

 Acero semi-suave: El contenido de carbono oscila entre 0.3% y el 0.4%. Se templa bien.

Aplicaciones: Ejes, elementos de maquinaria, piezas resistentes y tenaces, pernos, tornillos, herrajes.

 Acero semi-duro: El carbono esta presente entre 0.4% y 0.5%. Se templa bien, aunque hay que tener en cuenta las deformaciones.

Aplicaciones: Ejes y elementos de máquinas, piezas bastante resistentes, cilindros de motores de explosión, transmisiones, etc.

 Acero duro: la presencia de carbono varia entre 0.5% y 0.6%. Templa bien en agua y en aceite.

Aplicaciones: Ejes, transmisiones, tensores y piezas regularmente cargadas y de espesores no muy elevados.

 Aceros muy duros: El contenido de carbono que presentan esta entre el 0.6 y el 0.8%.

 Aceros extra duros: tienen un contenido en carbono mayor al 0.8%.

Es decir, que estos aceros pueden ser:

Aceros bajos en carbono: no superan el 0.2%, se les llaman aceros ferriticos, son muy suaves, dúctiles, deformables y de baja resistencia.

Aceros medios en carbono: a ellos pertenecen la mayoría del acero comercial que es producido. Su porcentaje de carbono se encuentra comprendido entre 0.2% - 0.5%.

Aceros de alto carbono: tiene un porcentaje de carbono entre 0.5%- 0.8%, se denominan aceros perliticos. Su resistencia y dureza son elevadas pero su ductilidad y tenacidad son bajas.

Efecto del Contenido de Carbono

Ilustración 4. Efecto del Contenido de Carbono sobre el Acero

Aceros de Aleaciones

Se le da el nombre de aceros aleados aquellos que además de los cinco elementos (carbono, silicio, manganeso, fosforo y azufre) contienen también cantidades relativamente

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