1) El documento describe los aceros, incluyendo su obtención a través del proceso de afino en un horno convertidor usando oxígeno inyectado. 2) Explica las clasificaciones de los aceros según su contenido de carbono, método de fabricación, grado de desoxidación y constitución. 3) Resume las propiedades generales de los aceros al carbono y cómo su dureza y resistencia aumentan con el contenido de carbono.
4. ACEROS
• Se denomina acero a toda aleación hierro-carbono cuyo contenido de
carbono está generalmente comprendido entre el 0,008 al 2,1 %
• Se denominan aceros hipotectoides a los aceros cuyo porcentaje de
carbono no es inferior al punto S (eutectoide); se denominan eutectoides,
si su porcentaje es igual al del punto S y se denominan aceros
hipereutectoides si su porcentaje de carbono es superior al del punto S.
• Según el diagrama Hierro-Carbono el punto S corresponde para los aceros
al carbono a un porcentaje de 1,76 % de C, pero puede variar en los
aceros aleados.
5. OBTENCION DEL ACERO
El acero es una aleación de hierro con una pequeña cantidad de carbono (siempre menor
al 1,76%).
El acero se obtiene en el horno convertidor a través de una operación que se denomina
afino, uno de los métodos más empleados para realizar el afino es el sistema de inyección
de oxígeno (LD). Este sistema consiste en lo siguiente:
¿Que metemos en el convertidor?:
a) Arrabio: Nada más sacarlo del alto horno (antes de que se enfríe) ya se mete en el
convertidor. Recordamos que el arrabio tiene hierro, carbón e impurezas.
b) Chatarra de hierro: Procedente de coches, electrodomésticos,...
c) Fundente: Recordamos que es carbonato cálcico y que lo empleamos como detergente
para eliminar las impurezas.
d) Oxigeno: Se inyecta a presión en el centro del convertidor a través de tubo con forma de
lanza, y con ello conseguimos quemar parte del carbón que no se había quemado en el alto
horno.
6. ¿Que obtenemos del convertidor?
a) Escorias: El fundente se pega a las impurezas y las hace flotar
formando la escoria.
b) Acero: En la parte inferior del convertidor quedará el hierro y el
carbón que no se ha quemado.
Finalmente iniciamos el proceso de colada, para ello inclinamos
parcialmente el convertidor para que caiga solo la escoria (como
cuando tratamos de eliminar solo la nata que queda encima de un
vaso de leche). Una vez eliminada la escoria se vuelca totalmente el
convertidor para que caiga el acero dentro de los moldes que
tendrán la forma de las piezas que queremos obtener.
17. PRINCIPALES PRODUCTOS DEL ACERO
BARRAS
Barras para hormigón Barras para molienda Alambrón
PLANOS
Planchas gruesas Rollos y planchas laminadas
en caliente
Rollos y planchas laminadas
en frío
TUBULARES
Tubos soldados por arco
sumergido
18. PROPIEDADES DEL ACERO:
Estructura cristalina compacta y homogénea: Material
estructural más cercano a la isotropía.
Densidad muy alta: 8t/m3
Resistencia muy alta tanto a la tracción como
compresión.
Alto ratio resistencia / peso.
Material dúctil.
Material frágil.
Conductividad térmica muy elevada.
19. CARACTERÍSTICAS DEL ACERO
Material fácil de conformar en frío y en caliente.
Material fácil de mecanizar, ensamblar y proteger contra la
corrosión.
Bajo coste unitario en comparación con otros materiales.
Alta disponibilidad, su producción es 20 veces mayor al resto
de materiales metálicos no férreos.
Material altamente adaptable.
Fácilmente reciclable: Se puede usar chatarra como materia
prima para la producción de nuevo acero.
Ventajas del acero:
20. Corrosión: El acero expuesto a intemperie sufre corrosión por
lo que deben recubrirse siempre exceptuando a los aceros
especiales como el inoxidable.
Calor, fuego: En el caso de incendios, el calor se propaga
rápidamente por las estructuras haciendo disminuir su
resistencia hasta alcanzar temperaturas donde el acero se
comporta plásticamente, debiendo protegerse con
recubrimientos aislantes del calor.
Desventajas del acero:
21. Pandeo elástico: Debido a su alta resistencia/peso el empleo
de perfiles esbeltos sujetos a compresión, los hace
susceptibles al pandeo elástico, por lo que en ocasiones no
son económicos las columnas de acero.
Fatiga: La resistencia del acero (así como del resto de los
materiales), puede disminuir cuando se somete a un gran
número de inversiones de carga o a cambios frecuentes de
magnitud de esfuerzos a tensión.
Desventajas del acero:
23. CLASIFICACIÓN DE LAS ALEACIONES HIERRO-CARBONO ATENDIENDO A SU
PORCENTAJE DE CARBONO:
Se denomina acero a toda
aleación hierro-carbono forjable
cuyo contenido de carbono está
generalmente comprendido
entre 0,008 al 2,1%
24. CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS DE ACUERDO A SU PROCEDIMIENTO DE
FABRICACIÓN:
• Aceros Bessemer
• Aceros Thomas
• Aceros Siemens
• Aceros Eléctricos
• Aceros al Crisol
25. CLASIFICACIÓN DE ACUERDO AL GRADO DE DESOXIDACIÓN:
• Aceros calmados:
Son los que se han desoxidado incompletamente y al solidificarse no
desprenden gases
• Aceros efervescentes:
Son los que se han desoxidado incompletamente y al solidificarse
desprenden abundantes gases, que producen numerosas sopladuras
Poseen características mecánicas inferiores a los aceros calmados por
lo que los aceros más utilizados son del tipo calmado.
26. CLASIFICACIÓN DE ACUERSO A SU CONSTITUCIÓN:
• Aceros Perlíticos:
Constituidos por perlita y ferrita, o perlita y cementita,
después de un enfriamiento normal. Pertenecen a este
grupo los aceros al carbono y además los aceros de baja y
media aleación
• Aceros Martensitico:
Después del enfriamiento quedan constituidos en su mayor
parte por martensita. Son aceros perlíticos cuya velocidad
de temple es muy lenta.
27. • Aceros Austeniticos:
Aceros enfriados desde altas temperaturas y quedan
constituidos en su mayor parte por austenita
• Aceros Ferriticos:
Son los aceros que están formados principalmente por ferrita
a cualquier temperatura. Estos aceros no pueden templarse.
• Aceros con Carburos:
Se caracterizan por contener un porcentaje de carburos de
elementos de aleación muy superior al que se considera
como normal en los aceros al carbono
28. CLASIFICACIÓN DE ACUERDO A SU COMPOSICIÓN:
• Aceros al carbono:
Son aquellos aceros que están formados fundamentalmente por
hierro y carbono
• Aceros aleados
CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS AL CARBONO DE
CONSTRUCCIÓN:
• Aceros inoxidables
• Aceros dulces
• Aceros semidulces
• Aceros semiduros
• Aceros muy duros
• Aceros extra duros
29. CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS DE GRAN ELASTICIDAD:
• Aceros al carbono
• Aceros Mangano-silicios
• Aceros aleados
CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS INOXIDABLES:
• 2XX = Cromo-Níquel-Manganeso
• 3XX = Cromo-Níquel-No endurecibles
• 4XX = Cromo endurecibles
• 5XX = Cromo bajo cromo
CLASIFICACIÓN POR SU GRADO DE UTILIZACIÓN:
• Aceros de fácil mecanización
• Aceros para muelles
• Aceros para calderos
• Aceros para construcción de herramientas
30. CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS PARA HERRAMIENTAS:
• W = Templados en agua
• S = Resistentes al impacto
• O = trabajo en frío, templables en aceite
• A = Trabajo en frío, mediante aleación y templable en aire
• D = Trabajo en caliente, alto carbono, alto cromo
• T = Alta velocidad, base tugsteno
• M = Alta velocidad, Base molibdeno
• P = Moldes, aceros para moldes
• L = Propiedades específicas, baja aleación
• F = Propiedades específicas, carbono tugsteno
CLASIFICACIÓN POR SU COMPOSICIÓN QUÍMICA:
• Aceros en base a normas internacionales como AISI, ASTM, SAE
• Aceros en base al fabricante de aceros ASSAB, BOHLER, etc.
31. CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS ACEROS DE ACUERDO A SU
UTILIZACIÓN:
Aceros de construcción:
-Aceros al carbono
-Aceros de baja aleación
-Aceros de fácil mecanización
Aceros que se usan después del tratamiento:
- Aceros al carbono
- Aceros de gran resistencia
- Aceros para cementación
- Aceros de nitruración
- Aceros para muelles
- Aceros resistentes al desgaste
- Aceros de propiedades eléctricas especiales
- Aceros Maraging
Aceros para herramientas:
- Aceros al carbono
- Aceros rápidos
- Aceros para trabajos en caliente
- Aceros indeformables
- Aceros de corte no rápidos
Aceros inoxidables y resistentes al calor:
- Aceros Martensíticos de 13 a 18% de cromo
- Aceros Ferríticos de 16 a 30% de cromo
- Aceros cromo-níquel de grupo 18/8
- Aceros cromo-níquel austeníticos de alta aleación
- Aceros para válvulas
- Aceros con elevada resistencia a la fluencia en caliente
- Aceros inoxidables endurecibles por precipitación
32. CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS ALEADOS DE ACUERDO CON SU UTILIZACIÓN:
Aceros en los que tiene una importancia
fundamental a la templabilidad:
- Aceros de gran resistencia
- Aceros de cementación
- Aceros de muelles
- Aceros indeformables
Aceros de construcción:
- Aceros de gran resistencia
- Aceros de cementación
- Aceros para muelles
- Aceros de nitruración
- Aceros resistentes al desgaste
- Aceros para imanes
- Aceros para chapa magnética
- Aceros inoxidables y resistentes al calor
Aceros de herramientas:
- Aceros rápidos
- Aceros de corte no rápidos
- Aceros indeformables
- Aceros resistentes al desgaste
- Aceros para trabajos de choque
- Aceros inoxidables y resistentes al calor
33. DESIGNACIÓN DE LOS ACEROS:
Se lo realiza por medio de 4 o 5 números o dígitos XXXX
• El primer digito indica el tipo de acero
• El segundo digito indica el porcentaje aproximado en que se
encuentra en un acero el elemento de aleación predominante
• Los dos o tres dígitos indican el contenido medio de carbono
multiplicando por cien
• En la AISI los números van precedidos de un letra que indica el
método de fabricación del acero
34. • 10XX = Aceros al carbono, básicos de hogar abierto y Bessemer ácidos
• 11XX = Aceros al carbono de hogar abierto y Bessemer ácidos, azufre alto
fósforo bajo
• 12XX = Aceros al carbono, básicos de hogar abierto, azufre alto, fósforo bajo
• 13XX = Manganeso 1.75
• 23XX = Níquel 3,50 (serie eliminada en 1,959)
• 25XX = Níquel 5,00 (serie eliminada en 1.959)
• 31XX = Níquel 1,25 y cromo 0,60 (serie eliminada en 1.964)
• 33XX = Níquel 3,50 y cromo 1,50 (serie eliminada en 1,964)
• 40XX = Molibdeno 0,20 – 0,25
• 41XX = Cromo 0,50 – 0,80 o 0,95 y molibdeno 0,12 – 0,20 o 0,30
• 43XX = Níquel 1,83 - cromo 0,50 o 0,80 y molibdeno 0,25
• 44XX = Molibdeno 0,53
• 46XX = Níquel 0,85 o 1,83 y molibdeno 0,20 o 0,25
• 47XX = Níquel 1,05 – cromo 0,45 y molibdeno 0,20 o 0,35
• 48XX = Níquel 0,50 y molibdeno 0,20 o 0,25
• 50XX = Cromo 0,40
• 51XX = Cromo 0,80 – 0,88 – 0,93 – 0,95 o 1,00
• 5XXXX = Carbono 1,04 y cromo 1,03 o 1,45
• 61XX = Cromo 0,60 o 0,95 y vanadio 0,13 o 0,15
• 86XX = Níquel 0,55 – cromo 0,50 y molibdeno 0,20
• 87XX = Níquel 0,55 – cromo 0,50 y molibdeno 0,25
• 88XX = Níquel 0,55 – cromo 0,50 y molibdeno 0,35
• 92XX = Silicio 2,00
• 93XX = Níquel 3,25 – cromo 1,20 y molibdeno 0,12
• 98XX = Níquel 1,00 – cromo 0,80 y molibdeno 0,25
• 94XX = Níquel 0,45 – cromo 0,40 y molibdeno 0,12 y boro
35. • El carbono aumenta la dureza y la
resistencia del acero.
• La composición química, Fe y C
(principales), Mg y Si (necesarios) y
S, P, O e H (impurezas).
• Máquinas, carrocerías de
automóvil, cascos de buques…
ACEROS AL CARBONO
36. ↑[C] ↑dureza y resistentes a los choques.
↓ soldabilidad.
• Dureza 90 a 250 HB.
• Bajo coste de mantenimiento.
• ↑ Conductividad térmica.
• Pierden sus propiedades deseables cuando se calientan por los cambios de fase
que sufren.
• Baja resistencia a la corrosión.
Propiedades Generales
37. • Acero de bajo carbono ( C < 0.30%)
∞ Relativamente blandos y poco resistentes.
• Acero de medio carbono ( 0.30 < C < 0.55%)
∞ Menos dúctiles y tenaces que los de bajo carbono.
• Acero de alto carbono ( 0.55 < C < 1.40%)
∞ Los más duros y resistentes (al desgaste).
∞ C= 0.77% (eutectoide) Perlita con propiedades entre la
blanda y dúctil ferrita y la dura y quebradiza cementita.
Tipos de Acero al Carbono
38.
39. • Endurecer
Martensita (↑ tensiones interas).
Temple o recocido(↑T)
↑T
↑↑
v
↓T
• Objetivo:
Controlar las propiedades físicas del acero.
Austenita (750 - 850ºC)
Tratamiento Térmico del Acero
40. ACEROS INOXIDABLES
• Aceros que no son aceros al carbono o convencionales.
• Además de Fe y C poseen altos contenidos en Cr y Ni.
• Pueden contener otros metales tales como Mo, Ti, Mn, Cu en
pequeñas proporciones.
• Fe – Cr (10-20%) – Ni (8-10%) – C es el más básico.
41. • Se producen por acería eléctrica a partir de chatarra de acero inoxidable.
Siderurgia no Integral
• Además de las cargas habituales se introduce Cr como ferrocromo y Ni mecánico.
• Se realizan los procesos habituales de fusión, conversión, desulfuración, ajuste de
composición, afino y colada continua.
¿Cómo se Producen?
42. Provenientes del Cr
• Provoca un efecto
anticorrosivo en condiciones
ambientales
• Crea un capa protectora con
cierta debilidad
Provenientes del Ni
• Protege la capa pasivante, es
decir, la acción anticorrosiva
del Cr
• Mejora sus propiedades
mecánicas
Es importante aclarar que los aceros denominados inoxidables no se oxidan en
condiciones atmosféricas pero si pueden hacerlo en otras condiciones de
temperatura y presión.
Propiedades de los Aceros Inoxidables
43. • Existen varios sistemas de nomenclatura para los aceros inoxidables. La
norma AISI es las más empleada.
Código numérico
Tres números en función
del tipo de acero
y de su composición
Código alfabético
Letra al final según una
característica especial de
sus componentes
L Low carbon
N Nitrurado
NOMENCLATURA
44. 1. Austeníticos
Los más empleados:16-26% de Cr y un mínimo de 7% de Ni. No
magnéticos, elevada ductilidad y soldabilidad. Añadiendo Mo se
aumenta la resistencia química.
2. Ferríticos
12-17% de Cr. Resistencia a la corrosión aceptable, magnéticos.
3. Martensíticos
Con un 11-13% de Cr. Presentan alta dureza y tenacidad.
4. Duplex
Aceros austeno-ferríticos: 17-30% de Cr, 6-12% de Ni y 2-5% de Mo. Mejores
propiedades mecánicas y anticorrosivas.
CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS INOXIDABLES
45. Tipos de
cero
Aceros
típicos
Composición
básica (%)
Características
Austeníticos
304 18Cr – 8Ni Excelente resistencia a la
corrosión.
316 18Cr – 12Ni –
2,5Mo
Mayor resistencia a la corrosión
que el 304 en medios
salinos.
Ferríticos
430 16Cr Resistencia a la corrosión
moderada.
409 11Cr Resistencia a la oxidación en
altas Temperaturas
Martensítico
s
420 12Cr Dureza elevada, alta resistencia
mecánica pero menor
resistencia a la corrosión.
EJEMPLOS DE ACEROS INOXIDABLES
46. ACEROS ALEADOS
Se da el nombre de aceros aleados a los aceros que además de los cinco
elementos: carbono, silicio, manganeso, fósforo y azufre, contienen también
cantidades relativamente importantes de otros elementos como el cromo,
níquel, molibdeno, etc., que sirven para mejorar alguna de sus características
fundamentales.
47. CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS ALEADOS DE ACUERDO
CON SU UTILIZACIÓN
Aceros en los que tiene una gran
importancia la templabilidad:
Aceros de construcción:
• Aceros de gran resistencia
Aceros de cementación
Aceros de muelles
Aceros indeformables
• Aceros de gran resistencia
Aceros de cementación
Aceros para muelles
Aceros de nitruración
Aceros resistentes al desgaste
Aceros para imanes
Aceros para chapa magnética
Aceros inoxidables y resistentes al calor
48. Aceros de herramientas:
• Aceros rápidos
• Aceros de corte no rápidos
• Aceros indeformables
• Aceros resistentes al desgaste
• Aceros para trabajos de choque
• Aceros inoxidables y resistentes al
calor.
49. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS ACEROS
ALEADOS
Ventajas Inconvenientes
• La posibilidad de templar el núcleo de piezas de
gran sección
• Posibilidad de utilizar, el temple en aceite o aire
sustituyendo al temple en agua
• Mayor margen de temperatura en los
tratamientos térmicos y menos peligro de
sobrecalentamiento
• Mayor dificultad para su elaboración y
eliminación de siestas inclusiones
• Precio más elevado (2 o 3 veces mayor en
nuestro país)
• Mayores dificultades para su aprovisionamiento
50. ACEROS DE GRAN ELASTICIDAD
El acero elástico es una variedad de acero de alta flexibilidad que se utiliza en la
fabricación de elementos que recuperan su estado después de sufrir una cierta
deformación, como muelles, resortes y ballestas.1 También es utilizado en la
fabricación de chasis de coches y otros vehículos al tener la capacidad de
absorción de la energía cinética de una forma gradual y eficiente, reduciendo la
que llega a los pasajeros del mismo en un accidente.
51. TIPOS DE ACEROS ELÁSTICOS
• Aceros al carbono con temple en agua:
realizado con un temple en agua a
temperatura entre 800ºC y 820ºC y un
revenido entre los 425ºC y 450ºC, este
acero se utiliza para la fabricación de
muelles y resortes, cuerdas de piano, flejes
y piezas de pequeño espesor en general.
• Aceros al cromo vanadio: con una
composición de cromo del 1% y de vanadio
del 0,2%, templados en aceite en
temperaturas entre 850ºC y 900ºC y
revenidos entre 400ºC y 450ºCes indicado
para la fabricación de muelles de muy altas
prestaciones y ciclos de trabajo, como los
de las válvulas de los motores de explosión.
También es utilizado para realizar piezas,
engranajes, ejes y cremalleras, que
trabajaran muy cargados.
52. ACEROS ALEADOS PARA CEMENTACIÓN
• Para partes de construcción de tamaño pequeño.
• Puede subsistir los aceros al Cr, Ni, Mo, cuando no se requieren grandes características
de tenacidad en el núcleo.
• Se recomienda el doble temple. -Se usa este acero para la construcción de resortes de muy
alta resistencia, resortes helicoidales y barras de torsión para automóviles
La cementación consigue en teoría, solucionar el problema de la obtención
de gran dureza superficial y buena tenacidad en el núcleo
53. ACEROS DE NITRURACIÓN
• El cromo forma con el nitrógeno un nitruro de cromo y aumenta la dureza de la capa
nitrurada.
• El manganeso forma muchos nitruros y contribuye al aumento de la dureza.
• El tungsteno, el molibdeno y el vanadio actúan en el mismo sentido que el cromo, y aunque
su influencia sea menor, contribuye aumentar la dureza.
• El aluminio aumenta considerablemente la dureza superficial de la capa nitrurada.
Los aceros que presentan la máxima dureza contienen en general 0.20 a
0.45 % de carbono, 0.75 a 1.50 % de aluminio, 1 a 3 % de cromo y un
contenido de molibdeno que puede alcanzar el 0.60 %.
54. ACEROS PARA PROCESOS DE CORTE
Son aceros que poseen gran resistencia al
desgaste y conservación de las condiciones de
corte. Generalmente son aceros aleados de alta
resistencia al trabajo en temperaturas elevada,
prácticamente deformables y de poca
maquinabilidad
55. ACEROS PARA TRABAJO EN
FRIO
Las propiedades
características de los aceros
para trabajar en frío son:
• Los aceros para trabajos en frío se emplean
en la fabricación de herramientas en cuyo
servicio, por lo general, no se sobrepasan
temperaturas superficiales de 200°C
• Dureza elevada
• Gran resistencia al desgaste
• Buena tenacidad
• Maquinabilidad adecuada
• Resistencia elevada contra presión impacto
• Reducida variación dimensional en el
tratamiento
56. ACEROS PARA TRABAJOS EN
CALIENTE
Las propiedades características de
los aceros para trabajar en caliente
son:
• Los aceros para trabajo en caliente se utilizan
en herramientas que en su aplicación son
sometidos a temperaturas permanentes
superiores a los 200°C.
• Buena resistencia y tenacidad en
caliente
• Reducida tendencia a la adhesión
• Buena resistencia al revenido
• Alta estabilidad dimensional
• Además alta resistencia a temperaturas
elevadas
• Alta resistencia al desgaste
• Resistencia a la erosión y a la oxidación
a alta temperatura
57. ACEROS PARA HERRAMIENTAS DE MONTAJE MANTENIMIENTO Y
MANEJO
Generalmente son aceros al carbono de 0,6 a 0,8 %C o bien aceros
de baja aleación. Sus características son alta dureza y tenacidad
(para herramientas de precisión deben ser deformables)
59. Alambres y Cordones de Acero
Los alambres y cordones de acero de alta resistencia son utilizados en
construcción con el objetivo principal de incrementar la resistencia a tracción de
las estructuras de hormigón y crear unos estados de tensión y deformación
adecuados
60. Barras para Hormigón
Se usan en la confección de armaduras de cualquier elemento de hormigón
armado.
Las corrugas o resaltes permiten una alta adherencia al cemento o al hormigón.
Entre sus aplicaciones tenemos: columnas, vigas, losas, tanques de agua, viviendas,
edificios, puentes, etc.
62. Laminados en Caliente
Se usa en la fabricación de tubos y perfiles para construcción
estructural, cañerías y tubos soldados para la conducción de fluidos,
cilindros, etc.
63. Laminados en Frío
Este material es usado en muebles metálicos, cocinas, refrigeradoras,
tubos, partes externas de vehículos y en general donde se requiera un
buen acabado superficial.
64. 1. Aluminio y Aleaciones: Piezas para aviones,
cuerpos de válvulas, cabezas de cilindros, cajas de
cambio de automóviles, zapatas de freno, etc.
2. Cobre y Aleaciones: Se emplea en conductos y
maquinaria eléctrica.
3. Aleaciones de Magnesio: Maquinaria portátil,
herramientas neumáticas, máquinas de escribir y
coser, etc.
4. Aleaciones de Zinc: Piezas para la industria
automotriz, accesorios para edificios, piezas de
máquinas para oficina y juguetes.
ALEACIONES