2 Historia del acero

La historia del acero comienza en la llamada Edad de los Metales, período que marcó la transición hacia los tiempos históricos. Aunque no fue un suceso simultáneo, ya que cada región tuvo sus progresos propios, el hombre del Neolítico, al descubrir cómo trabajar los metales, dio un paso gigantesco hacia la formación de civilizaciones. Alrededor de 5.000 años AC, el hombre aprendió a utilizar el cobre y luego, resultado de la aleación con estaño, descubrió el bronce. Posteriormente, aprendió a trabajar el hierro, material mucho más duro y resistente. Así, el período comprendido entre el 800 año AC, aproximadamente, y el siglo I DC se conoció como la Edad del Hierro.

2.1 El descubrimiento del hierro

Los metales, salvo el mercurio, el oro y en ciertos casos la plata, no se encuentran en estado natural, sino más bien combinados en forma de minerales. El hierro puede ser extraído mediante un proceso llamado reducción por carbón. Esto consiste en calentar el mineral, que contiene oxígeno, en presencia de carbón. Este último captura parte del oxígeno que se libera, se combina con él, liberando así el metal del oxígeno. El metal queda puro.

El hombre aplicaba fuego al tratar los distintos materiales de que iba disponiendo. Es probable que este fuego fuera producido por la combustión de madera o carbón piedra, o mezclas de ambos, lo que en algún momento favoreció la mezcla del mineral con la fuente de calentamiento. El hierro aparece entonces de la reducción de sus minerales, proceso que necesita una temperatura menor al punto de fusión . Se forma una esponja metálica que, al ser golpeada, libera la escoria (impurezas), permitiendo trabajar el metal que se convierte en una masa compacta y versátil. La metalurgia en general y los usos que se dieron al hierro, dieron un gran impulso a la agricultura. Se construyeron hachas que permitieron, junto a las otras herramientas, ampliar las zonas de cultivo; se mejoraron las armas; se comenzaron a hacer utensilios agrícolas más duraderos y más sofisticados; se inventó el arado tirado por animales; se levantaron también diques y obras de regadío, todo lo cual permitió dar un paso trascendental en la historia del hombre. 2.2 Inicios en la fabricación de acero

En este proceso de descubrimiento paulatino de las ventajas de trabajar el hierro, el hombre se dio cuenta de que el tratamiento de los minerales con carbón y su enfriado daba origen a un metal más resistente que el cobre, más abundante y mucho más fácil de obtener, y que si el período de calentamiento era más largo, aumentaba su pureza y su dureza. Se pensó entonces que el acero era la forma más pura del hierro.

Sin embargo, el acero se obtiene en forma similar, pero aumentando la temperatura y con una combinación de carbono (menos de 2%). Es por esto que hoy en día todas las aleaciones producidas hasta el siglo XIV DC se clasifican como fierro forjado. Los primeros artesanos del hierro ocuparon la misma forma de extraer el hierro

del mineral, es decir, calentándolo con carbón y separando la escoria. Accidentalmente aprendieron a fabricar acero al calentar fierro forjado con carbón vegetal por varios días, logrando así que el hierro absorbiera suficiente carbón para convertirse en acero auténtico. En el siglo XIV se mejoró la técnica al aumentar el tamaño de los hornos de fundición y se incrementó el tiro de los mismos para forzar el paso de los gases de combustión por la mezcla de materias primas. El mineral se reducía a hierro y luego con el paso de los gases, se lograba el arrabio, una aleación de hierro que se funde a una temperatura menor que el acero y que contiene gran cantidad de carbono (sobre 1,5%). Luego este arrabio se refinaba para fabricar acero. En 1774, el sueco Swen Rinman logró establecer de forma científica la diferencia entre el fierro forjado y el acero: la cantidad de carbono que se combina con el hierro debe ser inferior al 2%.

Durante el siglo XIX hubo un gran desarrollo en cuanto a la optimización de los procesos de fabricación de acero, el que se consolidó gracias al británico Henry Bessemer, quien en 1856 inventó el horno o convertidor que lleva su nombre, y que refina el arrabio mediante chorros de aire. Este desarrollo permitió aumentar la producción y crear nuevas aleaciones de acero.

Pero fue sólo a partir de la década de 1960 que comenzaron a funcionar los hornos que emplean electricidad para producir acero a partir de la chatarra, denominación que recibe el acero usado.

Elaboración del Acero. Proceso donde se realiza la aleación de Hierro, Carbono y otros metales, donde el

carbono no supera el 2,1% en peso de la composición de la aleación, alcanzando normalmente porcentajes

entre el 0,2% y el 0,3%. Por la variedad y por la disponibilidad de sus dos elementos primordiales en la

naturaleza facilitando su producción en cantidades industriales, los aceros combinan la resistencia y la

posibilidad de ser trabajados, lo que se presta para fabricaciones mediante muchos métodos, sus propiedades

pueden ser manejadas de acuerdo a las necesidades específicas mediante tratamientos con calor, trabajo

mecánico, o mediante aleaciones. Son las aleaciones más utilizadas en la construcción de maquinarias,

herramientas, edificios y obras públicas, habiendo contribuido al alto nivel de desarrollo tecnológico de las

sociedades industrializadas.

Evolución histórica del proceso de elaboración de aceros

Aunque no se tienen datos precisos de la fecha en la que se descubrió la técnica de fundir mineral de hierro

para producir metales susceptibles de ser utilizado, los primeros utensilios de este metal descubiertos por los

arqueólogos en Egipto datan del año 3000 a.C. También se sabe que antes de esa época se empleaban

adornos de hierro. El acero era conocido en la antigüedad, y quizá pudo haber sido producido por el método

de boomery para que su producto, una masa porosa de hierro (bloom) contuviese carbón. La China antigua

bajo la dinastía Han, entre el 202 a.C. y el 220 d.C., creó acero al derretir hierro forjado junto con hierro

fundido, obteniendo así el mejor producto de carbón intermedio, el acero, en torno al siglo I a.C. Junto con sus

métodos originales de forjar acero, los chinos también adoptaron los métodos de producción para la creación

de acero wootz, producido en India y en Sri Lanka desde aproximadamente el año 300 a.C. Este temprano

método utilizaba un horno de viento, soplado por los monzones. También conocido como acero Damasco, el

acero wootz es famoso por su durabilidad y capacidad de mantener un filo. Originalmente fue creado de un

número diferente de materiales, incluyendo trazas de otros elementos en concentraciones menores a 1000

partes por millón o 0,1% de la composición de la roca. Era esencialmente una complicada aleación con hierro

como su principal componente. Estudios recientes han sugerido que en su estructura se incluían nanotubos

de carbono, lo que quizás explique algunas de sus cualidades legendarias; aunque teniendo en cuenta la

tecnología disponible en ese momento fueron probablemente producidos más por casualidad que por diseño.

El acero crucible, basado en distintas técnicas de producir aleaciones de acero empleando calor lento y

enfriando hierro puro y carbón, fue producido en Merv entre el siglo IX y el siglo X. Los artesanos del hierro

aprendieron a fabricar acero calentando hierro forjado y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios

días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero auténtico. Las características

conferidas por la templabilidad no consta que fueran conocidas hasta la Edad Media, y hasta el año 1740 no

se produjo lo que hoy día se denomina acero.

Métodos

Los métodos antiguos para la fabricación del acero consistían en obtener hierro dulce en el horno, con

carbón vegetal y tiro de aire. Una posterior expulsión de las escorias por martilleo y carburación del hierro

dulce para cementarlo. Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del hierro (y, de hecho,

todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV d.C.) se clasificarían en la actualidad como

hierro forjado. Aprendieron a fabricar acero calentando hierro forjado y carbón vegetal en recipientes de

arcilla durante varios días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero

auténtico.

Después del siglo XIV se aumentó el tamaño de los hornos utilizados para la fundición y se incrementó el

tiro para forzar el paso de los gases de combustión por la carga o mezcla de materias primas. En estos

hornos de mayor tamaño el mineral de hierro de la parte superior del horno se reducía a hierro metálico y

a continuación absorbía más carbono como resultado de los gases que lo atravesaban. El producto de

estos hornos era el llamado arrabio, una aleación que funde a una temperatura menor que el acero o el

hierro forjado. El arrabio se refinaba después para fabricar acero.

Luego se perfeccionó la cementación fundiendo el acero cementado en crisoles de arcilla y en Sheffield

(Inglaterra) se obtuvieron, a partir de 1740, aceros de crisol. Fue Benjamin Huntsman el que desarrolló un

procedimiento para fundir hierro forjado con carbono, obteniendo de esta forma el primer acero conocido.

El proceso de refinado del arrabio mediante chorros de aire se debe al inventor británico Henry Bessemer, que

en 1855 desarrolló el horno o convertidor que lleva su nombre. Esto hizo posible la fabricación de acero en

grandes cantidades, pero su procedimiento ha caído en desuso, porque solo podía utilizar hierro que

contuviese fósforo y azufre en pequeñas proporciones.

En 1857, William Siemens ideó otro procedimiento de fabricación industrial del acero, que es el que ha

perdurado hasta la actualidad: descarburación de la fundición de hierro dulce y óxido de hierro.

Siemens había experimentado en 1878 con la electricidad para calentar los hornos de acero, pero fue el

metalúrgico francés Paul Héroult, quien inició en 1902 la producción comercial del acero en hornos

eléctricos, método que consistía en introducir en el horno chatarra de acero de composición conocida

haciendo saltar un arco eléctrico entre la chatarra y unos grandes electrodos de carbono situados en el

techo del horno.

Tras la segunda guerra mundial se iniciaron experimentos en varios países con oxígeno puro en lugar de

aire para los procesos de refinado del acero. El éxito se logró en Austria en 1948, cuando una fábrica de

acero situada cerca de la ciudad de Linz, Donawitz desarrolló el proceso del oxígeno básico o L-D.

En 1950 se inventa el proceso de colada continua que se usa cuando se requiere producir perfiles

laminados de acero de sección constante y en grandes cantidades.

Evolución de la tecnología del proceso de elaboración del acero

Se puede sintetizar que la tecnología de producción de aceros ha seguido un tránsito evolutivo a partir de los

hornos utilizados:

Hornos artesanales de pequeño tamaño: (hasta el siglo XIV d.C.). Usados para producir aleaciones a

partir del calentamiento de una masa de mineral de hierro y carbón vegetal.

Altos Hornos: (posteriores al siglo XIV d.c.). Hornos de mayor tamaño donde el mineral de hierro de la

parte superior se reduce a hierro metálico y absorbe más carbono como resultado de los gases que lo

atraviesan. Se obtiene arrabio, el cual se refina para fabricar acero. Los altos hornos modernos funcionan

en combinación con hornos básicos de Oxígeno y a veces con hornos de crisol abierto, más antiguos,

como parte de una única planta siderúrgica. En esas plantas, los hornos siderúrgicos se cargan con

arrabio. El metal fundido procedente de diversos altos hornos puede mezclarse en una gran cuchara

antes de convertirlo en acero con el fin de minimizar el efecto de posibles irregularidades de alguno de los

hornos.

Hornos de Crisol Abierto: (1740). Funcionan a altas temperaturas gracias al precalentado regenerativo del

combustible gaseoso y el aire empleados para la combustión. En el precalentado regenerativo los gases

que escapan del horno se hacen pasar por una serie de cámaras llenas de ladrillos, a los que ceden la

mayor parte de su calor. A continuación se invierte el flujo a través del horno, y el combustible y el aire

pasan a través de las cámaras y son calentados por los ladrillos. Desde el punto de vista químico, se

reduce por oxidación el contenido de carbono de la carga y eliminar impurezas como silicio, fósforo,

manganeso y azufre, que se combinan con la caliza y forman la escoria. Estas reacciones tienen lugar

mientras el metal del horno se encuentra a la temperatura de fusión, y el horno se mantiene entre 1.550 y

1.650 ºC durante varias horas hasta que el metal fundido tenga el contenido de carbono deseado.

Cuando el contenido en carbono de la fundición alcanza el nivel deseado, se sangra el horno a través de

un orificio situado en la parte trasera. El acero fundido fluye por un canal corto hasta una gran cuchara

situada a ras de suelo, por debajo del horno. Desde la cuchara se vierte el acero en moldes de hierro

colado para formar lingotes. Recientemente se han puesto en práctica métodos para procesar el acero de

forma continua sin tener que pasar por el proceso de fabricación de lingotes.

Hornos Bessemer: (1855). Emplea un horno de gran altura en forma de pera, que podía inclinarse en

sentido lateral para la carga y el vertido. Al hacer pasar grandes cantidades de aire a través del metal

fundido, el oxígeno del aire se combinaba químicamente con las impurezas y las eliminaba. En el proceso

básico de oxígeno, el acero también se refina en un horno en forma de pera que se puede inclinar en

sentido lateral. Sin embargo, el aire se sustituye por un chorro de oxígeno casi puro a alta presión.

Cuando el horno se ha cargado y colocado en posición vertical, se hace descender en su interior una

lanza de oxígeno. A continuación se inyectan en el horno miles de metros cúbicos de oxígeno a

velocidades supersónicas. El oxígeno se combina con el carbono y otros elementos no deseados e inicia

una reacción de agitación que quema con rapidez las impurezas del arrabio y lo transforma en acero.

Hornos de Arco Eléctrico: (1902) En algunos hornos el calor para fundir y refinar el acero procede de la

electricidad y no de la combustión de gas. Como las condiciones de refinado de estos hornos se pueden

regular más estrictamente que las de los hornos de crisol abierto o los hornos básicos de oxígeno, los

hornos eléctricos son sobre todo útiles para producir acero inoxidable y aceros aleados que deben ser

fabricados según unas especificaciones muy exigentes. El refinado se produce en una cámara hermética,

donde la temperatura y otras condiciones se controlan de forma rigurosa mediante dispositivos

automáticos. En las primeras fases de este proceso de refinado se inyecta oxígeno de alta pureza a

través de una lanza, lo que aumenta la temperatura del horno y disminuye el tiempo necesario para

producir el acero. La cantidad de oxígeno que entra en el horno puede regularse con precisión en todo

momento, lo que evita reacciones de oxidación no deseadas.

Proceso de elaboración de aceros con Horno de Arco Eléctrico

La fabricación del acero en horno eléctrico se basa en la fusión de las chatarras por medio de una corriente

eléctrica, y al afino posterior del baño fundido. El horno eléctrico consiste en un gran recipiente cilíndrico de

chapa gruesa (15 a 30 mm de espesor) forrado de material refractario que forma la solera y alberga el baño

de acero líquido y escoria. El resto del horno está formado por paneles refrigerados por agua. La bóveda es

desplazable para permitir la carga de la chatarra a través de unas cestas adecuadas. La bóveda está dotada

de una serie de orificios por los que se introducen los electrodos, generalmente tres, que son gruesas barras

de grafito de hasta 700 mm de diámetro. Los electrodos se desplazan de forma que se puede regular su

distancia a la carga a medida que se van consumiendo. Los electrodos están conectados a un transformador

que proporciona unas condiciones de voltaje e intensidad adecuadas para hacer saltar el arco, con intensidad

variable, en función de la fase de operación del horno. Otro orificio practicado en la bóveda permite la

captación de los gases de combustión, que son depurados convenientemente para evitar contaminar la

atmósfera. El horno va montado sobre una estructura oscilante que le permite bascular para proceder al

sangrado de la escoria y el vaciado del baño.

Fases del proceso de fabricación

Fase de fusión: una vez introducida la chatarra en el horno y los agentes reactivos y escorificantes

(principalmente cal) se desplaza la bóveda hasta cerrar el horno y se bajan los electrodos hasta la

distancia apropiada, haciéndose saltar el arco hasta fundir completamente los materiales cargados. El

proceso se repite hasta completar la capacidad del horno, constituyendo este acero una colada.

Fase de afino: el afino se lleva a cabo en dos etapas. La primera en el propio horno y la segunda en un

horno cuchara. En el primer afino se analiza la composición del baño fundido y se procede a la

eliminación de impurezas y elementos indeseables (silicio, manganeso, fósforo, etc.) y realizar un primer

ajuste de la composición química por medio de la adición de ferroaleaciones que contienen los elementos

necesarios (cromo, níquel, molibdeno, vanadio o titanio). El acero obtenido se vacía en una cuchara de

colada, revestida de material refractario, que hace la función de cuba de un segundo horno de afino en el

que termina de ajustarse la composición del acero y de dársele la temperatura adecuada para la siguiente

fase en el proceso de fabricación.

La colada continua

Finalizado el afino, la cuchara de colada se lleva hasta la artesa receptora de la colada continua donde vacía

su contenido en una artesa receptora dispuesta al efecto. La colada continua es un procedimiento siderúrgico

en el que el acero se vierte directamente en un molde de fondo desplazable, cuya sección transversal tiene la

forma geométrica del semiproducto que se desea fabricar; en este caso la palanquilla. La artesa receptora

tiene un orificio de fondo, o buza, por el que distribuye el acero líquido en varias líneas de colada, cada una de

las cuales dispone de su lingotera o molde, generalmente de cobre y paredes huecas para permitir su

refrigeración con agua, que sirve para dar forma al producto. Durante el proceso la lingotera se mueve

alternativamente hacia arriba y hacia abajo, con el fin de despegar la costra sólida que se va formando

durante el enfriamiento. Posteriormente se aplica un sistema de enfriamiento controlado por medio de duchas

de agua fría primero, y al aire después, cortándose el semiproducto en las longitudes deseadas mediante

sopletes que se desplazan durante el corte. En todo momento el semiproducto se encuentra en movimiento

continuo gracias a los rodillos de arrastre dispuestos a los largo de todo el sistema. Finalmente, se identifican

todas las palanquillas con el número de referencia de la colada a la que pertenecen, como parte del sistema

implantado para determinar la trazabilidad del producto, vigilándose la cuadratura de su sección, la sanidad

interna, la ausencia de defectos externos y la longitud obtenida.

CÓMO SE PRODUCE EL ACERO

En la producción del acero existen dos procesos diferentes, determinados a partir de la materia

prima que se utiliza para cada uno de ellos.

Proceso de producción integrado del acero

La fabricación del acero mediante proceso siderúrgico integrado parte del mineral de hierro, el

carbón de coque y el sinter, que conforman la carga del Alto Horno. En él se lleva a cabo el

proceso de reducción de los óxidos naturales del hierro, transformándose los minerales en arrabio,

que se utiliza en estado líquido para la producción de acero. El arrabio líquido así obtenido es

colado en el convertidor LD y los hornos cuchara, para luego ser transportado a la estación de

ajuste químico y de temperatura.

El Acero líquido se vierte en la máquina de colada continua que cuenta con un sistema de molde

de ancho variable, permitiendo la transformación en desbastes. Los desbastes son cargados en los

hornos de recalentamiento continuo del Laminador en Caliente, donde se elevará su temperatura

hasta la requerida para el proceso de laminación.

Cuando salen de los hornos, los desbastes pasan por el desescamador, los desbastadores y las

series de cajas terminadoras que reducen su espesor hasta las dimensiones requeridas para la

siguiente etapa del proceso, o las que sean solicitadas por el cliente.

Proceso de producción del acero semi-integrado

Su proceso industrial, completamente ecológico, utiliza como materia prima fundamental chatarras,

fundiéndolas en una acería constituida por un horno eléctrico, para obtener acero en forma de

semiproducto denominado palanquilla. Posteriormente este semi-producto es laminado en

cualquiera de los trenes de laminación que existen para obtener productos acabados con

diferentes secciones: se pueden producir barras, rollos corrugados, alambrón; platinas, perfiles de

pequeña sección, angulares, redondos lisos; perfiles y angulares de mayor sección.

Acero? Inicio » Artículos de interés » ¿Cómo se hace el Acero?

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Para poder producir acero, las industrias generalmente utilizan uno de dos procesos, cada proceso utiliza

diferentes materiales y tecnología. Estos dos procesos principales para hacer acero son:

- El horno de oxígeno básico (BOF, por sus siglas en inglés Basic Oxygen Furnace)

- El horno de arco eléctrico (EAF, por sus siglas en inglpes Electric Arc Furnace)

El proceso de Horno de Oxígeno Básico básicamente funde hierro rico en carbono que se transforma en

acero, su proceso se distingue por los siguiente pasos:

El hierro es fundido en un horno, posteriormente es vertido en un contenedor grande para

realizarle un pre-tratamiento llamado contenedor BOF.

Este pre- tratamiento consiste en tratar al metal para reducir la carga de azufre, silicio y fósforo.

La cantidad de impurezas que se quita del metal determina la calidad final del acero fabricado.

El proceso BOF se distingue por hacer uso de hierro viejo para fabricar acero nuevo, así que es

necesario balancear la carga del acero nuevo con hierro viejo, se hace en una proporción

aproximada de 50% de cada tipo de metal.

Una vez en el contenedor, se le inyecta oxigeno 99% puro dentro del acero y hierro, se quema el

carbono disolviéndose en el acero para formar monóxido de carbono y dióxido de carbono,

causando que la temperatura suba cerca de los 1700°C. Cuando es fundido, el metal reduce

su contenido de carbono y ayuda a remover los indeseados elementos químicos. Este es el uso

del oxígeno es este proceso.

Se mezcla cal viva o dolomita para formar un tipo de residuo que absorbe las impurezas en el

proceso de fabricación del acero

El recipiente de BOS se inclina de nuevo y el acero se vierte en un cazo gigante. El acero se

refina en este horno, mediante la adición de productos de aleación para dar a las propiedades de

aceros especiales requeridos por el cliente. A veces, argón o nitrógeno gaseoso. El acero ahora

contiene 0.1-1% de carbono. Cuanto más carbono en el acero, más duro es, pero también es más

frágil y menos flexible.

Después el acero se retira del recipiente de BOS, los residuos llena de impurezas, se separan y

enfrían.

Este proceso para realizar el acero constituye en 40% de fabricación de acero en Estados Unidos

En el del proceso de Horno de Arco Eléctrico básicamente se hace uso de la electricidad para fabricar

acero a partir de casi el 100% de acero viejo para fabricar acero nuevo. El proceso consiste en los

siguientes pasos:

Los residuos de metal son colocados en un contenedor el cual se compone por residuos de

chatarra de autos, línea blanca y con hierro fundido para mantener el equilibrio químico.

La chatarra es colocada en una cesta donde se realiza un pre-calentamiento y será llevada al

horno EAF donde se dejará caer esta chatarra. Es generada una gran cantidad de energía a la

hora de dejar caer la chatarra en el horno EAF.

Una vez cargado el horno con la chatarra de metal se colocan unos electrodos que serán

alimentados de electricidad por el horno de arco que permitirán triturar el metal empezando por

la parte superior, voltajes inferiores son seleccionados para esta primera parte de la operación

para proteger el techo y las paredes del calor excesivo y daño de los arcos eléctricos. Una vez

que los electrodos han llegado a la gran fusión en la base del horno y los arcos están protegidos

por la chatarra de metal, el voltaje se puede aumentar.Esto permite que se funda más rápido el

metal.

Una parte importante de la producción de acero es la formación de escoria, que flota en la

superficie del acero fundido. esta escoria por lo general consiste de metales óxidos, y ayudan a

quitar las impurezas del metal.

Una vez hecho este primer proceso de fundición puede volver se a cargar el horno y fundirse,

después de este proceso se puede revisar y corregir la composición química del acero. Con la

formación de escoria se pueden eliminar las impurezas de silicio, azufre, fósforo, aluminio,

magneso y calcio. La eliminación de carbono tiene lugar después de que estos elementos se han

quemado, ya que tienen mayor afinidad al oxígeno. Los metales que tiene una afinidad más

pobre de oxígeno que el hierro, tales como el níquel y cobre, no se pueden quitar a través de la

oxidación y debe ser controlado a través del tratamiento químico solo de la chatarra.

Una vez que la temperatura y la química son correctas, el acero se extrae en un cazo pre-

calentado a través de la inclinación del horno. Para algunos tipos de acero especiales,

incluyendo el acero inoxidable, la escoria se vierte en el contenedor, así, para ser tratado en el

horno para recuperar los valiosos elementos de aleación.

Estructura del acero.

La cementita, un compuesto de hierro con el

7% de carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza. La perlita es

una profunda mezcla de ferrita y cementita, con una composición específica y una

estructura característica, y sus propiedades físicas son intermedias entre las de sus dos

componentes. La resistencia y dureza de un acero que no ha sido tratado térmicamente

depende de las proporciones de estos tres ingredientes.

Cuanto mayor es el contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de

ferrita y mayor la de perlita: cuando el acero tiene un 0,8% de carbono, está por

completo compuesto de perlita. El acero con cantidades de carbono aún mayores es una

mezcla de perlita y cementita. Al elevarse la temperatura del acero, la ferrita y la perlita se

transforman en una forma alotrópica de aleación de hierro y carbono conocida como

austenita, que tiene la propiedad de disolver todo el carbono libre presente en el metal. Si

el acero se enfría despacio, la austenita vuelve a convertirse en ferrita y perlita, pero si el

enfriamiento es repentino la austenita se convierte en martensita, una modificación

alotrópica de gran dureza similar a la ferrita pero con carbono en solución sólida.

Tratamiento térmico del acero: el proceso básico para endurecer el acero mediante

tratamiento térmico consiste en calentar el metal hasta una temperatura a la que se forma

austenita, generalmente entre los 750 y 850 ºC, y después enfriarlo con rapidez

sumergiéndolo en agua o aceite. Estos tratamientos de endurecimiento, que forman

martensita, crean grandes tensiones internas en el metal, que se eliminan mediante el

temple o el recocido, que consiste en volver a calentar el acero hasta una temperatura

menor. El temple reduce la dureza y resistencia y aumenta la ductilidad y la tenacidad.

El objetivo fundamental del proceso de tratamiento térmico es controlar la cantidad,

tamaño, forma y distribución de las partículas de cementita contenidas en la ferrita,

que a su vez determinan las propiedades físicas del acero. Hay muchas variaciones del

proceso básico. Los ingenieros metalúrgicos han descubierto que el cambio de austenita a

martensita se produce en la última fase del enfriamiento, y que la transformación se ve

acompañada de un cambio de volumen que puede agrietar el metal si el enfriamiento es

demasiado rápido. Se han desarrollado tres procesos relativamente nuevos para evitar el

agrietamiento. En el templado prolongado, el acero se retira del baño de enfriamiento

cuando ha alcanzado la temperatura en la que empieza a formarse la martensita, y a

continuación se enfría despacio en el aire.

En el martemplado, el acero se retira del baño en el mismo momento que el templado

prolongado y se coloca en un baño de temperatura constante hasta que alcanza una

temperatura uniforme en toda su sección transversal. Después se deja enfriar el acero en

aire a lo largo del rango de temperaturas de formación de la martensita, que en la mayoría

de los aceros va desde unos 300 ºC hasta la temperatura ambiente. En el austemplado, el

acero se enfría en un baño de metal o sal mantenido de forma constante a la temperatura

en que se produce el cambio estructural deseado, y se conserva en ese baño hasta que el

cambio es completo, antes de pasar al enfriado final. Hay también otros métodos de

tratamiento térmico para endurecer el acero. En la cementación, las superficies de las

piezas de acero terminadas se endurecen al calentarlas con compuestos de carbono o

nitrógeno. Estos compuestos reaccionan con el acero y aumentan su contenido de carbono

o forman nitruros en su capa superficial. . (Fuente de la información: Albania

Contrerascaprialbania@hotmail.com)

construir con acero. El acero son mezclas de hierro y carbono forjable (alrededor de 0,05% hasta menos de un

2%). Algunas veces otros elementos se agregan con propósitos determinados tales como el

Cr (Cromo) o Ni (Níquel) se agregan. Se puede decir que el acero es hierro altamente refinado,

su fabricación comienza con la reducción de hierro el cual se convierte más tarde en acero.

El acero a diferencia del hirro por su ductilidad que es la propiedad que presentan los

materiales cuando al hacer fuerza sobre el, puede llegar estirarse considerablemente sin

romperse, mientras se funden son frágiles es por ello que el acero es fácilmente deformable en

caliente utilizando forjado ( da forma al metal por medio del fuego y del martillo), la laminación ( se

utiliza para crear láminas o chapa de metal), o, extrusión ( este utiliza un flujo continuo de

materiales para la obtención de productos, generalmente metalúrgicos, plásticos y alimenticios). Se

le añaden a los aceros otros elementos como el azufre y el fósforo estos son perjudiciales y vienen

de la chatarra, el combustible o el mineral.

El acero esta compuesto de estructuras, la cual se compone de mezclas de fases que tienen

diferentespropiedades mecánica, entre estas fases esta; las fases de equilibrio y las fases fuera

de equilibrio, las primeras fases se obtiene a temperatura ambiente por medio del enfriamiento

lento de un acero; podemos encontrar la ferrita (su estructura es cúbica y centrada en el cuerpo), la

austerita, la cementita y la perlita (es una mezcla bifásica de ferrita y cementito de morfología

laminar).

La segunda fase fuera de equilibrio para lograr la formación de martensita (es común

encontrar estos cristales en aceros muy fuertes, estos son formados por hierro o carbono) se debe

de alcanzar a través del uso de tratamientos térmicos como el enfriamiento rapido (temple) y el

recalentamiento sostenido (revenido). Ahora bien el acero en su composición tiene elementos

indeseables llamados impurezas. Estos los encontramos en los aceros y en las fundiciones como

consecuencia de que están presentes en los minerales o los combustibles. Estas impurezas son

muy perjudiciales para las propiedades de la aleación (mezcla de dos o mas materiales). Algunos

de los Componentes del acero y sus elementos de aleación.

Carbono-C: es el elemento mas efectivo de aleación, es barato y muy eficiente, este forma carburo

de hierro y cementita en aceros enfriados. El carbón es el elemento responsable de dar dureza y

alta resistencia del acero. Aluminio-Al: reduce el crecimiento del grano al formar óxidos y nitruros,

además es usado como desoxidante en la elaboración de acero.

Boro-B: cuando el acero esta totalmente desoxidado el Boro logra aumentar la capacidad de

endurecimiento.

Azufre-S: es perjudicial de las aleaciones del acero.

Vanadio-V: es un formador de carburos que imparten resistencia al desgaste en aceros para

herramientas, herramientas de corte, etc.

LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO

Dureza. Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. Se mide en unidades BRINELL (HB) ó

unidades ROCKWEL C (HRC), mediante test del mismo nombre.

Maquinabilidad. Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por arranque de

viruta.

Es resistente al desgaste. Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando está en contacto

de fricción con otro material.

Tenacidad. Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir Fisuras (resistencia al

impacto).

Propiedades Mecánicas del Acero.

Resistencia al desgaste: Es la resistencia que

ofrece un material a dejarse erosionar cuando esta en contacto de fricción con otro material.

Tenacidad: Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir Fisuras

(resistencia al impacto).

Maquinabilidad: Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por

arranque de viruta.

Dureza: Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. Se mide en unidades

BRINELL (HB) ó unidades ROCKWEL C (HRC), mediante test del mismo nombre.

El hierro se produce silicato de calcio, llamado también escoria. El hierro y la escoria se separan

por gravedad, ya que la escoria es menos densa y flota sobre el metal. El Acero es una mezcla

de metales(aleación) formada por varios elementos químicos, principalmente hierro y carbón

como componente minoritario(desde el 0,25% hasta el 1,5% en peso). El acero inoxidable se

caracteriza por su alta resistencia a la corrosión. Es una mezcla de metales(aleación), formada por

hierro p. Los cuatro tipos principales de acero inoxidable son: 1. Austenitic: es el tipo de acero

inoxidable más usado, con un contenido mínimo de níquel del 7%. 2. Ferritic: tiene características

similares al acero suave pero con mejor resistencia a la corrosión. El contenido en cromo varia del

12% al 17% en peso.3. Duplex: Es una mezcla del ferritic y austenitic. Incrementa su resitencia y

ductilidad. 4. El acero inoxidable de Martensitic contiene cromo entre el 11 hasta el 13% , es fuerte

y duro y resistencia moderada a la corrosión. . (

2. Como evitar la corrosión Debido a su grado relativamente alto

de resistencia, el acero tiene muchas ventajas como material de

construcción, por lo que los productos de acero se han utilizado en

una gran variedad de aplicaciones. Sin embargo, el problema más

común con la utilización de acero en un entorno marino es su

susceptibilidad a la corrosión. Por lo tanto, para una utilización más

efectiva de acero es necesario poseer algunos conocimientos de los

fenómenos de corrosión y sobre los métodos existentes de

protección contra los mismos.

3. El proceso de corrosión Para que el acero se corroa (es decir,

para que se forme óxido) éste debe quedar expuesto al oxígeno o al

aire. Además, el acero se corroe mucho más de prisa en presencia

de otros agentes atmosféricos como el agua (lluvia o aire húmedo) y

la sal (salpicaduras de agua salada). Además, cuando queda

inmerso en agua del mar, el acero está expuesto también a

corrosión galvánica, similar a la que tiene lugar entre el acero y los

elementos de latón de una embarcación. En la Figura 104: la

zona A queda expuesta a aire húmedo y a salpicaduras de agua

salada, por lo que es una zona generalmente corrosiva para

productos de acero; la zona B se encuentra constantemente

húmeda con agua del mar, que también contiene mucho oxígeno

disuelto. Es la zona más agresiva para el acero; la zona C es

también muy agresiva para el acero debido a que está presente la

corrosión galvánica también.

4. Soluciones contra la corrosión. Hay cinco soluciones posibles

para proteger a los productos de acero contra los efectos de la

corrosión: Utilice acero inoxidable en lugar de acero normal. Acero

inoxidable es acero normal mezclado con otros metales como níquel

y cromo. Sin embargo, el coste del acero inoxidable hace que éste

no sea práctico para un uso diario, excepto para pequeños

elementos de ajuste como pernos y tuercas. Recubra el acero

normal con zinc. El recubrimiento de acero con zinc, que es otro

metal, es un procedimiento que se conoce generalmente como

galvanizado y es la forma más normal de proteger pequeños objetos

fabricados como anillas de amarre, bolardos fabricados con tubos,

pernos, mordazas, cadenas, grilletes, tuberías de agua, etc. Los

materiales a recubrir se sumergen normalmente en un baño de zinc

fundido en talleres especializados. Una vez un objeto se ha

sumergido en zinc en caliente no se debe realizar ningún trabajo de

soldado, corte o taladrado, ya que esto destruiría la integridad del

recubrimiento de protección. Recubra el acero normal con plásticos

especiales. El recubrimiento del acero con plásticos especiales

resistentes al desgaste constituye otra forma de protección contra la

corrosión; sin embargo, el alto coste que implica el proceso de

recubrimiento (en talleres especializados) hace que este método no

sea práctico para uso diario.

5. Pinte el acero normal con pinturas especiales. El pintar el acero

utilizando pinturas especiales es el método más común de proteger

grandes estructuras de acero. Las superficies que se van a pintar se

deberán limpiar cuidadosamente con un cepillo de acero (o

preferiblemente mediante un chorro de arena). La capa inferior

deberá consistir en un imprimador basado en zinc. La segunda y

tercera capas deberán consistir en una pintura de epoxi sobre base

de brea. Al pintar el acero, se deberán tener en cuenta los

siguientes puntos: Las pinturas caseras normales no son

adecuadas para el entorno marino debido a que, al igual que

algunos plásticos, envejecen con mucha rapidez cuando están

expuestas a los rayos del sol. El diesel, queroseno y la gasolina no

son químicamente compatibles con las pinturas marinas; habrá de

utilizarse el diluyente de pintura apropiado. Se deberán utilizar

guantes siempre que se manipulen pinturas basadas en epoxi.

Proteja el acero con ánodos de zinc (protección catódica). Los

ánodos de zinc se utilizan para prolongar más aún la vida útil de

estructuras de acero sumergidas en agua del mar como, por

ejemplo, pilones de acero, pontones, flotadores metálicos, etc. Los

elementos de aluminio, en contacto con acero húmedo, quedan

expuestos también a la corrosión galvánica.

6. Que es la corrosión ? Corrosión es un ataque de un metal por

reacción en su medio ambiente. Corrosión, desgaste total o parcial

que disuelve o ablanda cualquier sustancia por reacción química o

electroquímica . El término corrosión se aplica a la acción gradual

de agentes naturales, como el aire o el agua salada sobre los

metales. El tema tiene gran interés practico ya que se ha

comprobado en numerosos países que los perjuicios ocasionados

por la corrosión representan el 1.5% y 3.5% del producto bruto

nacional, sin recurrir a medios muy agresivos si no considerando

solamente la atmósfera se encuentra que la mayoría de los metales

en contacto con el medio ambiente forman un sistema

termodinámicamente inestable con la única excepción de unos

pocos metales llamados nobles(oro, platino, etc.) todos los demás

metales en contacto con el aire deberían reaccionar rápidamente y

transformándose en óxidos.

7. El ejemplo más familiar de corrosión es la oxidación del hierro,

que consiste en una compleja reacción química en la que el hierro se

combina con oxígeno y agua para formar óxido de hierro hidratado.

El óxido es un sólido que mantiene la misma forma general que el

metal del que se ha formado, pero con un aspecto poroso, algo más

voluminoso, y relativamente débil y quebradizo.

8. Formas de evitar la corrosión Hay tres métodos para evitar la

oxidación del hierro : Mediante aleaciones del hierro que lo

convierten en químicamente resistente a la corrosión

impregnándolo con materiales que reaccionen a las sustancias

corrosivas más fácilmente que el hierro, quedando éste protegido al

consumirse aquéllas Recubriéndolo con una capa impermeable

que impida el contacto con el aire y el agua.

9. El método de la aleación es el más satisfactorio pero también el

más caro. Un buen ejemplo de ello es el acero inoxidable, una

aleación de hierro con cromo o con níquel y cromo. Esta aleación

está totalmente a prueba de oxidación e incluso resiste la acción de

productos químicos corrosivos como el ácido nítrico concentrado y

caliente. El segundo método, la protección con metales activos, es

igualmente satisfactorio pero también costoso. El ejemplo más

frecuente es el hierro galvanizado que consiste en hierro cubierto

con cinc. En presencia de soluciones corrosivas se establece un

potencial eléctrico entre el hierro y el cinc, que disuelve éste y

protege al hierro mientras dure el cinc. El tercer método, la

protección de la superficie con una capa impermeable, es el más

barato y por ello el más común. Este método es válido mientras no

aparezcan grietas en la capa exterior, en cuyo caso la oxidación se

produce como si no existiera dicha capa. Si la capa protectora es un

metal inactivo, como el cromo o el estaño, se establece un potencial

eléctrico que protege la capa, pero que provoca la oxidación

acelerada del hierro.

10. Los recubrimientos más apreciados son los esmaltes

horneados, y los menos costosos son las pinturas de minio de

plomo. Algunos metales como el aluminio, aunque son muy activos

químicamente, no suelen sufrir corrosión en condiciones

atmosféricas normales. Generalmente el aluminio se corroe con

facilidad, formando en la superficie del metal una fina capa continua

y transparente que lo protege de una corrosión acelerada. El plomo

y el cinc, aunque son menos activos que el aluminio, están

protegidos por una película semejante de óxido. El cobre,

comparativamente inactivo, se corroe lentamente con el agua y el

aire en presencia de ácidos débiles como la disolución de dióxido de

carbono en agua —que posee propiedades ácidas—, produciendo

carbonato de cobre básico, verde y poroso. Los productos de

corrosión verdes, conocidos como cardenillo o pátina, aparecen en

aleaciones de cobre como el bronce y el latón, o en el cobre puro, y

se aprecian con frecuencia en estatuas y techos ornamentales. Los

metales llamados nobles son tan inactivos químicamente que no

sufren corrosión atmosférica. Entre ellos se encuentran los antes

indicados, el oro, la plata y el platino.

editar]Acero corrugado

Artículo principal: Acero corrugado.

El acero corrugado es una clase de acero

laminado usado especialmente en construcción,

para emplearlo en hormigón armado. Se trata de

barras de acero que presentan resaltos

o corrugas que mejoran la adherencia con el

hormigón. Está dotado de una gran ductilidad, la

cual permite que a la hora de cortar y doblar no

sufra daños, y tiene una gran soldabilidad, todo ello

para que estas operaciones resulten más seguras y

con un menor gasto energético.

Malla de acero corrugado.

Las barras de acero corrugado, están normalizadas.

Por ejemplo en España las regulan las normas

(UNE 36068:1994- UNE 36065:2000 –

UNE36811:1998)

Las barras de acero corrugados se producen en una

gama de diámetros que van de 6 a 40 mm, en la

que se cita la sección en cm² que cada barra tiene

así como su peso en kg. Las barras inferiores o

iguales a 16 mm de diámetro se pueden suministrar

en barras o rollos, para diámetros superiores a 16

siempre se suministran en forma de barras.

Las barras de producto corrugado tienen unas

características técnicas que deben cumplir, para

asegurar el cálculo correspondiente de las

estructuras de hormigón armado. Entre las

características técnicas destacan las siguientes,

todas ellas se determinan mediante el ensayo de

tracción:

Límite elástico Re (Mpa)

Carga unitaria de rotura o resistencia a la

tracción Rm (MPa)

Alargamiento de rotura A5 (%)

Alargamiento bajo carga máxima Agt (%)

Relación entre cargas Rm/Re

Módulo de Young E

[editar]Estampado del acero

Puerta automóvil troquelada y estampada.

Artículo principal: Estampación de metales.

La estampación del acero consiste en un proceso

de mecanizado sin arranque de viruta donde a la

plancha de acero se la somete por medio de

prensas adecuadas a procesos de embutición y

estampación para la consecución de determinadas

piezas metálicas. Para ello en las prensas se

colocan los moldes adecuados.

[editar]Troquelación del acero

Artículo principal: Troquelación.

La troquelación del acero consiste en un proceso de

mecanizado sin arranque de viruta donde se

perforan todo tipo de agujeros en la plancha de

acero por medio de prensas de impactos donde

tienen colocados sus respectivos troqueles y

matrices.

[editar]Mecanizado blando