Aceros microaleados o aceros ale

ACEROS MICROALEADOS

INTRODUCCIÓN u Para abordar este tema Necesitaremos remontarnos a la década comprendida entre 1940 y 1950. U Durante aquel periodo, la Ciencia de los materiales y los estudios de los metales se concentraban en las Propiedades mecánicas más generales. Estas propiedades se resumían Principalmente en aquellas que gobiernan los ensayos de tracción: u Límite elástico; u Resistencia a la Tracción; u Resistencia a rotura;

A partir de 1940 en adelante se comenzaron a reportar Diversos fenómenos relacionados con la resistencia de los cascos de grandes Embarcaciones de transporte transoceánico; u Los buques petroleros, sobre todo, se aquejaban de incidencias poco habituales En condiciones de lo más cotidianas. U En condiciones de mar en calma y a baja temperatura, los cascos de los barcos Sufrían fracturas repentinas. U Sin embargo, era algo muy extraño porque en ningún momento se superaban las Especificaciones de diseño, en cuanto a resistencia de materiales se refiere.

Estos sucesos Obligaron a la industria a investigar el fenómeno. No se podía permitir que Grandes embarcaciones con cargamento muy valioso se perdiera sin motivo Aparente. U Las Conclusiones desvelaron que los materiales normalmente Dúctiles se FRAGILIZABAN Al descender la temperatura. U Lo que nos lleva a pensar en una propiedad que hemos visto en temas anteriores Y que no hemos mencionado, y relaciona la: ¿Ductilidad?, ¿Fragilidad?, ¿Transición? Y ¿Temperatura? U En efecto, es la: TEMPERATURA DE TRANSICIÓN Dúctil-Frágil

Sin embargo, lo que también se encontró fue que otros Factores favorecían los efectos de la fragilización, como: u La presencia de concentradores De esfuerzos: u Defectos internos (poros, inclusiones, etc) u Defectos externos (microfracturas, cambios de sección, etc) u La aplicación de cargas Súbitas (repentinas de corta duración)

Se realizaron ensayos y análisis sobre los factores Anteriores, en concreto sobre la temperatura de transición dúctil-frágil. U Como ya hemos estudiado, Esta temperatura tan carácterística se encuentra íntimamente determinada por Las siguientes carácterísticas de un acero:
U Contenido en carbono (perlita), u Tamaño de grano (ferrita)
, u Contenido en Nitrógeno.

Llegados a este punto, ¿Qué necesitaremos para afrontar la Casuística? N Una Temperatura de transición elevada o reducida ¿? N Nos va a interesar tener la temperatura de transición lo más baja posible. N Así tendremos un margen Mayor de absorción de energía, lo que significa que necesitaremos más energía (J) para vencer la franja Dúctil-Frágil y nuestro acero permanecerá más tiempo En comportamiento dúctil

Ahora que sabemos que necesitamos una temperatura de transición Baja, sólo nos queda cómo alcanzar esa propiedad en cualquier acero, para ello Volvemos a los factores de la temperatura:

Si la Ta de transición es ▼ N El contenido en carbono Ha de ser reducido, como indica el gráfico anterior n El tamaño de grano ha de ser Fino. N El contenido en N en Disolución sólida debe ser reducido (lo sabemos de los primeros temas) Pero… Este acero no es diferente en propiedades a un acero suave de bajo contenido en C

ACEROS MICROALEADOS U Con el nombre de Microaleados o HSLA se denomina un grupo de aceros bajos en carbono (< 0.1 %C), Contenidos muy pequeños en aleantes, V, Nb, Ti, (<< 5%) con la Finalidad de alcanzar valores superiores a los 275 MPa de límite de elasticidad En estado laminado o normalizado. U Representa entre el 10% y 15% de la producción de aceros del mundo (de 80 a 120 Millones de toneladas al año). U Presentan niveles altos de resistencia con contenidos bajos en carbono ® Excelente soldabilidad Equiparable a la de aceros extrasuave

Son aceros que pueden alcanzar límites elásticos de 2 a 3 Veces superiores a los aceros laminados convencionales. High Strenght Low Alloy N Al desarrollar Propiedades mecánicas superiores a igual cantidad de masa que otros aceros con Peores propiedades, podemos aplicar los microaleados ganando: n Ahorro de transporte de Material, principalmente en combustible y desgaste del camión, para una misma Necesidad en obra sería necesario llevar menos material. N Ahorro en el peso de Pizas móviles en maquinaria o en vehículos, que ralentizan su rendimiento.

MECANISMOS DE ENDURECIMIENTO EN ACEROS MICROALEADOS En esta sección veremos qué mecanismos o modos De endurecimiento y mejora de propiedades mecánicas desarrollan estos aceros. U Principalmente disponen De 3 mecanismos: Endurecimiento por Precipitación o Disolución sólida por Inserción o Sustitución

·Endurecimiento Debido a disolución sólida por INSERCIÓN Fenómeno en el que átomos de Elementos ajenos a la red cristalina se alojan en los espacios intersticiales. El efecto principal que origina la entrada en solución sólida de otros Elementos en la ferrita es la distorsión de su red cristalina (diferente tamaño Atómico), que a su vez produce el endurecimiento de la ferrita los elementos Con radio atómico más pequeño, como el carbono y el nitrógeno, forman Soluciones sólidas de inserción. N Ferrita El endurecimiento es notablemente mayor en las soluciones sólidas de Inserción que en las de sustitución. Los aleantes más comunes en este tipo de Endurecimiento son los siguientes, según su carácter endurecedor (de mayor a Menor): C, N, P, Sn, Si, Cu, Mn.

·Endurecimiento Debido a disolución sólida por SUSTITUCIÓN q Fenómeno en el que átomos de elementos ajenos a la red cristalina sustituyen a átomos de la red cristalina. Q Las sustituciones con átomos de diferente radio (≤15%) generan distorsiones en La red cristalina y dificultan el movimiento de los átomos, favoreciendo el Efecto de endurecimiento. Los átomos que disueltos a través de este mecanismo Son aquellos que se caracterizan por: n Ferrita q Una Reducida solubilidad en la cementita Fe3C q Una baja tendencia a la formación de carburos. Los elementos más comunes con Esta carácterística son: n Ferrita Níquel (Ni) Cobre (Cu), Silicio (Si), Aluminio (Al) Cobalto (Co)

·Endurecimiento Por precipitaciónEs el Endurecimiento debido a la introducción de una segunda fase que interfiere el Deslizamiento de las dislocaciones. N Se tiene una fase matriz, que será la fase dominante o la que presente mayor Cantidad. N Se Tiene otra fase, el precipitado, que se presenta en menores cantidades. Fase Ferrítica Dislocación Fase dura Carburos Nitruros Carbonitruros

·Carácterísticas:Debe ser discontinuo, las grietas en su Interior se detienen en la interfase precipitado-matriz. N Las partículas de Precipitado deberán ser pequeñas y numerosas a fin de interferir al máximo el Proceso de deslizamiento. N Las partículas serán redondas, ya que son menos propensas a generar grietas. C

Las partículas eficaces, desde el Punto de vista de reforzamiento, son las precipitadas durante la transformación De Austenita a Ferrita y en la ferrita durante su enfriamiento La precipitación Durante la transformación γ→α es un caso claro de precipitación en la interfase El proceso estudiado, da lugar a partículas de precipitado son muy finas, del Orden de 5 nm y producen un efecto endurecedor muy efectivo

TIPOS DE ACEROS MICROALEADOS O HSLAExiste una gran Variedad de tipos de aceros microaleados. Sin embargo de todos ellos nos Centraremos los dos más generales: De Fase dual (ferritico-martensítica) o Ferrito-Perlíticos

ACEROS MICROALEADOS FERRITICO- PERLITICOS Se aplicándo con gran profusión en la producción de Chapas, perfiles y tuberías Su composición es siempre muy baja en C (0,008- 0,03 %), Mn 1,5 % y distintos microaleantes: Ti<0,03 %, V<0,1 % y Nb<0,04 %, solos o Conjuntamente según los casos •Resistencia mecánica elevada •Limite elástico Elevado (450-550 MPa) •Gran tenacidad. Temperatura de transición –70 ºC •Fácilmente soldables •Excelente aptitud de conformado •Bajo precio.

Los Carburos de Nb y V se encuentran disueltos totalmente a Temperaturas superiores a 1200 ºC Al descender la temperatura se inicia la Precipitación del CNb inmediatamente no iniciándose la del V(C,N) hasta Alcanzar los 950 ºC. Al iniciarse el proceso de laminación en caliente todo el V se encuentra disuelto en el acero y parcialmente el Nb. Al proceder a laminar Se producen fenómenos de recristalización dinámica, dificultados por el niobio Al precipitar sobre los bordes de la subestructura deformada de la austenita o Impidiendo el crecimiento de grano como es el caso del V, Al, y Ti. El Resultado será una austenita de grano fino.

Las excelentes propiedades mecánicas de los aceros Microaleados se consiguen fundamentalmente por: 1. Afino del grano ferrítico → Laminación Controlada 2. Endurecimiento por precipitación 3. Por endurecimiento Por disolución sólida. La laminación controlada puede efectuarse de tres formas Distintas: • Laminación CONTROLADA CONVENCIONAL • Laminación CON RECRISTALIZACION CONTROLADA • Laminación CON RECRISTALIZACION Dinámica CONTROLADA La operación de desbaste dará lugar a Austenitas con un tamaño de grano del orden de 20 mm que serán posteriormente deformados O afinados por laminación controlada.

·Laminación CONTROLADA CONVENCIONAL Deformación de la austenita a temperaturas por Debajo de la de recristalización con objeto de lograr austenitas muy deformadas Al final de la laminación Exige una reducción del orden del 80 % en un rango de Temperaturas donde la austenita no recristalice La operación de laminación debe Terminar a una temperatura superior pero próxima a Ac , dejando entonces Enfriar el acero. Se alcanza un tamaño de grano muy fino, de 5 a 10mm,

Tanto el Nb como el Ti son gammagenos, lo que permite que Formen precipitados de carburo y nitruros en los bordes de grano a 1200 ºC. Se Conocen como inhibidores del crecimiento del tamaño de grano. El V es alfágeno, Lo que permite que formen precipitados de carburo en la ferrita, siempre que el Contenido en carbono lo permita.

·LAMINACIÓN CON RECRISTALIZACIÓN CONTROLADA Se recurre a este proceso cuando se trata De espesores gruesos en la última etapa de laminación a temperaturas entre 750 Y 900 ºC, en la que se requieren enormes cargas sobre los rodillos de Laminación. Consiste en la recristalización sucesiva de la austenita a baja Temperatura con objeto de afinar el grano pero siempre > 900ºC (límite Inferior austenita Ac3 ) El resultado son tamaños de grano ferrítico de Alrededor de 8 mm L. Se Recurre a este proceso cuando el tiempo entre pasadas es insuficiente para que La recristalización se lleve a cabo. Durante la deformación se inicia la Recristalizacion requiriéndose grandes deformaciones, hasta de 100 %, para Obtenerse tamaños de grano ferriticos de 10 mm Con bajas temperaturas de acabado la recristalizacion dinámica puede Proporcionarnos ferritas de tamaños de 3 a 6 mm

HSLA DE FASE DUAL D.P.L.A %C ≤ 0,1 %, → garantiza su soldabilidad, %Mn ≈ 1,5 % → garantizar Su templabilidad, contenidos tan bajos en C dificultan la formación de la Martensita.( %Cr y %Mo ≈ 0,6 % %Si ≤ 1,4 %) → endurecedor de la ferrita. Ti, Nb Y V → afino de grano y endurecimiento por precipitación. Microestructura Ferritico-martensítica: • Elevada resistencias (martensita) • Elevada Ductilidad (Ferrita) La martensita, en estos aceros, varia entre el 5 y el 25 %, Lo que se corresponde con una resistencia entre 550 y 850 MPa