Aceros Microaleados: Propiedades y Endurecimiento

Aceros Microaleados

Introducción: Antiguamente la ciencia de los materiales y los estudios de los metales se concentraban en las propiedades:

• Límite elástico
• Resistencia a la tracción
• 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. Estos sucesos obligaron a la industria a investigar el fenómeno. Las conclusiones desvelaron que los materiales normalmente dúctiles se fragilizaban al descender la temperatura, conocida como Temperatura de Transición Dúctil-Frágil.

También se encontró que otros factores favorecían los efectos de la fragilización, como:

• La presencia de concentradores de esfuerzos
• Defectos internos
• Defectos externos
• La aplicación de cargas súbitas

Nos va a interesar tener la temperatura de transición lo más baja posible. 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.

Si la temperatura de transición es baja, el contenido en carbono ha de ser reducido, el tamaño de grano ha de ser fino y el contenido en N en disolución sólida debe ser reducido.

Aceros Microaleados

Un grupo de aceros bajos en carbono (< 0.1 %C) con contenidos muy pequeños en aleantes como V, Nb, Ti para alcanzar valores superiores a los 275 MPa de límite de elasticidad. Presentan niveles altos de resistencia con contenidos bajos en carbono, lo que les otorga una excelente soldabilidad.

Pueden alcanzar límites elásticos de 2 a 3 veces superiores a los aceros laminados convencionales. Al desarrollar propiedades mecánicas superiores a igual cantidad de masa que otros aceros con peores propiedades, podemos aplicar los microaleados ganando:

• Ahorro de transporte de material
• Ahorro en el peso de piezas móviles en maquinaria o en vehículos

Mecanismos de Endurecimiento en Aceros Microaleados

Endurecimiento debido a disolución sólida por Inserción: Átomos de elementos ajenos a la red cristalina se alojan en los espacios intersticiales. 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 C, N, P, Sn, Si, Cu, Mn.

Endurecimiento debido a disolución sólida por Sustitución: Átomos de elementos ajenos a la red cristalina sustituyen a átomos de la red cristalina. Las sustituciones con átomos de diferente radio generan distorsiones en la red cristalina y dificultan el movimiento de los átomos, favoreciendo el efecto de endurecimiento.

Endurecimiento por precipitación: Endurecimiento debido a la introducción de una segunda fase que interfiere el deslizamiento de las dislocaciones. Las partículas para reforzamiento son las precipitadas durante la transformación de Austenita a Ferrita y en la ferrita durante su enfriamiento.

Tipos de Aceros Microaleados o HSLA:

Aceros Microaleados Ferrítico-Perlíticos: Se aplican con gran profusión en la producción de chapas, perfiles y tuberías. Su composición es siempre muy baja en C, Mn y distintos microaleantes como Ti, V y Nb. Presentan resistencia mecánica elevada, límite elástico elevado, gran tenacidad, temperatura de transición -70 ºC, fácilmente soldables, excelente aptitud de conformado y bajo precio.

Las excelentes propiedades mecánicas de los aceros microaleados se consiguen fundamentalmente por: afino del grano ferrítico mediante Laminación Controlada, endurecimiento por precipitación y endurecimiento por disolución sólida.

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. Se alcanza un tamaño de grano muy fino, de 5 a 10mm.

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. Consiste en la recristalización sucesiva de la austenita a baja temperatura con objeto de afinar el grano pero siempre > 900ºC.

HSLA de Fase Dual D.P.L.A: %C ≤ 0,1 %, %Mn ≈ 1,5 %, %Cr y %Mo ≈ 0,6 %, %Si ≤ 1,4 %. Microestructura ferrítico-martensítica con elevada resistencia y elevada ductilidad. La martensita varía entre el 5 y el 25 %, lo que se corresponde con una resistencia entre 550 y 850 MPa.