Clasificación y Procesos Metalúrgicos de Aceros: Desde el Alto Horno hasta las Aleaciones Especiales

Clasificación de Aceros por Composición y Uso

Aceros al Carbono

Composición Típica:

• Carbono (C): 0.1% - 0.6%
• Silicio (Si): 0.15% - 0.8%
• Manganeso (Mn): 0.3% - 0.7%
• Fósforo (P) y Azufre (S): Menos de 0.04%

Normativas y Propiedades: IHA F11X, UNE 36009, AISI 15XX (C-Mn), EN10025 (S o E XX YY AA BB). Utilizados como aceros estructurales o de construcción. Propiedades clave: Límite Elástico (LE), Resiliencia, Reducción de Área y Condiciones especiales.

Aceros de Mecanización (Fácil Maquinabilidad)

Estos aceros presentan niveles elevados de Fósforo (P) (hasta 0.15%) y Azufre (S) (0.3%).

• Contienen hasta cinco veces más Manganeso (Mn) que Azufre (S).
• Son los únicos que pueden llevar Plomo (Pb) hasta 0.35%, actuando como lubricante.
• Telurio (Te) (0.035% - 0.06%) empequeñece el Sulfuro de Manganeso (MnS).
• Si el contenido de carbono es bajo (<0.2%), no contienen Aluminio (Al) ni Silicio (Si). Si el contenido de carbono es >0.2%, sí pueden contenerlos.

Normativas: UNE F21XX, AISI 11XX, 12XX.

Aceros de Resistencia (Aleados)

Estos aceros están diseñados para alta dureza y resistencia, incorporando varios aleantes:

• Cromo (Cr): Para dureza (hasta 3.5%).
• Níquel (Ni): Hasta 4.5%.
• Carbono (C): 0.25% - 0.4%.
• Manganeso (Mn): Hasta 0.9%.
• Molibdeno (Mo): Evita la fragilidad (hasta 0.6%).
• Níquel (Ni): Aumenta la templabilidad (hasta 4.5%, no muy alto).

Normativas: UNE F12XX, F13XX, AISI casi todos (2XXX-9XXX).

Aceros de Elasticidad (Muelles)

Elasticidad - Aceros al Carbono

Solo llevan Carbono (C) (0.4% - 0.8%) y Manganeso (Mn) (0.3% - 1%).

Normativas: F141 y F142.

Elasticidad - Manganosiliciosos

Composición: Carbono (C) (0.4% - 0.6%), Silicio (Si) (1.2% - 2%), Manganeso (Mn) (0.5% - 1%).

Gracias a la influencia de Mn y Si sobre la templabilidad, se consiguen altos valores de Límite Elástico (LE). El Silicio mejora la resistencia a la fatiga, pero la desventaja es el riesgo de sufrir decarburación.

Normativas: F145 y F144.

Elasticidad - Aleados para Muelles

Composición: Carbono (C) (0.4% - 0.7%), Manganeso (Mn) (0.7% - 1%), Cromo (Cr) (0.8% - 1%) y Vanadio (V) (0.1% - 0.25%). Puede que contengan algo de Silicio (Si).

Propiedades: La presencia de Cr y V incrementa (↑) la templabilidad, por lo tanto, es posible templar secciones mayores. No contienen Silicio, por lo que son menos propensos a sufrir decarburación.

Normativa: F143.

Procesos de Fabricación del Acero

Proceso de Alto Horno

Por la parte alta del horno (el tragante) se introducen las cargas del mineral, coque y fundentes. En la parte baja del horno, los gases del coque se calientan y van cediendo su calor a la carga hasta alcanzar la temperatura adecuada para producir las reacciones de reducción.

La carga sólida sufre una serie de transformaciones en su composición (reducción de los óxidos de hierro y producción de óxidos de carbono). El hierro liberado va descendiendo hasta recogerse en la parte baja del horno (el crisol). Las impurezas se mezclan con los fundentes y forman la escoria, que flota en el crisol sobre el hierro fundido.

Periódicamente se sangra el horno vaciando el crisol por unos orificios llamados piqueras. Por la parte más alta se vacía la escoria y por la baja, el arrabio, que va hasta una cuchara.

Proceso de Colada Continua

El proceso sigue los siguientes pasos:

1. Cuchara.
2. Artesa Intermedia.
3. Lingotera (molde de cobre sin fondo).
4. Enfriamiento con agua pulverizada.
5. Enfriamiento al aire.
6. Rodillos de arrastre.
7. Corte con oxígeno.
8. Recogida de barras.

Efectos de Aleantes en la Maquinabilidad

Sulfuro de Manganeso (MnS)

El MnS tiene múltiples efectos en el proceso de mecanizado:

• Reduce la fricción entre la herramienta y la viruta.
• Favorece el embotamiento del filo de la herramienta, mejorando el acabado superficial.
• Provoca que la viruta sea discontinua.
• Reduce mucho la resiliencia transversal.
• Actúa como concentrador de tensiones cuando la herramienta corta y produce viruta, lo que provoca que la fuerza total de cizalladura sea menor.

La ductilidad se ve muy afectada por los altos contenidos en Azufre (S); este efecto es mucho más acusado sobre las características transversales. La pérdida de propiedades no se debe a su radio frontal; para evitar esta pérdida, basta con globulizar los sulfuros, lo cual se consigue añadiendo Calcio (Ca).

Los puntos duros de las inclusiones actúan negativamente sobre la resistencia a la fatiga, pues actúan como núcleos de concentración de esfuerzos. Este problema se puede paliar haciendo que estas inclusiones se vean envueltas en una capa de MnS, lo que incrementa (↑) la resistencia a la fatiga y favorece la maquinabilidad.

Plomo (Pb)

El Plomo se encuentra cerca o rodeando al MnS.

• No perjudica las propiedades mecánicas transversales.
• Incrementa (↑) la maquinabilidad, pero disminuye (↓) la resistencia en piezas tratadas a altas durezas y en capas concentradas.
• Mejora el acabado superficial.
• Se utiliza para la colada en lingote para evitar la segregación por gravedad.