Clasificación y Propiedades de los Aceros: Bajo, Medio, Alto Carbono y HSLA

Elementos Alfágenos y su Influencia en el Acero

Los elementos alfágenos estabilizan la ferrita en la microestructura del acero. La mayoría presenta una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo (CC), similar a la ferrita. Estos elementos forman soluciones sólidas sustitucionales y aceleran la transformación γ (austenita) → α (ferrita), ampliando el rango de temperatura en el que la ferrita es estable. Ejemplos comunes incluyen Cr, W, V, Mo, Al, Si, Ti y Nb.

Elementos que Estabilizan la Austenita

Estos elementos estabilizan la austenita, con una estructura cristalina cúbica centrada en las caras (CCC). Retrasan la transformación γ→α, permitiendo que la austenita exista en un intervalo de temperatura más amplio. También retardan la precipitación de carburos. Pueden formar soluciones sólidas:

• Sustitucionales: Ni, Mn, Co, Cu
• Intersticiales: C y N

Desplazamiento Eutectoide por Adición de Aleantes

La adición de elementos aleantes disminuye la solubilidad del carbono en la austenita. Esto desplaza el punto eutectoide hacia la izquierda en el diagrama de fases (a menores composiciones de carbono). Como resultado, se pueden obtener aceros completamente perlíticos con composiciones de carbono inferiores al 0,8%. Los aceros de baja aleación, por lo tanto, contienen menos carbono que los aceros al carbono tradicionales.

Formación de Carburos en Aceros Aleados

Ciertos elementos tienen una fuerte afinidad por el carbono y forman carburos estables, lo que contribuye al endurecimiento del acero. Algunos ejemplos son Cr, V, Mo, Ti, Nb y W. Las fórmulas generales de estos carburos incluyen:

• M₆C (Ej: Fe₄W₂C, Fe₄Mo₂C)
• MC (Ej: WC, VC, MoC)
• M₂₃C₆ (Ej: Cr₂₃C₆)
• M₂C (Ej: W₂C, Mo₂C)

El manganeso (Mn) no forma carburos directamente, pero aumenta la estabilidad de los carburos presentes. Elementos como Ni, Co, Si y Al no tienen afinidad química por el carbono y tienden a tener un efecto grafitizante.

Clasificación de los Aceros según su Contenido de Carbono y Aleación

Aceros de Bajo Carbono (0.10-0.30% C)

Son blandos pero dúctiles. Se pueden endurecer superficialmente mediante carburización. Los tratamientos típicos incluyen:

• Laminado
• Normalizado
• Recocido

Se utilizan principalmente en forma de productos planos laminados. El contenido de manganeso (%Mn) es relevante en sus propiedades.

Aceros de Medio Carbono (0.2-0.6% C)

El contenido de manganeso (%Mn) varía entre 0.60% y 1.65%. Es la forma más común de acero, con un precio relativamente bajo y la capacidad de ser forjado. Para mejorar sus propiedades, se someten a tratamientos térmicos de temple y revenido. Son más resistentes que los aceros de bajo carbono, pero menos dúctiles. Se emplean en piezas de ingeniería que requieren resistencia mecánica y al desgaste, como en vehículos.

Aceros de Alto Carbono (0.30-0.90% C)

Son aún más resistentes, pero menos dúctiles que los aceros de medio carbono. Alcanzan alta dureza mediante temple. Su uso es restringido debido a su costo elevado y pobre conformabilidad. Se utilizan en aplicaciones como muelles y alambres de alta resistencia.

Aceros HSLA (High Strength Low Alloy)

Los aceros HSLA (Alta Resistencia y Baja Aleación) tienen una composición típica de:

• 0.05%-0.25% C
• Hasta 2% Mn
• Pequeñas cantidades de Cu, tierras raras y zirconio.

Están diseñados para ofrecer propiedades mecánicas específicas y una mejor resistencia a la corrosión atmosférica en comparación con los aceros al carbono convencionales. Son más económicos que los aceros aleados convencionales debido a que contienen menores cantidades de elementos de aleación costosos. Sin embargo, reciben tratamientos especiales que les otorgan:

• Tamaño de grano fino.
• Precipitados que dificultan el movimiento de los límites de grano (endurecimiento por precipitación).

Poseen buena soldabilidad y conformabilidad (debido a su bajo contenido de carbono, ↓%C). Son resistentes a la corrosión atmosférica, como el acero autopatinable o COR-TEN (con pequeñas adiciones de Cu, Cr y Ni). Algunos tipos específicos de aceros HSLA incluyen:

• De laminación controlada: La estructura altamente deformada de la austenita se transforma en ferrita equiaxial de grano fino.
• De perlita reducida: Bajo o nulo contenido en perlita debido al bajo porcentaje de carbono. Endurecidos por una ferrita de grano fino y endurecimiento por precipitación.
• De ferrita acicular: Contienen muy poco carbono. Forman ferrita acicular de grano fino (bainita de bajo carbono) de alta resistencia mediante temple.
• Bifásicos: Se procesan para obtener una microestructura de ferrita con regiones de martensita de alto carbono uniformemente distribuidas.