Propiedades químicas del acero

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La ferrita


: se trata de una disolución de carbono en hierro α. Como la solubilidad es muy baja la ferrita es prácticamente hierro α. Como consecuencia sus propiedades son muy cercanas a las del hierro puro. La ferrita es magnética y sus carácterísticas mecánicas son bastante bajas. En la practica podemos considerar las siguientes propiedades:-dureza brinell HB80.-Resistencia a la rotura=30 Kg/mm2.

Cementita

: es un compuesto químico de hierro y carbono y cuya formulación química es Fe3C. La temperatura de fusión es 1250ºC. A bajas temperaturas es débilmente ferromagnética, pero pierde estas propiedades magnéticas a 217ºC. Tiene una gran dureza pero su plasticidad, es muy baja casi nula.

La perlita

: es un constituyente eutectoide formado por capas alternadas de ferrita y cementita. Contiene aprox 6 partes de hierro y una de carbono k corresponde o distribuye en 13.5% de Fe3C  y 85% de ferrita. Es ferromagnética y posee unas carácterísticas mecánicas bastante equilibradas, siendo mas resistente y dura k la ferrita y mucho mas tenaz k la cementita.

Perlita gruesa

: con una separación relativamente grande entre capas, una dureza de 200 Brinell y se obtiene por un enfriamiento lento.

Normal

: tiene una separación media entre capas y 220 brinell de dureza.

Fina

: tiene una distancia media entre capas muy reducida y unos 300 Brinell de dureza.

Austenita

: es una solución solida de carbono en hierro ganma. Puede contener desde 0 a 2% de carbono y es un constituyente por tanto de composición variable. Su estructura cristalina podemos considerarla como una red de hierro γ . Solo estable a tempe superiores a 723ºC, transformándose en otros constituyentes al enfriar. Se caracteriza por ser: no magnética, blanda, muy dúctil y tenaz.

La martensita

: es una solución solida sobresaturada de carbono en hierro α y se obtiene por enfriamiento rápido de los aceros, desde alta temperatura. Cristaliza en el sistema tetragonal, estando su malla elemental formada por un paralelepípedo muy parecido al cubo de cuerpo centrado del hierro α. Tiene una resistencia de 170 a 250 kg/mm2, una dureza de 50 a 60 rockwell C y un alargamiento de 2,5 a 0,5%. Se trata de un constituyente muy duro y muy frágil.

La bainita

: es un constituyente k se forma en el enfriamiento de la austenita cuando la tempe de baño de enfriamiento es de 250 a 600ºC.

Bainita superior

: de aspecto arborescente formada a 500-530ºC.

Inferior

:formada a 250-400ºC, la cual tiene forma de aguja.

Fundamentos de la obtención del acero

El acero se obtiene a partir de dos materias primas fundamentales: el arrabio obtenido en el horno alta y la chatarra de acero. Para fabricar acero apratir de arrabio se utiliza el convertidor con oxigeno mientras que partiendo de chatarra se utiliza el horno eléctrico.Para la obtención del acero es preciso eliminar todas las impurezas que se encuentran en el arrabio o en las chatarras y las reacciones químicas requieren altas temperaturas.

Los distintos procesos se diferencian en la forma de aportar energía:


en los hornos de reverbo(martín-siemens) la energía se aportaba quemando un combustible liquido o gaseoso mediante quemadores situados en las paredes del horno-en los convertidores, insuflando aire por el fondo del convertidor o inyectando oxigeno puro en el convertidor.-
en los hornos eléctricos se aprovecha el calor que genera un arco eléctrico(hornos de arco) y la carga metálica o el calor que producen las corrientes inducidas (hornos de inducción)

Procesos que parten del arrabio

Las cucharas que transportan el arrabio desde el horno alto lo vierten en un mezclador(deposito para mantener la t. Del caldo) ademas este homogeniza la composición de las coladas del alto horno. En este proceso normalmente se carga el convertidor con arrabio y chatarra esta al 20º/º. A la carga metálica se le añaden unas adiciones para formar la escoria fundamentalmente cal.

Proceso de conversión con oxigeno

La técnica de fabricación de acero con oxigeno consiste en inyectar oxigeno a presión en el baño metálico(arrabio y chatarra) contenido en un convertidor a través de un tubo refrigerado(lanza9 hasta conseguir la transformación completa en acero


Partes de una acería de conversión

El convertidor


Recipiente cilíndrico de chapa gruesa forrado de refractario. La parte superior es cónica. La capacidad de un convertidor 45 a 250t.

-lanza

Tubo de acero refrigerado por agua por cuyo interior fluye el oxigeno a presión

-sistema de capatacion y depuración de humos

Destinado a recoger los humos y gases de salida y depurarlos de sus partículas solidas para su posterior utilización (conversión con oxigeno).

Fases proceso conversión con oxigeno


Fase de carga

Estando el convertidor vacío se carga la chatarra(20º/º del total) y el arrabio liquido caliente procedente del mezclador. Luego se pone vertical el convertidor y se introduce la lanza.


-

Fase de soplado y afino

Se insufla oxigeno puro a presión iniciándose las reacciones de oxidación y se adiciona la cal para obtener la escoria adecuada. El oxigeno reacciona con el metal y eleva la temperatura(2500-3500) que facilita las reacciones del afino. La escoria se espuma y atrapa las impurezas y el carbono se quema y forma CO y CO2 escapa con los humos. 12-15min

.-fase de colada:

se corta la entrada de oxigeno se espera para que se homogenice y se vuelca el metal sobre la cuchara con una ligera capa de escoria para evitar la oxidación del baño por el aire.

Control del proceso

Después de cada colada se toman muestras del caldo y de la escoria y su análisis.Los datos básicos son: -composición del arrabio en especial su contenido en silicio –peso Control de proceso
: Debido a la rapidez de las reacciones de afino en el convertidor no permite tomar muestras del caldo para verificar la evolución de su composición química con lo que este control debe basarse en datos obtenidos en las coladas anteriores. Después de las coladas se toman muestras del caldo y de la escoria y su análisis regula la marcha de la colada siguiente. Los resultados tienen que llegar al personal del convertidor rápidamente por lo que hay que tener un laboratorio y utilizar métodos rápidos de análisis. Los datos básicos para este control son 1) composición del arrabio 2) peso y proporción de la carga 3) cantidad de oxígeno insuflado 4) Temperatura en las distintas fases del proceso 5) composición de las escorias.
Las instalaciones de recuperaciónson de gran importancia para el medio ambiente. Por la boca del convertidor escapan humos y partículas sólidas de oxido de hierro a gran temperatura q no se pueden verter a la atmósfera, por lo cual los humos se recogen a la salida del convertidor por medio de una campana que hace que recorra un largo trayecto pa enfriarlos y hacerlos perder velocidad con el fin de q las partículas solidas se depositen.

Influencia de los elementos de aleación en el acero

Existen elementos químicos que le dan al acero ciertas propiedades físico-químicas. Aluminio: Proporciona una desoxidación eficaz y afina el tamaño del grano.
Azufre aumenta la fragilidad de los aceros y mejora la maquinabilidad. Boro aumenta la templabilidad de los aceros y aumenta la dureza de los aceros inoxidables en ciertas condiciones.
Carbono aumenta la resistencia, el limite elástico y la dureza y disminuye la ductibilidad y maleabilidad.
Circonio es desoxidante y afinador del grano y mejora las caracterist de embutición.
Cobalto reduce la profundidad de temple, aumenta la resistencia a la corrosión y proporciona amyor resistencia a la tracción y al limite elástico.
Cobre aumenta la resistencia a la tracción y a la corrosión y confiere fragilidad en caliente.
Cromo aumenta la resistencia a la corrosión y abrasión , aumenta la templabilidad y a temperaturas elevadas, aumenta la resistencia mecánica.
Fósforoeleva la resistencia en los aceros bajos en carbono, aumenta la resistencia a la corrosión, mejora la maquinabilidad, disminuye la tenacidad.
Hidrógeno produce fragilidad en el acero es nocivo
.
Manganeso
elimina la fragilidad en caliente originada por el azufre, aumenta la templabilidad y la resistencia
.
Molibdeno
aumenta la templabilidad, la resistencia en caliente y la resistencia al desgaste.
Niobio afina el grano de los aceros, aumenta la resistencia a bajo temperatura y en los aceros bajos en carbono aumenta la resistencia y el limite elástico.
Níquel eleva la resistencia de los aceros no templados, proporciona tenacidad, especialmente a bajas temperaturas y mejora la resistencia a la corrosión.
Nitrógeno controla el tamaño del grano, aumenta la templabilidad, aumenta la resistencia de algunos aceros inoxidables.
Oxígeno aumenta la fragilidad del acero, elemento nocivo y disminuye la resistencia al choque.
Plomomejora la maquinabilidad.
Silicio se emplea como desoxidante en general, elemento de aleación en chapas magnéticas y aumenta la resistencia.
Titanio se emplea como desoxidante, afina el tamaño de grano en los aceros y mejora la capacidad de conformación.
Vanadio afina el grano de los aceros, aumenta la templabilidad y mejora la resistencia en los aceros bajos en carbono.
Volframio aumenta la resistencia y dureza en aceros de medio y alto carbono, confiere resistencia al desgaste en aceros de herramientas y aumenta la templabilidad.

Objetivos de los sistemas de metalurgia secundaria:


El control de gases

: desgasificación reducción de la concentración de oxígeno y nitrógeno en el acero.

Alcanzar bajos contenidos de azufre

( menos de 0,010% y aveces hasta 0,002%)

Conseguir aceros mas limpios

Eliminación de inclusiones no metálicas, fundamentalmente óxidos y sulfuros.
El control de la morfología de las inclusiones ya que no es posible eliminar totalmente los óxidos indeseables en el acero.

Mejora de las propiedades mecánicas

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