Propiedades químicas del acero

Enviado por Programa Chuletas y clasificado en Tecnología Industrial

Escrito el en español con un tamaño de 20,69 KB

 

METALES

-Ferrosos --àAceros -àAl carbono

à Aleados            

-No Ferrososà Metales Pesados à Cu,Sn,Pb,Bronce ,Latones, Zn,Mn.

à Metales ligeros à Al, Mg, Duraluminio.

Prop. Mecánicas


Respuesta de materiales sólidos a fuerzas externas:

-Def. Elástica; Def. Permanente; Fractura.

Tracción


Fuerza que estira ;

Compresión

Reducción de volumen;

PlastoDef


Deformación permanente gradual, causada por una fuerza continua , si se prolonga mucho “ruptura” .

Fatiga:


Fractura progresiva, no hay deformación aparente (Existencia de grietas):

Prop. Técnicas

Peso especifico:


Peso de un volumen, respecto al peso del mismo volumen en agua (gr/cm3,kg/dm3;ton/m3)

Tenacidad:


Resistencia total antes de ruptura.

Resilencia:


Resistencia al romperse por un impacto.

Resistencia a la fatiga:


carga máxima (10.000.000) sin romperse

Acero


Aleación fierro y carbono, contenido generalmente de 0,008 a 2 % de C




Hierro en estado natural :  - Magnetita (Fe3O4) -à 72,4% Fe, 27.6% O


ÀMineral mas importante en Chile, color negro, densidad: 5,18  g/cc


Cristaliza en sistema cubico y fuertemente magnética




-Hematita (Fe2O3)à 70%Fe, 30% O


                                        -à Mineral mas importante a nivel mundial( Segundo en Chile), color castaño rojizo              densidad: 5,26 g/cc, cristaliza en sistema hexagonal, no presenta propiedades magnéticas.



Minas de hierro-
-à Ley (x <60% fe), ="" mena="" contiene="" impureza,="" por="" ello="" se="" realizan="" faenas="" de="" concentración,="" estas="" aumentan="" ley,="" eliminan="" impurezas="" que="" disminuyen="" valor="">60%>



Sistema de extracción y reducción de tamaño


3mediante>


Colpas: 1-8” ; Granza 1/4- 1 (1/2)” (Adecuada para carga en Alto horno) ; Finos : 3/8”


Carbón y coque:


-Carbón mineral: material solido, A diferencia del petróleo (formado por hidrocarburos) el carbón es formado po carbono puro o carbón en forma de carbohidrato oxidado.

-Se forma por la descomposición de materia vegetal en condiciones de humedad y ausencia de oxigeno.

-Se forma en suelos poroso( Bosques , pantanos)

-Se acumula materia vegetal y se expulsa oxigeno y agua quedando como resultado el carbón.

Tres grados de carbono:

Carbón grado bajo(Turba):


Acumulación restos troncos y plantas de descomposición parcial, color pardo.

Carbón grado mayor ( Bituminosos):
Color negro, fractura brillante, mayor contenido de carbono.

Carbono grado avanzado (Antracita):


Formada prácticamente por carbono puro, no se distinguen vegetales que lo originaron.

Coquificacion:


Destilación del carbono para eliminar su contenido volátil, entrega el coque.

Coque:


Carbón procesado que posee granulometría y resistencia mecánica necesaria para el alto horno.

Proceso de coquificacion:


Se efectúa en baterías de coques , formadas por series de hornos largos y angostos construidos por ladrillos de sílice. Carbón se  calienta en ausencia de aire mediante la combustión de gases en cámaras adyacentes a las paredes de cada horno, se transfiere el calor por conducción a través de refractario de las paredes.

La parte superior del horno tiene normalmente 4 orificios ( Tapas removibles por donde se introduce el carbón), carga del carbón mediante maquina Larry-car, que viaja por rieles a lo largo de la batería , provista de buzones de carga que coinciden con los orificios. El carbón cargado normalmente es mezcla de carbones preparada para obtener una mezcla homogénea de granulometría 80%  inferior a 1/8”, humedad cercana a 6,5% y densidad aparente entre 650-700 kg/m3..

Alto horno:


Estructura de acero revestida interiormente con ladrillos refractarios, parte inferior denominada crisol(Bloques de carbón)

Proceso de alto horno:


Mineral de hierro , coque y caliza se cargan por capas, por la parte superior del alto horno denominada tragante, se inyecta aire calentado en estufas  junto con petróleo para incendiar el coque , por las toberas ubicadas sobre el crisol, elementos mas temperatura reducen mineral.

En el interior de los hornos se produce hierro en estado liquido (Arrabio), la caliza que actúa como fundente produce escoria , la que flota sobre el arrabio debido a su menor densidad(escoria -à cemento) , los gases residuales también se guardan  y luego son limpiados para poder utilizarse en procesos futuros.

1 ton arrabio.-à 300 kg escoria y 6 ton de gas


*
Alto horno , es un horno de Cuba  de gran tamaño , emplea carbono en forma de coque para reducir óxidos de hierro obteniéndose el liquido denominado arrabio (Materia prima para la refinación del acero)


Reacciones químicas en el proceso:


Combustión frente a las toberas--à


Frente a toberas  ocurre combustión del coque con aire insuflado , originando gases reductores y energía para la reducción del mineral, calcinación de la caliza, formación de escoria , carburación del arrabio, y fusión de escoria y arrabio, pasa aire seco insuflado al horno.

Reacción global de combustión:


  1. 2C + 02+ 3,76 N2= 2CO + 3.76N2

Reacción humedad en aire:


2) H2O + C = H2+CO

Gas producto de la combustión del coque --à Gas etalaje( CO, H,N)
, los dos primeros gases reductores por excelencia.

Reducción indirecta del mineral de hierro-à


En la columna de carga, parte del oxido de hierro es reducido por la acción del C0 presente en los gases, cuando el C02 originado abandona el horno sin volver a reaccionar, estas reacciones son reducciones indirectas ocurren cuando el oxido de hierro aun están en estado sólido.

3)Fe2O3+ CO= 2FeO+ CO2

4)Fe304+CO=3FeO+ CO2

5)FeO + CO = FE + CO2

Reducción directa oxido de hierro-à


Cuando oxido de hierro no se reduce en forma indirecta en la Cuba , alcanza zonas inferiores de alta temperatura donde se funde y reduce directamente , por acción del coque.

6)FeO+C = Fe + CO

Descomposición de la caliza(Carbonato de calcio)-à


Cuando se emplea como fundente caliza , esta se descompone por acción térmica en la Cuba , para formar oxido respectivo que finalmente será incorporado a la escoria.

7) CaCO3= CaO + CO2


Arrabio ---à Hierro bruto( frágil), posee entre 4-5-6% de C, 3% de Si, 6% Mn, poco S y P



Procesos  a los que puede ser sometido el acero


Afino:


Limpieza , reducción de sustancias acompañantes del hierro.



Recarburacion:


Fijar contenido correcto de carbono


Aleación:


Mejorar propiedades ( Añadir elementos)








Aceros :-
Básico:
Prop. Como resistencia a la  tracción, limite de fluencia , están dentro de    limites determinados.(No aleados)


                    --àCalidad:
Carácterísticas  superficiales( soldabilidad, conformación en frio y caliente), fueron fabricadas con gran cuidado.


                 ----àFinos:
Mayor homogeneidad y ausencia de inclusiones no metálicas, se funden con mayor cuidado consiguiendo así una textura especialmente uniforme.



Acero de baja aleación < 5%="" de="" componentes="">


Acero no aleado: 0,5%Si; 0,8% Mn; 0,1% Al; 0,25% Cu



Luego del proceso de alto horno:



Arrabio( 3-4% de C) -------à Fundición Gris--à Predomina Si (Grafito)



------àFundición Blanca--à Predomina Mn ( Carburo de Hierro), es maleable


-à Elaboración de aceros


Arrabio( 3-4% de C) --à Proceso de Afino   -----à    Acero (0,03-1,6% de C)



Afino :
Reducción de C  y de los acompañantes del hierro.


Acero:
Debe ser forjable, soldable y de ser posible  templable, mientras mas carbono posea ser mas resistente y duro, pero menos forjable y soldable.


Procesos  a los que puede ser sometido el acero


Afino:


Limpieza , reducción de sustancias acompañantes del hierro.



Recarburacion:


Fijar contenido correcto de carbono


Aleación:


Mejorar propiedades ( Añadir elementos)




Aceros :-
Básico:
Prop. Como resistencia a la  tracción, limite de fluencia , están dentro de    limites determinados.(No aleados)


                    --àCalidad:
Carácterísticas  superficiales( soldabilidad, conformación en frio y caliente), fueron fabricadas con gran cuidado.


                 ----àFinos:
Mayor homogeneidad y ausencia de inclusiones no metálicas, se funden con mayor cuidado consiguiendo así una textura especialmente uniforme.



Acero de baja aleación < 5%="" de="" componentes="">


Acero no aleado: 0,5%Si; 0,8% Mn; 0,1% Al; 0,25% Cu



Procedimientos de afino:




Proceso de crisol abierto:


cualquier proceso de producción de acero a partir de arrabio consiste en quemar exceso de carbono y otras impurezas, dificultoso por elevado punto de fusión 1400°C. Por eso se usa horno de crisol abierto que funciona a altas temperaturas gracias al precalentado regenerativo del combustible gaseoso y el aire empleados para la combustión. Los gases que escapan del horno pasan por una seria de cámaras llenas de ladrillos a los que ceden la mayor parte de su calor, combustible y aire pasan por la cámara y son calentados por los ladrillos, estos hornos alcanzan temperatura de hasta 1650°C. Horno suele ser un crisol de ladrillo plano y rectangular de unos 6x10m, con techo de unos 2,5m de altura. Todo el crisol y la planta de trabajo situado a una altura predeterminada del suelo y el espacio bajo el crisol lo ocupan las cámaras de regeneración de calor. Horno produce unas 100 toneladas de acero cada 11 horas.


Horno se carga con mezcla de arrabio (fundido o frio), chatarra de acero y mineral de hierro, que proporciona oxigeno adicional. Se agrega caliza como fundente y fluorita para que escoria sea mas fluida. Carga típica podría consistir en 60000kg de chatarra de acero, 11000 kg de arrabio frio, 45000 de arrabio fundido, 12000kg de caliza, 1000 kg de mineral de hierro y 200 kg de fluorita. Desde punto de vista químico la acción del horno de crisol abierto reduce por oxidación el contenido de carbono de la carga y elimina impurezas como Si, P, Mn,  que se combinan con caliza y forman escoria horno entre 1550-1650°C. Cuando el la fundision alcanza niveles deseados (se hacen exáMenes físicos o análisis químicos) el acero fluye por un canal corto hasta una gran cuchara situada a ras de suelo por debajo del horno, desde la cuchara se vierte el acero en moldes de hierro colado para formar lingotes suelen tener sección cuadrada de unos 50 cm de lado y una longitud de 1,5m. Lingotes materia prima para todas las formas de fabricación del acero( pesan poco menos de 3 toneladas).


Procedimiento de inyección de oxigeno(Aceros al oxigeno):


El mas conocido es el LD( Linz-Donawis), aprox 70% de todos los aceros se obtienen por este proceso , es mas económico que el proceso Siemens-Martín.


Convertidor de acero al oxigeno se llena de hierro bruto liquido, chatarra y aditivos



Con una lanza refrigerada por agua se inyecta oxigeno en el caldo a una sobrepresión de 12 Bar



Se neutraliza la elevada temperatura por adición de chatarra fría, mediante la adición de cal los acompañantes como Mn, Si, P, S se unen formando escoria.


Procedimiento Siemens-Martín(Afino al horno):


Permite obtener directamente acero de calidad partiendo de chatarra, el horno de Siemen-Martín es un horno fijo de llama en forma de Cuba, se llena el 70% con chatarra de acero y el resto con hierro bruto y cal para formar escoria.

Temperatura de fusión y oxidación  1800°C, se consigue mediante una llama abierta de gas o aceite precalentado a 1100°c. Si,P, Mn que acompañan al hierro se transforman en óxidos no solubles que forman escoria con la cal. Por la formación de gases de CO se llega a la cocción del caldo, obteniendo un buen mezclado.

Procedimiento Eléctrico (Convertidor Thomas):


Los aceros finos , en particular los altamente aleados se obtienen en hornos eléctricos, con el acero de convertidor o Siemen-Martín se alimenta el horno eléctrico , se purifica y se añaden los elementos de aleación deseados.

Las aleaciones que se obtienen a parte de tener carbono tienen , Cr , Va, Al, P, etc..

En este procedimiento se utiliza acción del calor producida por una corriente eléctrica, generación de calor libre de impurezas (No se desprende azufre).

Como cargas emplea chatarra de buena calidad y aceros preafinados.

El horno tiene dos o tres electrodos , las temperaturas alcanzan puntos de fusión de hasta 3000°C, en los hornos de inducción pasa corriente alterna por una bobina situada en el crisol, en el material a fundir se producen por tanto corrientes parasitas que calientan el baño.


Procedimiento de refundición:


Mediante este procedimiento el tratamiento al vacío del acero liquido , se consigue una mejora de la calidad, el caldo de acero al colarlo en coquillas toma O, N y vapor de agua del Aire , descomponiéndose este ultimo a altas temperaturas en H y O. Al enfriarse un bloque se libera hidrógeno disuelto en el caldo, originando altas presiones que producen fisuras en los granos y polos(Fisuras en escamas).


--Procedimiento de refundición eléctrica con escoria: por este método se obtienen bloques de acero fino, con texturas uniformes y bajos en sedimentos e inclusiones.


Colada del acero:




Tratamiento al vacío:


Diversos procedimientos de colada  para conseguir desgasificación del acero líquido. Óxidos de hierro hacen quebradizo al acero en la elaboración en caliente. El nitrógeno produce envejecimiento, H produce fisuras en las piezas de forja y pequeños poros.


Este tratamiento se obtiene de aceros pobres en gases, se desprenden los gases disueltos en el caldo, el caldo se vierte desde la cuchara a las coquillas, las  cuales se encuentran en un recipiente al vacío (Los gases se desprenden del chorro).


El acero líquido se eleva desde la cuchara hasta un recipiente al vacío por un tubo aspirador, después de la desgasificación el acero fluye en sentido opuesto por otro tubo.


Acero colado sin calmar:


Al solidificarse el caldo, acero con C  y O, desprenden gases de CO.



C+FeO=Fe+CO ,


El proceso de sedimentación es cuando burbujas  de gas ascendentes originan fuertes movimientos del acero en estado líquido.


La acumulación de fósforo en el acero produce fragilidad, acumulación de azufre en el acero ocasiona  fragilidad al rojo (Peligro de rotura al trabajarlo estando en estado incandescente).


Este proceso se emplea para aceros en bandas, chapa fina y alambre



Acero colado Calmado:


Por adición de Al, Si O Mn al colar el acero , el oxigeno se une a estos metales. Se forman óxidos metálicos irreductibles por el carbono.


2FeO+ Si= 2Fe+ SiO



Acero solidificado calmado posee homogeneidad, evita la sedimentación. El acero de calidad se cuela siempre calmado, sino el oxígeno oxida los componentes de la aleación.


Procedimientos de colado





Gran parte del acero producido se cuela en bloques o en forma continua, la elaboración se hace por forjas laminación o extrucciòn. En la fundición de bloques el acero liquido se cuela en coquillas, en la fundición continua el colado se hace por coquilla abierta refrigerada por agua. Por absorción de calor en la coquilla se solidifica el acero líquido y se extruye en forma de cordón solido entre los rodillos de retención y de apoyo. La velocidad de extrucion es de 2 m/min. La rápida velocidad de solidificación del cordón se opone a la formación de sedimientos y poros, con lo que se consigue una gran homogeneidad de la textura.


Con la colada continua ya no hace l colada en bloques que antes se utilizaban normalmente, con bloques de fndicion estacionaria y el revenido en horno de cubilote. Las secciones transversales del cordón extruido pueden adaptarse a las formas del producto laminado por o que se reduce el trabajo posterior de conformación


Materiales colados aleación de Fe y C entre un 2-4% de C apto para la producción de fundición de moldes


Hierro fundido


Hierro fundido con grafito laminar


Casi no tiene alargamiento superficie de rotura gris pues el carbono se separa preferentemente en form de grafito, en la superficie de rotur se presentan vetas en forma laminar con radios de curvaturas pequeños los cuales actúan como entallas que reducen por tanto la resistencia. La viruta quebradiza resistencia a la compresión elevada


Hierro fundido con grafito esferoidal:


posee en su textura depósitos de grafitos esferoidales por adision de pequeñas cantidad de magnesio cesio, después de tratamiento térmico resistencia similar a la del  acero. Suficiente alargamiento y puede mecanizarse por arranque de viruta mejor que la fundision gris. Las propiedades mejoradas de la resistencia se aplican por la forma esferoidal del grafito que reduce los efecto de entalladura



Fundición maleable(bruta):


material colado compuesto de Fe y C, propiedades similares a la del acero. Se obtiene en horno de Cuba y contiene entre 2,4- 3,4% de C en forma de carburo de hierro después de la solidificación. Es duray frágil por ende las piezas fundidas deben recocerse


Fundición maleable recocida descarburada(blanca):


piezase rcuecen en la atmósfera de oxígeno a 1000ªC, carburo de hierro se descompone en Fe y C, oxidándose los bordes del carbono en forma de CO y CO2. Material se descarbura y por eso posee aspecto blanco en capas exteriores y superficie de rotura


Fundición maleable recocida no descarburada(negra):


las piezas fundidas se envuelven con productos neutros(arena, gas protector) en estado recocido el carburo de hierro se descompone en Fe y grafito en forma de escamas. Textura uniforme en toda la sección de la pieza. Superficie de rotura color negro(palancas, piezas de maquina)

Entradas relacionadas: