Propiedades, Tipos y Procesos del Acero: Una Mirada Detallada

El Hierro y sus Aleaciones

El Hierro

Este metal de transición es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre.

• Es un elemento metálico, magnético, maleable y de color blanco plateado.

Aleaciones

Una aleación es una combinación que conserva propiedades metálicas, compuesta por dos o más elementos, de los cuales al menos uno es un metal.

Tipos de Acero y sus Características

Aceros

Son aleaciones de hierro con un contenido máximo de carbono del 2%.

• Acero bajo en carbono: Tiene menos del 0.25% de carbono.
• Acero medio en carbono: Tiene entre el 0.25% y 0.6% de carbono.
• Acero alto en carbono: Tiene entre el 0.6% y 1.4% de carbono.
• Hierro forjado (acero dulce): Es un material de hierro que posee la propiedad de poder ser forjado.

Clasificación según su composición

• Acero inoxidable: Es una aleación de acero con un mínimo de 10% de cromo, que le confiere alta resistencia a la corrosión.
• Acero microaleado: Es un tipo de aleación metálica que provee mejores propiedades mecánicas y mayor resistencia a la corrosión que el acero al carbono.
• Aceros al carbono: Más del 90% de todos los aceros son de este tipo.
• Aceros aleados: Contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno u otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales.

Clasificación según su uso

• Aceros estructurales: Son aquellos que se emplean para diversas partes de máquinas, estructuras, etc.
• Aceros para herramientas: Aceros de alta calidad que se emplean en herramientas para cortar y modelar metales y no metales.
• Aceros especiales: Los aceros de aleación especiales son, por ejemplo, los aceros inoxidables y los aceros de baja aleación ultrarresistentes.

Proceso de Fabricación del Acero

Producción del Arrabio

Es el primer paso en la fabricación de cualquier producto de acero. Se realiza en un alto horno.

• Alto horno: Con aproximadamente 40 metros de altura, es un enorme recipiente de acero revestido con ladrillo refractario.
• Proceso: El mineral de hierro, el coque y la piedra caliza se miden y se introducen por la parte superior del horno.
• Escoria: El intenso calor del alto horno funde la piedra caliza, la cual se combina con las impurezas del mineral y el coque, formando escoria.

Transformación del Arrabio en Acero

Una vez obtenido el arrabio o el hierro esponja (de mayor pureza), se procede a su transformación en acero.

• Horno Bessemer: Es un horno en forma de pera que está forrado con material refractario. Fue inventado por Sir Henry Bessemer.
• Horno básico de oxígeno (BOF): Es un horno muy parecido al Bessemer, pero utiliza oxígeno puro para la oxidación.
• Horno de arco eléctrico: Por lo regular, son hornos que solo se cargan con chatarra. Pueden contener hasta 270 toneladas de material fundido.

Propiedades y Comportamiento del Acero

Estructura del Acero

Las propiedades físicas de los aceros y su comportamiento a distintas temperaturas dependen de la cantidad de carbono y su distribución en el hierro.

• Ferrita: Blanda y dúctil, es hierro con pequeñas cantidades de carbono y otros elementos en solución sólida.
• Cementita: Compuesto de hierro con el 7% de carbono aproximadamente.
• Perlita: Es una mezcla de ferrita y cementita.

Resistencia y Dureza

Si no ha sido tratado térmicamente, cuanto mayor es el contenido en carbono de un acero, mayor es su resistencia y dureza, y menor su ductilidad.

Otras propiedades importantes

• Ductilidad: Es la propiedad que presentan algunos materiales, como las aleaciones metálicas, de deformarse plásticamente sin romperse.
• Corrosión: Se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno.
• Pasivación: Es la formación de una película relativamente inerte sobre la superficie de un material que lo enmascara y protege contra la corrosión.
• Resistencia: Es la capacidad de soportar una fuerza o presión sin romperse.
• Dureza: Se puede definir como la resistencia de un material a ser rayado o penetrado.
• Herrumbre: Capa de óxido de color rojizo que se forma en la superficie del hierro por reacción con el oxígeno y la humedad.
• Oxidación: Ocurre cuando un átomo inestable pierde un electrón.
• Desoxidación: Quitar a una sustancia el oxígeno con el que está combinada.
• Brillo: Conocido también como lustre, es una propiedad física que describe la manera en que la luz interactúa con la superficie de un material.

Designación y Normas de los Aceros

Designación de los Aceros

Es la identificación específica de cada grado, tipo o clase de acero dado por un número, letras y símbolos.

Maneras de Clasificar los Aceros

Los principales son de acuerdo con su composición y a su utilización.

Normas Internacionales

• Normas IRAM: Las designaciones corresponden en su mayoría a la SAE.
• DIN Standards: Fueron desarrollados por Alemania.
• JIS Standards (BS): Fueron desarrollados por Japón.
• British Standards: Normas británicas.
• AFNOR Standards: Fueron desarrollados por la Association Française de Normalisation (Francia).
• UNI Standards: Ente Nazionale Italiano di Unificazione (Italia).

Sistema AISI-SAE

Es uno de los sistemas más usados para clasificar aceros. Los aceros se clasifican con cuatro dígitos, donde los dos primeros indican la aleación principal y los dos últimos la cantidad de carbono.

Aleaciones Ferrosas y No Ferrosas

Metales Ferrosos

Son los más importantes desde el punto de vista industrial, teniendo al hierro como su principal componente.

Divisiones en Ingeniería de las Aleaciones

• Aleaciones ferrosas: Tienen al hierro como su principal metal de aleación. Son importantes principalmente por su costo relativamente bajo, su versatilidad y sus propiedades mecánicas.
• Aleaciones no ferrosas: Tienen como base un metal distinto del hierro. Las aleaciones de aluminio son las más importantes entre las no ferrosas.

Otras Aleaciones

• Aleaciones de níquel: Presentan una gran resistencia a la corrosión.
• Aleaciones de metales preciosos: Entre estas tenemos a la plata y el oro.
• Cermets: También conocidas como aleaciones de metal y carburo.
• Amalgamas: Aleaciones de mercurio con otros metales.

Otros Conceptos Relacionados

• Elementos de transición: Son aquellos que tienen la subcapa d o f parcialmente llena de electrones.
• Hipoeutectoides: Acero bajo en carbono.
• Eutectoides: Acero medio en carbono.
• Hipereutectoides: Acero alto en carbono.
• Siderurgia: Del griego sideros, hierro. Es el conjunto de técnicas para el tratamiento del mineral de hierro y su transformación en acero.
• Piedra caliza: Es una roca sedimentaria compuesta mayoritariamente por carbonato de calcio.
• Coque: Es un combustible sólido formado por la destilación de carbón mineral.
• Hierro esponja: Es una forma que toma el hierro una vez fundido, caracterizada por su alta porosidad.
• Mena: Mineral del que se puede extraer un elemento, generalmente un metal, por contenerlo en cantidad suficiente para ser aprovechado.
• Ferroaleaciones: Son productos siderúrgicos que, sin tener necesariamente un marcado carácter ferroso, se utilizan como portadores de elementos de aleación para la fabricación de aceros y fundiciones.
• Conglomerados férreos: Son los productos obtenidos por la unión entre sí de partículas de mineral de hierro, mediante procesos térmicos o químicos.
• Tratamientos mecánicos: Mejoran las características de los metales por deformación mecánica. Pueden ser en caliente (forja) o en frío.
• Metalización: Se proyecta un metal fundido pulverizado sobre la superficie de otro material para protegerlo o decorarlo.