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IM3A - 30239
Procesos de fabricación del acero y efectos del mismo con sus elementos de
aleación
Daniela Ospina Rodríguez Meta, Universidad Santo Tomas, Villavicencio. E-mail: Daniela.ospina@usantotomas.edu.co Recibido 06 de marzo del 2021 Resumen: El acero como es una de las aleaciones mas usadas a nivel industrial, esto se debe a las distintas propiedades que este adquiere gracias a su proceso de fabricacion, ya que a este se le pueden realizar una serie de tratamientos, para mejorar sus propiedades, sin mencionar los otros elementos que se le pueden agregar, obteniendo la pieza adecuada para nuestro proposito. Palabras clave: Acero, industrial, propiedades, fabricación, aleaciones, tratamientos. Abstract: Steel, as it is one of the most used alloys at an industrial level, is due to the different properties that it acquires thanks to its manufacturing process, since a series of treatments can be carried out to improve its properties, without mention the other elements that can be added, obtaining the right piece for our purpose. Keywords: Steel, industrial, properties, manufacturing, alloys, treatments.
1. Introducción El acero es una de las aleaciones más usadas en la industria, se compone principalmente por hierro (Fe) y carbono (C). El hierro es un metal que normalmente se encuentra en diversos materiales en forma de oxido, por ello se le añade carbono para eliminarlo, pero gracias a esto no solo disminuye la oxidación, sino que también ayuda para que este tenga una mayor dureza, sin embargo, si se añade en gran cantidad se vuelve más frágil. Los aceros por lo máximo tienen un 2% C. Además del carbono, también se alegran otros elementos los cuales nos dan distintas propiedades, tanto físicas como mecánicas, por ello este es un material muy conocido a nivel industrial, aunque también a nivel comercial. [1] 2. Proceso de fabricación El acero al ser una aleación su proceso de fabricación comienza por la obtención de la materia prima es decir el hierro, carbono y los otros elementos que van a conformar la aleación según las propiedades que se deseen, como lo mencione en el principio el hierro suele encontrarse con diversos materiales en estado de oxidación, donde los otros materiales en su mayoría son impurezas, entonces los pasos para la fabricación del acero consta de unos pocos pasos, como lo es obtención del hierro líquido, el proceso metalúrgico, la laminación, la manufactura y acabado. Lo principal es tener el hierro con el menor número de impurezas, para luego se produce el hierro líquido a partir del mineral de hierro, carbono y el cal, este hierro que se obtiene tiene entre 4 y 4,5 % de carbono, haciendo que este sea demasiado frágil. Seguido esto pasamos al proceso metalúrgico que dispone de dos formas de fabricación las cuales son: el convertidor LD (Horno de Oxigeno Básico con sus siglas en ingles BOF), donde se usa hierro líquido, y chatarra como materia prima, donde el carbono disminuye su contenido desde 0,1% hasta 1,5%, y el Horno de arco eléctrico (con sus siglas en ingles EAF) empleando la chatarra para la producción de acero donde eventualmente se le van agregando otros materiales. En algunos casos se empelan las dos formas donde uno se encarga de fundir y luego se pasa al otro donde se ajusta la composición y la temperatura, y este proceso se llama metalúrgica secundaria.
Seguido esto pasa a la laminación caliente donde se usan subprocesos que vienen de la colada continua, donde se generan grandes cambios, donde este proceso varía según la descripción del proceso de fabricación, las aplicaciones que se le darán al material entre otras, como lo son algunos tratamientos que se pueden implementar después. Finalizando, se realiza la manufactura y el acabado, que depende del tipo de implementación de producto y a que se va a someter, para tener distintos tratamientos térmicos y superficiales, conformados, uniones, mecanizados. [2] 2.1 Manufactura y acabado Anteriormente, se mencionó algunos procesos de manufactura y acabado que se le realiza al acero cuando está en proceso de fabricación, siendo de esta forma, se profundizara un poco en cada uno de ellos. 2.1.1 Tratamientos térmicos. Podemos encontrar una variedad de tratamientos térmicos que nos ayuda a darle ciertas propiedades a nuestros materiales, como lo es la dureza superficial, la ductilidad, la resistencia a la temperatura, las cuales nos ayudaran a que nuestro material sea apto para lo que se requiere, los tratamientos térmicos, como su nombre los indica nuestro material es sometido a cambios de temperatura para cambiar modificar su estructura, estos pueden ser temple, revenido, recocido, normalizado, y para el tratamiento de superficies se encuentra la nitruración, cianuración, carburación o cementación y endurecimiento por inducción a la flama. Temple: el temple o templado, consiste en calentar la pieza a una gran temperatura y luego enfriarla rápidamente, este proceso incrementa la dureza del material, en este tratamiento térmico, la velocidad del calentamiento y enfriamiento, asimismo el contenido de carbono en la pieza y el tamaño de la misma. El calentamiento en este tratamiento debe ser lento para que su estructura se mantenga homogénea, y para enfriamientos se usa agua para aceros de bajo y medio carbono, y aceite en aceros alto carbono y aleados. Los aceros con bajo contenido de carbono no reaccionan en gran manera a estos tratamientos, sim embargo la dureza aumenta alrededor de 0.6% dependiendo el contenido de carbono; perlita reacciona en gran manera frente a los tratamientos térmicos, los aceros duros normalmente este compuesto de perlita. Revenido: este consiste en un calentamiento del acero en un intervalo aproximado .de temperatura entre 120 y 675°C, este tratamiento consiste en una variedad de paso o variación en la temperatura, la primera es el subenfriamiento para “eliminar” la austenita retenida o que no se descompuso durante el tratamiento, la segunda es elevar la temperatura entre 95 a 205°C, este es usado cuando se quiere conserva la mayor dureza y, asimismo resistencia, en este intervalo se busca obtener tenacidad en la pieza. En el tercer intervalo se suele llevar la temperatura desde 230 a 370 °C, este intervalo de temperatura es evitado con frecuencia, pues disminuye en gran manera la tenacidad, sin embargo se usa cuando necesitan una gran dureza en las piezas, aquí si hay algún residuo de austenita que no se ha descompuesto suele transformarse en bainita; luego hay un intervalo de temperatura que varia desde 370 a 540°C, aquí las piezas suelen obtener una mayor tenacidad perdiendo dureza y a la vez resistencia, este suele aplicarse a las piezas con aleaciones y aceros de construcción al carbono. Y por último, el intervalo de temperaturas entre 540 a 675°C, como se ha venido observando, se puede decir que entre mas altas las temperaturas, se obtiene la tenacidad, pero se pierde parte de la resistencia; también cabe recalcar que el revino generalmente se realiza después del temple para obtener mejores resultados. Recocido: consiste en calentar el acero a cierta temperatura, y luego se enfría lentamente, este enfriamiento puede ser en el horno o en algún material resistente al calor, este tratamiento se realiza buscando refinar los granos, mejorar propiedades magnéticas y eléctricas, y en pocos casos mejora el maquinado. Normalizado: este tratamiento sirve para afinar la estructura y eliminar tensiones, este tratamiento se usa para que le de las características que se consideran “normales” (de allí el nombre), aunque también mejora la maquinabilidad, refina el grano y vuelve más homogénea la microestructura, para este proceso normalmente se eleva a una temperatura 38°C aproximadamente sobre la temperatura critica, y luego se deja enfriar en estado de reposo, hasta
Cobalto: este igual que el boro da una gran templabilidad, también aumenta las propiedades magnéticas y su dureza en caliente, por lo cual es usado en los aceros rápidos. Cromo: este es muy usado, puedes se usa en herramientas y en los inoxidables, gracias a este se obtiene una gran dureza, resistencia a la tracción, templabilidad, resistencia al desgaste, tenacidad, aunque también se usa como revestimiento, para tener un acabado mas visual o más duro Estaño: este es usado para revestir laminas. Manganeso: ayuda a que el acero se pueda laminar y forjas, además de que también sirve como desoxidante. Molibdeno: aumenta la resistencia a la corrosión y la tenacidad Níquel: este es un elemento muy importante para los aceros inoxidables, pues aumenta la resistencia a la corrosión Plomo: este aleante hace que nuestro acero tenga una gran maquinabilidad, pues sirve como lubricante en nuestro acero a la hora de arrancar la viruta Silicio: es un desoxidante. Titanio: se usa como desoxidante, y también neutraliza nuestro acero Wolframio: mejora la dureza, da una resistencia al desgaste, perfectos para aceros rápidos ya que aumenta la velocidad del corte. Vanadio: sirve como desoxidante, también ayuda que el acero tenga una gran resistencia a la fatiga. Zinc: las aleaciones del acero donde se usa zinc son principalmente para acero galvanizados.
3. Conclusiones Durante la investigacion se pudo observar que el acero tiene una gran variabilidad, la cual hace que se uno de las aleaciones mas importantes de la industria, ya que gracias a sus distintas aleaciones, y tratamientos termicos podemos observar y escoger un acero de acuerdo a las necesidades que se tienen, para asi ahorra tiempo y dinero en la producción, de algo que es insecesario o que puede dañarse con gran facilidad. 4. Referencias [1] L. Martínez Gómez, Acero (3a. ed.). México D. F: FCE - Fondo de Cultura Económica, 2002. [En Línea] Disponible en: https://elibro.net/es/ereader/usta/71931?page= [2] Mateos Carmona, J, Análisis y optimización de costes en una planta de procesado y producción de acero Madrid. España - Tesis de Licenciatura, 2010. Disponible en: https://e-archivo.uc3m.es/handle/10016/ [3] E. P. DeGarmo, J. T. Black y R. A. Kohser, Materiales y procesos de fabricación. Vol. 1 (2a. ed.). Editorial Reverté, 1994. [En Línea] Disponible en: https://elibro.net/es/ereader/usta/171240?page= [4] Patiño, Juan Antonio Perez, Tratamientos termicos de los aceros, Mexico, Universidad Autonoma de Nuevo León, 1996. [En linea]. Disponible en: http://eprints.uanl.mx/435/1/1020115008.PDF
