ALEACIONES FERROSASPRODUCCIÓN DE ACERO

MSc. Ing. Luis Fernando Vargas Tamayo

CIENCIA DE MATERIALES

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ACERO

Que es y como se clasifica?

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Uno de los materiales de fabricación y

construcción más versátil, más adaptable

y más ampliamente usado es el ACERO.

A un precio relativamente bajo, el acero

combina la resistencia y la posibilidad de

ser trabajado, lo que se presta para

fabricaciones mediante muchos

métodos. Además, sus propiedades

pueden ser manejadas de acuerdo a las

necesidades especificas mediante

tratamientos con calor, trabajo

mecánico, o mediante aleaciones.

ACERO???

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El Acero es básicamente una aleación o combinación de hierro y carbono(alrededor de 0,05% hasta menos de un 2%). Algunas veces otros elementos dealeación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel) se agregan conpropósitos determinados.

Ya que el acero es básicamente hierro altamente refinado (más de un 98%), sufabricación comienza con la reducción de hierro (producción de arrabio) el cual seconvierte más tarde en acero.

¿Qué es el Acero?

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El hierro puro es uno de los elementos del acero, por lo tanto consiste solamentede un tipo de átomos. No se encuentra libre en la naturaleza ya que químicamentereacciona con facilidad con el oxígeno del aire para formar óxido de hierro -herrumbre. El óxido se encuentra en cantidades significativas en el mineral dehierro, el cual es una concentración de óxido de hierro con impurezas y materialestérreos.

¿Qué es el Acero?

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Los diferentes tipos de acero se clasifican de acuerdo a los elementos de aleaciónque producen distintos efectos en el Acero :

1. ACEROS AL CARBONO Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono.Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% demanganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricadoscon aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor partede las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres yhorquillas.

Clasificación del Acero

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Dentro de este grupo se encuentran

De bajo carbono: (Contienen menos de 0.3%) Son usados en alambre, perfiles,Tornillos, tuercas y pernos

De medio carbono: (Contienen entre 0.3% a 0.7%) Son usados en carriles, ejes,engranajes y partes que requieran alta resistencia y dureza moderada.

De alto carbono: (Contienen mas de 0.7%) Son usados en herramientas de corte:brocas, machuelos y herramientas de resistencia a la abrasión

1. ACEROS AL CARBONO

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Estos aceros contienen básicamente hierro y carbono. Se designan

según la AISI (American Iron and Steel Institute) y SAE (Society of

automotive Enginners) por 4 dígitos 10XX, donde los dos primeros

indican que el Acero es al carbono y los dos últimos el contenido de

carbono en centésimos de porcentaje. Por ejemplo: El acero 1040, es

un acero de medio contenido de carbono con 0.4%C

1. ACEROS AL CARBONO

1040 ACERO AL SIMPLE CARBONO CON 0.4% DE CONCENTRACIÓN

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Estos aceros contienen un proporción determinada de vanadio, molibdeno y otroselementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que losaceros al carbono normales. Estos aceros de aleación se pueden subclasificar en :

Estructurales Son aquellos aceros que se emplean para diversas partes demáquinas, tales como engranajes, ejes y palancas. Además se utilizan en lasestructuras de edificios, construcción de chasis de automóviles, puentes, barcos ysemejantes. El contenido de la aleación varía desde 0,25% a un 6%.

Para Herramientas Aceros de alta calidad que se emplean en herramientas paracortar y modelar metales y no-metales. Por lo tanto, son materiales empleadospara cortar y construir herramientas tales como taladros, escariadores, fresas,terrajas y machos de roscar.

Especiales Los Aceros de Aleación especiales son los aceros inoxidables y aquelloscon un contenido de cromo generalmente superior al 12%. Estos aceros de grandureza y alta resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión, se emplean enturbinas de vapor, engranajes, ejes y rodamientos.

2. ACEROS ALEADOS

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Entre las características que se atribuyen aunque no en su totalidad están:

•Son mas dúctiles que los aceros al carbono, sin disminuir la resistencia a latensión.

•Facilidad para ser endurecido o templados por enfriamiento brusco en aceite oagua (templabilidad)

•Baja susceptibilidad al desgaste y a la corrosión

•Se pueden obtener herramientas que realicen trabajos muy forzados y que nopierdan dureza al calentarse

•Se pueden obtener piezas de gran espesor con elevadas resistencias en su interior

2. ACEROS ALEADOS

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Son los aceros que contienen otro metal que fue añadido intencionalmente con el

fin de mejorar ciertas propiedades del metal. Dentro de este grupo se encuentran:

De baja aleación: Son aquellos en los que los elementos especiales de aleación

suman menos del 8%

De alta aleación: Son aquellos en los que los elementos especiales de aleación

suman más del 8%. Se usan principalmente donde se requiere mucha resistencia

a tensión, y en general donde se requieran propiedades que los aceros ordinarios

al carbono no proporcionan como: construcción y motores.

2. ACEROS ALEADOS

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Se designan por 4 dígitos XXXX, donde los dos primeros indican el o los

elemento(s) principal(es) o grupo al que pertenecen y los dos últimos el contenido

de carbono en centésimos de porcentaje. Por ejemplo: el acero 4140, según tablas

AISI es una acero aleado con Mn y Cr y contiene 0.4%C, el acero 5160, según

tablas AISI es una acero aleado con Mn y contiene 0.6%C,

2. ACEROS ALEADOS

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2. ACEROS ALEADOS

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2. ACEROS ALEADOS

En resumen, los efectos de los elementos de aleación son: •Mayor resistencia y dureza •Mayor resistencia a los impactos •Aumento de la resistencia al desgaste •Aumento de la resistencia a la corrosión •Mejoramiento de maquinabilidad•Dureza al rojo (altas temperaturas) •Aumento de la profundidad a la cual el acero puede ser endurecido (penetración de

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DESIGNACIÓN DE ACEROS ALEADOS

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DESIGNACIÓN DE ACEROS ALEADOS

La segunda forma de designar los aceros es a través de su resistencia mecánica entracción, es el caso de los aceros:

La primera cifra indica la resistencia máxima a la tracción en kg/mm2, la segundacifra indica la resistencia a la fluencia en kg/mm2.

En la siguiente tabla se entregan los valores de resistencia y ductilidad de losaceros para uso estructural y de barras para hormigón armado.

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3. ACEROS INOXIDABLES

Son aceros cuya característica es la resistencia a la corrosión. La

resistencia es debida principalmente al alto contenido de cromo,

que es más de 12% y en algunos de níquel. Son más costosos que

los aceros al carbono y aleados y se clasifican como:

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3. ACEROS INOXIDABLES

•Aceros Inoxidables Austeníticos: La composición química típica 18% Cr y 8% Ni.

Son los más resistentes a la corrosión de los tres grupos. Debido a su composición se

les denomina como aceros 18-8.dentro de sus aplicaciones se encuentran:

Recipientes a presión, equipos de procesos químicos y alimenticios. Se designan

como 3XX. Por ejemplo 304 y 316.

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3. ACEROS INOXIDABLES

•Aceros Inoxidables ferríticos: La composición química típica 15-20% Cr, bajo carbono y nada

de níquel. Son menos resistentes a la corrosión y menos dúctiles que los austeníticos. Usos:

Utensilios de cocina, materiales de construcción, aplicaciones de alta temperatura. Se

designan como 4XX. Por ejemplo: 409, 430 y 434

•Aceros Inoxidables Martensíticos: La composición química típica 18% Cr, mas carbono que

los ferríticos. Son fuertes a la fatiga pero menos resistentes a la corrosión como los otros

grupos austeníticos. Usos: Instrumental quirúrgico, cuchillería. Se designan como 4XX: Todos

los aceros se designan por tres números. El primero indica el tipo general y los dos último dan

el grado específico dentro del grupo. 410 y 420.

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3. ACEROS INOXIDABLES

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4. ACEROS PARA HERRAMIENTASSon aceros que se caracterizan por ser usados normalmente para la fabricación de útiles oherramientas destinados a modificar la forma, tamaño y dimensiones de los materiales porcortadura, por presión o por arranque de viruta.

Poseen buena dureza, resistencia a la abrasión, al desgaste, al trabajo en frío y en caliente,tenacidad al impacto. Se designan por una letra seguida de un número; la letra identifica elgrupo y el número el grado específico dentro del grupo.

Se clasifican como:

T, M. Aceros de herramienta de alta velocidad

H. Aceros de herramienta para trabajo en caliente

O. Aceros de herramienta para trabajo en frío

W. Aceros de herramienta endurecibles en agua

S. Aceros de herramienta de resistencia al choque

P. Aceros de herramienta para molde

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ACERO

Como se produce?

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PRODUCCIÓN DE ACERO

El proceso de fabricación del acero inicia con las materias primas, dentro de las

cuales la mas importante es el mineral de hierro o bien chatarra férrea, según el

proceso que se use para fundirlo, ya que en el proceso a base de mineral de hierro

se utiliza un alto horno y en el proceso con la chatarra férrea se usa un horno de

arco eléctrico.

PROCESO DESDE MINERAL DE HIERRO PROCESO DESDE CHATARRA26 DE 42

PRODUCCIÓN Y REFINACIÓN DE ARRABIO

El arrabio es el primer proceso que se realiza para obtener Acero, los materiales

básicos empleados son Mineral de Hierro, Coque y Caliza. El coque se quema como

combustible para calentar el horno, y al arder libera monóxido de carbono, que se

combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico.

La ecuación de la reacción química fundamental de un alto horno es:

Fe2O3 + 3 CO 3 CO2 + 2 Fe

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PRODUCCIÓN Y REFINACIÓN DE ARRABIO

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PRODUCCIÓN Y REFINACIÓN DE ARRABIO

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PRODUCCIÓN Y REFINACIÓN DE ARRABIO

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PRODUCCIÓN Y REFINACIÓN DE ARRABIOEs virtualmente una planta química que reduce continuamente el hierro delmineral. Químicamente desprende el oxígeno del óxido de hierro existente en elmineral para liberar el hierro.

Está formado por una cápsula cilíndrica de acero forrada con un material nometálico y resistente al calor, como ladrillos refractarios y placas refrigerantes.

El diámetro de la cápsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es máximo enun punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura total.

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PRODUCCIÓN Y REFINACIÓN DE ARRABIOLa parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadastoberas, por donde se fuerza el paso del aire. Cerca del fondo se encuentra unorificio por el que fluye el arrabio cuando se sangra (o vacía) el alto horno.

Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirarla escoria. La parte superior del horno, cuya altura es de unos 30 m, contienerespiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas porválvulas en forma de campana, por las que se introduce la carga en el horno. Losmateriales se llevan hasta las tolvas en pequeñas vagonetas o cucharas que sesuben por un elevador inclinado situado en el exterior del horno.

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PRODUCCIÓN Y REFINACIÓN DE ARRABIO

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PRODUCCIÓN Y REFINACIÓN DE ARRABIO

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PRODUCCIÓN Y REFINACIÓN DE ARRABIO

El arrabio recién producido contiene demasiado carbono y

demasiadas impurezas para ser provechoso. Debe ser refinado,

porque esencialmente, el acero es hierro altamente refinado que

contiene menos de un 2% de carbono.

El hierro recién colado se denomina "arrabio". El oxígeno ha sido

removido, pero aún contiene demasiado carbono

(aproximadamente un 4%) y demasiadas impurezas (silicio, azufre,

manganeso y fósforo) como para ser útil.

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PRODUCCIÓN Y REFINACIÓN DE ARRABIO

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ACERÍA O REFINO DEL ARRABIOEl arrabio proveniente de los Altos Hornos se carga junto con chatarra de acero. Por laacción del oxígeno puro que se inyecta al convertidor se oxidan el carbono, silicio yfósforo del arrabio. Estas reacciones son exotérmicas y causan la fusión de la cargametálica fría sin necesidad de agregar ningún combustible y, por adición de cal, se formala escoria en que se fijan otras impurezas como azufre y parte de fósforo. Una vezfinalizada la inyección de oxígeno se analiza su composición y se mide su temperatura,agregando finalmente las ferroaleaciones que imparten las características principales alos diversos tipos de aceros.

El tiempo requerido para procesar una hormada de 115 toneladas en aproximadamente42 minutos. El acero líquido así producido se recibe en cucharadas de 115 toneladas decapacidad y se envía a un proceso de metalurgia secundaria y luego al vaciado de coladacontinua de planchones o palanquillas según su composición química.

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ACERÍA COLADA CONTINUA

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PROCESO DE LAMINACIÓN

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OBTENCIÓN DE ALAMBRÓN Y FORMAS

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TREFILADORA

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PRODUCTOS COMERCIALES

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ALAMBRE GALVANIZADO

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Proceso productivo del acero

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Proceso productivo del acero

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Proceso animado y explicado

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Video – Siderúrgica Peruana - 1

Video – Siderúrgica Peruana - 2

Video – siderúrgica alemana

Presentación resumen

ADICIONALES