Acero y otras aleaciones

Historia

No se sabe la fecha exacta en que se descubrió el acero, pero si se sabe que fue Henry Bessemer el primero en industrializar el acero, la última obra íntegramente con vigas de hierro, fue la Torre Eiffel en la Exposición Universal de 1889, a partir de ahí nacen los primeros rascacielos, con vigas de acero, en Chicago y Nueva York.

Diagrama Fierro-Carbono

Diagrama binario Fe-C

El hierro se obtiene a partir de minerales reducidos mediante la combustión de carbón. Por lo tanto, el proceso incluirá inevitablemente carbono. Los herreros notaron muy pronto que el metal al calentar mucho lo obtenido no tenía la misma dureza en todas partes, y que ciertas partes "se templan", es decir, se endurecen si se calientan al rojo y luego se enfrían en agua, y otras no. Hasta el s.XIX, calificaban como acero las aleaciones tanto de hierro forjado y las aleaciones de hierro sin forjar.

En 1868, se estableció el primer diagrama binario de hierro y carbono. Esto nos ha llevado a una mejor comprensión del papel del carbono.

Hierro: Hierro con menos del 0,3% de carbono;
Acero: Hierro con más de 0,3% de carbono.

Actualmente se denota como hierro puro (menor a 0.008%) de carbono masa/ masa, mientras el acero (0.008%-2.11% ) y el hierro forjado (mayor a 2.11%).

Luego entonces, los aceros se clasificaron según su dureza, en ausencia de elementos de aleación, dependiendo directamente del contenido de carbono en:

Acero extrablando:% C <0,15%;
Acero blando : 0,15% <% C <0,2%;
Acero semiblando : 0,2% <% C <0,3%;
Aceros semiduros: 0,3% <% C <0,4%;
Aceros duros: 0,4% <% C <0,6%;
Aceros extraduros: 0,6% <% C.

Estos primeros nombres empíricos todavía son bastante comunes en la industria, pero insuficiente debido al uso masivo de aceros aleados.

Aceros al carbono

Actualmente se clasifican:

Aceros con bajo contenido de carbono:% C <0,3%;
Aceros con un contenido medio de carbono: 0,3 <% C <0,5%;
Aceros con alto contenido en carbono: 0,5 <% C.

Aunque suele haber discrepancias en los porcentajes según la base de datos que se utilice.

Los denominados aceros "al carbono" son aceros sin alear; pueden tener impurezas residuales, pero no se agrega ningún elemento extraño a propósito. Se trata de aceros de bajo costo y generalmente utilizados para la construcción. Actualmente existen dos denominaciones para el acero que son la nomenclatura europea (NE) y la norteamericana (SAE). En la europea se indica el contenido de carbono y la designación comienza con una C seguida del % de contenido de carbono multiplicado por 100, por ejemplo: C35 (acero sin alear con 0,35% de carbono) y en la norteamericana en cambio se coloca el grado 10xx que corresponde a un acero con un 0.xx% de carbono y generalmente se usa esta fórmula:

1050(SAE) = C50 (NE)

Aceros templados

La adición de elementos de aleación de baja calidad facilita el temple. Por lo tanto, es posible tener un temple del núcleo, es decir, un acero que tome el temple para velocidades de enfriamiento lentas, por ejemplo sumergiéndolo en un baño de sal caliente (entre 200 y 400 ° C), en un baño de aceite, o simplemente dejándolo enfriar al aire; esto se conoce como acero templado al aire o auto-endurecible. El enfriamiento lento permite limitar la deformación y las tensiones residuales resultantes del enfriamiento. Los elementos que se agregan para ayudar al enfriamiento son níquel, cromo y molibdeno.

La NE nos dice que se coloca solo el contenido de carbono multiplicado por 100 y se colocan luego la lista de elementos de aleación designados por su símbolo químico, clasificados en orden decreciente de contenido y finalmente el contenido multiplicado por un factor (dado que los contenidos son bajos) que van de 4 a 100 según los elementos.

Por ejemplo: El acero de baja aleación 36NiCrMo16

contiene

36/100 = 0,36% m de carbono,

16/4 = 4% m de níquel,

así como cromo y molibdeno;

Acero inoxidable

Los aceros inoxidables, son aceros que contienen más de un 10% de cromo: el cromo se oxida en el aire y forma una capa protectora de óxido de cromo, conocida como la “capa pasiva” que impide que se oxide en condiciones "normales". Por tanto, son aceros de alta aleación. Los aceros inoxidables no se pueden trabajar en caliente: esto produce la formación de una capa gruesa de óxido que se descascara durante las operaciones de deformación y deja una capa inferior de acero con poco cromo, por lo tanto es susceptible a la corrosión. Para trabajar con capas gruesas en frío, se necesita un acero muy maleable; Por lo tanto, se utilizan aceros austeníticos, que se dan cuando añadimos una gran cantidad de níquel, superior al 8%, por una pequeña cantidad de carbono, menos del 0, 1%. De hecho, los aceros austeníticos representan la gran mayoría del acero inoxidable utilizado.

El acero inoxidable sin embargo presenta un riesgo de corrosión en el medio marino. Para evitar este problema, también se les agrega molibdeno en la aleación.

Acero inoxidable estándar: 5CrNi18-10
Acero inoxidable marino: 5CrNiMo17-12-2