Semana 14 : "El Acero"

EL ACERO

El término acero sirve comúnmente para denominar, en ingeniería metalúrgica, a una mezcla de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03 % y el 2,14 % en masa de su composición, dependiendo del grado. Si la aleación posee una concentración de carbono mayor al 2,14 % se producen fundiciones que, en oposición al acero, son mucho más frágiles y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas.

I. USOS DEL ACERO(GRADO 60):

Se utilizan en la construcción de edificaciones de concreto armado de todo tipo: en viviendas, edificios, puentes, obras industriales, etc

DENOMINACION: Fierro Corrugado ASTM A615-GRADO 60.

DESCRIPCION: Barras de acero rectas de sección circular, con resaltes Hi-bond de alta adherencia con el concreto.

PRESENTACION: Se produce en barras de 9 m y 12 m de longitud en los siguientes diámetros: 6 mm, 8 mm, 3/8", 12 mm, 1/2", 5/8", 3/4", 1" , 1 3/8". Previo acuerdo, se puede producir en otros diámetros y longitudes requeridos por los clientes.

Se suministra en paquetes de 2 toneladas y en varillas. Las barras de 6 mm también se comercializan en rollos de 550 Kg.

II. ENSAYOS MECANICOS DEL ACERO:

Cuando un técnico proyecta una estructura metálica, diseña una herramienta o una máquina, define las calidades y prestaciones que tienen que tener los materiales constituyentes. Como hay muchos tipos de aceros diferentes y, además, se pueden variar sus prestaciones con tratamientos térmicos, se establecen una serie de ensayos mecánicos para verificar principalmente la dureza superficial, la resistencia a los diferentes esfuerzos que pueda estar sometido, el grado de acabado del mecanizado o la presencia de grietas internas en el material , lo cual afecta directamente al material pues se pueden producir fracturas o hasta roturas...

Hay dos tipos de ensayos, unos que pueden ser destructivos y otros no destructivos.

II.I. ENSAYO DE TRACCION:

El ensayo de tracción de un material consiste en someter a una probeta normalizada a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente. Las velocidades de deformación en un ensayo de tensión suelen ser muy pequeñas (ε = 10–4 a 10–2 s–1).

II.II. LIMITE DE FLUENCIA:

El límite de fluencia es el punto donde comienza el fenómeno conocido como fluencia, que consiste en un alargamiento muy rápido sin que varíe la tensión aplicada en un ensayo de tracción. Hasta el punto de fluencia el material se comporta elásticamente, siguiendo la ley de Hooke, y por tanto se puede definir el módulo de Young. No todos los materiales elásticos tienen un límite de fluencia claro, aunque en general está bien definido en la mayor parte de metales.

También denominado límite elástico aparente, indica la tensión que soporta una probeta del ensayo de tracción en el momento de producirse el fenómeno de la cedencia o fluencia. Este fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones elásticas y plásticas y se caracteriza por un rápido incremento de la deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada.

II.III. LIMITE ELASTICO:

El límite elástico, también denominado límite de elasticidad, es la tensión máxima que un material elastoplástico puede soportar sin sufrir deformaciones permanentes. Si se aplican tensiones superiores a este límite, el material experimenta un comportamiento plástico deformaciones permanentes y no recupera espontáneamente su forma original al retirar las cargas. En general, un material sometido a tensiones inferiores a su límite de elasticidad es deformado temporalmente de acuerdo con la ley de Hooke.

Los materiales sometidos a tensiones superiores a su límite de elasticidad tienen un comportamiento plástico. Si las tensiones ejercidas continúan aumentando el material alcanza su punto de fractura. El límite elástico marca, por tanto, el paso del campo elástico a la zona de fluencia. Más formalmente, esto comporta que en una situación de tensión uniaxial, el límite elástico es la tensión admisible a partir de la cual se entra en la superficie de fluencia del material.

II.IV. RESISTENCIA A LA TRACCION:

El hormigón tiene que estar endurecido y curado con las condiciones normalizadas de laboratorio y romper las probetas a los 28 días, o al tiempo y circunstancias que se determinen en cada caso.

Si se trata de testigos, se tratarán de acuerdo con los condicionantes y prescripciones de la norma genérica que los trata.

Antes de colocar la probeta en la máquina de ensayo se dibuja, en cada cara, una línea que marque un diámetro del mismo plano axial. Se trazan las generatrices que unen los extremos correspondientes a los diámetros marcados.

Estas generatrices corresponden al plano de rotura.

Se mide la probeta en todas sus direcciones con precisión de 1 mm.

Se elimina el posible exceso de humedad de la superficie y se coloca la probeta en el dispositivo de ensayo con la generatriz trazada sobre una banda de fibras prensadas de 10 mm de ancho, 4 mm de espesor y una longitud superior a la de la probeta.

Después se sitúa, sobre la generatriz superior opuesta otra banda idéntica a la descrita y sobre ésta una barra de sección rectangular mínima de 50 mm de anchura y de espesor igual o superior a la mitad de la diferencia entre la longitud de la probeta y la mayor dimensión del plato de la prensa.

II.V. ALARGAMIENTO:

Limite eslatico y Resistencia a la traccion

II.VI. ESTRICCION:

La estriccion es la responsable del tramode bajada en la curva tension-deformacion, y hace que se llegue a la rotura cuando la carga es inferior a la carga maxima aplicada, diferencia que se acrecienta con la tenacidad del material.

II.VII. MODULO DE ELASTICIDAD:

El módulo de elasticidad transversal, módulo de cortante o módulo de cizalla, para la mayoría de los materiales, en concreto los materiales isótropos guarda una relación fija con el módulo de elasticidad longitudinal y el coeficiente de Poisson:

II.VIII. INDICE DE CALIDAD:

II.IX. ENSAYO DE COMPRESION:

El ensayo de compresión es poco frecuente en los metales y consiste en aplicar a la probeta, en la dirección de su eje longitudinal, una carga estática que tiende a provocar un acortamiento de la misma y cuyo valor se irá incrementando hasta la rotura o suspensión del ensayo.

El diagrama obtenido en un ensayo de compresión presenta para los aceros, al igual que el de tracción un periodo elástico y otro plástico.

En los gráficos de metales sometidos a compresión, que indica la figura siguiente obtenidas sobre probetas cilíndricas  de una altura doble con respecto al diámetro, se verifica lo expuesto anteriormente, siendo además posible deducir que los materiales frágiles (fundición) rompen prácticamente sin deformarse, y los dúctiles, en estos materiales el ensayo carece de importancia, ya que se deforman continuamente hasta la suspención de la aplicación de la carga, siendo posible determinar únicamente, a los efectos comparativos, la tensión al limite de proporcionalidad.

II.X. COEFICIENTE DE POISON:

El coeficiente de Poisson corresponde a la razón entre la deformación transversal y la elongación longitudinal en un ensayo de tracción. Alternativamente el coeficiente de Poisson puede calcularse a partir de los módulos de elasticidad longitudinal y transversal:

II.XI. ENSAYO DE CHOQUE O RESISTENCIA:

II.XII. DUREZA:

III. YACIMIENTOS DE MATERIAS PRIMAS:

Las materias primas que se usan para producir acero son, básicamente, mineral de hierro, carbón y caliza.

IV. PROCESO SIDERURGICO:

El proceso siderúrgico tiene como meta la obtención de acero y esto se puede conseguir a través de dos sistemas: mediante horno alto o con horno eléctrico.

Para la fabricación de acero en el horno alto es necesario primero producir arrabio. Este elemento se obtiene al combinar el mineral de hierro y el carbono en el interior del horno. El carbono se consigue a partir de carbón, del que se extrae el coque al quitarle la humedad y las impurezas. El cok siderúrgico es un material duro, poroso y con un contenido en carbono superior al 90%.

El proceso comienza con el tratamiento del mineral de hierro que se muele previamente para darle un tamaño adecuado. El mineral que reúne las condiciones idóneas en riqueza de hierro y granulometría va al horno. Los finos del mineral de hierro junto con los fundentes se aglomeran para darles también un tamaño apto para su consumo en el horno. Este proceso de conversión se denomina sinterización y el producto conseguido, sínter. 

Esa mezcla de mineral de hierro y sínter se calienta en el horno alto y el coque actúa como combustible y elemento reductor del oxígeno que lleva el hierro. Junto con esos materiales se incorporan los fundentes, que se encargan de formar la escoria que atrapa las impurezas del mineral. Para favorecer la combustión se inyecta aire caliente a gran presión, lo que permite sostener la carga mientras se realiza el proceso de fundición. El producto obtenido en el horno alto es el arrabio, un material con una riqueza en hierro cercana al 95% y alrededor del 3,5% de carbono. El resto lo componen materiales como el silicio, el manganeso, el azufre y el fósforo. Para minimizar la cantidad de azufre, un elemento muy negativo para el acero, se emplea el calcio en el proceso de desulfuración.

La escoria es un subproducto, indispensable en este proceso, que aglutina los fundentes, las gangas de los minerales y las cenizas del cok. Se utiliza para el firme de carreteras y en la fabricación de cementos.

La diferencia entre el arrabio y el acero estriba en la cantidad de carbono que tiene el producto férrico. Si el contenido es inferior al 1,7% se considera acero. Si es superior recibe el nombre de fundición. El arrabio forma parte de este grupo. El acero presenta innumerables ventajas: es un material duro, elástico, capaz de absorber impactos y que se puede extender en láminas e hilos. La fundición, por el contrario, es extremadamente dura, pero quebradiza. Además, no se puede laminar ni estirar. Por eso, el arrabio sigue hasta el convertidor de la Acería, instalación que se encarga de eliminar ese exceso de carbono al aportar oxígeno al arrabio líquido en un nuevo proceso de combustión.

Tras el convertidor, el acero pasa por la Metalurgia Secundaria. Su función es ajustar la composición del acero mediante la inyección de un gas inerte (que no altera la composición química) como el argón y la incorporación de adiciones, fundamentalmente ferroaleaciones, y reducir aún más su composición de azufre.

El acero se conforma en la Colada Continua. En esta instalación se trasvasa el acero líquido de la cuchara  a un molde para solidificarlo en productos de sección uniforme. De las máquinas de colada Continua, y en función de la forma del molde, se obtienes desbastes planos (slabs); destinados a la fabricación de productos planos; desbastes de sección cuadrada (blooms), utilizados en la producción de perfiles y carriles; y palanquillas, empleadas en la fabricación de redondos.

Todos esos productos son, posteriormente, laminados para darles la forma y las características mecánicas necesarias para su utilización en la industria transformadora. Este proceso aprovecha la capacidad de deformación (ductilidad) del acero y se puede realizar tanto en caliente como en frío.

Cuando la laminación se realiza en frío, el acero sufre alteraciones en su estructura interna por lo que es necesario someter el producto a un proceso de recocido, que permite regenerar esa estructura y mejorar sus características mecánicas. Este tratamiento consiste, fundamentalmente, en calentar el material, mantener la temperatura y enfriarlo de nuevo de forma controlada.

Los productos planos: bobinas y chapas, van destinados, entre otros, a los sectores del automóvil y los electrodomésticos. La hojalata o el galvanizado son productos planos que han pasado por un proceso posterior de recubrimiento, estaño en el primer caso y zinc en el segundo, para aumentar su capacidad de protección y alargar su vida. Los productos largos, como el alambrón y los perfiles, se dirigen, principalmente, al sector de la construcción.

El proceso de obtención de acero a través del horno eléctrico se diferencia del anterior en dos puntos fundamentales: la principal materia prima es la chatarra; es decir, el propio acero reciclado; y la fusión se realiza gracias a la energía térmica desprendida por un arco eléctrico que salta entre los electrodos del horno. La mayor parte del acero obtenido por este procedimiento se destina a productos largos empleados en la construcción.

ArcelorMittal dispone en España de instalaciones para producir acero por ambos procedimientos. La planta de Asturias, la mayor del Grupo en nuestro país, trabaja mediante horno alto. El proceso de obtención de acero por horno eléctrico está más distribuido y cuenta con fábricas en Bergara, Sestao, Olaberría y Zumárraga; todas ellas en el País Vasco; además de la situada en Zaragoza.

Las plantas acabadoras o transformadoras se ubican en Basauri, Etxebarri y Salvatierra; en el País Vasco; Berrioplano, Lesaka y Legasa, en Navarra; y Tailored Blanks, en Pedrola (Zaragoza).

El producto acabado

El acero desempeña un papel fundamental en la sociedad actual. De hecho, ha sido uno de los materiales, sino el que más ha contribuido al bienestar de la humanidad. Sus propiedades y ventajas le hacen, hoy por hoy, insustituible. Reúne características positivas como bajo coste, facilidad de conformación, elevada resistencia, larga vida útil, variedad de calidades y, por lo tanto, de aplicaciones, capacidad de ensamblaje y reciclaje fácil y cómodo.

Esta última ventaja, unida a la abundancia del hierro en la naturaleza y el reducido consumo de los recursos naturales proporciona al acero el carácter de producto sostenible.

Nuestro acero se utiliza en un gran número de sectores económicos, como la industria, construcción, electrodomésticos, automóvil, envases y embalajes. ArcelorMittal es el principal suministrador mundial de todos esos sectores, una empresa capaz de satisfacer los requerimientos de sus clientes y usuarios del acero con la amplia gama y la calidad de sus productos.