EL ACERO

¿Qué es el Acero?

El acero es una aleación de hierro y carbono, donde el carbono no supera el 2 % del peso de la composición de la aleación, alcanzando normalmente porcentajes entre 0,2 % y el 0,3 %. Porcentajes mayores que el 2 % de carbono dan lugar a las fundiciones.

También existen aleaciones de acero con otros elementos. Ellos pueden ser metálicos tales como manganeso, cobre, vanadio, molibdeno, cromo, níquel, etc.; no metales como el azufre y el fósforo y también metaloides como el silicio.

La aleación de acero más conocida es la que contiene desde un 10 % de cromo contenido en masa y que se denomina acero inoxidable. Dentro de las variedades de esta aleación también podemos encontrar elementos aleantes como el níquel y el molibdeno.

¿Cómo se clasifican los aceros?

Los aceros se clasifican de diversas maneras, siendo las más comunes: según su composición química, sus propiedades mecánicas, su utilización y por sus características metalográficas.

De acuerdo a este último criterio, los aceros se pueden clasificar en cinco grupos principales: aceros al carbono, aceros aleados, aceros de baja aleación ultra resistente, aceros inoxidables y aceros de herramientas.

ACEROS AL CARBONO:

El 90% de los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen una cantidad diversa de carbono, menos de un 1,65% de manganeso, un 0,6% de silicio y un 0,6% de cobre. Dependiendo del porcentaje de carbono en masa que contenga el acero podemos hablar de aceros de bajo carbono (menos de un 0.25 % de carbono), aceros de medio carbono (entre 0.25 y 0.60 % de carbono) y aceros de alto carbono (entre 0.6 y 1.4 % de carbono). Con este tipo de acero se fabrican maquinas, carrocerías de automóvil, estructuras de construcción, mobiliario, etc.

ACEROS ALEADOS:

Estos aceros están compuestos por una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos; además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono. Estos aceros se emplean para fabricar engranajes, ejes, cuchillos, etc.

ACEROS DE BAJA ALEACIÓN ULTRA RESISTENTES:

Es la familia de aceros mas reciente de las cinco. Estos aceros son más baratos que los aceros convencionales debido a que contienen menor cantidad de materiales costosos de aleación. Sin embargo, se les da un tratamiento especial que hace que su resistencia sea mucho mayor que la del acero al carbono. Este material se emplea para la fabricación de vagones porque al ser más resistente, sus paredes son más delgadas, con lo que la capacidad de carga es mayor. Además, al pesar menos, también se pueden cargar con un mayor peso. También se emplea para la fabricación de estructuras de edificios.

ACEROS INOXIDABLES:

Estos aceros contienen cromo, níquel, y otros elementos de aleación que los mantiene brillantes y resistentes a la oxidación. Algunos aceros inoxidables son muy duros y otros muy resistentes, manteniendo esa resistencia durante mucho tiempo a temperaturas extremas. Debido a su brillo, los arquitectos lo emplean mucho con fines decorativos. También se emplean mucho para tuberías, depósitos de petróleo y productos químicos por su resistencia a la oxidación y para la fabricación de instrumentos quirúrgicos o sustitución de huesos porque resiste a la acción de los fluidos corporales. Además se usa para la fabricación de útiles de cocina, como ollas y sartenes, gracias a que no oscurece alimentos y es fácil de limpiar.

ACEROS DE HERRAMIENTAS:

Estos aceros se emplean para fabricar herramientas y cabezales de corte y modelado de maquinas. Contiene wolframio, vanadio, molibdeno y otros elementos de aleación que le proporcionan una alta resistencia, dureza y durabilidad.

¿Qué es la calidad de los aceros?

A principios del siglo XX, ante la creciente demanda de los distintos tipos de acero por parte de la industria, surgió la necesidad de normalizar la fabricación de éste para asegurar productos de calidad. Productos que deberán ser confiables y susceptibles de comparar con otros de su misma especie. Por tanto, se entiende por calidad del acero como la capacidad inherente de éste para satisfacer expectativas, necesidades o requerimientos para los cuales fue diseñado.

Hoy en día existen muchas organizaciones, sociedades o institutos que dedican sus esfuerzos en mantener normalizadas las características y propiedades de las distintas variedades del acero y sus aleaciones a través de normas y códigos, en todo el mundo y a nivel local.

En Chile, el INN (Instituto Nacional de Normalización) es quien se encarga de la normativa oficial. Sin embargo, muchos fabricantes de acero adoptan códigos de origen norteamericano o europeo para satisfacer necesidades más específicas en cuanto a la calidad de los aceros. Es así como en nuestro país nos podemos encontrar con designaciones que hacen referencia normativas tales como AISI (American lron and Steel Institute), SAE (Society of Automotive Engineers), ASTM (American Society for Testing and Materials), EN (European Normalization), DIN (Instituto alemán de normalización), etc.

También existen instituciones dedicadas al estudio del acero y sus aplicaciones que, constantemente, trabajan tanto en el quehacer investigativo como en el industrial. En chile, el ICHA (Instituto chileno del acero) se preocupa de mantener vigente al acero en el mercado nacional.

¿Cómo identificar los tipos de acero?

De preferencia en nuestro país, la fabricación de aceros en calidades normalizadas nos permite identificarlos de las dos maneras siguientes: De acuerdo a su composición química y por su resistencia mecánica a la tracción.

La norma AISI-SAE clasifica los aceros de acuerdo a su composición química de la siguiente forma.

En donde los primeros dos dígitos indican el tipo de acero (por ejemplo, el prefijo “10” significa “acero al carbono sin aleación”) y los dos últimos las cantidades porcentuales de carbono.

En la siguiente tabla se detallan los aceros al carbono más comunes, con su designación AISI-SAE, su resistencia a la tracción y su dureza.

La segunda forma de designar los aceros es a través de su resistencia mecánica a la tracción, concepto que se adopta de la norma chilena Nch 203 of 77. Este es el caso de los aceros:

A37-24ES A44-28ES A63-42H

Donde A= Acero al carbono, E= Estructural, S=Soldable y H= Para hormigón.

La primera cifra indica la resistencia a la tracción en kg/mm², la segunda cifra indica el límite de fluencia en kg/mm².

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

Eventualmente encontraremos aceros designados bajo calidad ASTM, por ejemplo: A 36 o A 53 grado b, que corresponden a normas de fabricación y no representan en su nomenclatura alguna característica del producto.

La siguiente tabla compara las propiedades mecánicas de un acero de calidad ASTM A36 y otro A42-27ES fabricado bajo la normativa chilena.

Aceros al carbono.

En general los aceros al carbono ordinarios contienen:

C < 1%, Mn < 0,9%, Si < 0,5%, P < 0,1%, S < 0,1%

De acuerdo con las propiedades mecánicas, se establecen una serie de grupos de aceros ordenados por su resistencia a la tracción. Popularmente son conocidos estos aceros como:

Acero extradulce, dulce, semidulce, semiduro y duro

ACERO EXTRADULCE:

El porcentaje de carbono en este acero es de 0,15%, tiene una resistencia mecánica de 38-48 kg/mm2 y una dureza de 110-135 HB y prácticamente no adquiere temple. Es un acero fácilmente soldable y deformable.

Aplicaciones: Elementos de maquinaria de gran tenacidad, elementos estructurales, deformación en frío, plegado, herrajes, etc.

ACERO DULCE:

El porcentaje de carbono es de 0,25%, tiene una resistencia mecánica de 48-55 kg/mm2 y una dureza de 135-160 HB. Se puede soldar con una técnica adecuada.

Aplicaciones: Piezas de resistencia media de buena tenacidad, elementos estructurales, deformación en frío, plegado, herrajes, etc.

ACERO SEMIDULCE:

El porcentaje de carbono es de 0,35%. Tiene una resistencia mecánica de 55-62 kg/mm2 y una dureza de 150-170 HB. Se templa bien, alcanzando una resistencia de 80 kg/mm2 y una dureza de 215-245 HB.

Aplicaciones: Estructuras rígidas, Ejes, elementos de maquinaria, piezas resistentes y tenaces, pernos, tornillos, herrajes.

ACERO SEMIDURO:

El porcentaje de carbono es de 0,45%. Tiene una resistencia mecánica de 62-70 kg/mm2 y una dureza de 280 HB. Se templa bien, alcanzando una resistencia de 90 kg/mm2, aunque hay que tener en cuenta las deformaciones.

Aplicaciones: Ejes y elementos de máquinas, estructuras rígidas, piezas bastante resistentes, cilindros de motores de explosión, transmisiones, etc.

ACERO DURO:

El porcentaje de carbono es de 0,55%. Tiene una resistencia mecánica de 70-75 kg/mm2, y una dureza de 200-220 HB. Templa bien en agua y en aceite, alcanzando una resistencia de 100 kg/mm2 y una dureza de 275-300 HB.

Aplicaciones: Ejes, transmisiones, refuerzos de hormigón, tensores y piezas regularmente cargadas y de espesores no muy elevados.

Soldabilidad de los aceros al carbono.

La soldabilidad es la mayor o menor facilidad con que un metal permite que se obtengan soldaduras sanas y homogéneas, que respondan a las necesidades para las que fueron concebidas incluyendo códigos de fabricación.

Durante el proceso de soldadura, una región muy pequeña del material alcanza el estado líquido y luego solidifica. El aporte calórico suministrado se utiliza para fundir el metal de aporte, fundir parcialmente el metal base y el resto se transfiere a través del material modificando la microestructura y propiedades mecánicas originales.

La siguiente tabla se refiere a la utilización de algunos electrodos de soldadura con respecto a un determinado tipo de acero.

Como regla general, la garantía de una buena soldadura en los aceros al carbono es inversamente proporcional a la presencia carbono y otras aleaciones. Es decir, que mientras mayor es el porcentaje de carbono contenido en el acero, mayor es la dificultad para lograr un buen resultado de soldadura.