Acero

EL ACERO

El presente trabajo trata sobre el Acero, desde cómo lo podemos obtener hasta como tenemos que utilizarlo ya que este material es usado en la construcción y no se encuentran en la naturaleza en estado puro y por lo que para su empleo hay que someterlos a una serie de operaciones metalúrgicas cuyo fin es separar el metal de las impurezas u otros minerales que lo acompañen.

Los metales inician su historia cuando el hombre se siente atraído por su brillo y se da cuenta de que golpeándolos puede darles forma. El hierro es el elemento esencial para la producción del acero, el cual está compuesto en un 78% como mínimo de Fe, el hierro posee una gran cantidad de propiedades favorables para la construcción, y por ello después del concreto, es llamado como el esqueleto de las estructuras. El acero, como material indispensable de refuerzo en las construcciones, es una aleación de hierro y carbono. Una de sus características es admitir el temple, con lo que aumenta su dureza y su flexibilidad.

El hierro en estado puro no posee la resistencia y dureza necesarias para las aplicaciones de uso común. Sin embargo, cuando se combina con pequeñas cantidades de carbono se obtiene un metal denominado acero, cuyas propiedades varían en función de su contenido en carbono y de otros elementos en aleación, tales como el manganeso, el cromo, el silicio o el aluminio, entre otros.

El acero se puede obtener a partir de dos materias primas fundamentales:

El ARRABIO, obtenido a partir de mineral en instalaciones dotadas de horno alto (proceso integral);

Las CHATARRAS férricas,

Que condicionan el proceso de fabricación. En líneas generales, para fabricar acero a partir de arrabio se utiliza el convertidor con oxígeno, mientras que partiendo de chatarra como única materia prima se utiliza exclusivamente el horno eléctrico (proceso electrosiderúrgico).

Las propiedades físicas de los aceros y su comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribución, la mayoría de los aceros son una mezcla de tres sustancias, Ferrita, Perlita y Cementita.

Los materiales básicos para la fabricación de lingotes de acero es material férrico coque y caliza. El coque se quema como un combustible para calentar el horno; cuando se quema el coque, este emite monóxido de carbono que se combina con los óxidos férricos, reduciéndolos a hierro metálico

El acero se fabrica partiendo de la fundición o hierro colado, éste es muy impuro, pues contiene excesiva cantidad de carbono, silicio, fósforo y azufre, elementos que perjudican considerablemente la resistencia del acero y reducen el campo de sus aplicaciones.

También podemos observar las aleaciones, sus propiedades mecánicas, ventajas, desventajas, principales características, clasificación de los aceros como al carbón y los aleados,

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. Con este tipo de acero se fabrican maquinas, carrocerías de automóvil, estructuras de construcción, pasadores de pelo

Los aceros aleados 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.

INTRODUCCIÓN

Durante la historia el hombre a tratado de mejorar sus materias primas para sus construcciones, añadiendo materiales orgánicos como inorgánicos, para obtener así los resultados ideales para sus diversas obras.

Dado el caso de que los materiales más usados en la construcción no se encuentran en la naturaleza en estado puro, por lo que para su empleo hay que someterlos a una serie de operaciones metalúrgicas cuyo fin es separar el metal de las impurezas u otros minerales que lo acompañen. Pero esto no basta para alcanzar las condiciones optimas, entonces para que los metales tengan buenos resultados, se someten a ciertos tratamientos con el fin de hacer una aleación que reúna una serie de propiedades que los hagan aptos para adoptar sus formas futuras y ser capaces de soportar los esfuerzos a los que van a estar sometidos.

El ACERO, como material indispensable de refuerzo en las construcciones, es una aleación de hierro y carbono, en proporciones variables, y pueden llegar hasta el 2% de carbono, con el fin de mejorar algunas de sus propiedades, puede contener también otros elementos. Una de sus características es admitir el temple, con lo que aumenta su dureza y su flexibilidad.

En las décadas recientes, los ingenieros y arquitectos han estado pidiendo continuamente aceros cada vez más sofisticados, con propiedades de resistencia a la corrosión, aceros mas soldables y otros requisitos. La investigación llevada a cabo por la industria del acero durante este periodo ha conducido a la obtención de varios grupos de nuevos aceros que satisfacen muchos de los requisitos y existe ahora una amplia variedad cubierta gracias a las normas y especificaciones actuales.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

ESTUDIO DE OBTENCIÓN Y PROPIEDADES DEL ACERO

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN EXISTENTE SOBRE EL HIERRO Y PROCESOS DE FABRICACIÓN DEL ACERO

ANALIZAR LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO

DESARROLLO DEL MARCO TEÓRICO

HISTORIA

Es imposible determinar a ciencia cierta dónde y cómo el hombre descubrió el hierro, pero es cierto que su historia está estrechamente ligada con el desarrollo de la cultura y la civilización.

Los metales inician su historia cuando el hombre se siente atraído por su brillo y se da cuenta de que golpeándolos puede darles forma y fabricar así utensilios tan necesarios para su supervivencia.

La humanidad se sucede en Edades, a las que se ha dado nombres de metales, y cuando se cierran las Edades del Cobre y Bronce, a las que se atribuye una duración de 500 a 2000 años, comienza la Edad del Hierro.

Con la excepción del aluminio, el hierro se encuentra en la naturaleza en cantidades mayores que cualquier otro metal; se explota con métodos relativamente sencillos, y se puede trabajar y transformar tanto como se quiera. La razón del retraso en la aparición del hierro respecto al bronce hay que buscarla en el elevado punto de fusión del hierro puro, lo que hacía prácticamente imposible que una vez tratados sus minerales se pudiese ofrecer en forma líquida, separado de la escoria.

Las primeras producciones se obtuvieron seguramente rodeando al mineral totalmente con carbón de leña con el que no era posible alcanzar la temperatura suficiente para fundir el metal, obteniéndose en su lugar una masa esponjosa y pastosa, mezcla de hierro y escoria, que había que martillear repetidamente al rojo vivo para eliminar la escoria y las impurezas.

Este martilleo producía dos efectos, por un lado conseguía obtener un hierro puro al eliminar las escorias e impurezas, endureciéndolo por forja al mismo tiempo. Se obtenían así barras de hierro forjado resistente y maleable, que no eran otra cosa que un tipo muy primitivo de acero.

Con el paso del tiempo, se fue comprobando que la obtención accidental del hierro colado no era una desgracia, sino que por el contrario se trataba de una materia prima mejor para obtener posteriormente el acero, con todas las ventajas técnicas y económicas que implica el proceso.

En 1855 se produce un hecho trascendental en la producción y el futuro del acero: el invento del convertidor ideado por Henry Bessemer, que supuso el paso revolucionario de la obtención del acero a partir del hierro producido en el alto horno. Este invento trascendental se completa por Thomas en 1873, al conseguir convertir el hierro colado, de alto contenido en fósforo, en acero de alta calidad mediante un convertidor con recubrimiento básico.

A partir de entonces las innovaciones en la producción del acero se han ido sucediendo hasta nuestros días, gracias a la participación de figuras como las de Martín, Siemens, Héroult, los técnicos de Linz y Donawitz y tantos otros.

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES METÁLICOS

Las propiedades principales que un metal debe cumplir para ser utilizado indispensablemente en una construcción deben ser las siguientes.

FUSIBILIDAD._ Es la facilidad de poder dar forma a los metales, fundiéndolos y colocándolos en moldes.

FORJABILIDAD._ Es la capacidad para poder soportar las variaciones de formas, en estado sólido caliente, por la acción de martillos, laminadores o prensas.

MALEABILIDAD._ Propiedad para permitir modificar su forma a temperatura ambiente en laminas, mediante la acción de martillado y estirado.

DUCTILIDAD._ Es la capacidad de poderse alargar longitudinalmente.

TENACIDAD._ Resistencia a la ruptura al estar sometido a esfuerzos de tensión.

FACILIDAD DE CORTE._ Capacidad de poder separarse en trozos regulares con herramientas cortantes.

SOLDABILIDAD._ Propiedad de poder unirse hasta formar un solo cuerpo.

OXIDABILIDAD._ Al estar en presencia de oxigeno, se oxidan formando una capa de oxido.

HIERRO

El hierro era conocido y utilizado para los propósitos ornamentales y para armas en edades prehistóricas, el espécimen más temprano todavía existente es un grupo de cuentas férricas oxidadas encontradas en Egipto, en el año 4000 A.C. El termino arqueológico, edad férrica, solo aplicaba propiamente al periodo cuando se uso el hierro extensivamente para los propósitos utilitarios, como para herramientas, así como para la ornamentación.

Es un metal blando, dúctil y maleable cuyo peso específico es de 7.86 y su punto de fusión es de 1500 °C, antes de fundirse se reblandece y se puede trabajar. Todos los productos obtenidos con el hierro y sus aleaciones se denominan productos siderúrgicos. Para la obtención del hierro son necesarios minerales ferrosos y otras materias como fundentes y carbón. Los minerales de hierro más importantes son: magnetita, oligisto, limonita y siderita.

Como ya se he venido diciendo, el hierro es el elemento esencial para la producción del acero, el cual está compuesto en un 78% como mínimo de Fe, el hierro posee una gran cantidad de propiedades favorables para la construcción, y por ello después del concreto, es llamado como el esqueleto de las estructuras.

OBTENCIÓN DEL HIERRO

Puede obtenerse hierro en estado sólido por el procedimiento de forjas cartalanas, que solo es aplicable en minerales muy ricos.

En la actualidad la obtención del hierro se efectúa en altos hornos, el producto obtenido es el arrabio o fundición, escorias y gases. Esta materia no es utilizable, y es necesaria una nueva fusión para obtener el hierro dulce y la fundición propiamente dicha. Para la obtención del acero se emplean varios sistemas: besemer, siemens y tomas que tienden a volverlo a fundir, eliminando parte del carbono y añadiendo otras sustancias.

PROCESO DE PRODUCCIÓN

Este se produce generalmente en lingotes, los materiales básicos usados en la fabricación son: el coque y el agua, el coque se quema como un combustible para calentar el horno a altas temperaturas, para darle fluidez y pureza, apto para el moldeo, para darle la forma de lingote, la cual es la forma más conveniente para almacenar y transportar, pero estos sufren un cambio brusco de temperatura al añadirle agua, para darle cierta condición.

PROPIEDADES

El hierro puro tiene una dureza que va de 4 a 5 en la escala mohs, es suave maleable y dúctil. Este es magnetizado fácilmente a temperaturas ordinarias, es difícil magnetizar a altas temperaturas (790°C), sometido a estas este pierde su propiedad magnética.

El metal existe en tres formas diferentes:

Ordinaria o Alfha-hierro

Gama-hierro

Delta-hierro

Las propiedades físicas diferentes de todas las formas alotrópicas y la diferencia en la cantidad de carbono subida por cada una de las formas tocan en una parte importante en la formación, endurecido, y templado de acero.

Químicamente, el hierro es un metal activo. Combina los halógenos (fluor, cloro, bromo...ect), azufre, fósforo, carbono, y sicona. Este reacciona con algunos ácidos perdiendo sus características, o en algunos casos llega a la corrección masiva. Generalmente al estar en presencia de aire húmedo, se corroe, formando una capa de oxido rojiza-castaño (oxido férrico escamoso), la cual disminuye su resistencia y además estéticamente es desagradable.

USOS

El hierro comercial invariablemente contiene cantidades pequeñas de carbono y otras impurezas que alteran sus propiedades físicas, que son mejoradas considerablemente por la suma extensa de carbono y otros elementos. La gran mayoría del hierro se utiliza en formas procesadas, como hierro forjado, hierro del lanzamiento y acero. El hierro puro comercialmente se usa para la producción de metal en plancha, galvanizado y de electroimanes, Principalmente se usa en la fabricación del acero.

ACERO

Son aquellos productos ferrosos cuyo tanto por ciento de carbono está comprendido entre 0.05% y 1.7%, el acero endurece por el temple y una vez templado, tiene la propiedad de que si se calienta de nuevo y se enfría lentamente, disminuye su dureza. El acero funde entre los 1400 y 1500°C, y se puede moldear con más facilidad que el hierro.

Los Aceros se pueden clasificar según se obtengan en estado sólido: ensoldados, batidos o forjados, o en estado liquido, en hierros o aceros de fusión y homogéneos. También se clasifican según su composición química, en aceros originarios, al carbono y especiales.

La proporción de carbono influye sobre las características del metal. Se distinguen dos grandes familias de acero: los aceros aleados y los no aleados. Existe una aleación cuando los elementos químicos distintos al carbono se adicionan al hierro según una dosificación mínima variable para cada uno de ellos.

Por ejemplo el 0.5% para el silicio, el 0.08% para el molibdeno, el 10.5% para el cromo. De esta manera una aleación del 17% de cromo mas 8% níquel constituye un acero inoxidable. Y por eso no hay un acero sino múltiples aceros.

La diferencia fundamental entre ambos materiales es que los aceros son, por su ductilidad, fácilmente deformables en caliente utilizando forjado, laminación o extorsión, mientras que las fundiciones son frágiles y se fabrican generalmente por moldeo. Además de los componentes principales indicados, los aceros incorporan otros elementos químicos. Algunos son perjudiciales (Impurezas) y provienen de la chatarra, el mineral o el combustible empleado en el proceso de fabricación; es el caso del azufre y el fósforo. Otros se añaden intencionalmente para la mejora de alguna de las características del acero (Aleantes); pueden utilizarse para incrementar la resistencia, la ductilidad, la dureza.. etc, o para facilitar algún proceso de fabricación como puede ser el mecanizado. Elementos habituales para estos fines son el níquel, el cromo, el molibdeno y otros. El acero es actualmente la aleación más importante, empleándose de forma intensiva en numerosas aplicaciones, aunque su utilización se ve condicionada en determinadas circunstancias por las ventajas técnicas o económicas específicas que ofrecen otros materiales, el aluminio cuando se requiere mayor ligereza y resistencia a la corrosión, el hormigón armado por su mayor resistencia al fuego, los materiales cerámicos en aplicaciones a altas temperaturas. Aún así siguen empleándose extensamente ya que existen abundantes yacimientos de minerales de hierros suficientemente ricos, puros y fáciles de explotar.

EL ACERO, A BASE DE LA CHATARRA

Existe la posibilidad de reciclar la chatarra para la obtención del Acero ya que los procedimientos de fabricación son relativamente simples y económicos.

Presentan una interesante combinación de propiedades mecánicas, las que pueden modificarse dentro de un amplio rango variando los componentes de la aleación o aplicando tratamientos.

Su plasticidad permite obtener piezas de formas geométricas complejas con relativa facilidad, la experiencia acumulada en su utilización permite realizar predicciones de su comportamiento, reduciendo costos de diseño y plazos de puesta en el mercado.

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