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Acero y siderurgia

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Acero El t‚rmino acero sirve comƒnmente para denominar, en ingenier•a metalƒrgica, a una aleaci€n de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03% y el 1,075% en peso de su composici€n, dependiendo del grado. Si la aleaci€n posee una concentraci€n de carbono mayor al 2,0% se producen fundiciones que, en oposici€n al acero, son mucho m„s fr„giles y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas.

Puente de acero

No se debe confundir el acero con el hierro, que es un metal relativamente duro y tenaz, con di„metro at€mico (dA) de 2,48 …, con temperatura de fusi€n de 1535 ‡C y punto de ebullici€n 2740 ‡C. Por su parte, el carbono es un no metal de di„metro menor (dA = 1,54 …), blando y fr„gil en la mayor•a de sus formas alotr€picas (excepto en la forma de diamante). La difusi€n de este elemento en la estructura cristalina del anterior se logra gracias a la diferencia en di„metros at€micos,, form„ndose un compuesto intersticial. La diferencia principal entre el hierro y el acero se halla en el porcentaje del carbono: el acero es hierro con un porcentaje de carbono de entre el 0,03% y el 1,075%, a partir de este porcentaje se consideran otras aleaciones con hierro. Cabe destacar que el acero posee diferentes constituyentes segƒn su temperatura, concretamente, de mayor a menor dureza, perlita, cementita y ferrita; adem„s de la austenita (para mayor informaci€n consultar un Diagrama Hierro-Carbono con sus constituyentes).

Prensas en acer•as

El acero conserva las caracter•sticas met„licas del hierro en estado puro, pero la adici€n de carbono y de otros elementos tanto met„licos como no met„licos mejora sus propiedades f•sico-qu•micas. Existen muchos tipos de acero en funci€n del o los elementos aleantes que est‚n presentes. La definici€n en porcentaje de carbono corresponde a los aceros al carbono, en los cuales este no metal es el ƒnico aleante, o hay otros pero en menores concentraciones. Otras composiciones espec•ficas reciben denominaciones particulares en funci€n de mƒltiples variables como por ejemplo los elementos que predominan en su composici€n (aceros al silicio), de su susceptibilidad Acer•as a ciertos tratamientos (aceros de cementaci€n), de alguna caracter•stica potenciada (aceros inoxidables) e incluso en funci€n de su uso (aceros estructurales). Usualmente estas aleaciones de hierro se engloban bajo la denominaci€n gen‚rica de aceros especiales, raz€n por la que aqu• se ha adoptado la definici€n de los comunes o "al carbono" que adem„s de ser los primeros fabricados y los m„s empleados,[1]sirvieron de base para los dem„s. Esta gran variedad de aceros llev€ a Siemens a definir el acero como ˆun compuesto de hierro y otra sustancia que incrementa su resistencia‰.[2]

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Componentes Los dos componentes principales del acero se encuentran en abundancia en la naturaleza, lo que favorece su producci€n a gran escala. Esta variedad y disponibilidad[3]lo hace apto para numerosos usos como la construcci€n de maquinaria, herramientas, edificios y obras pƒblicas, contribuyendo al desarrollo tecnol€gico de las sociedades industrializadas.A pesar de su densidad (7850 kg/mŠ de densidad en comparaci€n a los 2700 kg/mŠ del aluminio, por ejemplo) el acero es utilizado en todos los sectores de la industria, incluso en el aeron„utico, ya que las piezas con mayores solicitaciones (ya sea a impacto o fatiga) s€lo pueden aguantar con un material como el acero.

Historia Se desconoce la fecha exacta en que se descubri€ la t‚cnica para obtener hierro a partir de la fusi€n de minerales. Sin embargo, los primeros restos arqueol€gicos de utensilios de hierro datan del 3000 a. C. y fueron descubiertos en Egipto, aunque hay vestigios de adornos anteriores. Algunos de los primeros aceros provienen del este de ‹frica, cerca de 1400 a. C.[4] Durante la dinast•a Han de China se produjo acero al derretir hierro forjado con hierro fundido, en torno al siglo I a. C.[5]Tambi‚n adoptaron los m‚todos de producci€n para la creaci€n de acero wootz, un proceso surgido en India y en Sri Lanka desde aproximadamente el aŒo 300 a. C. y exportado a China hacia el siglo V. Este temprano m‚todo utilizaba un horno de viento, soplado por los monzones.[6]Tambi‚n conocido como acero Damasco, era una aleaci€n de hierro con gran nƒmero de diferentes materiales, incluyendo trazas de otros elementos en concentraciones menores a 1.000 partes por mill€n o 0,1% de la composici€n de la roca. Estudios realizados por Peter Paufler sugirieron que en su estructura se inclu•an nanotubos de carbono, lo que podr•a explicar algunas de las cualidades de este acero -como su durabilidad y capacidad de mantener un filo-, aunque debido a la tecnolog•a de la ‚poca es posible que las mismas se hayan obteniendo por azar y no por un diseŒo premeditado.

Hist€rico horno Bessemer.

Entre los siglos IX y X se produjo en Merv el acero de crisol, en el cual el acero se obten•a calentando y enfriando el hierro y el carb€n por distintas t‚cnicas. Durante la dinast•a Song del siglo XI en China, la producci€n de acero se realizaba empleando dos t‚cnicas: la primera produc•a acero de baja calidad por no ser homog‚neo -m‚todo "berganesco"- y la segunda, precursora del m‚todo Bessemer, quita el carb€n con forjas repetidas y somete la pieza a enfriamientos abruptos.[7]

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El hierro para uso industrial fue descubierto hacia el aŒo 1500 a. C., en Medzamor y el monte Ararat, en Armenia.[8]La tecnolog•a del hierro se mantuvo mucho tiempo en secreto, difundi‚ndose extensamente hacia el aŒo 1200 a. C. No hay registros de que la templabilidad fuera conocida hasta la Edad Media. Los m‚todos antiguos para la fabricaci€n del acero consist•an en obtener hierro dulce en el horno, con carb€n vegetal y tiro de aire, con una posterior expulsi€n de las escorias por martilleo y carburaci€n del hierro dulce para cementarlo. Luego se perfeccion€ la cementaci€n fundiendo el acero cementado en crisoles de arcilla y en Sheffield (Inglaterra) se obtuvieron, a partir de 1740, aceros de crisol.La t‚cnica fue desarrollada por Benjamin Huntsman. En 1856, Sir Henry Bessemer, desarroll€ un m‚todo para producir acero en grandes cantidades, pero dado que solo pod•a emplearse hierro que contuviese f€sforo y azufre en pequeŒas proporciones, fue dejado de lado. Al aŒo siguiente, Carl Wilhelm Siemens cre€ otro, el procedimiento Martin-Siemens, en el que se produc•a acero a partir de la descarburaci€n de la fundici€n de hierro dulce y €xido de hierro como producto del calentamiento con aceite, gas de coque, o una mezcla este ƒltimo con gas de alto horno. Este m‚todo tambi‚n qued€ en desuso.

Grabado que muestra el trabajo en una fragua en la Edad Media.

Aunque en 1878 Siemens tambi‚n fue el primero en emplear electricidad para calentar los hornos de acero, el uso de hornos de arco el‚ctricos para la producci€n comercial comenz€ en 1902 por Paul H‚roult, quien fue uno de los inventores del m‚todo moderno para fundir aluminio. En este m‚todo se hace pasar dentro del horno un arco el‚ctrico entre chatarra de acero cuya composici€n se conoce y unos grandes electrodos de carbono situados en el techo del horno.

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En 1948 se inventa el proceso del ox•geno b„sico L-D. Tras la segunda guerra mundial se iniciaron experimentos en varios pa•ses con ox•geno puro en lugar de aire para los procesos de refinado del acero. El ‚xito se logr€ en Austria en 1948, cuando una f„brica de acero situada cerca de la ciudad de Linz, Donawitz desarroll€ el proceso del ox•geno b„sico o L-D. En 1950 se inventa el proceso de colada continua que se usa cuando se requiere producir perfiles laminados de acero de secci€n constante y en grandes cantidades. El proceso consiste en colocar un molde con la forma que se requiere debajo de un crisol, el que con una v„lvula puede ir dosificando material fundido al molde. Por gravedad el material fundido pasa por el molde, el que est„ enfriado por un sistema de agua, al pasar el material fundido por el molde fr•o se convierte en pastoso y adquiere la forma del molde. Posteriormente el material es conformado con una serie de rodillos que al mismo tiempo lo arrastran hacia la parte exterior del sistema. Una vez conformado el material con la forma necesaria y con la longitud adecuada el material se corta y almacena. En la actualidad se utilizan algunos metales y metaloides en forma de ferroaleaciones, que, unidos al acero, le proporcionan excelentes cualidades de dureza y resistencia.[9]

Estructura de hierro forjado de la Torre Eiffel.

Actualmente, el proceso de fabricaci€n del acero, se completa mediante la llamada metalurgia secundaria. En esta etapa, se otorgan al acero l•quido las propiedades qu•micas, temperatura, contenido de gases, nivel de inclusiones e impurezas deseados. La unidad m„s comƒn de metalurgia secundaria es el horno cuchara. El acero aqu• producido est„ listo para ser posteriormente colado, en forma convencional o en colada continua. El uso intensivo que tiene y ha tenido el acero para la construcci€n de estructuras met„licas ha conocido grandes ‚xitos y rotundos fracasos que al menos han permitido el avance de la ciencia de materiales. As•, el 7 de noviembre de 1940 el mundo asisti€ al colapso del puente Tacoma Narrows al entrar en resonancia con el viento. Ya durante los primeros aŒos de la Revoluci€n industrial se produjeron roturas prematuras de ejes de ferrocarril que llevaron a William Rankine a postular la fatiga de materiales y durante la Segunda Guerra Mundial se produjeron algunos hundimientos imprevistos de los cargueros estadounidenses Liberty al fragilizarse el acero por el mero descenso de la temperatura,[10] problema inicialmente achacado a las soldaduras.

Puente fabricado en acero.

En muchas regiones del mundo, el acero es de gran importancia para la din„mica de la poblaci€n, industria y comercio.[cita requerida]

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Clasificaci€n Seg•n el modo de fabricaci€n     

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Seg•n el modo de trabajarlo  ace acero mold moldea eado do  ace acero lami lamina naddo Seg•n la composici€n y la estructura  acer aceros os ordi ordina nari rios os  aceros aceros aleado aleadoss o espe especia ciales les Seg•n los usos            

acero acero para para iman imanes es o magn magn‚ti ‚tico co acer aceroo auto autote temp mpla lado do acer aceroo de cons constr truc ucci ci€n €n acer aceroo de corte corte r„pi r„pido do acer aceroo de dec decol olet etad adoo ace acero de corte orte acer aceroo inde indefo form rmab able le acer aceroo inox inoxid idab able le acer aceroo de herra herrami mien enta tass acer aceroo par paraa mue muell lles es acer aceroo ref refra ract ctar ario io acer aceroo de roda rodami mien ento toss

Caracter‚sticas mecƒnicas y tecnol€gicas del acero Aunque es dif•cil establecer las propiedades f•sicas y mec„nicas del acero debido a que estas var•an con los ajustes en su composici€n y los diversos tratamientos t‚rmicos, qu•micos o mec„nicos, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de caracter•sticas adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas propiedades gen‚ricas:  Su dens densida idadd media media es de de 7850 7850 kg/m kg/mŠ. Š.  En funci€n funci€n de la temperatu temperatura ra el acero acero se se puede puede contraer, contraer, dilatar dilatar o fundir.  El punto punto de fusi€n fusi€n del del acero acero depende depende del del tipo de de aleaci€n aleaci€n y los porcentajes de elementos aleantes. El de su componente principal, el

Representaci€n de la inestabilidad lateral bajo la acci€n de una fuerza ejercida sobre una viga de acero

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6 hierro es de alrededor de 1.510 ‡C en estado puro (sin alear), sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusi€n de alrededor de 1.375 ‡C, y en general la temperatura necesaria para la fusi€n aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de carbono y de otros aleantes. (excepto las aleaciones eut‚cticas que funden de golpe). Por otra parte el acero r„pido funde a 1.650 ‡C.[11] Su punto punto de ebullici€n ebullici€n es de alrededor alrededor de de 3.000 3.000 ‡C. ‡C.[12] Es un material material muy tenaz, especia especialmente lmente en alguna alguna de las aleaciones aleaciones usadas usadas para fabricar fabricar herramie herramientas. ntas. Relativame Relativamente nte dƒctil. dƒctil. Con ‚l se obtiene obtienenn hilos delgados delgados llamado llamadoss alambres. alambres. Es maleable. maleable. Se pueden pueden obtener obtener l„minas delgada delgadass llamadas llamadas hojalata. hojalata. La hojalata hojalata es una l„mina l„mina de acero, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrol•tica, por estaŒo. Permite Permite una buena mecaniza mecanizaci€n ci€n en m„quinas m„quinas herramienta herramientass antes de recibir recibir un tratamiento tratamiento t‚rmico. t‚rmico. Algunas Algunas composicione composicioness y formas del acero acero mantienen mantienen mayor memoria, memoria, y se deforman deforman al sobrepasar sobrepasar su l•mite l•mite el„stico. La dureza dureza de los aceros aceros var•a var•a entre la del del hierro y la que se se puede lograr lograr mediante mediante su aleaci€ aleaci€nn u otros procedimientos t‚rmicos o qu•micos entre los cuales quiz„ el m„s conocido sea el templado del acero, aplicable a aceros con alto contenido en carbono, que permite, cuando es superficial, conservar un nƒcleo tenaz en la pieza que evite fracturas fr„giles. Aceros t•picos con un alto grado de dureza superficial son los que se emplean en las herramientas de mecanizado, denominados aceros r„pidos que contienen cantidades significativas de cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. Los ensayos tecnol€gicos para medir la dureza son Brinell, Vickers y Rockwell, entre otros. Se puede puede soldar soldar con facili facilidad dad.. La corrosi€n corrosi€n es la mayor desventa desventaja ja de los aceros aceros ya que el hierro se oxida con con suma facilidad facilidad increment incrementando ando su volumen y provocando grietas superficiales que posibilitan el progreso de la oxidaci€n hasta que se consume la pieza por completo. Tradicionalmente los aceros se han venido protegiendo mediante tratamientos superficiales diversos. Si bien existen aleaciones con resistencia a la corrosi€n mejorada como los aceros de construcci€n ˆcorten‰ aptos para intemperie (en ciertos ambientes) o los aceros inoxidables. Posee una alta alta conductivida conductividadd el‚ctrica. el‚ctrica. Aunque Aunque depende depende de su composici€n composici€n es aproximada aproximadamente mente de[13] 3 Ž 106 S/m. En las l•neas a‚reas de alta tensi€n se utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de acero proporcionando ‚ste ƒltimo la resistencia r esistencia mec„nica necesaria para incrementar los vanos entre la torres y optimizar el coste de la instalaci€n. Se utiliza para para la fabricaci€n fabricaci€n de imanes imanes permanentes permanentes artificia artificiales, les, ya que una pieza pieza de acero imantada imantada no pierde pierde su imantaci€n si no se la calienta hasta cierta temperatura. La magnetizaci€n artificial se hace por contacto, inducci€n o mediante procedimientos el‚ctricos. En lo que respecta al acero inoxidable, al acero inoxidable ferr•tico s• se le pega el im„n, pero al acero inoxidable austen•tico no se le pega el im„n ya que la fase del hierro conocida como austenita no es atra•da por los imanes. Los aceros inoxidables contienen principalmente n•quel y cromo en porcentajes del orden del 10% adem„s de algunos aleantes en menor proporci€n. Un aume aument ntoo de de la la tem tempe pera ratura tura en un elemento elemento de acero provoca un aumento en la longitud del mismo. Este aumento en la longitud puede valorarse por la expresi€n: L =   t‡ L, siendo a el coeficiente de dilataci€n, que para el acero vale aproximadamente 1,2 Ž 10€5 (es decir  = 0,000012). Si existe libertad de dilataci€n no se plantean grandes problemas subsidiarios, pero si esta dilataci€n est„ impedida en mayor o menor grado por el resto de los componentes de la estructura, aparecen esfuerzos complementarios que hay que tener en cuenta. El acero se dilata y se contrae segƒn un coeficiente de dilataci€n similar al coeficiente de dilataci€n del hormig€n, por lo que resulta muy ƒtil su uso simult„neo en la construcci€n, formando un material compuesto que se denomina hormig€n armado.[14] El acero da una falsa sensaci€n de seguridad al ser incombustible, pero sus propiedades mec„nicas fundamentales se ven gravemente afectadas por las altas temperaturas que pueden alcanzar los perfiles en el transcurso de un incendio.

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Normalizaci€n de las diferentes clases de acero Para homogeneizar las distintas variedades de acero que se pueden producir, existen sistemas de normas que regulan la composici€n de los aceros y las prestaciones de los mismos en cada pa•s, en cada fabricante de acero, y en muchos casos en los mayores consumidores de aceros.

Llave de acero aleado para herramientas o acero al cromo-vanadio

Por ejemplo, en EspaŒa est„n regulados por la norma UNE-EN 10020:2001 y antiguamente estaban reguladas por la norma UNE-36010, ambas editadas por AENOR.[15] Existen otras normas reguladoras del acero, como la clasificaci€n de AISI (de uso mucho m„s extendido internacionalmente), ASTM, DIN, o la ISO 3506.

Formaci€n del acero. Diagrama hierro-carbono (Fe-C) Fases de la aleaci€n de hierro-carbono

Austenita (hierro-•. duro) Ferrita (hierro-. blando) Cementita (carburo de hierro. Fe3C) Perlita (88% ferrita, 12% cementita) Ledeburita (ferrita - cementita eutectica, 4.3% carb€n) Bainita Martensita Tipos de acero

Acero al carbono (0,03-2.1% C) Acero corten (para intemperie) Acero inoxidable (aleado con cromo) Acero microaleado (ˆHSLA‰, baja aleaci•n alta resistencia) Acero r„pido (muy duro, tratamiento t‚rmico) Otras aleaciones Fe-C

Hierro dulce (pr„cticamente sin carb€n) Fundici€n (>2.1% C) Fundici€n dƒctil (grafito esferoidal)

En el diagrama de equilibro, o de fases, Fe-C se representan las transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura, admitiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente de modo que los procesos de difusi€n (homogeneizaci€n) tienen tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene experimentalmente identificando los puntos cr•ticos  ‚temperaturas a las que se producen las sucesivas  ‚ por m‚todos diversos. transformaciones ‚ Microconstituyentes El hierro puro presenta tres estados alotr€picos a medida que se incrementa la temperatura desde la temperatura ambiente:  Hasta los 911 911 ‡C, el hierro ordinario, ordinario, cristali cristaliza za en el sistema sistema cƒbico centrado centrado en el cuerpo cuerpo (BCC) y recibe recibe la denominaci€n de hierro „ o ferrita. Es un material dƒctil y maleable responsable de la buena forjabilidad de las aleaciones con bajo contenido en carbono y es ferromagn‚tico hasta los 768 ‡C (temperatura de Curie a la que pierde dicha cualidad). La ferrita puede disolver muy pequeŒas cantidades de carbono.

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 Entre 911 y 1400 ‡C cristali cristaliza za en el sistema sistema cƒbico centrado centrado en las caras caras (FCC) y recibe recibe la denominaci€n denominaci€n de hierro … o austenita. Dada su mayor compacidad la austenita se deforma con mayor facilidad y es paramagn‚tica.  Entre 1400 1400 y 1538 ‡C cristaliza cristaliza de nuevo en el sistema sistema cƒbico cƒbico centrado centrado en el cuerpo y recibe la denomina denominaci€n ci€n de hierro † que es en esencia el mismo hierro alfa pero con par„metro de red mayor por efecto de la temperatura. A mayor temperatura el hierro se encuentra en estado l•quido. Si se aŒade carbono al hierro, sus „tomos podr•an situarse simplemente en los intersticios de la red cristalina de ‚ste ƒltimo; sin embargo en los aceros aparece combinado formando carburo de hierro (Fe3C), es decir, un compuesto qu•mico definido y que recibe la denominaci€n de cementita de modo que los aceros al carbono est„n constituidos realmente por ferrita y cementita. Transformaci€n de la austenita El diagrama de fases Fe-C muestra dos composiciones singulares:  Un eut‚c eut‚ctic ticoo (compo (composic sici€n i€n para para la la cual cual el punto de fusi€n es m•nimo) que se denomina ledeburita y que contiene un 4,3% de carbono (64,5 % de cementita). La ledeburita aparece entre los constituyentes de la aleaci€n cuando el contenido en carbono supera el 2% (regi€n del diagrama no mostrada) y es la responsable de la mala forjabilidad de la aleaci€n marcando la frontera entre los aceros con menos del 2% de C (forjables) y las fundiciones con porcentajes de carbono superiores (no forjables y fabricadas por moldeo). De este modo se observa que por encima de la temperatura cr•tica A3[16]los aceros est„n constituidos s€lo por austenita, una soluci€n s€lida de carbono en hierro ‘ y su microestructura en condiciones de enfriamiento lento depender„ por tanto de las transformaciones que sufra ‚sta.

Zona de los aceros (hasta 2% de carbono) del diagrama de equilibrio metaestable hierro-carbono. Dado que en los aceros el carbono se encuentra formando carburo de hierro, se han incluido en abscisas las escalas de los porcentajes en peso de carbono y de carburo de hierro (en azul).

 Un eutec eutectoi toide de en en la zona zona de los los acero aceros, s, equivalente al eut‚ctico pero en estado s€lido, donde la temperatura de transformaci€n de la austenita es m•nima. El eutectoide contiene un 0,77 %C (13,5% de cementita) y se denomina perlita. Est„ constituido por capas alternas de ferrita y cementita, siendo sus propiedades mec„nicas intermedias entre las de la ferrita y la cementita. La existencia del eutectoide permite distinguir dos tipos de aleaciones de acero:  Aceros Aceros hipoeutecto hipoeutectoides ides (< 0,77% 0,77% C). Al enfriarse enfriarse por por debajo debajo de la temperatura temperatura cr•tica cr•tica A3 comienza a precipitar la ferrita entre los granos (cristales) de austenita y al alcanzar la temperatura cr•tica A1 la austenita restante se transforma en perlita. Se obtiene por tanto a temperatura ambiente una estructura de cristales de perlita embebidos en una matriz de ferrita.

Acero  Aceros Aceros hipereutecto hipereutectoides ides (>0,77% (>0,77% C). Al enfriarse enfriarse por encima encima de la temperatura temperatura cr•tica cr•tica se precipita precipita el carburo carburo de hierro resultando a temperatura ambiente cristales de perlita embebidos en una matriz de cementita. Otros microconstituyentes Las texturas b„sicas descritas (perl•ticas) son las obtenidas enfriando lentamente aceros al carbono, sin embargo modificando las condiciones de enfriamiento (base de los tratamientos t‚rmicos) es posible obtener estructuras cristalinas diferentes:  La martensita es el constituyente t•pico de los aceros templados y se obtiene de forma casi instant„nea al enfriar r„pidamente la austenita. Es una soluci€n sobresaturada de carbono en hierro alfa con tendencia, cuanto mayor es el carbono, a la sustituci€n de la estructura cƒbica centrada en el cuerpo por tetragonal centrada en el cuerpo. Tras la cementita (y los carburos de otros metales) es el constituyente m„s duro de los aceros.  Velocidade Velocidadess intermedia intermediass de enfriamiento enfriamiento dan lugar lugar a la bainita, estructura similar a la perlita formada por agujas de ferrita y cementita pero de mayor ductilidad y resistencia que aqu‚lla.  Tambi‚n Tambi‚n se puede obtener obtener austenita austenita por enfriamiento enfriamiento r„pido de aleaciones aleaciones con elementos elementos gamm„gen gamm„genos os (que favorecen la estabilidad del hierro ‘) como el n•quel y el manganeso, tal es el caso por ejemplo de los aceros inoxidables austen•ticos. AntaŒo se identificaron tambi‚n la sorbita y la troostita que han resultado ser en realidad perlitas de muy pequeŒa distancia interlaminar por lo que dichas denominaciones han ca•do en desuso.

Otros elementos en el acero Elementos aleantes del acero y mejoras obtenidas con la aleaci€n Las clasificaciones normalizadas de aceros como la AISI, ASTM y UNS, establecen valores m•nimos o m„ximos para cada tipo de elemento. Estos elementos se agregan para obtener unas caracter•sticas determinadas como templabilidad, resistencia mec„nica, dureza, tenacidad, resistencia al desgaste, soldabilidad o maquinabilidad. A continuaci€n se listan algunos de los efectos de los elementos aleantes en el acero:[17]  Aluminio: Aluminio: se usa en algunos algunos aceros aceros de nitruraci€n nitruraci€n al Cr-Al-Mo Cr-Al-Mo de alta dureza en concentr concentracion aciones es cercanas cercanas al 1% y en porcentajes inferiores al 0,008% como desoxidante en aceros de alta aleaci€n.  Boro: en muy pequeŒas pequeŒas cantidad cantidades es (del 0,001 0,001 al 0,006%) aumenta aumenta la templabili templabilidad dad sin reducir reducir la maquinabilid maquinabilidad, ad, pues se combina con el carbono para formar carburos proporcionando un revestimiento duro. Es usado en aceros de baja aleaci€n en aplicaciones como cuchillas de arado y alambres de alta ductilidad y dureza superficial. Utilizado tambi‚n como trampa de nitr€geno, especialmente en aceros para trefilaci€n, para obtener valores de N menores a 80 ppm.  Cobalto: Cobalto: muy endurecedor endurecedor.. Disminuye Disminuye la la templabili templabilidad. dad. Mejora Mejora la la resistencia y la dureza en caliente. Es un elemento poco habitual en los aceros. Aumenta las propiedades magn‚ticas de los aceros. Se usa en los aceros r„pidos para herramientas y en aceros refractarios.  Cromo: Forma carburos carburos muy muy duros duros y comunica comunica al al acero acero mayor mayor dureza, resistencia y tenacidad a cualquier temperatura. Solo o aleado con otros elementos, mejora la resistencia a la corrosi€n. Aumenta la profundidad de penetraci€n del endurecimiento por tratamiento termoqu•mico como la carburaci€n o la nitruraci€n. Se Acer•a. N€tese la tonalidad del vertido. usa en aceros inoxidables, aceros para herramientas y refractarios. Tambi‚n se utiliza en revestimientos embellecedores o recubrimientos duros de gran resistencia al desgaste, como ‚mbolos, ejes, etc.

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 Molibdeno: Molibdeno: es un elemento elemento habitual habitual del acero acero y aumenta mucho mucho la profundidad profundidad de endurecimi endurecimiento ento de acero, acero, as•  como su tenacidad. Los aceros inoxidables austen•ticos contienen molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosi€n.  Nitr€geno: Nitr€geno: se agrega agrega a algunos algunos aceros aceros para promove promoverr la formaci€n formaci€n de austenita austenita..  N•quel: N•quel: es un elemento gammageno gammageno permitiendo permitiendo una estructur estructuraa austen•tica austen•tica a temperatura temperatura ambiente, ambiente, que aumenta aumenta la tenacidad y resistencia al impacto. El n•quel se utiliza mucho para producir acero inoxidable, porque aumenta la resistencia a la corrosi€n.  Plomo: el plomo plomo no se combina combina con el el acero, se encuen encuentra tra en ‚l en forma forma de pequeŒ•simo pequeŒ•simoss gl€bulos, gl€bulos, como como si estuviese emulsionado, lo que favorece la f„cil mecanizaci€n por arranque de viruta, (torneado, cepillado, taladrado, etc.) ya que el plomo es un buen lubricante de corte, el porcentaje oscila entre 0,15% y 0,30% debiendo limitarse el contenido de carbono a valores inferiores al 0,5% debido a que dificulta el templado y disminuye la tenacidad en caliente. Se aŒade a algunos aceros para mejorar mucho la maquinabilidad.  Silicio: Silicio: aumenta moderadame moderadamente nte la templabilidad templabilidad.. Se usa como elemento desoxidant desoxidante. e. Aumenta la resistenc resistencia ia de los aceros bajos en carbono.  Titanio: Titanio: se usa para estabili estabilizar zar y desoxidar desoxidar el acero, mantiene mantiene estables estables las las propiedades propiedades del acero acero a alta temperatura. Se utiliza su gran afinidad con el Carbono para evitar la formaci€n de carburo de hierro al soldar acero.  Wolframio: Wolframio: tambi‚n tambi‚n conocido conocido como tungsteno. tungsteno. Forma con el hierro carburos carburos muy complejos complejos estables estables y dur•simos, dur•simos, soportando bien altas temperaturas. En porcentajes del 14 al 18 %, proporciona aceros r„pidos con los que es posible triplicar la velocidad de corte de los aceros al carbono para herramientas.  Vanadio: Vanadio: posee una una en‚rgica en‚rgica acci€n desoxida desoxidante nte y forma carburos carburos complejos complejos con el hierro, hierro, que proporcion proporcionan an al acero una buena resistencia a la fatiga, tracci€n y poder cortante en los aceros para herramientas. Impurezas en el acero Se denomina impurezas a todos los elementos indeseables en la composici€n de los aceros. Se encuentran en los aceros y tambi‚n en las fundiciones como consecuencia de que est„n presentes en los minerales o los combustibles. Se procura eliminarlas o reducir su contenido debido a que son perjudiciales para las propiedades de la aleaci€n. En los casos en los que eliminarlas resulte imposible o sea demasiado costoso, se admite su presencia en cantidades m•nimas.  Azufre: Azufre: l•mite m„ximo m„ximo aproximado: aproximado: 0,04%. 0,04%. El azufre azufre con el hierro forma sulfuro, sulfuro, el que, que, conjuntament conjuntamentee con la austenita, da lugar a un eut‚ctico cuyo punto de fusi€n es bajo y que, por lo tanto, aparece en bordes de grano. Cuando los lingotes de acero colado deben ser laminados en caliente, dicho eut‚ctico se encuentra en estado l•quido, lo que provoca el desgranamiento del material. Se controla la presencia de sulfuro mediante el agregado de manganeso. El manganeso tiene mayor afinidad por el azufre que el hierro por lo que en lugar de FeS se forma MnS que tiene alto punto de fusi€n y buenas propiedades pl„sticas. El contenido de Mn debe ser aproximadamente cinco veces la concentraci€n de S para que se produzca la reacci€n. El resultado final, una vez eliminados los gases causantes, es una fundici€n menos porosa, y por lo tanto de mayor calidad. Aunque se considera un elemento perjudicial, su presencia es positiva para mejorar la maquinabilidad en los procesos de mecanizado. Cuando el porcentaje de azufre es alto puede causar poros en la soldadura.  F€sforo: F€sforo: l•mite m„ximo m„ximo aproximado: aproximado: 0,04%. 0,04%. El f€sforo f€sforo resulta resulta perjudicial, perjudicial, ya sea al disolver disolverse se en la ferrita, pues pues disminuye la ductilidad, como tambi‚n por formar FeP (fosfuro de hierro). El fosfuro de hierro, junto con la austenita y la cementita, forma un eut‚ctico ternario denominado esteadita, el que es sumamente fr„gil y posee un punto de fusi€n relativamente bajo, por lo cual aparece en bordes de grano, transmiti‚ndole al material su fragilidad.

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11 Aunque se considera un elemento perjudicial en los aceros, porque reduce la ductilidad y la tenacidad, haci‚ndolo quebradizo, a veces se agrega para aumentar la resistencia a la tensi€n y mejorar la maquinabilidad.

Desgaste Es la degradaci€n f•sica (p‚rdida o ganancia de material, aparici€n de grietas, deformaci€n pl„stica, cambios estructurales como transformaci€n de fase o recristalizaci€n, fen€menos de corrosi€n, etc.) debido al movimiento entre la superficie de un material s€lido y uno o varios elementos de contacto.

Tratamientos del acero Tratamientos superficiales Debido a la facilidad que tiene el acero para oxidarse cuando entra en contacto con la atm€sfera o con el agua, es necesario y conveniente proteger la superficie de los componentes de acero para protegerles de la oxidaci€n y corrosi€n. Muchos tratamientos superficiales est„n muy relacionados con aspectos embellecedores y decorativos de los metales. Los tratamientos superficiales m„s usados son los siguientes:  Cincado: tratamiento superficial antioxidante por proceso electrol•tico o mec„nico al que se somete a diferentes componentes met„licos.  Cromado: recubrimiento superficial para proteger de la oxidaci€n y embellecer.  Galvanizado: tratamiento superficial que se da a la chapa de acero.  Niquelado: baŒo de n•quel con el que se protege un metal de la oxidaci€n.  Pavonado: tratamiento superficial que se da a piezas pequeŒas de acero, como la torniller•a.  Pintura: usado especialmente en estructuras, autom€viles, barcos, etc. Tratamientos t‡rmicos Un proceso de tratamiento t‚rmico adecuado permite aumentar significativamente las propiedades mec„nicas de dureza, tenacidad y resistencia mec„nica del acero. Los tratamientos t‚rmicos cambian la microestructura del material, con lo que las propiedades macrosc€picas del acero tambi‚n son alteradas. Los tratamientos t‚rmicos que pueden aplicarse al acero sin cambiar en su composici€n qu•mica son:    

temple revenido recocido normalizado

Los tratamientos termoqu•micos son tratamientos t‚rmicos en los que, adem„s de los cambios en la estructura del acero, tambi‚n se producen cambios en la composici€n qu•mica de la capa superficial, aŒadiendo diferentes productos qu•micos hasta una profundidad determinada. Estos Rodamiento de acero templado. tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atm€sferas especiales. Entre los objetivos m„s comunes de estos tratamientos est„n aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el nƒcleo m„s blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante, aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a fatiga o aumentar la resistencia a la corrosi€n.

Acero  Cementaci€ Cementaci€nn (C): aumenta aumenta la dureza superfici superficial al de una pieza de acero acero dulce, aumentand aumentandoo la concentraci€n concentraci€n de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atm€sfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona perif‚rica, obteni‚ndose despu‚s, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el nƒcleo.  Nitruraci€n Nitruraci€n (N): al igual igual que la cementaci€n, cementaci€n, aumenta aumenta la dureza dureza superficial, superficial, aunque aunque lo hace en mayor mayor medida, incorporando nitr€geno en la composici€n de la superficie de la pieza. Se logra calentando el acero a temperaturas comprendidas entre 400 y 525 ‡C, dentro de una corriente de gas amon•aco, m„s nitr€geno.  Cianuraci€n Cianuraci€n (C+N): (C+N): endurecimien endurecimiento to superficial superficial de pequeŒas pequeŒas piezas de acero. acero. Se utilizan baŒos con cianuro, cianuro, carbonato y cianato s€dico. Se aplican temperaturas entre 760 y 950 ‡C.  Carbonitrurac Carbonitruraci€n i€n (C+N): (C+N): al igual que la cianuraci€n cianuraci€n,, introduce introduce carbono y nitr€geno nitr€geno en una capa capa superficial, superficial, pero pero con hidrocarburos como metano, etano o propano; amon•aco (NH3) y mon€xido de carbono (CO). En el proceso se requieren temperaturas de 650 a 850 ‡C y es necesario realizar un temple y un revenido posterior.  Sulfinizaci€ Sulfinizaci€nn (S+N+C): (S+N+C): aumenta la resisten resistencia cia al desgaste desgaste por acci€n acci€n del azufre. azufre. El azufre se incorpor€ incorpor€ al metal metal por calentamiento a baja temperatura (565 ‡C) en un baŒo de sales. Entre los factores que afectan a los procesos de tratamiento t‚rmico del acero se encuentran la temperatura y el tiempo durante el que se expone a dichas condiciones al material. Otro factor determinante es la forma en la que el acero vuelve a la temperatura ambiente. El enfriamiento del proceso puede incluir su inmersi€n en aceite o el uso del aire como refrigerante. El m‚todo del tratamiento t‚rmico, incluyendo su enfriamiento, influye en que el acero tome sus propiedades comerciales. Segƒn ese m‚todo, en algunos sistemas de clasificaci€n, se le asigna un prefijo indicativo del tipo. Por ejemplo, el acero O-1, o A2, A6 (o S7) donde la letra "O" es indicativo del uso de aceite (del ingl‚s: oil quenched ), ), y "A" es la inicial de aire; el prefijo "S" es indicativo que el acero ha sido tratado y considerado resistente al golpeo (Shock  resistant ). ).

Mecanizado del acero Acero laminado El acero que se utiliza para la construcci€n de estructuras met„licas y obras pƒblicas, se obtiene a trav‚s de la laminaci€n de acero en una serie de perfiles normalizados. El proceso de laminado consiste en calentar previamente los lingotes de acero fundido a una temperatura que permita la deformaci€n del lingote por un proceso de estiramiento y desbaste que se produce en una cadena de cilindros a presi€n llamado tren de laminaci€n. Estos cilindros van formando el perfil deseado hasta conseguir las medidas que se requieran. Las dimensiones de las secciones conseguidas de esta forma no se ajustan a las tolerancias requeridas y por eso muchas veces los productos laminados hay que someterlos a fases de mecanizado para ajustar sus dimensiones a la tolerancia requerida.

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Acero forjado La forja es el proceso que modifica la forma de los metales por deformaci€n pl„stica cuando se somete al acero a una presi€n o a una serie continuada de impactos. La forja generalmente se realiza a altas temperaturas porque as• se mejora la calidad metalƒrgica y las propiedades mec„nicas del acero. El sentido de la forja de piezas de acero es reducir al m„ximo posible la cantidad de material que debe eliminarse de las piezas en sus procesos de mecanizado. En la forja por estampaci€n la fluencia del material queda limitada a la cavidad de la estampa, compuesta por dos matrices que tienen grabada la forma de la pieza que se desea conseguir. Acero corrugado El acero corrugado es una clase de acero laminado usado especialmente en construcci€n, para emplearlo en hormig€n armado. Se trata de barras de acero que presentan resaltos o corrugas que mejoran la adherencia con el hormig€n. Est„ dotado de una gran ductilidad, la cual permite que a la hora de cortar y doblar no sufra daŒos, y tiene una gran soldabilidad, todo ello para que estas operaciones resulten m„s seguras y con un menor gasto energ‚tico.

Biela motor de acero forjado

Las barras de acero corrugado est„n normalizadas. Por ejemplo, en EspaŒa las regulan las normas: UNE 36068:1994- UNE 36065:2000  ƒ UNE36811:1998. UNE36811:1998. Las barras de acero corrugados se producen en una gama de di„metros que van de 6 a 40 mm, en la que se cita la secci€n en cm’ que cada barra tiene as• como su peso en kg. Las barras inferiores o iguales a 16 mm de di„metro se pueden suministrar en barras o rollos, para di„metros superiores a 16 siempre se suministran en forma de barras.

Malla de acero corrugado

Las barras de producto corrugado tienen unas caracter•sticas t‚cnicas que deben cumplir, para asegurar el c„lculo correspondiente de las estructuras de hormig€n armado. Entre las caracter•sticas t‚cnicas destacan las siguientes, todas ellas se determinan mediante el ensayo

de tracci€n:      

l•mite l•mite el„s el„sti tico co Re Re (Mpa (Mpa)) carga unitaria unitaria de rotura rotura o resistenci resistenciaa a la tracci tracci€n €n Rm (MPa) (MPa) alarga alargamie miento nto de rotura rotura A5 (%) alarga alargamie miento nto bajo bajo carg cargaa m„xima m„xima Agt Agt (%) (%) rela relaci ci€n €n ent entre re car carga gass Rm/R Rm/Ree m€du m€dulo lo de Youn Youngg E

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Estampado del acero La estampaci€n del acero consiste en un proceso de mecanizado sin arranque de viruta donde a la plancha de acero se la somete por medio de prensas adecuadas a procesos de embutici€n y estampaci€n para la consecuci€n de determinadas piezas met„licas. Para ello en las prensas se colocan los moldes adecuados. Troquelaci€n del acero La troquelaci€n del acero consiste en un proceso de mecanizado sin arranque de viruta donde se perforan todo tipo de agujeros en la plancha de acero por medio de prensas de impactos donde tienen colocados sus respectivos troqueles y matrices.

Puerta autom€vil troquelada y estampada

Mecanizado blando Las piezas de acero permiten mecanizarse en procesos de arranque de virutas en m„quinas-herramientas (taladro, torno, fresadora, centros de mecanizado CNC, etc.) luego endurecerlas por tratamiento t‚rmico y terminar los mecanizados por procedimientos abrasivos en los diferentes tipos de rectificadoras que existen. Rectificado El proceso de rectificado permite obtener muy buenas calidades de acabado superficial y medidas con tolerancias muy estrechas, que son muy beneficiosas para la construcci€n de maquinaria y equipos de calidad. Pero el tamaŒo de la pieza y la capacidad de desplazamiento de la rectificadora pueden presentar un obst„culo.

Torno paralelo moderno

Mecanizado duro En ocasiones especiales, el tratamiento t‚rmico del acero puede llevarse a cabo antes del mecanizado en procesos de arranque de virutas, dependiendo del tipo de acero y los requerimientos que deben ser observados para determinada pieza. Con esto, se debe tomar en cuenta que las herramientas necesarias para dichos trabajos deben ser muy fuertes por llegar a sufrir desgaste apresurado en su vida ƒtil. Estas ocasiones peculiares, se pueden presentar cuando las tolerancias de fabricaci€n son tan estrechas que no se permita la inducci€n de calor en tratamiento por llegar a alterar la geometr•a del trabajo, o tambi‚n por causa de la misma composici€n del lote del material (por ejemplo, las piezas se est„n encogiendo mucho por ser tratadas). En ocasiones es preferible el mecanizado despu‚s del tratamiento t‚rmico, ya que la estabilidad €ptima del material ha sido alcanzada y, dependiendo de la composici€n y el tratamiento, el mismo proceso de mecanizado no es mucho m„s dif•cil.

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Mecanizado por descarga el‡ctrica En algunos procesos de fabricaci€n que se basan en la descarga el‚ctrica con el uso de electrodos, la dureza del acero no hace una diferencia notable. Taladrado profundo En muchas situaciones, la dureza del acero es determinante para un resultado exitoso, como por ejemplo en el taladrado profundo al procurar que un agujero mantenga su posici€n referente al eje de rotaci€n de la broca de carburo. O por ejemplo, si el acero ha sido endurecido por ser tratado t‚rmicamente y por otro siguiente tratamiento t‚rmico se ha suavizado, la consistencia puede ser demasiado suave para beneficiar el proceso, puesto que la trayectoria de la broca tender„ a desviarse. Doblado El doblado del acero que ha sido tratado t‚rmicamente no es muy recomendable pues el proceso de doblado en fr•o del material endurecido es m„s dif•cil y el material muy probablemente se haya tornado demasiado quebradizo para ser doblado; el proceso de doblado empleando antorchas u otros m‚todos para aplicar calor tampoco es recomendable puesto que al volver a aplicar calor al metal duro, la integridad de este cambia y puede ser comprometida. Perfiles de acero Para su uso en construcci€n, el acero se distribuye en perfiles met„licos, siendo ‚stos de diferentes caracter•sticas segƒn su forma y dimensiones y debi‚ndose usar espec•ficamente para una funci€n concreta, ya sean vigas o pilares.

Armadura para un pilote (cimentaci€n) de secci€n circular

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Aplicaciones El acero en sus distintas clases est„ presente de forma abrumadora en nuestra vida cotidiana en forma de herramientas, utensilios, equipos mec„nicos y formando parte de electrodom‚sticos y maquinaria en general as• como en las estructuras de las viviendas que habitamos y en la gran mayor•a de los edificios modernos. En este contexto existe la versi€n moderna de perfiles de acero denominada Metalc€n. Los fabricantes de medios de transporte de mercanc•as (camiones) y los de maquinaria agr•cola son grandes consumidores de acero. Tambi‚n son grandes consumidores de acero las actividades constructoras de •ndole ferroviario desde la construcci€n de infraestructuras viarias as• como la fabricaci€n de todo tipo de material rodante. Otro tanto cabe decir de la industria fabricante de armamento, especialmente la dedicada a construir armamento pesado, veh•culos blindados y acorazados.

Bobina de cable de acero trenzado

Tambi‚n consumen mucho acero los grandes astilleros constructores de barcos especialmente petroleros, y gasistas u otros buques cisternas. Como consumidores destacados de acero cabe citar a los fabricantes de autom€viles porque muchos de sus componentes significativos son de acero. A modo de ejemplo cabe citar los siguientes componentes del autom€vil que son de acero:  Son de acero forjado forjado entre otros otros componentes componentes:: cig“eŒal, cig“eŒal, bielas, bielas, piŒones, piŒones, ejes de transmisi€n transmisi€n de caja caja de velocidades y brazos de articulaci€n de la direcci€n.  De chapa de de estampaci€n estampaci€n son son las puertas puertas y dem„s dem„s componentes componentes de de la carrocer•a. carrocer•a.  De acero acero laminado laminado son son los perfiles perfiles que conforman conforman el el bastidor. bastidor.  Son de acero todos todos los muelles muelles que incorporan incorporan como por ejemplo; ejemplo; muelles muelles de v„lvulas, v„lvulas, de asientos asientos,, de prensa embrague, de amortiguadores, etc.  De acero de gran gran calidad calidad son todos todos los rodamient rodamientos os que montan montan los autom€vil autom€viles. es.  De chapa troquelada son las llantas de las ruedas, ruedas, excepto las de alta gama que son de aleaciones aleaciones de aluminio.  De acero acero son son todos todos los los torni tornillo lloss y tuerca tuercas. s. Cabe destacar que cuando el autom€vil pasa a desguace por su antig“edad y deterioro se separan todas las piezas de acero, son convertidas en chatarra y son reciclados de nuevo en acero mediante hornos el‚ctricos y trenes de laminaci€n o piezas de fundici€n de hierro.

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Ensayos mecƒnicos del acero Cuando un t‚cnico proyecta una estructura met„lica, diseŒa una herramienta o una m„quina, define las calidades y prestaciones que tienen que tener los materiales constituyentes. Como hay muchos tipos de aceros diferentes y, adem„s, se pueden variar sus prestaciones con tratamientos t‚rmicos, se establecen una serie de ensayos mec„nicos 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 roturas. Hay dos tipos de ensayos, unos que pueden ser destructivos y otros no destructivos. Todos los aceros tienen estandarizados los valores de referencia de cada tipo de ensayo al que se le somete. Ensayos no destructivos

Dur€metro

Los ensayos no destructivos son los siguientes:     

ensayo ensayo microsc€pic microsc€picoo y rugosidad rugosidad superficia superficial: l: microscopios microscopios y rugos•m rugos•metros etros ensa ensayo yoss por por ultr ultras ason onid idos os ensayo ensayoss por por l•qui l•quidos dos penetr penetrant antes es ensayo ensayoss por por part•c part•cula ulass magn‚ magn‚tic ticas as ensayo ensayo de dureza dureza (Brinell, (Brinell, Rockwe Rockwell, ll, Vickers); Vickers); median mediante te dur€metros dur€metros..

Ensayos destructivos Los ensayos destructivos son los siguientes:        

ensayo ensayo de trac tracci€ ci€nn con probe probeta ta norma normaliz lizada ada ensa ensayo yo de resi resili lien enci ciaa ensayo ensayo de compresi€n compresi€n con probeta probeta normali normalizada zada ensa ensayo yo de de cciz izal alla lami mien ento to ensa ensayo yo de flex flexi€ i€nn ensa ensayo yo de tors torsi€ i€nn ensa ensayo yo de pleg plegad adoo ensa ensayo yo de fati fatiga ga

Curva del ensayo de tracci€n

Producci€n y consumo de acero Evoluci€n del consumo mundial de acero (2005) El consumo mundial de productos acabados de acero acabados en 2005 super€ los mil millones de toneladas. La evoluci€n del consumo resulta sumamente dispar entre las principales regiones geogr„ficas. China registr€ un incremento del consumo aparente del 23% y representa en la actualidad pr„cticamente un 32% de la demanda mundial de acero. En el resto, tras un aŒo 2004 marcado por un significativo aumento de los stocks motivado por las previsiones de incremento de precios, el ejercicio 2005 se caracteriz€ por un fen€meno de reducci€n de stocks, registr„ndose la siguiente evoluci€n: -6% en Europa (UE25), -7% en Norteam‚rica, 0% en Sudam‚rica, +5% en CEI, +5% en Asia (excluida China), +3% en Oriente Medio.

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Producci€n mundial de acero (2005) La producci€n mundial de acero bruto en 2005 ascendi€ a 1.129,4 millones de toneladas, lo que supone un incremento del 5,9% con respecto a 2004. Esa evoluci€n result€ dispar en las diferentes regiones geogr„ficas. El aumento registrado se debe fundamentalmente a las empresas siderƒrgicas chinas, cuya producci€n se increment€ en un 24,6%, situ„ndose en 349,4 millones de toneladas, lo que representa el 31% de la producci€n mundial, frente al 26,3% en 2004. Se observ€ asimismo un incremento en India (+16,7%). La contribuci€n japonesa se ha mantenido estable. Asia en conjunto produce actualmente la mitad del acero mundial. Mientras que el volumen de producci€n de las empresas siderƒrgicas europeas y norteamericanas se redujo r edujo en un 3,6% y un 5,3% respectivamente. La distribuci€n de la producci€n de acero en 2005 fue la siguiente segƒn cifras estimadas por el  International Iron and Steel Institute (IISI) en enero de 2006: Europa

 

UE-27 CEI

331

186 113

Norteam‡rica y Centroam‡rica 134



EE. UU.

99,7

Sudam‡rica



Brasil Asia

 

China Jap€n Resto del mundo

45

32,9 508

280 112 39,3

 Datos en millones de de toneladas

Reciclaje del acero El acero, al igual que otros metales, puede ser reciclado. Al final de su vida ƒtil, todos los elementos construidos en acero como m„quinas, estructuras, barcos, autom€viles, trenes, etc., se pueden desguazar, separando los diferentes materiales componentes y originando unos desechos seleccionados llamados comƒnmente chatarra. La misma es prensada en bloques que se vuelven a enviar a la acer•a para ser reutilizados. De esta forma se reduce el gasto en materias primas y en energ•a que deben desembolsarse en la fabricaci€n del acero. Se estima que la chatarra reciclada cubre el 40% de las necesidades mundiales de acero (cifra de 2006).

Colada continua de una acer•a.

C€digo de reciclaje del acero

El proceso de reciclado se realiza bajo las normas de prevenci€n de riesgos laborales y las medioambientales. El horno en que se funde la chatarra tiene un alto

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consumo de electricidad, por lo que se enciende generalmente cuando la demanda de electricidad es menor. Adem„s, en distintas etapas del reciclaje se colocan detectores de radioactividad, como por ejemplo en en la entrada de los camiones que transportan la chatarra a las industrias de reciclaje. Cuidado con la manipulaci€n de la chatarra El personal que manipula chatarra debe estar siempre vacunado contra la infecci€n del t‚tanos, pues puede infectarse al sufrir alguna herida con la chatarra. Cualquier persona que sufra un corte con un elemento de acero, debe acudir a un centro m‚dico y recibir dicha vacuna, o un refuerzo de la misma si la recibi€ con anterioridad.

Referencias [1] Aproximadamente Aproximadamente el 90% 90% del acero comercializado es "al carbono". carbono". Enciclop‚dico Hispano-Americano, Tomo I , Montaner y Sim€n [2] Diccionario Enciclop‚dico Editores, Barcelona, 1887. p.265 [3] Se estima que que el contenido en hierro de la corteza terrestre es del orden del 6% 6% en peso (http:/  / web.archive.org/  web.archive.org/ web/  web/ http:/  http:/  / www.webelements.com/  www.webelements.com/ webelements/  webelements/ elements/  elements/ text/  text/ Fe/  Fe/ geol.html), geol.html), mientras que el carb€n vegetal pudo f„cilmente obtenerse de las masas forestales para la elaboraci€n del acero por el procedimiento de la forja catalana. La industrializaci€n del acero conllev€ la sustituci€n del carb€n vegetal por el mineral cuya abundancia en la corteza terrestre se estima alrededor del 0,2% (http:/  / web.archive.org/  web.archive.org/ web/  web/ http:/  http:/  / www.webelements.com/  www.webelements.com/ webelements/  webelements/ elements/  elements/ text/  text/ C/  C/ geol.html). geol.html). [4] Civilizations in Africa: The The Iron Age Age South of the Sahara Sahara (http:/   / web.archive.org/  web.archive.org/ web/  web/ http:/  http:/  / www.wsu. www.wsu.edu/  edu/ ~dee/  ~dee/ CIVAFRCA/  CIVAFRCA/  IRONAGE.HTM) IRONAGE.HTM) [5] [5] Gern Gernet et,, 69. 69. [6] Needham, Needham, Volum Volumee 4, Part Part 1, 282. 282. [7] Robert Hartwell, 'Markets, Technology Technology and the the Structure of Enterprise in the Development Development of the Eleventh Eleventh Century Chinese Chinese Iron and Steel Economic History 26 (1966). pp. 53-54 Industry' Journal of Economic [8] Museo Museo de la metalurg metalurgia ia Elg€ibar Elg€ibar (http:/  (http:/  / www.museo-maquina-herramienta.com/  www.museo-maquina-herramienta.com/ historia/  historia/ tradizio-siderometalurgikoa) tradizio-siderometalurgikoa) [9] Museo Museo de la Metalurgi Metalurgiaa Elg€ibar Elg€ibar (http:/  (http:/  / www.museo-maquina-herramienta.com/  www.museo-maquina-herramienta.com/ historia/  historia/ tradizio-siderometalurgikoa) tradizio-siderometalurgikoa) [10] Constance Constance Tripper Tripper (http:/  (http:/   / www-g.eng. www-g.eng.cam. cam.ac. ac.uk/  uk/ 125/  125/ 1925-1950/ tipper.html), 1925-1950/ tipper.html), del Departamento de Ingenier•a de la Universidad de Cambridge, determin€ que las roturas en el casco de los cargueros Liberty se debieron a que el acero fue sometido a temperatura suficientemente baja para que mostrara comportamiento fr„gil y estableciendo en consecuencia la existencia de una temperatura de transici€n dƒctil-fr„gil. [11] Informaci€n sobre sobre el punto punto de fusi€n del del acero (http:/  (http:/  / education.jlab.org/  education.jlab.org/ qa/  qa/ meltingpoint_01.html) meltingpoint_01.html) [12] Temperaturas aproximadas aproximadas de de fusi€n y ebullici€n del acero (http:/  (http:/  / www.newton. www.newton.dep. dep.anl. anl.gov/  gov/ askasci/  askasci/ chem99/  chem99/ chem99021. chem99021. htm) [13] [13] Datos Datos (http: (http:/ /  / www.ndt-ed. www.ndt-ed.org/  org/ GeneralResources/  GeneralResources/ MaterialProperties/  MaterialProperties/ ET/  ET/ ET_matlprop_Misc_Matls.htm) ET_matlprop_Misc_Matls.htm) de resistividad de algunos materiales (en ingl‚s) [14] Tabla de perfiles perfiles IPN normali normalizado zadoss (http:/  (http:/  / www.uib.es/  www.uib.es/ facultat/  facultat/ ciencies/  ciencies/ prof/  prof/ victor.martinez/  victor.martinez/ assignatures/  assignatures/ sismec/  sismec/ material/  material/  perfils_laminats.pdf) perfils_laminats.pdf) [15] Norma Norma UNE 36010 36010 (http:/  (http:/   / www.nazaretti.org/  www.nazaretti.org/ standreu/  standreu/ general/  general/ activitats/  activitats/ celebracions/  celebracions/ altres/  altres/ telematica/  telematica/ acer/  acer/ clasif2.htm) clasif2.htm) [16] Convencionalmente Convencionalmente al sub•ndice del del punto cr•tico acompaŒa acompaŒa una letra que indica si la la temperatura se ha determinado determinado durante el enfriamiento (r , del franc‚s refroidissement ) o el calentamiento (c, del franc‚s chauffage) ya que por fen€menos de hist‚resis los valores num‚ricos difieren. [17] Tabla de los porcentajes admisibles de ocho componentes en los los aceros normalizados normalizados AISI/SAE (http:/  / www2.ing. www2.ing.puc. puc.cl/  cl/ ~icm2312/  ~icm2312/  apuntes/ materiales/  materiales/ tabla2-3.html) tabla2-3.html) Compactos de chatarra en las instalaciones del Central European Waste Management en Wels, Austria.

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Siderurgia

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Siderurgia  Acerƒa redirige aquƒ, para otros otros usos ver Acerƒa (desambiguaci•n) (desambiguaci•n)

Se denomina siderurgia (del griego †‡ˆ‰Š‹Œ, sƒderos, "hierro") a la t‚cnica del tratamiento del mineral de hierro para obtener diferentes tipos de ‚ste o de sus aleaciones. El proceso de transformaci€n del mineral de hierro comienza desde su extracci€n en las minas. El hierro se encuentra presente en la naturaleza en forma de €xidos, hidr€xidos, carbonatos, silicatos y sulfuros. Los m„s utilizados por la siderurgia son los €xidos, hidr€xidos y carbonatos. Los procesos b„sicos de transformaci€n son los siguientes: ”xidos -> hematita (Fe2O3) y la magnetita (Fe3O4)

Planta siderƒrgica en Luxemburgo.

Hidr€xidos -> Limonita Carbonatos -> Siderita o carbonato de hierro (FeCO3) Estos minerales se encuentran combinados en rocas, las cuales contienen elementos indeseados denominados gangas. Parte de la ganga puede ser separada del mineral de hierro antes de su env•o a la siderurgia, existiendo principalmente dos m‚todos de separaci€n:  Imantaci€n: consiste en hacer pasar las rocas por un cilindro imantado de modo que aquellas que contengan mineral de hierro se adhieran al cilindro y caigan separadas de las otras rocas, que Un trabajador en unos altos hornos de hierro y acero precipitan en un sector aparte. El inconveniente de este proceso reside en que la mayor•a de las reservas de minerales de hierro se encuentra en forma de hematita, la cual no es magn‚tica.  Separaci€n por densidad: se sumergen todas las rocas en agua, la cual tiene una densidad intermedia entre la ganga y el mineral de hierro. El inconveniente de este m‚todo es que el mineral se humedece siendo esto perjudicial en el proceso siderƒrgico. Una vez realizada la separaci€n, el mineral de hierro es llevado a la planta siderƒrgica donde ser„ procesado para convertirlo primeramente en arrabio y posteriormente en acero.

Siderurgia

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Siderurgias integrales y acer‚as Se denomina siderurgia o siderurgia integral a una planta industrial dedicada al proceso completo de producir acero a partir del mineral de hierro, mientras que se denomina acer•a a una planta industrial dedicada exclusivamente a la producci€n y elaboraci€n de acero partiendo de otro acero o de hierro.

Proceso de producci€n El acero es una aleaci€n de hierro y carbono. Se produce en un proceso de dos fases. Primero el mineral de hierro es reducido o fundido con coque y piedra p€mez, produciendo hierro fundido que es moldeado como arrabio o conducido a la siguiente fase como hierro fundido. La segunda fase, la de aceraci€n, tiene por objetivo reducir el alto contenido de carbono introducido al fundir el mineral y eliminar las impurezas tales como azufre y f€sforo, al mismo tiempo que algunos elementos como manganeso, n•quel, hierro o vanadio son aŒadidos en forma de ferro-aleaciones para producir el tipo de acero demandado. En las instalaciones de colada y laminaci€n se convierte el acero bruto fundido en lingotes o en laminados; desbastes cuadrados (gangas) o planos (flog) y posteriormente en perfiles o chapas, laminadas en caliente o en fr•o.

Procesos en plantas integrales Una planta integral tiene todas las instalaciones necesarias para la producci€n de acero en diferentes formatos.       

Hornos de coque: coque: obtener obtener del del carb€n carb€n coque coque y gas. gas. Altos Hornos: Hornos: convert convertir ir el mineral mineral en hierro fundido fundido Acer•a: Acer•a: conversi€n conversi€n del del hierro hierro fundido fundido o el el arrabio arrabio en acero acero Moldeado: Moldeado: producir producir grandes grandes lingotes lingotes (tochos (tochos o grandes grandes piezas piezas de fundici€ fundici€nn de acero) Trenes Trenes de laminaci€n laminaci€n desbasta desbastadores dores:: reducir el tamaŒo tamaŒo de los lingote lingotess produciendo produciendo bloms y slabs Trenes Trenes de laminaci€ laminaci€nn de acabado: acabado: estruc estructuras turas y chapas chapas en caliente caliente Trenes Trenes de de laminac laminaci€n i€n en en fr•o: fr•o: chapas chapas y flejes flejes

Las materias primas para una planta integral son mineral de hierro, caliza y coque. Estos materiales son cargados en capas sucesivas y continuas en un alto horno donde la combusti€n del carb€n ayudada por soplado de aire y la presencia de caliza funde el hierro contenido en el mineral, que se transforma en hierro l•quido con un alto contenido en carbono. A intervalos, el hierro l•quido acumulado en el alto horno es transformado en lingotes de arrabio o llevado l•quido directamente en contenedores refractarios a las acer•as. Hist€ricamente el proceso desarrollado por Henry Bessemer ha sido la estrella en la producci€n econ€mica de acero, pero actualmente ha sido superado en eficacia por los procesos con soplado de ox•geno, especialmente los procesos conocidos como Acer•as LD. El acero fundido puede seguir dos caminos: la colada continua o la colada cl„sica. En la colada continua el acero fundido es colado en grandes bloques de acero conocidos como tochos. Durante el proceso de colada continua puede mejorarse la calidad del acero mediante adiciones como, por ejemplo, aluminio, para que las

Foto del complejo siderƒrgico SOMISA, en Argentina.

Siderurgia impurezas „floten… y salgan al final de la colada pudi‚ndose cortar el final del ƒltimo lingote que contiene las impurezas. La colada cl„sica pasa por una fase intermedia que vierte el acero l•quido en lingoteras cuadradas o rectangulares (petacas) segƒn sea el acero se destine a producir perfiles o chapas. Estos lingotes deben ser recalentados en hornos antes de ser laminados en trenes desbastadores para obtener bloques cuadrados (bloms) para laminar perfiles o planos rectangulares (slabs) para laminar chapas planas o en bobinas pesadas. Debido al coste de la energ•a y a los esfuerzos estructurales asociados con el calentamiento y coladas de un alto horno, estas instalaciones primarias deben operar en campaŒas de producci€n continua de varios aŒos de duraci€n. Incluso durante periodos de ca•da de la demanda de acero no es posible dejar que un alto horno se enfr•e, aƒn cuando son posibles ciertos ajustes de la producci€n. Las siderƒrgicas integrales son rentables con una capacidad de producci€n superior a los 2.000.000 de toneladas anuales y sus productos finales son, generalmente, grandes secciones estructurales, chapa pesada, redondos pesados, rieles de ferrocarril y, en algunos casos, palanquillas y tuber•a pesada. Un grave inconveniente ambiental asociado a las siderƒrgicas integrales es la contaminaci€n producida por sus hornos de coque, producto esencial para la reducci€n del mineral de hierro en el alto horno. Por otra parte, con el fin de reducir costes de producci€n las plantas integrales pueden tener instalaciones complementarias caracter•sticas de las acer•as especializadas: hornos el‚ctricos, coladas continuas, trenes de laminaci€n comerciales o laminaci€n en fr•o. La capacidad mundial de producci€n de acero en plantas integrales est„ cerca de la demanda global, as• la competencia entre productores hace que s€lo sean viables los m„s eficaces. Sin embargo, debido al alto nivel de empleo de estas instalaciones, los gobiernos a menudo las ayudan financieramente antes de correr el riesgo de enfrentarse a miles de parados. Estas medidas llevan, internacionalmente, a acusaciones de pr„cticas comerciales incorrectas (dumping) y a conflictos entre pa•ses.

Procesos en acer‚as especializadas Estas plantas son productoras secundarias de aceros comerciales o plantas de producci€n de aceros especiales. Generalmente obtienen el hierro del proceso de chatarra de acero, especialmente de autom€viles, y de subproductos como sinterizados o pellets de hierro (DRI). Estos ƒltimos son de mayor coste y menor rentabilidad que la chatarra de acero por lo que su empleo se trata siempre de reducir a Foto de un laminador de chapas en caliente. cuando sea estrictamente necesario para lograr el tipo de producto a conseguir por razones t‚cnicas. Una acer•a especializada debe tener un horno el‚ctrico y „cucharas… u hornos al vac•o (convertidores) para controlar la composici€n qu•mica del acero. El acero l•quido pasa a lingoteras ligeras o a coladas continuas para dar forma s€lida al acero fundido. Tambi‚n son necesarios hornos para recalentar los lingotes y poder laminarlos. Originalmente estas acer•as fueron adoptadas para la producci€n de grandes piezas fundidas (cig“eŒas, grandes ejes, cilindros de motores n„uticos, etc.) que posteriormente se mecanizan, y para productos laminados estructurales ligeros, tales como hierros redondos de hormigonar, vigas, angulares, tuber•a, rieles ligeros, etc. A partir de los aŒos 1980 el ‚xito en el moldeado directo de barras en colada continua ha hecho productiva esta modalidad. Actualmente estas plantas tienden a reducir su tamaŒo y especializarse. Con frecuencia, con el fin de tener ventajas en los menores costes laborales, se empiezan a construir acer•as especializadaz en „reas que no tienen otras plantas de proceso de aceros, orient„ndose a la fabricaci€n de piezas para transportes, construcci€n, estructuras met„licas, maquinaria, etc.

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Siderurgia Las capacidadez de estas plantas pueden alcanzar alrededor del mill€n de toneladas anuales, siendo sus dimensiones m„s corrientes en aceros comerciales o de bajas aleaciones del rango 200.000 a 400.000 toneladas anuales. Las plantas m„s antiguas y las de producci€n de aceros con aleaciones especiales para herramientas y similares pueden tener capacidades del orden de 50.000 toneladas anuales o menores. Dadas sus caracter•sticas t‚cnicas, los hornos el‚ctricos pueden arrancarse o parar con cierta facilidad lo que les permite trabajar 24 horas al d•a con alta demanda o cortar la producci€n cuando la demanda cae. Laminadoras Las laminadoras son las m„quinas encargadas de laminar, es decir, de aplanar el acero surgido del proceso de metalurgia y fundici€n para crear materia prima de acero en forma de planchas o l„minas, que pueden ser estampadas, troqueladas y/o enchapadas para obtener productos secundarios del acero como autom€viles o autopartes, ferrajes y otros. Estas s€lo comprenden las siguientes clases de m„quinas para el proceso: trenes de laminaci€n, tren de alambr€n, de perfiles comerciales o chapa fr•a. Para satisfacer las necesidades del proceso, esta clase de acero usado en este proceso contiene un bajo porcentaje de carbono, para darle mayor maleabilidad.

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Fuentes y contribuyentes del art•culo

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Fuentes de imagen, Licencias y contribuyentes

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M“ller, GeorgHH, Maksim Archivo:Diagrama Fe C zona de los aceros.svg  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Arch .php?title=Archivo:Diagrama_F ivo:Diagrama_Fe_C_zona_de_l e_C_zona_de_los_aceros.svg os_aceros.svg  Licencia: Creative Commons Attribution 2.5 Contribuyentes: Willy Archivo:Allegheny Ludlum steel furnace.jpg  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/inde http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Arc x.php?title=Archivo:Allegheny_L hivo:Allegheny_Ludlum_steel_furna udlum_steel_furnace.jpg ce.jpg  Licencia: Public Domain Contribuyentes: Alfred T. Palmer Archivo:Four-point-contact-bearing din628 type-qj 120.png  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Arch .php?title=Archivo:Four-point-conta ivo:Four-point-contact-bearing_din628 ct-bearing_din628_type-qj_120.png _type-qj_120.png Licencia: Creative Commons Attribution 2.5 Contribuyentes: Silberwolf  Archivo:Kolben-Pleuel.jpg  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index. http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archi php?title=Archivo:Kolben-Pleue vo:Kolben-Pleuel.jpg l.jpg  Licencia: GNU Free Documentation Documentation License Contribuyentes: Andy Dingley, Rouvix, Stahlkocher, Unixxx Archivo:Trebar.jpg  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/inde http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Arc x.php?title=Archivo:Trebar.jpg hivo:Trebar.jpg  Licencia: Public Domain Contribuyentes: User:Johan Lont Archivo:Tailored Blank Hoesch Museum.jpg  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Arch .php?title=Archivo:Tailored_Bla ivo:Tailored_Blank_Hoesch_Muse nk_Hoesch_Museum.jpg um.jpg  Licencia: GNU Free Documentation License Contribuyentes: Stahlkocher Archivo:HwacheonCentreLathe 460x1000.jpg  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/inde http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Arc x.php?title=Archivo:HwacheonC hivo:HwacheonCentreLathe_460 entreLathe_460x1000.jpg x1000.jpg  Licencia: Creative Commons Attribution-ShareAlike Attribution-ShareAlike 3.0 Unported Contribuyentes: User:graibeard Archivo:Armatura cilindrica.jpg  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index. http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archi php?title=Archivo:Armatura_cili vo:Armatura_cilindrica.jpg ndrica.jpg  Licencia: Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported Contribuyentes: Luigi Chiesa Archivo:Steel wire rope.png  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Arch .php?title=Archivo:Steel_wire ivo:Steel_wire_rope.png _rope.png  Licencia: Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Contribuyentes: Johannes 'volty' Hemmerlein Archivo:Durometro.JPG  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/inde http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Arc x.php?title=Archivo:Durometro.JP hivo:Durometro.JPG G  Licencia: Creative Commons Attribution-Sharealike Attribution-Sharealike 2.5 Contribuyentes: Frobles Archivo:Traction curve.svg  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/inde http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Arc x.php?title=Archivo:Traction_cu hivo:Traction_curve.svg rve.svg  Licencia: Public Domain Contribuyentes: JMPerez Archivo:Palanquilla.jpg  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/inde http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Arc x.php?title=Archivo:Palanquill hivo:Palanquilla.jpg a.jpg  Licencia: Public Domain Contribuyentes: Idus Druida Archivo:Recycling-Code-40.svg  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index. http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archi php?title=Archivo:Recycling-C vo:Recycling-Code-40.svg ode-40.svg  Licencia: Creative Commons Attribution 2.5 Contribuyentes: User:Moebius1 Archivo:Steel recycling bales.jpg  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Arch .php?title=Archivo:Steel_rec ivo:Steel_recycling_bales. ycling_bales.jpg jpg  Licencia: Creative Commons Attribution-Sharealike 2.5 Contribuyentes: blahedo Archivo:Commons-logo.svg  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/inde http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Arc x.php?title=Archivo:Commons-logo hivo:Commons-logo.svg .svg  Licencia: logo Contribuyentes: SVG version was created by User:Grunt and cleaned up by 3247, based on the earlier PNG version, created by Reidab. 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