¿Es el acero al carbono mejor que el acero dulce?

¿O son lo mismo?

¿Es el acero al carbono mejor que el acero dulce? ¡Pregunta capciosa! El acero dulce es un tipo de acero al carbono. El elemento carbono está presente en todos los aceros. Siempre que este carbono sea el principal elemento de aleación, la aleación se considera un acero al carbono. El acero "bajo en carbono" es otro nombre para el acero dulce. Existen otros aceros al carbono, de diferentes contenidos de carbono. Cuál es mejor depende de la aplicación para la que se utilizará el acero.

Cada año se producen más de 1500 millones de toneladas de acero para fabricar productos tan diversos como agujas de coser y vigas estructurales para rascacielos. Los aceros al carbono son las aleaciones de acero más utilizadas y representan aproximadamente el 85% de toda la producción en los EE. UU. El contenido de carbono del producto está en el rango de 0-2%. Este carbono afecta la microestructura del acero, dándole una fuerza y dureza legendarias. Estas aleaciones también contienen pequeñas cantidades de manganeso, silicio y cobre. Acero dulce es un término comercial para acero con bajo contenido de carbono, donde el contenido de carbono está en el rango de 0,04 a 0,3 %.

Categorías de acero al carbono

El acero al carbono se puede clasificar según la composición química y las características del producto. El acero dulce también se incluye en la categoría de acero con bajo contenido de carbono, ya que se compone de un contenido de carbono similar. El acero al carbono simple no contiene aleaciones y se puede clasificar en cuatro categorías:

1. Acero bajo en carbono o acero dulce

El acero con bajo contenido de carbono tiene un contenido de carbono del 0,04 al 0,3 % y es el grado más común de acero al carbono. El acero dulce también se considera acero con bajo contenido de carbono, ya que se define por tener un bajo contenido de carbono de 0,05 a 0,25 %. El acero dulce es dúctil, altamente maleable y se puede utilizar para piezas de carrocería, placas y productos de alambre de automóviles. En el extremo superior del rango de bajo contenido de carbono, y con la adición de manganeso de hasta un 1,5 %, las propiedades mecánicas son adecuadas para estampados, piezas forjadas, tubos sin soldadura y placas para calderas.

2. Acero al carbono medio

El acero al carbono medio tiene un rango de carbono de 0,31 a 0,6 % y un rango de manganeso de 0,6 a 1,65 %. Este acero se puede tratar térmicamente y templar para ajustar aún más la microestructura y las propiedades mecánicas. Las aplicaciones populares incluyen ejes, ejes, engranajes, rieles y ruedas de ferrocarril.

3. Acero de alto carbono

El acero con alto contenido de carbono tiene un rango de carbono de 0,6 a 1 % con un contenido de manganeso de 0,3 a 0,9 %. Las propiedades de los aceros con alto contenido de carbono los hacen adecuados para su uso como resortes y alambres de alta resistencia. Estos productos no pueden soldarse a menos que se incluya un programa detallado de tratamiento térmico en el procedimiento de soldadura. El acero con alto contenido de carbono se utiliza para herramientas afiladas, alambres de alta resistencia y resortes.

4. Aceros de ultra alto carbono

El acero de carbono ultra alto tiene un rango de carbono de 1,25 a 2% y se conoce como una aleación experimental. El templado puede producir un acero con un gran nivel de dureza, lo cual es útil para aplicaciones como cuchillos, ejes o punzones.

Fabricación de acero al carbono

El acero al carbono y el acero dulce se fabrican en tres etapas:

Acería primaria
Acería secundaria
Reparto

Estos son seguidos por varias técnicas de acabado que tienen un efecto directo en las características del producto final.

1. Fabricación de acero primario

El acero puede fabricarse con material 100 % reciclado o con una combinación de material reciclado y acero virgen. El acero virgen se produce en un alto horno a partir de mineral de hierro, coque (producido a partir del carbón) y cal. Las materias primas se agregan a la parte superior del horno, que opera a 3000°F. A medida que el mineral de hierro se funde y se mezcla con el coque quemado, se libera carbono en el producto fundido. Las impurezas son absorbidas por la cal en una escoria en la superficie, que se puede desnatar del acero líquido. El producto en esta etapa contiene aproximadamente un 4% de carbono y todavía tiene algunas impurezas presentes. El acero virgen fundido se transfiere al horno de oxígeno básico (BOF), que ya contiene chatarra reciclada. Se inyecta oxígeno puro a través del acero líquido para oxidar el exceso de carbono y formar un producto terminado con un contenido de carbono de hasta el 1,5 %.

La chatarra de acero reciclada se puede reprocesar sin la adición de acero virgen en un horno de arco eléctrico. Los arcos eléctricos de alta potencia derriten el metal a temperaturas de hasta 3000 °F. A medida que se funde la chatarra de acero, se pueden agregar más lotes de chatarra al horno hasta alcanzar su capacidad. Una vez que se logra un baño plano de acero fundido, se inyecta oxígeno de la misma manera que en el BOF. En ambos casos, el acero fundido se extrae del horno en cucharas o baños de acero para su posterior procesamiento, mientras se elimina la escoria superficial que contiene impurezas.

2. Fabricación secundaria de acero

Las demandas del mercado de productos de acero de mayor calidad y propiedades uniformes han impulsado el desarrollo de procesos secundarios de fabricación de acero.

Horno de arco eléctrico

La composición del acero se altera en un horno de arco eléctrico agregando o eliminando componentes individuales o manipulando la temperatura.

Agitación
Los campos electromagnéticos se utilizan para inducir corrientes turbulentas en la cuchara. Este método separa fácilmente las inclusiones no metálicas, que flotan en la superficie, al tiempo que garantiza una mezcla y una composición homogéneas del acero.
Horno de cuchara
La cuchara actúa como un horno de electrodo secundario que permite un control preciso de la temperatura y la inyección medida de componentes de aleación.
Inyección en cucharón
Se inyecta gas inerte en el fondo del baño de acero. A medida que el gas se calienta y sube a través del acero fundido, se logra un efecto de agitación.
Desgasificación
Elimina hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, al mismo tiempo que reduce el contenido de azufre del producto. Varias técnicas utilizadas para desgasificar acero fundido, incluidos vacíos, inyección de gas inerte y control de temperatura.
Ajuste de la composición (burbujeo de argón sellado con soplado de oxígeno – CAS-OB)
La agitación se logra inyectando gas argón en el baño de acero sellado. Una disposición de esnórquel evita que la escoria se altere mientras se reduce el contenido de hidrógeno y las inclusiones de óxido flotan hacia la superficie. Se alimenta oxígeno al baño a través de una lanza y se agrega aluminio a través del tubo respirador, lo que brinda un mayor nivel de control de temperatura y una composición final precisa.

Acero desoxidante

Un aspecto crítico de la siderurgia secundaria es la eliminación de oxígeno. La presencia de oxígeno en el acero fundido cuando comienza a solidificarse da como resultado una reacción con el carbono para liberar gas monóxido de carbono. El control de la desoxidación se puede usar para alterar las características del producto terminado y, por lo tanto, la idoneidad del acero que se utilizará para diferentes aplicaciones.

Aceros para llantas
Los aceros para llantas son aceros no desoxidados o parcialmente desoxidados. Se producen altos niveles de monóxido de carbono durante la solidificación, lo que da como resultado una superficie de buena calidad pero con la presencia de muchos agujeros de soplado.
Aceros revestidos
Los aceros tapados siguen el mismo patrón que el esmerilado inicialmente, pero después de aproximadamente un minuto, el molde se tapa para suprimir la formación de monóxido de carbono.
Aceros semiacabados
Los aceros semiacabados se han desoxidado parcialmente antes de verterlos en el molde y, por lo general, tienen un contenido de carbono en el rango de 0,15 a 0,3 %.
Aceros calmados
Los aceros muertos se han desoxidado por completo de modo que no se forma monóxido de carbono durante la solidificación. El producto terminado tiene una estructura homogénea y sin orificios nasales. El aluminio se agrega a la cuchara o al molde como desoxidante primario para "matar" la formación de monóxido de carbono; sin embargo, hay aplicaciones donde la adición de aluminio al producto terminado no es deseable. Las alternativas al aluminio son las ferroaleaciones de manganeso y silicio o el siliciuro de calcio.

3. Reparto

Los métodos de fundición tradicionales implican levantar la cuchara con una grúa para que el acero fundido se pueda verter en moldes individuales montados en vagones de ferrocarril. Los moldes para lingotes se estrechan ligeramente para facilitar la extracción de los lingotes después de la solidificación. Los lingotes se transfieren a pozos de remojo donde se recalientan para laminar en caliente.

Las máquinas de fundición permiten la fundición continua de acero fundido en formas más adecuadas para el procesamiento posterior. Los cucharones se elevan a una plataforma elevada donde descargan el acero fundido en una artesa, que alimenta la máquina de fundición. El acero fundido se alimenta desde la artesa a un molde enfriado por agua con una placa inferior móvil. A medida que la piel de acero se solidifica, la placa se baja lentamente permitiendo que entre más acero fundido en el molde. El acero se forma en losas, tochos o palanquillas en una máquina de colada continua. El producto solidificado es arrastrado por rodillos antes de ser enderezado y cortado al final de la máquina. Este proceso puede continuar durante días o semanas sin interrupción.

Acabado en acero al carbono

Una vez que se completa el proceso de fabricación de acero al carbono, se termina mediante laminado, tratamiento térmico, tratamiento superficial o procesamiento secundario posterior.

Producto rodante

Los lingotes de colada sólida deben enrollarse en formas y tamaños más útiles, como los producidos por colada continua. El acero es comprimido y tirado por rodillos giratorios. Los rodillos giran a un ritmo más rápido que el acero cuando ingresa a la máquina, por lo que empujan el acero hacia adelante y lo comprimen.

Conformado en caliente

El acero se calienta por encima de la temperatura de recristalización para romper la microestructura recién colada. Esto produce un tamaño de grano más uniforme y una distribución uniforme del carbono dentro del acero.

Formado en frío

El conformado en frío se lleva a cabo por debajo de la temperatura de recristalización. Este proceso aumenta la resistencia a través del endurecimiento por deformación hasta en un 20%, mientras mejora el acabado y permite tolerancias más estrictas. El acero emerge del proceso de laminación como productos semielaborados en forma de tochos, palanquillas o desbastes, según las dimensiones finales. Una placa es una losa rectangular muy gruesa, una palanquilla tiene un grosor similar pero un ancho más estrecho y una losa es un producto más delgado y más ancho.

Los productos semiacabados se procesan posteriormente en productos intermedios en un tren de laminación para que queden listos para la fabricación y el procesamiento final por parte de las empresas transformadoras.

PRODUCTOS Y APLICACIONES DE CONFORMACIÓN EN FRÍO

PRODUCTOS

APLICACIONES

Flores

Aplicaciones estructurales

Barandillas

barandillas
Pasamanos
Barandillas personalizadas

Barras laminadas

Construcción de máquinas
Construcción

Platos (grosor superior a 1/4 de pulgada)

Fabricación pesada
Calderas
Puentes
Embarcaciones industriales
tanques
Barcos

Hojas (grosor por debajo de 1/4 de pulgada)

Carrocerías
Electrodomésticos
Equipo de oficina
Latas de bebida

Varillas redondas/cuadradas

Marcos de construcción
Tirantes
Ejes
Ejes

Una vez que el acero sale del tren de laminación, las empresas transformadoras utilizan diferentes técnicas de procesamiento secundario para evitar la corrosión y mejorar las propiedades del metal. La técnica predominante para hacer esto es el tratamiento térmico.

Tratamiento térmico

El propósito del tratamiento térmico del acero es manipular sus propiedades mecánicas cambiando la distribución de carbono en el producto y la microestructura interna. Al manipular las propiedades mecánicas del acero, un aumento en la ductilidad da como resultado una reducción de la dureza y la resistencia y viceversa.

Normalizar

El acero se calienta a una temperatura de aproximadamente 130 °F por encima de la temperatura crítica superior. La temperatura se mantiene hasta que todo el producto se calienta uniformemente, después de lo cual se enfría con aire. Esta es la forma más común de tratamiento térmico y le da al acero una gran resistencia y dureza.

Recocido

La temperatura del acero se eleva al estado de solución sólida durante una hora antes de enfriarse a una velocidad de 70°F por hora. Se obtiene un acero blando y dúctil sin tensiones internas.

Enfriamiento

Un proceso similar al normalizado, pero el enfriamiento se acelera al enfriar el acero en agua, salmuera o aceite. El producto resultante es muy duro, hasta cuatro veces más duro que el acero normalizado, pero muy frágil, lo que lo hace susceptible de romperse y agrietarse. Por esta razón, el enfriamiento a una temperatura predeterminada normalmente va seguido de una velocidad de enfriamiento controlada hasta la temperatura ambiente en un proceso llamado templado o alivio de tensión. Al diseñar los parámetros de temperatura y velocidad de enfriamiento durante el tratamiento térmico, las propiedades del acero se pueden controlar con precisión.

Tratamiento de superficies

Aproximadamente un tercio del acero producido se trata con un revestimiento superficial para inhibir la corrosión, mejorar la soldabilidad y la pintabilidad.

Galvanizado en caliente

El galvanizado es un proceso de aplicación de una capa superficial de zinc al acero. El acero se calienta antes de entrar en un baño de zinc, donde el zinc líquido cubre la superficie del producto. El espesor del revestimiento se controla con cuchillas de gas. Para evitar que el recubrimiento de zinc se agriete, se agrega una pequeña cantidad de aluminio a la solución de zinc.

Galvanización electrolítica

Otro proceso para aplicar una capa de zinc a los productos de acero es a través de la galvanización electrolítica. El zinc se deposita sobre la superficie del acero controlando la corriente en una solución electrolítica. Esta técnica permite un mejor control del espesor del recubrimiento. También se puede utilizar para aplicar recubrimientos diferenciales con diferentes espesores en cualquiera de las caras de un producto, o recubrimientos de aleación de zinc para optimizar las características deseadas.

Procesamiento secundario aguas abajo

Las empresas downstream procesan aún más sus materias primas de acero en productos terminados. Se utilizan diferentes técnicas de procesamiento, como el mecanizado, que implica la eliminación uniforme de la superficie del metal con máquinas herramienta. Unir acero también es común y utiliza varias técnicas de soldadura.

Reciclaje de acero al carbono

El reciclaje de metales es una de las historias de éxito de la vida sostenible y la minimización del impacto de las actividades humanas en el medio ambiente. El acero es el material más reciclado del planeta, más que todos los demás materiales juntos.

Las fuentes de acero reciclado incluyen chatarra de acerías, fabricantes secundarios y productos de acero al final de su ciclo de vida. A menudo no hay suficiente acero reciclado para satisfacer la demanda de fabricación, por lo que casi siempre hay una combinación de acero virgen y reciclado en la producción de productos terminados.

Reciclar acero también es económico, ya que reduce el costo de los productos terminados. Por este motivo, la industria siderúrgica se ha involucrado activamente en la promoción y el establecimiento de redes de reciclaje para facilitar el reciclaje de los productos al final de su vida útil.

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