¿Es el Acero al Carbono Mejor que el Acero Dulce? Aclarando las Diferencias

¿O son lo mismo?

¿Es el acero al carbono mejor que el acero dulce? ¡Pregunta trampa! El acero dulce es un tipo de acero al carbono. El elemento carbono está presente en todo el acero. Siempre que este carbono es el principal elemento de aleación, la aleación se considera un acero al carbono. "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 usará el acero.

Se producen más de 1.500 millones de toneladas de acero cada año 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, representando aproximadamente el 85 % de toda la producción en EE. UU. El contenido de carbono del producto está en el rango de 0-2 %. Este carbono afecta la microestructura del acero, dándole su legendaria resistencia y tenacidad. Estas aleaciones también contienen pequeñas cantidades de manganeso, silicio y cobre. El acero dulce es un término comercial para acero bajo en carbono, donde el contenido de carbono está en el rango de 0,04-0,3 %.

¿Es el Acero al Carbono Mejor que el Acero Dulce? Aclarando las Diferencias

Categorías de acero al carbono

El acero al carbono puede categorizarse según la composición química y las características del producto. El acero dulce también entra en la categoría de acero bajo en carbono, ya que se compone de un contenido de carbono similar. El acero al carbono común está libre de aleaciones y puede colocarse en cuatro categorías:

1. Acero bajo en carbono o acero dulce

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

2. Acero de carbono medio

El acero de carbono medio tiene un rango de carbono de 0,31-0,6 % y un rango de manganeso de 0,6-1,65 %. Este acero puede tratarse térmicamente y templarse para ajustar aún más la microestructura y las propiedades mecánicas. Aplicaciones populares incluyen ejes, árboles, engranajes, rieles y ruedas de ferrocarril.

3. Acero de alto carbono

El acero de alto carbono tiene un rango de carbono de 0,6-1 % con un contenido de manganeso de 0,3-0,9 %. Las propiedades de los aceros de alto carbono los hacen adecuados para 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 de alto carbono se usa para herramientas de corte, alambres de alta resistencia y resortes.

4. Aceros de ultra alto carbono

El acero de ultra alto carbono tiene un rango de carbono de 1,25-2 %, y se conoce como una aleación experimental. El temple puede producir un acero con un gran nivel de dureza, 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:

Fabricación primaria de acero
Fabricación secundaria de acero
Colada

Estas son seguidas por diversas técnicas de acabado que tienen un efecto directo en las características del producto final.

1. Fabricación primaria de acero

El acero puede fabricarse a partir de material 100 % reciclado o de 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 del carbón) y cal. Las materias primas se añaden en la parte superior del horno, que opera a 1.650 °C (3.000 °F). A medida que el mineral de hierro se funde y se mezcla con el coque en combustión, el carbono se libera en el producto fundido. Las impurezas son absorbidas por la cal en una escoria en la superficie, que puede retirarse del acero líquido. El producto en esta etapa contiene aproximadamente 4 % de carbono y aún tiene algunas impurezas. El acero virgen fundido se transfiere al horno de oxígeno básico (BOF), que ya contiene chatarra de acero reciclado. Oxígeno puro se sopla a través del acero líquido para oxidar el exceso de carbono, formando un producto terminado con hasta 1,5 % de contenido de carbono.

La chatarra de acero reciclado puede reprocesarse sin adición de acero virgen en un horno de arco eléctrico. Arcos eléctricos de alta potencia funden el metal a temperaturas de hasta 1.650 °C (3.000 °F). A medida que la chatarra se funde, se pueden añadir más lotes de chatarra al horno hasta su capacidad. Una vez logrado un baño plano de acero fundido, se sopla oxígeno de la misma manera que en el BOF. En ambos casos, el acero fundido se extrae del horno a cucharones o baños de acero para procesamiento adicional, mientras que la escoria superficial que contiene impurezas se elimina.

2. Fabricación secundaria de acero

Las demandas del mercado por productos de acero de mayor calidad y propiedades consistentes han impulsado el desarrollo de procesos de fabricación secundaria de acero.

Horno de arco eléctrico

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

Agitación
Se utilizan campos electromagnéticos para inducir corrientes turbulentas en el cucharón. Este método separa fácilmente inclusiones no metálicas, que flotan a la superficie, asegurando una mezcla y composición homogéneas del acero.
Horno de cucharón
El cucharón actúa como un horno de electrodo secundario permitiendo control preciso de temperatura e inyección medida de componentes de aleación.
Inyección en cucharón
Gas inerte se inyecta en el fondo del baño de acero. A medida que el gas se calienta y asciende a través del acero fundido, se logra un efecto de agitación.
Desgasificación
Elimina hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, reduciendo también el contenido de azufre del producto. Se usan diversas técnicas para desgasificar acero fundido, incluyendo vacío, inyección de gas inerte y control de temperatura.
Ajuste de composición (burbujeo de argón sellado con soplado de oxígeno – CAS-OB)
La agitación se logra inyectando gas argón en el baño de acero sellado. Un arreglo de esnórquel evita que la escoria se perturbe mientras se reduce el contenido de hidrógeno y las inclusiones de óxido flotan a la superficie. El oxígeno se alimenta al baño a través de una lanza y se añade aluminio a través del esnórquel, dando un mayor nivel de control de temperatura y composición final precisa.

Desoxidación del acero

Un aspecto crítico de la fabricación secundaria de acero es la eliminación de oxígeno. La presencia de oxígeno en el acero fundido al comenzar a solidificarse resulta en una reacción con el carbono para liberar gas monóxido de carbono. Controlar la desoxidación puede usarse para alterar las características del producto terminado y, por tanto, la idoneidad del acero para diferentes aplicaciones.

Acero de borde
Los aceros de borde son aceros no desoxidados o parcialmente desoxidados. Altos niveles de monóxido de carbono se producen durante la solidificación, resultando en buena calidad superficial pero con presencia de muchos soplados.
Acero tapado
Los aceros tapados siguen el mismo patrón que los de borde inicialmente, pero después de aproximadamente un minuto, el molde se tapa para suprimir la formación de monóxido de carbono.
Acero semimuerto
Los aceros semimuertos han sido parcialmente desoxidados antes de verterse en el molde y usualmente tienen contenido de carbono en el rango de 0,15-0,3 %.
Acero muerto
Los aceros muertos han sido completamente desoxidados de manera que no hay formación de monóxido de carbono durante la solidificación. El producto terminado tiene una estructura homogénea y no tiene soplados. El aluminio se añade al cucharón o molde como desoxidante primario para "matar" la formación de monóxido de carbono; sin embargo, hay aplicaciones donde la adición de aluminio al producto final es indeseable. Alternativas al aluminio son ferroaleaciones de manganeso y silicio o silicuro de calcio.

3. Colada

Los métodos tradicionales de colada implican elevar el cucharón con grúa para que el acero fundido pueda verterse en moldes individuales montados en vagones. Los moldes de lingotes son ligeramente cónicos para facilitar la extracción de los lingotes después de la solidificación. Los lingotes se transfieren a pozos de recalentamiento donde se recalientan para laminación en caliente.

Las máquinas de colada continua permiten la colada continua de acero fundido en formas más adecuadas para procesamiento posterior. Los cucharones se elevan a una plataforma elevada donde descargan el acero fundido en una cucharón intermedio (tundish), que alimenta la máquina de colada. El acero fundido se alimenta desde el tundish a un molde refrigerado por agua con un fondo móvil. A medida que se solidifica la piel del acero, la placa se baja lentamente permitiendo que entre más acero fundido al molde. El acero se forma en planchones, blumes o billetes en una máquina de colada continua. El producto solidificado es tirado por rodillos antes de enderezarse y cortarse al final de la máquina. Este proceso puede continuar días o semanas sin interrupción.

Acabado del acero al carbono

Después de que el proceso de fabricación del acero al carbono está completo, se termina usando laminación, tratamiento térmico, tratamiento superficial o procesamiento secundario posterior.

Laminado de productos

Los lingotes de colada sólida deben laminarse 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 al entrar en 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 de colada. Esto produce un tamaño de grano más uniforme y distribución pareja de carbono dentro del acero.

Conformado en frío

El conformado en frío se realiza por debajo de la temperatura de recristalización. Este proceso aumenta la resistencia mediante endurecimiento por deformación hasta un 20 %, mientras mejora el acabado y permite tolerancias más ajustadas. El acero sale del proceso de laminado como productos semiacabados en forma de blumes, billetes o planchones, según las dimensiones finales. Un blume es una losa rectangular muy gruesa, un billete tiene un grosor similar pero ancho más estrecho, y un planchón es un producto más delgado y ancho.

Los productos semiacabados se procesan aún más a productos intermedios en un tren de laminación para prepararlos para la fabricación y procesamiento final por empresas posteriores.

PRODUCTOS	APLICACIONES
Blumes	Aplicaciones estructurales
Barandillas	Barandillas de seguridad, pasamanos, barandillas personalizadas
Barras laminadas	Construcción de máquinas, construcción
Chapas (espesor superior a 6 mm)	Fabricación pesada, calderas, puentes, recipientes industriales, tanques, barcos
Planchas (espesor inferior a 6 mm)	Carrocerías de automóviles, electrodomésticos, equipos de oficina, latas de bebidas
Barras redondas/cuadradas	Estructuras de construcción, refuerzos, ejes, árboles

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

Tratamiento térmico

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

Normalizado

El acero se calienta a una temperatura aproximadamente 55 °C (130 °F) por encima de la temperatura crítica superior. La temperatura se mantiene hasta que todo el producto está uniformemente calentado, tras lo cual se enfría al aire. Esta es la forma más común de tratamiento térmico y da al acero alta resistencia y dureza.

Recocido

La temperatura del acero se eleva al estado de solución sólida durante una hora antes de enfriar a una tasa de 39 °C (70 °F) por hora. Resulta un acero blando y dúctil sin tensiones internas.

Temple

Proceso similar al normalizado, pero el enfriamiento se acelera templando 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, haciéndolo susceptible a rotura y agrietamiento. Por esta razón, el temple a una temperatura predeterminada normalmente es seguido por una tasa de enfriamiento controlada hasta temperatura ambiente en un proceso llamado revenido o alivio de tensiones. Diseñando los parámetros de temperatura y tasa de enfriamiento durante el tratamiento térmico, las propiedades del acero pueden controlarse con precisión.

Tratamiento superficial

Aproximadamente un tercio del acero producido se trata con un recubrimiento 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 recubre la superficie del producto. El espesor del recubrimiento se controla con cuchillas de gas. Para evitar que el recubrimiento de zinc se agriete, se añade una pequeña cantidad de aluminio a la solución de zinc.

Galvanizado electrolítico

Otro proceso para aplicar una capa de zinc a productos de acero es mediante galvanizado electrolítico. El zinc se deposita en la superficie del acero controlando la corriente en una solución electrolítica. Esta técnica permite mejor control del espesor del recubrimiento. También puede usarse para aplicar recubrimientos diferenciales con diferentes espesores en cada lado de un producto, o recubrimientos de aleación de zinc para optimizar las características deseadas.

Procesamiento secundario posterior

Las empresas posteriores procesan aún más sus materias primas de acero en productos terminados. Se usan diferentes técnicas de procesamiento como el mecanizado, que implica remover uniformemente metal de superficie con herramientas de máquina. La unión de acero también es común y usa diversas 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 combinados.

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 productos terminados. Por esta razón, la industria del acero ha estado activamente involucrada en promover y establecer redes de reciclaje para facilitar el reciclaje de productos al final de su vida útil.

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