HISTORIA DEL ACERO

Una gran acería es como una herrería a gran escala donde transforman millones toneladas de hierro en bruto en acero. Este proceso no ha cambiado mucho desde principios de la Edad de Hierro (siglo XII a.C.). Hasta el 1500 a.C. no se trabajó el hierro carbonizado a gran escala. El acero, una aleación del hierro y el carbono, subproducto del proceso del hierro forjado, era más fuerte, más flexible que el hierro, el cobre o el bronce. El acero se convirtió en ese entonces, en el material preferido para fabricar espadas y armaduras. Pero los herreros solo podían fabricar acero en pequeñas cantidades y con dificultad. Eso hasta mediados del XIX donde la producción de acero se vio revolucionada por obra del ingeniero Henry Bessemer quien registró su patente en 1856. El concepto de Bessemer sobre la producción en masa del acero fue consecuencia de la guerra de Crimea, porque inventó una munición de artillería demasiado potente para los cañones de hierro fundido que se utilizaban. Su solución fue crear un cañón más resistente hecho de acero, pero no había método para fabricar el acero en las cantidades que necesitaba.

Bessemer diseñó un recipiente gigante en forma de botella en el que se vertía el hierro fundido líquido. En el fondo había una especie de grandes chorros de aire que bombeaban aire comprimido al caldero y que lo inclinaban hacia arriba de manera que el baño de hierro fundido quedaba sobre el aire comprimido, el aire atravesaba el hierro y al hacerlo el oxígeno se combinaba con el carbono del hierro y quemaba las impurezas como el carbono y el silicio.

De esa forma era más sencillo volver a introducir el carbono a niveles concretos para crear una aleación más equilibrada cuyo resultado final era el acero. Al controlar mejor la cantidad de carbono presente en el hierro, los herreros podían también controlar la calidad del acero, y aún mejor podían fabricar más acero en menos tiempo. Había comenzado la producción de acero en masa. En cuestión de una década de construyeron docenas de fábricas de acero en los Estados Unidos. Enseguida se adoptaron otros métodos más eficaces para la fabricación del acero, como el método de la solera abierta que no despojaba al acero de oligoelementos como el manganeso y el silicio, cosa que sí hacía el proceso Bessemer. La productividad aumentó y el método de la solera abierta permitió el uso de la chatarra. La capacidad de reciclar este material es la piedra angular del reciclado del acero en la actualidad.

A mediados del siglo XIX la Revolución Industrial estaba en su apogeo y toda ella se basó en el acero. En norteamérica los ferrocarriles que viajaban al oeste, lo hacían sobre railes de acero de alta calidad, después las grandes llanuras se trabajaron con maquinaria agrícola de acero. Cuando se pudieron crear armazones internos de acero para los edificios, se levantaron numerosos rascacielos que pusieron las oficinas por las nubes. La isla de Manhattan creció verticalmente gracias al acero, y alcanzó su techo en 1931 con el Empire State Building de 381 metros de altura. Los puentes de acero, resistentes y flexibles cubrieron espacios que antes no podían ser cubiertos por un puente. Barcos que se hubiesen podido hundir por su propio peso de haber sido construidos en hierro o madera, podían medie más de 300 metros y pesar más de 22,5 toneladas si se construían en acero.

Y el automóvil inventado en plena revolución se valía del acero para el motor y la carrocería. El acero se convirtió en una industria y estimuló la gigantesca economía americana.

Hoy en día se trabaja con aceros super maleables y livianos para la fabricación de coches, muchos de ellos ni existían hace 10 años. Esto se consiguió gracias a dos procesos que se utilizan en la actualidad para fabricar acero y que se comenzaron a utilizar en la década del ’50: el horno de oxígeno básico y el electrohorno de arco. Los procesos de Bessemer y de solera abierta usaban a El electrohorno de arco utiliza dos grandes electrodos de grafito sujetos a una tapa para generar una corriente eléctrica a través del acero frío generalmente chatarra.El arco de la corriente funde el acero. Además del oxígeno que se insufla al horno para ajustar el contenido de carbono se añaden al horno otros elementos para producir las propiedades deseadas. Al final los residuos y las impurezas, llamados escoria se vierten desde la parte alta del horno. El electrohorno de arco es hoy en día el método más rentable para producir acero de calidad.ire, pero el horno de oxígeno básico utiliza oxígeno.

Composición del acero:

La ecuación de la reacción química fundamental de un alto horno es:

Fe₂O₃ + 3 CO => 3 CO₂ + 2 Fe

Acero es una aleación de hierro y carbono que contiene otros elementos de aleación, los cuales le confieren propiedades mecánicas especificas para su utilización en la industria metalmecánica.

Aunque el Carbono es el elemento básico a añadir al Hierro, los otros elementos, según su porcentaje, ofrecen características especificas para determinadas aplicaciones, como herramientas, cuchillas, soportes, etc.

   ELEMENTOS DE ALEACION EN LOS ACEROS - COMPONENTES

Aluminio - Al : EL Aluminio es usado principalmente como desoxidante en la elaboración de acero. El Aluminio también reduce el crecimiento del grano al formar óxidos y nitruros.

Azufre - S : El Azufre se considera como un elemento perjudicial en las aleaciones de acero, una impureza. Sin embargo, en ocasiones se agrega hasta 0.25% de azufre para mejorar la maquinabilidad. Los aceros altos en azufre son difíciles de soldar pueden causar porosidad en las sodaduras.

Carbono - C :  El Carbón - Carbono es el elemento de aleación mas efectivo, eficiente y de bajo costo. En aceros enfriados lentamente, el carbón forma carburo de hierro y cementita, la cual con la ferrita forma a su vez la perlita. Cuando el acero se enfría mas rápidamente, el acero al carbón muestra endurecimiento superficial. El carbón es el elemento responsable de dar la dureza y alta resistencia del acero.

Boro - B :  El Boro logra aumentar la capacidad de endurecimiento cuando el acero esta totalmente desoxidado. Una pequeña cantidad de Boro, (0.001%) tiene un efecto marcado en el endurecimiento del acero, ya que  también se combina con el carbono para formar los carburos que dan al acero características de revestimiento duro.

Cobalto - Co : El Cobalto es un elemento poco habitual en los aceros, ya que disminuye la capacidad de endurecimiento. Sin embargo, se puede usar en aplicaciones donde se requiere un revestimiento duro para servicio a alta temperatura, ya que produce una gran cantidad de solución sólida endurecedora, cuando es disuelto en ferrita o austenita.

Cobre - Cu :  El Cobre aumenta  la resistencia a la corrosión de aceros al carbono.

Cromo - Cr :  El Cromo es un formador de ferrita, aumentando la profundidad del endurecimiento. Asi mismo, aumenta la resistencia a altas temperaturas y evita la corrosión. El Cromo es un elemento principal de aleación en aceros inoxidables, y debido a su capacidad de formar carburos se utiliza en revestimientos o recubrimientos duros de gran resistencia al desgaste, como émbolos, ejes, etc.

Fósforo - P :  Fósforo se considera un elemento perjudicial en los aceros, casi una impureza, al igual que el Azufre, ya que reduce la ductilidad y la resistencia al impacto. Sin embargo, en algunos tipos de aceros se agrega deliberadamente para aumentar su resistencia a la tensión y mejorar la maquinabilidad.

Manganeso - Mn :  El Manganeso es uno de los elementos fundamentales e indispensables, esta presente en casi todas las aleaciones de acero. El Manganeso es un formador de austenita, y al combinarse con el azufre previene la formación de sulfuro de hierro en los bordes del grano, altamente perjudicial durante el proceso de laminación. El Manganeso se usa para desoxidar y aumentar su capacidad de endurecimiento.

Molibdeno - Mo :  El Molibdeno tambien es un elemento habitual, ya que aumenta mucho la profundidad de endurecimiento del acero, así como su resistencia al impacto. El Molibdeno es el elemento mas efectivo para mejorar la resistencia del acero a las bajas temperaturas, reduciendo, además, la perdida de resistencia por templado. Los aceros inoxidables austeíticos contienen Molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosión.

Nitrógeno - N :  El Nitrógeno puede agregarse a algunos tipos de acero, para promover la formación de austenita. También, para reducir la cantidad de Níquel en los aceros inoxidables. El Nitrógeno afecta las propiedades mecánicas del acero.

Niquel - Ni :  Es el principal formador de austenita, que aumenta la tenacidad y resistencia al impacto. El Níquel se utiliza mucho en los aceros inoxidables, para aumentar la resistencia a la corrosión. El Níquel ofrece propiedades únicas para soldar Fundición.

Plomo - Pb :  El Plomo es un ejemplo de elemento casi insoluble en Hierro. Se añade  plomo a muchos tipos de acero para mejorar en gran manera su maquinabilidad.

Titanio - Ti :  Básicamente, el Titanio se utiliza para estabilizar y desoxidar acero, aunque debido a sus propiedades, pocas veces se usa en soldaduras.

Tungsteno - W :  El Tungsteno se añade para impartir gran resistencia a alta temperatura. El Tungsteno también forma carburos, que son excepcionalmente duros, dando al acero una gran resistencia al desgaste, para aplicaciones de revestimiento duro o en acero para la fabricación de herramientas.

Vanadio - V :  El Vanadio facilita la formación de grano pequeño y reduce la perdida de resistencia durante el templado, aumentando por lo tanto la capacidad de endurecimiento. Asi mismo, es un formador de carburos que imparten resistencia al desgaste en aceros para herramientas, herramientas de corte, etc.

Proceso de producción del acero:

La fabricación del acero se realiza a través de dos métodos:

• El convertidor básico de oxígeno de alto horno ("Basic Oxygen Converter" (BOF))

• El horno de arco eléctrico (“Electrical Arc Furnace” (EAF))

El proceso de fabricación del acero es el siguiente:

El alto horno se alimenta de hierro sinterizado, producido en la planta de sinterización. En el proceso de sinterización se carga una mezcla de finos de mineral de hierro, cal y coque (carbono casi puro), y se funde parcialmente para formar una mezcla porosa de óxidos de hierro y ganga.

El horno alto es un horno de tipo cuba que funciona mediante la técnica de contracorriente:

la carga descendente de sinterizado y coque, cargada por la parte superior del horno, es calentada y reducida por los gases de la combustión que ascienden de la zona de tobera, donde se inyecta un chorro de aire caliente para quemar el C y convertirlo en CO. El chorro de aire se comprime por medio de un soplante y se calienta en estufas especiales a 1100°C, por medio de la combustión de los gases de escape depurados del horno. El CO reduce los óxidos de hierro (FeO, Fe2O3) y algunos de los elementos presentes en la ganga del sinterizado, para producir metal líquido. El polvo del tragante del horno alto, que contiene cerca de un 40% Fe, se recicla en el proceso de sinterizado. Por debajo de la zona de tobera, donde se da la mayor temperatura, el material fundido se acumula en el crisol, donde el hierro líquido (fundición bruta) se separa de la escoria por la diferencia de densidad. La escoria y la fundición bruta líquida (arrabio) se extraen desde diferentes piqueras. El arrabio se vacía a cucharas o torpedos (capacidad: 300 - 400 t) y se transporta a la acería para su afinado y conversión en acero.

Al final de este proceso, el mineral de hierro sinterizado se ha reducido a hierro bruto en el alto horno.

El hierro bruto se transforma entonces en el convertidor de oxígeno en acero bruto.

El horno básico de oxígeno o convertidor LD (por el proceso Linz-Donawitz iniciado en 1956) está basado en la inyección de oxígeno a la colada de metal líquido por medio de una lanza. En el convertidor se cargan chatarra y cal para enfriar la colada y eliminar el fósforo, el silicio y el manganeso. El convertidor está revestido con una capa refractaria de dolomita o magnesita.

El oxígeno quema el carbono como monóxido de carbono CO y gas carbónico CO2 que se recoge en el cañón de chimenea y se limpia de polvo (Fe203 y partículas de cal, etc.). Los elementos Mn, Si y P se oxidan y combinan con la cal (CaO) y el FeO formado por la oxidación del Fe, para formar una escoria fundida.

Al ser estas reacciones de oxidación altamente exotérmicas, el proceso exige un enfriamiento para controlar la temperatura de la colada. Este enfriamiento se realiza cargando chatarra (residuos de fabrica y laminación reciclados) y añadiendo mineral de hierro durante el proceso de soplado.

El acero se vierte a la cuchara a través de una piquera, inclinando el horno. En el transcurso de esta operación se añaden ferroaleaciones a la cuchara para controlar la composición del acero.

En el proceso de horno de arco eléctrico, la carga metálica fría, principalmente chatarra, se funde mediante la energía de arcos eléctricos generados entre los extremos de electrodos de grafito y la carga metálica conductora.

Los tres electrodos y la bóveda del horno se levantan y retiran del blindaje del horno girándolos para permitir la carga de la chatarra. Los electrodos mantienen el arco de acuerdo con el voltaje y el nivel de corriente escogidos para producir la potencia deseada a la deseada longitud de arco para la fusión y afino. Dado que durante el período de fusión el ruido generado por los arcos es elevado, con niveles de hasta 120 dBA, la cabina de operarios está especialmente protegida y el horno posee un cerramiento especial. Estos hornos tienen un diámetro interno de 6 a 9 metros y una capacidad de 100 a 200 toneladas de acero.

Las unidades de fusión de alto rendimiento, tales como convertidores u hornos de arco eléctrico no proveen suficiente control de los contenidos de aleación. El contenido en nitrógeno y fósforo se puede reducir a niveles bajos en el convertidor, pero sólo se pueden obtener niveles muy bajos (< 2 ppm) de contenido en carbono, azufre, oxígeno e hidrógeno mediante un tratamiento subsiguiente en la cuchara. Para asegurar un acondicionamiento apropiado del acero antes del proceso de colada, en la metalurgia de cuchara se llevan a cabo la aleación del acero conforme a un análisis específico y tratamientos de afino especiales.Una vez terminado el proceso de afino, el material pasa a la colada continua para proceder a la solidificación del material. El elemento principal del proceso de colada continua es el molde de cobre oscilante enfriado con agua. Su principal función es formar una lámina solidificada de acero que tenga la resistencia suficiente para impedir rebabas por debajo del molde.

Al abandonar el molde, la hilera de material es enfriada por medio de rociadores de agua y se apoya en cilindros para evitar el pandeo hasta que se complete la solidificación. Las secciones de la hilera de material cubren la gama de productos semiacabados, como palanquillas, desbastes cuadrados o desbastes rectangulares, destinados a los laminadores de acabado en caliente.

Las palanquillas o planchones que salen del proceso de colada continua deben ser recalentados antes de ser sometidos al proceso de laminación en caliente. Existen dos tipo de proceso de laminado en caliente que difieren en sus objetivos: laminado en caliente tradicional y laminación controlada. En el primer caso se trata de producir la forma requerida con el mínimo número de pasadas de cilindro, mientras que en el segundo el objetivo es aumentar resistencia y tenacidad del acero mediante control cuidadoso de la temperatura y la deformación durante el laminado. Dentro de los procesos de laminación controlada tenemos el laminado de normalización y la laminación termomecánica controlada.

Características del acero:

Propiedades del acero (FISICAS)

El acero está conformado por cristales de fierro. La estructura interna de los granos cristalinos está compuesta de átomos de hierro dispuestos conforme a un patrón regular tridimensional.

Propiedades metálicas características

•         buena ductilidad (o maleabilidad).

•         conductividad térmica elevada.

•         conductividad eléctrica elevada.

•         brillo metálico.

Resistencia a la Corrosión

Todos los aceros sufren corrosión. Sin embargo, en algunos, la capa de corrosión superficial que se forma sirve de protección para el resto del material.

•         Corrosión: pérdida de sección debido a reacciones químicas o electroquímicas con medioambiente.

Resistencia depende de:

–        Composición química

Los distintos factores que afectan las propiedades del acero son:

Composición química: ya hemos hablado del efecto de las aleaciones.

Tratamiento térmico: tratamientos en los cuales se cambia la temperatura del producto en estado sólido. Afectan las propiedades de resistencia, ductilidad y tenacidad, debido a que modifican el tamaño de grano del material. En general, para tamaños de grano menores, el material tendrá mayor resistencia y ductilidad.

Usos y productos del acero:

Usos domésticos:

El acero se usa en restaurantes, cocinas industriales, hospitales, laboratorios y en todos los hogares.

Es maleable y resistente, lo que lo hace apto para los más diversos usos y los más variados utensilios. Resiste altas y bajas temperaturas, evita que se acumule suciedad en su superficie, es durable y de bajo costo de manutención.

El acero es parte de los electrodomésticos que hacen la vida hogareña más fácil. Desde el acero inoxidable que recubre el refrigerador al motor silencioso y eficiente de la lavadora.

> Los electrodomésticos se fabrican usando acero reciclado.

> Los motores de los electrodomésticos están hechos de acero.

> Aproximadamente 75% del peso de un electrodoméstico es acero.

> Usar aceros pre-pintados reduce el costo de los electrodomésticos y mejora su aspecto y diseño.

> Los nuevos aceros llamados AgION reducen las bacterias y hongos que crecen, ayudando a que las casas estén limpias y sanas con menos mantenimiento.

Aplicaciones de gama de productos de acero

Tubo de acero son ubicuos y se puede encontrar bajo tierra y dentro de las paredes residenciales, laboratorios, y las estructuras comerciales e industriales. Seamless fluidos de transporte de tubos de acero, incluyendo agua, gas natural, residuos y aire. Tres métodos de fabricación existen para producir tubos de acero.

Tubos de acero sin soldadura se producen utilizando un molde de extrusión. Tubos de acero soldados se producen por laminación de una hoja de acero en un tubo y la soldadura de la costura. Tubos de acero sin costura son menos costosos. El tercer método es de fundición. El acero fundido se vierte en un molde de colada.

Esta es una pagina académica elaborada 

por alumnos del ITSC del 4 "C" de 

Ing. Industrial

INTEGRANTES DEL EQUIPO:

Cruz Yesenia Alejandro Jimenez TE140169

Cecilia del Carmen Garcia Cordova TE140070

Blanca Estela Castellanos Reyes TE140166

Maria Guadalupe Jimenez Javier TE140925