Estrategia de prompts, primeras ideas para su construcción
Aleaciones hierro carbono
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Aleaciones Hierro Carbono y Acero Ferrítico
Integrante: Jose Figueroa
Asignatura: Introducción a la metalurgia.
Nombre profesor:
Fecha de entrega: 09/05/2014
Sección: 409
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Objetivos generales y específicos:
El objetivo general es dar a conocer cuál es el resultado de las aleaciones de hierro
carbono, las generalidades del hierro, también un poco dehistoria sobrelos orígenes
y utilizaciones que se le daba al hierro en una época más primitiva, como fue el
descubrimiento del acero.
Por otra parte el objetivo específico es aprender sobreuna aleación de hierro carbono
en especifico, en este caso es la aleación del acero inoxidable ferrítico, los elementos
que la componen, las propiedades que obtiene durante el proceso y los problemas o
vulnerabilidades que trae esta aleación.
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Introducción:
En el siguiente informe iremos de lo más general hasta un punto en especifico, es
decir, comenzaremos con una pequeñareseña histórica de la importancia que tuvo el
hierro en la antigüedad, describiremos el proceso siderúrgico paso a paso, las
compañías que en nuestro país producenaleaciones de hierro carbono, describiremos
los aceros inoxidables hasta llegar al tipo de acero inoxidable ferrítico, conociendo
sus propiedades, procesoproductivos, la cantidad y tipo de elemento necesario para
llevar a cabo la aleación y obtener conéxito el metal requerido.
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Índice:
Contenido: Pagina:
-Objetivos generales y específicos 2
-Introducción 3
-Reseña histórica 5
Imagen Nº1 5
-Mineral de hierro 6
Composición mineralógica 6
Imagen Nº2 6
-Proceso siderúrgico 7
Preparación de materias primas 7
Imagen Nº3 7
Obtención de arrabio 7
Imagen Nº4 7
Fabricación de acero 7
Laminación de acero en productos finales 8
Laminadora de barras 8
Imagen Nº5 8
Laminadora de planos en caliente 8
Imagen Nº6 8
Laminadora de planos en frio 8
Imagen Nº7 8
-Compañía de aceros del pacifico (CAP) 9
Imagen Nº8 9
CAP Minera 9
CAP Acero 9
CAP Soluciones en acero 9
-Acero Inoxidable 10
Imagen Nº9 10
-Acero inoxidable ferrítico 11
Imagen Nº10 11
Problemas con el acero ferrítico 12
-Reciclaje del acero 13
Imagen Nº11 13
-Conclusión 14
-Opinión 15
-Anexos 16, 17
-Bibliografía 18
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Reseña histórica:
Existen variadas versiones sobreel origen del acero inoxidable, una de ellas afirma
que unos años antes de la primera guerra mundial, un comerciante francés de chatarra
observo que el cañónde un rifle era mucho más brillante y limpio que los demás
rifles que habían en ese lugar, posteriormente las investigaciones revelaron que se
había agregado una cantidad de cromo excesiva durante la fabricación de este cañón,
por lo tanto el acero inoxidable habría sido descubierto por casualidad.
En los años 1905 y 1906 Quillet, pobladorfrancés, fue la primera personaen explorar
y producir, mecánica y metalúrgicamente los aceros inoxidables en las tres
principales clases; Austeníticos, Ferríticos y Martensíticos. A pesar de todo esto, él
no descubrió la sobresaliente resistencia de los aceros inoxidables a soluciones
químicas más corrosivas que atacan fácilmente a los aceros de carbono (pasividad).
Posteriormente entre los años 1908 y 1910 la investigación de un alemán llamado
Monnartz demostró la inoxidabilidad de estos aceros como función de la pasividad,
notó la importancia del contenido mínimo de cromo, la necesidad de baja cantidad de
carbono y la incorporación del molibdeno para realizar la resistencia a la corrosión.
Actualmente el Instituto Americano del Hierro (AISI) clasifica aproximadamente 60
tipos de aceros inoxidables convencionales, en los ultima años los aceros inoxidables
para endurecimiento porprecipitación han surgido como una cuarta clase, también
han surgido los aceros inoxidables dúplex con una composiciónde aproximadamente
50% de austenita y otro 50% de ferrita, creados para ambientes en donde la
resistencia a la corrosiónportensiones es de suma importancia.
Imagen Nº1(Anexo).
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Mineral de hierro (Fe):
Es un elemento químico de numero atómico 26 y masa atómica 55,6. Es metal de
transición, es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre
correspondiendo al 5%, y es el metal más abundante en la masa planetaria
equivalente a un 70% de hierro, siendo el centro de nuestro planeta está compuesto
por una aleación de hierro y níquel.
Es un metal maleable, presenta propiedades magnéticas y es extremadamente duro y
denso, su clasificación dentro de la tabla de dureza de Mohs es de 4. Es el elemento
más pesado que se produceexotérmicamente por fusión y a la vez, es el más ligero
que se producea través de una fisión. Hay indicios del uso de hierro 1000 años antes
de Cristo, aumentando su uso en oriente medio que pasan de utilizarlo para la
creación de armas, sustituyéndose el uso de broncepor el uso de hierro, que fue
paulatina, debido a que era complicado elaborar piezas de hierro, porqueera difícil
localizar el mineral, luego fundirlo, para posteriormente forjarlo. Imagen Nº2
(Anexo).
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Proceso siderúrgico:
-Preparación de las materias primas:
Esta etapa es dondese descarga, clasifica, pesa, y se almacena los recursos necesarios
para la elaboración del acero, las cuales son: carbones metalúrgicos (carbóncoque),
caliza y mineral de hierro. Imagen Nº3 (Anexo).
-Obtención de arrabio:
En los altos hornos se lleva a cabo la reducción del mineral para obtener arrabio, que
es acero líquido, se cargan por la parte superior denominada tragante, los minerales
de hierro, la caliza y el carbóncoque. La incorporación de aire precalentado a 1000ºC
facilita la combustióndel carbóncoque, produciendo temperaturas elevadas y gases
reductores que actúan sobre la materia prima convirtiéndolas en arrabio y en escoria.
Luego es colado para extraer estos elementos depositados en la parte inferior del alto
horno, se realiza cadados horas, el acero liquido es recibido en carros torpedos a la
acería de convertidores al oxigeno, y con respecto a la escoria, esta es apagada y
granulada por un chorro de agua. Imagen Nº4 (Anexo).
-Fabricación de acero:
Dentro de la acería porconvertidores al oxigeno, el arrabio se carga junto con la
chatarra de acero, luego por acción del oxigeno se oxidan el silicio, el carbono y el
fosforo presentes en el arrabio, estas reacciones sonexotérmicas y provocan la fusión
de la carga metálica fría sin necesidad de agregar algún tipo de combustible, una vez
finalizada la inyección de oxigeno se analiza composicióny se mide su temperatura,
incorporando finalmente las ferroaleaciones que definen las principales
características de las diversas clases de aceros.
Se inicia el proceso desolidificación del acero en un molde en constante movimiento
que es enfriado conagua, se completa a lo largo del trayecto pordentro de la
maquina, se produceun planchón continuo de 156mm de espesory un ancho que
varía entre los 800 y 1050 mm que a la salida se corta según el largo requerido.
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Luego entra a la máquina de colada continua de palanquillas, la cual tiene 5 líneas
formadas por tubos de cobrede seccióncuadrada que tiene una refrigeración interna
y un agitador electromagnético para evitar la segregación en los aceros de alto
carbono.
Una vez que se ah formado una piel suficientemente gruesa dentro del molde, se
inicia el recorrido de la hebra dentro de la maquina, sometida a rociadores de agua
controlados en función a la velocidad de la maquina. Al término de esta zona la hebra
es enderezada conrodillos y cortada a la medida especificada, con sopletes de
oxigeno-propano, terminando estampada con un número que la identifica. La
palanquilla terminada poseeuna dimensión de 150 x 150 mm de sección y 6,7 metros
de largo.
-Laminación del acero en productos finales:
Laminador de barras: En este laminador se procesanlas palanquillas después de ser
recalentadas en un horno, se laminan en pases sucesivos convirtiéndose en barras
redondas y lisas o barras redondas don sobresalientes para hormigón. Imagen Nº5
(Anexo).
Laminador de planos en caliente: Se calienta el material en un horno, una vez
alcanzada la temperatura optima, los planchones sonreducidos en su espesor. Una
parte obtenida en este laminador va directamente al mercado en forma de rollos y la
otra parte va directamente al laminador de planos fríos continuando con su proceso.
Imagen Nº6 (Anexo).
Laminador de planos fríos: Se somete a un proceso dedecapado para eliminar las
oxidaciones que puedan estar presentes, los rollos sonprocesadosen la línea zinc-
alum para obtener productos galvanizados con una aleación de zinc y aluminio.
Los demás rollos son limpiados mediante una limpieza electrolítica para eliminar los
aceites presentes en la laminación en frio, que puede ser en hornos o en línea de
recocido continuo para eliminar la acritud presente por el trabajo mecánico realizado
en frio, y laminador de temple para eliminar las líneas, corregir formas y dar la
terminación requerida. Imagen Nº7 (Anexo).
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Compañía de aceros del pacifico (CAP):
Es creada en 1946 bajo la presidencia de Juan Antonio Ríos con53% de la propiedad
suscrita porel sector privado, 33% correspondiente a la corporaciónde fomento de la
produccióny el 14% restante por la caja de amortización de la deuda pública, es el
principal grupo minero siderúrgico en nuestro país. Actualmente tiene tres divisiones,
las cuales son:
-CAP Minera: es donde se inicia la extracción del mineral de hierro, principal materia
prima en la elaboración de acero, es extraído en el norte de nuestro país en las
regiones de atacama y Coquimbo.
-CAP Acero: Es dondese llevan a cabo todos los procesos ytratamientos para
obtener acero, siendo la única planta siderúrgica en chile, se dedica a la producción
de acero netamente, se ubica en la ciudad de Talcahuano, Región del Biobío.
-CAP Soluciones en acero: Esta enfocado a la comercialización del acero, también a
la fabricación, distribución, compraventa, representación, importación y exportación
de productos siderúrgicos para la creación de obras civiles, construcciones y
confección de especialidades, se ubica en la región metropolitana.
Imagen Nº8 (Anexo).
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Acero inoxidable:
Es una aleación de acero con contenido de cromo en su masa en un porcentaje entre
10% al 12%, también puede tener otros metales como el molibdeno y níquel.
El acero inoxidable es un acero conuna resistencia a la corrosión elevada, debido a
que su contenido de cromo y otros materiales que son usados en su aleación, poseen
una gran afinidad por el oxigeno y reaccionan formando una capa pasivadora. Sin
embargo algunos ácidos pueden afectar esta capa, el hierro es atacado y oxidado por
mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas. Como todos los aceros esta
regularizado por la norma UNE 36001 que los clasifica dentro de la clase F310.
Los principales elementos en la aleación del acero y sus características son:
-Cromo: Formadorde ferrita y carburo, aporta la resistencia a la corrosión y de la
formación de películas de oxido.
-Níquel: Es el formador de austenita. Mejora la resistencia general a a corrosión en
líquidos no oxidantes, mejora la ductibilidad y tenacidad. Reducela conductividad
del calor, aumenta su resistencia eléctrica, resistencia a la fatiga y aumenta la
capacidad de poderser soldado.
-Molibdeno: Al igual que el cromo es formador de ferrita y carburo, mejora la
resistencia a temperaturas elevadas, mejora la resistencia a la corrosión porpicaduras.
La mayor parte de los aceros inoxidables pueden ser cortados, soldados,forjados y
mecanizados con resultados satisfactorios. Debido a sus propiedades higiénicas el
acero inoxidable es la primera opciónen centros de salud, cocinas, instalaciones de
alimentación y entidades farmacéuticas porsu facilidad de limpieza. También es
indispensable en muchas terminaciones superficiales en estructuras estéticas porque
se mantiene fácilmente obteniendo una alta calidad como resultado. Imagen Nº9
(Anexo).
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Acero inoxidableferrítico:
Los aceros inoxidables ferríticos son magnéticos y contienen cromo como su aleante
principal, la presencia de carbono es mucho mayor que en los aceros martensíticos,
con objetivo de tener una estructura totalmente ferrítica. Poreso estos aceros no
respondena los tratamientos térmicos, aunque cuando llega a una temperatura de
1095º C crece el tamaño de grano y solo puede ser regenerado por trabajo posterior
en frio.
Una característica mecánica que se debe destacar, es que al tener una estructura
cubica centrada en el cuerpo B (BCC), poseeuna temperatura de transición dúctil-
frágil, pordebajo de esta, la propiedad de tenacidad se hace muy pequeña. Mantienen
su estructura centrada en el cuerpo (BCC) del hierro alfa desdela temperatura
ambiente hasta su punto de fusión, porqueno pasan por el campo austenitico durante
el calentamiento.
Los aceros inoxidables ferrítico se caracterizan portener buenas propiedades
anticorrosivas en general, muy buena resistencia a la corrosiónbajo tensión y
moderada tenacidad, aunque esta última mencionada está limitada en casos dondeel
espesores grueso, por esta razón es que los aceros inoxidables ferrítico se fabrican y
utilizan conespesores finos. Su resistencia a la corrosiónaumenta debido a la
presencia de cromo, los aceros con menor contenido de cromo (10,5%) se les suele
llamar inoxidables al agua, debido a que no resisten sostenidamente medios más
agresivos. Es propenso a aumentar el tamaño del grano a temperaturas elevadas y
adquiere cierta fragilidad con permanencias prolongadas a temperaturas entre 450 º y
500º C.
Los aceros de 25-30 % de Cromo buena resistencia a la corrosión, en atmosferas
sulfurosas y bajo tensión, especialmente en cloruros a altas temperaturas. No es
endurecible mediante tratamiento térmico, solo moderadamente portratamiento bajo
frio.
Son bastantemente magnéticos y están expuestos a la desviación al soplo magnético,
son preferidos más porsu resistencia a la corrosión que por sus propiedades
mecánicas. Imagen Nº10 (Anexo).
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Los aceros inoxidables ferríticos presentan principalmente tres problemas, los cuales
son:
1._Perdida de ductibilidad por presencia de fases:
Mientras más aumenta el porcentaje de cromo presente en estos aceros, se acerca a la
transformación de hierro alfa a carburo sigma. Esta fase es frágil y dura, se crea
durante el lapso de enfriamiento de 870º a 530º C, es dondela estructura se fragiliza.
Se puede evitar concalentamientos a temperaturas de 1100º C o también con
enfriamientos que retengan la fase alfa, que sonenfriamientos rápidos.
2._Excesivo crecimiento de grano: La falta de recristalización de del cambio
alotrópico de ferrita a austenita hace que por sobrelos 950ºC se intensifique el
crecimiento de los granos, dando lugar a una menor tenacidad y ductibilidad. La
única forma de afinar el diámetro de los granos es conun proceso de recristalización
obteniendo una deformación plástica.
3._Sensibilizacion: Durante el proceso decalentamiento a las de 900ºC pueden
generar austenita en el bordedel grano férrico por la segregación del cromo. Si la
transformación va continuada de un enfriamiento rápido, la austenita se convierte en
martensita, disminuyendo sobretodo la resistencia a la corrosión y también su
plasticidad. Por esta razón este tipo de acero debetener un enfriamiento lento a partir
de los 1000ºC.
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Reciclajedel Acero:
El acero es un metal 100% reciclable, cuando el producto llega al final de su vida útil
se pueden recuperar los elementos de aleación presentes fácilmente y ser devueltos al
proceso deproducción, el reciclaje es un proceso económicamente viable y
autosustentable. En estos procesosdereciclaje hay un considerable ahorro de energía
y notable reducción en las emisiones de CO2. La cantidad de material reciclado es de
aproximadamente un 60% de la chatarra, y como esta es un factor influyente, a
medida que sigue creciendo el consumo de acero, aumenta la cantidad de chatarra, la
materia prima producidaen estos días no se reciclara hasta dentro de muchos años
más. También hay que tener en consideración que no solo se recicla la materia prima
que llega al final de su vida útil, sino que también todala chatarra generada durante el
proceso deproduccióndel acero.
Imagen Nº11 (Anexo).
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Conclusión:
Como conclusión, podemos decir que las aleaciones de hierro carbono da paso a una
gran variedad de clases de aceros, a los cuales les damos diferentes usos según sus
características y propiedades, es tan comúnla presencia de los aceros en la vida
moderna que es utilizado prácticamente para todo, saber que nuestro país tiene una
planta siderúrgica que es la principal productorade acero de la costadel pacifico,
también es interesante el proceso en comúnque lleva la produccióndel acero hasta
que toma caminos diferentes a la hora de agregar los diferentes elementos de aleación
para crear así diferentes tipos de aceros, porejemplo el acero inoxidable, que fue
descubierto porcasualidad un tiempo antes de la primera guerra mundial por un
comerciante de chatarra en Francia.
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Opinión:
Mi opinión sobreel trabajo es que fue de gran ayuda para profundizar más en lo que a
siderurgia se refiere, porque tenia curiosidad y algunas dudas respecto a este proceso,
que me llamaban bastante la atención, la mayor parte de mis dudas fueron aclaradas
con la realización de este informe, ya que ahora tengo claro que no todos los metales
tienen el mismo proceso productivo, también conocerun poco sobrelos orígenes de
la aleación de hierro carbono que elegí para realizar dentro del desarrollo de este
informe , que curiosamente fue descubierto por accidente. También pude conocersus
propiedades, elementos que lo componen, que sonprincipalmente cromo, molibdeno
y níquel. Estos elementos sonlos que le dan ciertas características al acero, por
ejemplo su propiedad de anticorrosión que es proporcionadaporel cromo. Llevar a
cabo este informe tubo realmente un carácter positivo, ampliando los conocimientos,
más allá de lo visto en clases hasta el momento.
