Conoce el proceso de fabricación del acero

El acero es una aleación de hierro que es muy utilizado en el área de industria, ya sea en la construcción de maquinaria, herramientas, edificios y obras públicas, es muy común  que sean utilizados por arquitectos, ingenieros, decoradores, entre otros. Debido a esto se tiene importancia en el proceso de fabricación del acero en la actualidad, por ello en este artículo se explica su definición, características así como su procedimiento de fabricación.

¿Qué es el Acero?

El acero se le conoce como un material compuesto por un conjunto de aleaciones de hierro (Fe), así como también de otros elementos, como el carbono (C), también  de zinc (Zn), de silicio (Si) y de aluminio (Al).

Gracias a las aleaciones que posee el acero, altera sus propiedades del metal resultante, siendo ahora un material más resistente y menos oxidable; por ello dispone de un extenso uso.

Tiene relevancia en las industrias y es ampliamente utilizado como un material de construcción y como materia prima de diversas herramientas y piezas mecánicas; su fabricación comienza con la reducción del hierro.

Existen una gran cantidad de tipos diferentes de hierro y acero, todos ellos con cantidades ligeramente diferentes de otros elementos de aleación, esto dependa de su fabricación y su obtención en el proceso.

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Características del acero

El acero es diferente al hierro, y dispone de una cantidad de carbono puede encontrarse entre una  variación de 0,03% y 1,075 % en peso de su composición dependiendo del grado, es por ello que las características del acero es fundamental para el proceso de fabricación de acero.

• Es un material de alta disponibilidad.
• Dispone de excelentes propiedades mecánicas y estructurales.
• Su punto de fusión depende de la aleación y los porcentajes de elementos aleantes, que es aproximadamente de 1.375 °C.
• El acero conserva las características metálicas del hierro en estado puro.
• La diferencia principal entre el hierro y el acero se halla en el porcentaje de carbono.
• Contiene otros elementos químicos aleantes, hasta alcanzar más de 30.
• Se puede transformar en láminas muy delgadas de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor.
• Existen muchos tipos de acero dependiendo de los elementos aleantes que se encuentren presentes.
• Permite diferentes aplicaciones y usos, esto dependiendo del tipo de acero que se esté utilizando.
• Se deforman al sobrepasar su límite elástico.
• Algunas composiciones mantienen mayor memoria.
• Cuenta con la ventaja de ser barato de producir que otros materiales.
• Da la posibilidad de poder ser reciclable indefinidamente sin perder sus atributos.
• Los elementos que posee y que más se destacan es el manganeso, el cromo, el níquel, el silicio, el molibdeno, el vanadio, entre otros.
• Se han venido protegiendo mediante tratamientos superficiales diversos.
• Gracias a la posibilidad de reciclaje favorece su producción a gran escala.
• Caracterizado por ser un material muy versátil.
• La aleación más conocido puede ser el templado del acero.
• Se clasifica en aceros al carbono, aceros aleados, aceros de baja aleación y alta resistencia, aceros resistentes al calor y a la presión, aceros inoxidables, aceros para herramientas, aceros rápidos.
• Es fácil de atornillar, de soldar, de mecanizar y de conformar ya sea en frío y en caliente.
• La piedra caliza a altas temperaturas se convierte en cal y captura parte de las impurezas, especialmente azufre.
• Como el hierro puede oxidarse muy fácilmente, genera grietas superficiales.
• Posee una alta conductividad eléctrica.
• Se puede contraer, dilatar o fundir, según la temperatura.
• La adición de carbono y de otros elementos metálicos como los no metálicos aumenta y mejora sus propiedades físico-químicas, sobre todo en su resistencia.
• Gracias a los diversos elemento que estén aleados puede disponer diversas formas del proceso de fabricación del acero.
• Se encuentran en abundancia en la naturaleza.
• La chatarra es la materia prima básica para la fabricación de acero en hornos eléctricos.
• Consume casi 7 veces menos energía en su producción que el aluminio.
• Para su proceso de fabricación de acero se emplea una alta tecnología.
• Ningún material logra igualarlo cuando se trata de resistencia al impacto o la fatiga.
• Es maleable.
• Los de bajo contenido de carbono son relativamente blandos y poco resistentes pero con alta ductilidad y tenacidad.
• Contribuye al desarrollo tecnológico de las sociedades industrializadas.
• Dispone de más de 5.000 distintos tratamientos.
• Necesita menos consumo de energía en comparación de otros materiales.
• Presenta propiedades magnéticas.
• La dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su aleación.
• Ofrece la ventaja de soldarse con facilidad.
• Su densidad media es de 7850 kg/m³.
• Dispone de un punto de ebullición alrededor de 3.000 °C.
• Permite una buena mecanización en máquinas herramientas antes de recibir un tratamiento térmico.
• Utilizados para la fabricación de imanes permanentes artificiales.
• Sirve para hacer alambres.
• Considerado como el primer ampliamente usado nanomaterial a escala global.
• La gran desventaja del acero es su susceptibilidad a la corrosión.

Clasificación del acero

Como se dijo anteriormente, el acero es un elemento con características especificas las cuales permiten diversos usos y aleaciones. Por sus diversas composiciones con otros elementos puede tener diferente proceso de fabricación del acero, es por ello que se debe tener en cuenta las clases de acero presente, se puede encontrar de diferentes tipos como los que se muestran a continuación:

 Aceros al carbono

• En su composición química, el hierro y el carbono generalmente no supera el 1%.
• Dispone de otros elementos necesarios para su producción, como lo es el silicio y el manganeso.
• Los aceros con mucho azufre y fósforo son más frágiles y sometidos a choque pueden colapsar.
• Es sólo un acero básico y corriente.
• Considera algunos elementos como impurezas por la dificultad de excluirlos totalmente, estos son el azufre, fósforo, oxigeno, hidrógeno, entre otros.
• Dispone de un simple proceso al soldar.
• Cuando el porcentaje de azufre es alto puede causar poros en la soldadura.
• El Azufre (S) y el Fósforo (P) se consideran elementos perjudiciales que reducen la ductibilidad y tenacidad del acero.
• Las impurezas existen en porcentajes máximos admisibles.
• A mayor nivel de carbono mayor es el aumento del índice de fragilidad en frió.
• Utilizado para los elementos de maquinaria de gran tenacidad, piezas embutidas, estampadas en frió o plegadas, herrajes, clavos, bulones, remaches, entre otros.
• Son de fácil mecanizado.
• Pueden adquirirse con un bajo precio.
• De acuerdo a los porcentajes de carbono se pueden clasificar  de 0,05% a 0,15% conocido como acero muy dulce,  de 0,25% a 0,40% como acero dulce o de bajo carbono,  de 0,55% a 0,65% como acero de alto carbono,  de 0,65% a 0,75% como acero para resortes, de 0,80 a 0,90% como acero perlítico, de 1,1% a 1,3% como acero muy duro.

• Se fabrica una gran variedad de artículos de uso cotidiano, desde carrocerías de automóviles hasta latas de acero y piezas de motores.

• Con la presencia de Azufre (S) y el Fósforo (P) provee una mejora en la maquinabilidad de los procesos de mecanizado.
• El aumento del contenido de carbono en el acero eleva su resistencia mecánica y dureza.
• Ofrece numerosas  aplicaciones en la industria.
• Los aceros altos en carbono generalmente contienen Cr, V, W y Mo.
• Un ejemplo de este tipo de acero es el SAE 1010.
• También se usan en piezas de mediana y baja responsabilidad.
• Los de bajo contenido de Carbono son relativamente blandos.

Aceros aleados

• Se los pueden considerar aceros al carbono.
• La influencia que ejercen esos elementos es muy variada.
• Es empleado en proporciones convenientes.

• Son generalmente más fuertes, más duros, más resistentes y más duraderos que los aceros al carbono.

• Al momento de la obtención de aceros con ciertas características que, en cambio, no se pueden alcanzar con los aceros ordinarios al carbono.
• Contienen uno o más elementos, como cromo, cobre, manganeso, níquel, silicio o vanadio.
• Estos elementos adicionales son los que marcan la diferencia.
• Proporcionan alguna característica adicional importante o una propiedad mejorada en comparación con los aceros al carbono ordinarios.
• Se le añaden elementos en porcentajes lo suficientemente grandes para alterar sus características fundamentales.

Aceros al Manganeso

• El manganeso es un elemento barato para endurecer el acero.
• Se lo utiliza en 1% a 1,75% de Mn con 0,4% de carbono con o sin silicio.
• En el caso de que este sin Si es de la serie 13XX.
• Cuando se tiene Si es de la serie 92XX y se lo denomina Silicio-Manganeso.
• Se los conoce con el nombre comercial “Hardfield”.
• El azufre formaría sulfuro de hierro que tiene bajo punto de fusión y que aparece en los bordes del grano.
• Con estos aceros se fabrican la mayoría de los resortes.
• Si los aceros no tuvieran manganeso, no se podrían laminar ni forjar.
• También se emplean en el trazado de vías de ferrocarril, en mordazas de máquinas trituradoras, excavadoras, entre otros.

Aceros al Níquel

• Se encuentra la serie SAE 23XX / 25XX.
• El níquel es un elemento que evita el crecimiento del grano en los tratamientos térmicos.
• Sirve para producir en ellos un alto nivel de tenacidad.
• De forma general, se tiene una mayor preferencia a un tamaño de grano pequeño que uno grande ya que presenta mejores propiedades.
• Al adicionar de 2% al 5% de níquel, se aumenta la resistencia del acero sin volverlo frágil.
• Ofrece la posibilidad de aumentar la tenacidad a altas temperaturas y al aumentar la cantidad de níquel empleado.
• Evita el herrumbre, es decir, la corrosión.
• Puede aumentar algo la dureza.
• Los aceros para cementación, es decir, de tratamiento termoquímico se conocen como aceros de bajo carbono a los que se le adiciona del 2% al 3% de níquel.
• El Ni también modifica el coeficiente de dilatación.
• Sirve para fabricar vidrio armado.
• Disminuye el coeficiente de dilatación con un 36% de Ni hasta aproximadamente el del vidrio.

Aceros al Cromo-Níquel

• Se encuentra la serie SAE 31XX /33XX.
• La introducción de cromo en los aceros al Ni en la proporción 2 partes de níquel y 1 de cromo, da un acero de mejores propiedades que un acero al 3% de níquel.
• Tiene como ventaja por ser muy barato.
• Estos aceros tienen disponen de una gran variedad de uso.
• Uno de los más conocidos y de mayor comercialización es el SAE 3115.
• El tonelaje de los aceros al Cr-Ni utilizados es superior al de todos los aceros aleados.
• También es bueno para la cementación debido al bajo % de C.
• Entre sus aplicaciones están los pernos de pistón, engranajes, entre otros.
• Tiene gran tenacidad y templabilidad.
• El excesivo Ni dificulta la maquinabilidad.

Aceros al Molibdeno

• Se encuentra la serie SAE 41XX.
• El Molibdeno en presencia del C se combina y forma  un carburo que le confiere dureza al material.
• Son tipos de aceros con una gran resistencia mecánica y dureza en caliente.
• Tienen una buena templabilidad.
• Otro de los elementos que podemos encontrar aleado al Mo es el Ni.
• Permiten el temple en el aire de mucho de los aceros  para herramientas, en lugar de temple en aceite.
• Cuando está aleado con el Ni forman los aceros al Níquel–Molibdeno definidos por la norma SAE con las series 46XX /48XX.
• Se usa mucho para piezas forjadas y en tornillerías especiales.
• Con el Mo a menudo se combina con otros elementos de aleación, en los aceros aleados comerciales.
• El SAE 4130 y SAE 4140 son los más comercializados.
• El SAE 4140 es un acero al Cr – Mo de buena tenacidad que se usa para forjar piezas.
• Puede disponer una estructura globulizada.
• Da la posibilidad de poder estampar en frió.
• Utilizado para la confección de bocallaves y demás herramientas.
• Otras aplicaciones son piezas de alta exigencia en la construcción de vehículos en general: cigüeñales, árboles, palieres, engranajes de transmisión, entre otros.

Aceros al Cromo

• Se encuentra la serie SAE 51XX.
• El cromo se utiliza desde el 1% al 30% sólo o en combinación.
• Con la presencia de C se forma un carburo muy duro, otorgando al acero dureza.
• Ofrece una resistencia al desgaste.
• Dispone de una mejor penetración de la dureza cuando se templa.
• Otra característica notable es el aumento de la resistencia a la corrosión.
• Algunos tipos utiliza mucho en ejes, arboles, bielas, punta de ejes, palieres, entre otros.

Aceros al Vanadio

• No es un elemento de aleación principal.
• El papel que juega como elemento de aleación secundario es muy importante.
• Cuando se combina con Cromo, se obtiene aceros al Cromo-Vanadio que puede ser el SAE 61XX.
• El V es un elemento formador de carburo.
• No permite que la austenita se ablande.
• Cuenta con características similares a las anteriores.
• Lleva dureza especialmente a altas temperaturas.
• También ofrece buena resistencia a la fatiga, tracción y poder cortante en los aceros para las herramientas.
• Caracterizado por su uso en general, en alambres para resortes, resortes de alta calidad, varillas de torsión, piezas de construcción en general sometidas a severos esfuerzos y herramientas de mano.

Aceros al Cromo – Níquel-Molibdeno

• Se encuentra la serie SAE 86XX / 87XX.
• Son aceros de mediana templabilidad.
• Tienen alta resistencia y muy buena tenacidad.
• Dispone de una estructura globulizada.
• Es apto para estampar en frió.
• Los más fabricados son el 8620 y el 8640.
• Se utiliza para engranajes de cajas de velocidades que son de altas revoluciones, pero siempre debe estar cementado y después templado.
• Su proceso de fabricación del acero puede variar dependiendo de la cantidad que este presente.
• Puede ser utilizado en bulones especiales de alta resistencia a esfuerzos estáticos y dinámicos, piezas de alta responsabilidad, especialmente a la fatiga como por ejemplo en estructuras de puentes grúas.

 Aceros de baja aleaciones y alta resistencia

• Tienen una gran cantidad de pequeños elementos aleantes.
• Son de bajo porcentaje de C, entre el intervalo 0,20% – 0,25%.
• Se trata de aceros comerciales que no están normalizados.
• También se los conoce como aceros construccionales.
• No pierden ductibilidad.
• Algunos son endurecibles por temple.
• Son dúctiles, maleables, fácilmente soldables y de alta resistencia, lo que permite su relativa liviandad.
• Trabajan con una relación de elasticidad muy alta.
• Los nombres de este tipo de acero se los dan los distintos fabricantes.
• Cuenta con un proceso de fabricación del acero especifico.

Aceros para tuberías de alta presión y temperatura

• Se trata también de aceros especiales que no están normalizados por normas SAE / AISI.
• Son básicamente aleaciones de  hierro-carbono-cromo-molibdeno y de hierro-carbono-molibdeno.
• Los procesos de soldaduras en ellos son especiales, debido a sus características.
• Igualmente su proceso de fabricación de acero es especial.
• Cuenta como característica principal la resistencia a altas temperaturas.
• Llevan el nombre del fabricante y que fueron diseñados para la industria petrolera.
• El Cr puede variar del 4% al 9% y el Mo menor al 1%.

Aceros inoxidables

• Son principalmente una aleación de Hierro (Fe), Carbono (C) y de Cromo (Cr).
• Esta identificada con la serie 400 de la norma SAE.
• También pueden contener Níquel.
• Son resistentes a la corrosión porque los átomos de cromo reaccionan con el oxígeno del aire.
• Pueden pertenecer a la serie 300.
• El Níquel mejora propiedades mecánicas a temperatura elevada.
• También aumenta el nivel de plasticidad, tenacidad.
• Es el acero que se ve con más frecuencia en el uso diario.
• Se logra una mayor facilidad de soldadura.
• Al agregar el de Níquel hace que se obtenga el acero austenítico a temperatura ambiente.
• Forma una especie de piel protectora que impide que el oxígeno y el agua ataquen a los átomos de hierro vulnerables del interior del acero.
• Los más usados en la industria alimenticia son el 304.

• Se utiliza en los cubiertos, tijeras e instrumentos médicos de uso doméstico.

• El 316 se usa en productos que tienen ácidos por su alta resistencia a la corrosión.
• Tiene además un pequeño porcentaje de molibdeno.
• Caracterizados por ser fáciles de limpiar, pulir y esterilizar.
• De esta clase existe una serie 200 que tiene propiedades semejantes.
• También existen los aceros dúplex, son no templables y presenta estructura de ferrita y austenita.

 Aceros para herramientas

• Conocidos como aceros de aleación especialmente dura.
• Estos aceros se usan para fabricar cepillos, sierras, fresas, machos, cuchillas.
• Son básicamente Fe – C – W.
• Ofrecen características de tenacidad, resistencia al desgaste y dureza.
• Según normas SAE se clasifican: W1 – W7, S1 – S7, O1 – O7, M1 – M36, A1 – A10, H10 – H19, P1- P6.
• Puede disponer de un alto porcentaje de C de aproximadamente de 1%.
• Son para trabajo en frío, templados al agua.
• Para herramientas resistentes al choque dispone de 0,5% C, con Mo y Cr.
• Tiene la posibilidad de realizar el trabajo en frío y templado al aceite.
• Se usa por ejemplo en una guillotina.
• En algunos tipos contienen alto porcentaje de C de aproximadamente 1,2%, con también Cr y  Mo.
• Da la posibilidad de trabajar con tipos para alta velocidad, aleados con Mo.
• Otros tienen mucho C de aproximadamente 1,7%.
• Son templados al aire, y para hacer trabajos en frío.
• También son templados mediante un proceso llamado templado.
• Se los llama indeformables en algunos casos.
• El acero se calienta primero a una temperatura alta, luego se enfría muy rápidamente y luego se calienta de nuevo a una temperatura más baja.
• Utilizados para fabricar herramientas, matrices y piezas de máquinas.
• Tienen Cr que le da resistencia a la corrosión.
• Se usa por ejemplo en una guillotina.

Aceros rápidos

• Es un tipo de acero de herramientas.
• Con su descubrimiento se aceleró notablemente el trabajo de las máquinas herramientas.
• Estos tienen además de W, Mo y Cr, elementos apropincuan al metal.
• Dan la posibilidad de trabajar en caliente.
• Estando al rojo no pierden sus propiedades de corte.
• El SAE distingue las series T y M: T1, T2, T3, T7, T9, T4, T5, T6, M30.
• Son utilizadas en herramientas macho, de trabajo a altas revoluciones.
• Disponen de tipos de solo aceros con W, Aceros con W – Co y una serie de aceros con Mo – Cr.
• Su proceso de fabricación del acero depende de qué tipo se esté empleando.

¿Cómo se fabrica el acero?

Las formas y las técnicas con la cual se puede obtener el acero dispone de una amplia variedad de metales y metaloides, y más en la actualidad que con el desarrollo de la tecnología se tiene a disposición diversos procesos de fabricación del acero que involucran procesos en las propiedades químicas y físicas.

Con las técnicas empleadas se forman ferroaleaciones, que proporcionan dureza y resistencia, involucrando procesos conocido como metalurgia secundaria que es donde se le otorga las propiedades químicas y el nivel de inclusiones e impurezas deseado, por ello se debe tener en cuneta el tipo de acero que se este utilizando ya que por sus diversas características explicada en el anterior punto esta composición varia.

Este proceso cotidiano envuelve el hierro con lo que se ha añadido, para esto se dispone de una cantidad de carbono no superior al 2%, siendo dependiente del grado; también se debe resaltar que este procedimiento se realiza en hornos potentes, en los cuales se mantiene a los metales en estado líquido ante de realizar el mezclado y agregarlo en un molde específico para su enfriado.

Si confundes las piezas tornillos y tuercas, y deseas conocer estos elementos entonces se recomienda ver Descubre los diferentes tipos de tornillos y tuercas donde se explica la forma correcta de emplearlas, así como también los tipos disponibles y sus características, de forma que se pueda ampliar los conocimientos sobre estos operadores mecánicos.

Proceso de fabricación del acero

En el anterior punto se explicó cómo se hace el acero, ahora a continuación se muestra los procesos de fabricación del acero que se requiere la presencia de varias materias primas que cumplen distintas funciones en su proceso de producción así como de diversas tecnologías especificas.

Fabricación del arrabio

• El acero puede ser fabricado utilizando materias primas naturales.
• Se utiliza con el arrabio, o de una manera reciclada.
• En la manera reciclada, de los desechos se recoge con un imán el acero.
• Tiene la capacidad de captar hasta 5 toneladas.
• Donde un 80% de estos desechos se transformarán en barras de acero.

Vertido al horno y procesamiento

• Luego este metal se deposita en un recipiente.
• Se dispone de una capacidad para unas 60 toneladas de metal.
• Ahora este se convertirá en metal fundido.
• Después los contenidos de este recipiente se colocan a un horno.
• Este horno alcanza una temperatura de unos 1600 grados, calor suficiente para lograr licuar casi cualquier cosa.
• Los trozos de metal entran en contacto con el acero licuado.
• Con un sistema de ventilación se extrae el humo que se produce.
• Bajo este calor las 60 toneladas del metal se fundirán en aproximadamente 60 minutos.
• En este proceso, se presentan impurezas que suben a la superficie cuando el acero está fundido.
• A continuación se inyecta oxígeno al acero fundido mediante el uso de una lanza.
• Se reduce el contenido de carbono.
• Luego se homogeneiza la mezcla.
• En seguida se acelera el proceso.

Colada de acero

• Se coloca un caldero de colada bajo el horno.
• Esto puede contener hasta 115 toneladas de acero fundido.
• Ahora el acero fundido va a pasar del horno a este caldero de colada.
• Después, con el acero colado, se introducen aditivos para obtener el tono de acero correcto.
• Luego un operario abre las boquillas del caldero similar a un distribuidor.
• El acero cae en los moldes como resultado del paso anterior.
• Rápidamente se enfría y comienza a endurecerse.
• De este modo se producen barras, cuya longitud varía entre los 4,5 y 10,6 metros.
• Luego se cortarán a la medida.

Corte con gas

• A continuación se cortan con gas las palanquillas a la medida.

Laminado de palanquillas

• Para finalizar se debe aplanar o reducir el volumen de las palanquillas.
• Se calientan en un horno a 1200 grados durante 2 horas.

Proceso de producción del acero

En el anterior punto se explica los pasos que se sigue en el proceso de fabricación del acero, sin embargo a continuación se deja un vídeo donde se explica de una mejor manera este procedimiento con la finalidad que a través del  vídeo se pueda tener un mayor conocimiento de este proceso.