Los héroes ocultos: cómo los elementos dan forma a la propiedad del acero

Los diferentes grados de acero se producen controlando con precisión la adición de varios elementos durante el proceso de fabricación del acero para mejorar el rendimiento del acero y satisfacer las necesidades de diferentes aplicaciones industriales. Este artículo explorará en detalle cómo estos elementos afectan las propiedades del acero y analizará sus aplicaciones en la producción real.

Elementos durante la fabricación de acero

Hidrógeno (H): El hidrógeno es extremadamente perjudicial para el acero, ya que puede provocar fragilización por hidrógeno y defectos en las manchas blancas. En el acero sólido, el hidrógeno tiene una solubilidad muy baja y se disuelve en el acero fundido a altas temperaturas. Durante el enfriamiento, no logra escapar a tiempo, lo que provoca la formación de microporos a alta presión dentro del material, lo que reduce significativamente la plasticidad, la tenacidad y la resistencia a la fatiga del acero. En casos graves, puede incluso provocar grietas y fracturas frágiles. La fragilización por hidrógeno se observa principalmente en los aceros martensíticos y es menos prominente en los aceros ferríticos, y generalmente aumenta con la dureza y el contenido de carbono. A pesar de esto, el hidrógeno puede mejorar la permeabilidad magnética del acero, pero también aumenta la fuerza coercitiva y las pérdidas en el núcleo.

Boro (B): La función principal del boro es aumentar la templabilidad del acero, ahorrando así el uso de metales más caros como el níquel, el cromo y el molibdeno. El contenido de boro generalmente se controla entre el 0,001% y el 0,005%, reemplazando una cierta proporción de níquel, cromo o molibdeno. Sin embargo, el boro no puede reemplazar completamente al molibdeno, ya que el molibdeno puede prevenir o reducir la fragilidad del templado, mientras que el boro puede promover ligeramente esta fragilidad. Agregar boro al acero con contenido de carbono medio puede mejorar significativamente el rendimiento de templado de las placas de acero gruesas, lo que permite que los aceros 40B y 40MnB reemplacen al acero 40Cr y que el acero 20Mn2TiB reemplace al acero carburado 20CrMnTi. Sin embargo, el efecto del boro se debilita con el aumento del contenido de carbono en el acero.

Carbono (C): El carbono es el componente principal después del hierro y afecta directamente a la resistencia, plasticidad, tenacidad y soldabilidad del acero. A medida que aumenta el contenido de carbono, aumentan la resistencia y la dureza del acero, mientras que la plasticidad y la tenacidad disminuyen. Un alto contenido de carbono también puede reducir la soldabilidad y la resistencia a la corrosión atmosférica del acero.

Nitrógeno (N): El efecto del nitrógeno en las propiedades del acero es similar al del carbono y el fósforo; aumenta la resistencia pero disminuye la plasticidad y la tenacidad, lo que empeora la soldabilidad y aumenta la fragilidad en frío.

Oxígeno (O): El oxígeno es un elemento nocivo que entra naturalmente en el acero durante el proceso de fabricación del acero, y existe principalmente en forma de inclusiones, que reducen la resistencia y la plasticidad del acero y afectan gravemente a la resistencia a la fatiga y al impacto.

Magnesio (Mg): El magnesio puede mejorar la distribución y la morfología de las inclusiones en el acero, y pequeñas cantidades de magnesio pueden mejorar el rendimiento del acero para rodamientos, aumentando la resistencia a la tracción y el límite elástico.

Aluminio (Al): Como desoxidante o elemento de aleación, el aluminio puede refinar los granos y fijar el nitrógeno, lo que mejora la resistencia al impacto y reduce la fragilidad por frío y la tendencia al envejecimiento.

Silicio (Si): El silicio, como reductor y desoxidante, puede aumentar la dureza y la resistencia del acero, pero más del 3% reducirá la plasticidad y la tenacidad. El silicio también puede aumentar el límite elástico y la resistencia a la fatiga del acero.

Fósforo (P): El fósforo es un elemento nocivo que puede aumentar la resistencia y la dureza, pero reducir significativamente la plasticidad y la tenacidad, lo que provoca fragilidad por frío.

Azufre (S): El azufre, en forma de sulfuro de hierro, provoca cortocircuitos en caliente, lo que reduce la ductilidad y la tenacidad, lo que afecta la soldabilidad y la resistencia a la corrosión.

Potasio/Sodio (K/Na): El potasio/sodio, como a, puede mejorar el rendimiento del hierro fundido blanco y el hierro dúctil.

Calcio (Ca): El calcio puede refinar los granos, mejorar la resistencia a la corrosión, la resistencia al desgaste, el rendimiento a altas y bajas temperaturas del acero y aumentar la resistencia al impacto y la resistencia a la fatiga.

Titanio (Ti): El titanio, un elemento fuerte que forma carburos, puede fijar nitrógeno y carbono, mejorar la resistencia y la estabilidad al templado del acero y prevenir la corrosión intergranular.

Vanadio (V): El vanadio puede refinar la estructura y los granos del acero, aumentar la templabilidad y la estabilidad del templado y producir un efecto de endurecimiento secundario.

Cromo (Cr): El cromo puede aumentar la templabilidad, la dureza y la resistencia al desgaste del acero y es el principal elemento de aleación para el acero inoxidable y resistente al calor.

Manganeso (Mn): El manganeso puede aumentar la resistencia y la templabilidad del acero, mejorar el rendimiento del trabajo en caliente y eliminar los efectos adversos del azufre.

Cobalto (Co): El cobalto se usa en aceros y aleaciones especiales para mejorar la dureza a altas temperaturas y las propiedades mecánicas integrales.

Níquel (Ni): El níquel mejora la resistencia, la tenacidad y la templabilidad del acero, reduce la temperatura de fragilidad y mejora la resistencia a la fatiga por calor y la corrosión.

Cobre (Cu): El cobre mejora la resistencia a la corrosión atmosférica del acero ordinario de baja aleación, aumentando la resistencia y la relación de rendimiento.

Galio (Ga): El galio influye principalmente en las propiedades mecánicas del acero mediante el fortalecimiento de la solución sólida y tiene un efecto de mejora menor en la resistencia a la corrosión.

Arsénico (As): El arsénico aumenta el límite elástico y la resistencia a la tracción, pero aumenta la fragilidad y afecta a la soldabilidad.

Selenio (Se): El selenio mejora el rendimiento del proceso de corte del acero al carbono, el acero inoxidable y el cobre.

Circonio (Zr): El circonio tiene efectos desoxidantes, purificadores y refinadores de granos, lo que mejora el rendimiento a bajas temperaturas y el rendimiento de estampado.

Niobio (Nb): El niobio aumenta la templabilidad, la estabilidad de templado y la resistencia al hidrógeno del acero, refina los granos y aumenta la resistencia.

Molibdeno (Mo): El molibdeno aumenta la templabilidad, la resistencia al calor y la resistencia a la corrosión del acero, lo que evita la fragilidad por templado.

Estaño (Sn): El estaño desempeña un papel importante en el acero eléctrico, el hierro fundido y el acero de corte libre, ya que mejora el magnetismo y el rendimiento de corte.

Antimonio (Sb): El antimonio refina los granos del acero de silicio orientado a la alta inducción magnética y mejora el magnetismo.

Tungsteno (W): El tungsteno aumenta la estabilidad del templado, la dureza roja, la resistencia al calor y la resistencia al desgaste.

Plomo (Pb): El plomo mejora el rendimiento del proceso de corte, pero se está reemplazando gradualmente debido a problemas de contaminación ambiental.

Bismuto (Bi): El bismuto mejora el rendimiento de corte del acero de corte libre y mejora las propiedades sísmicas y de tracción.

Tierra rara (Re): Los elementos de tierras raras pueden desoxidar, desulfurar y microalear, lo que mejora la capacidad de deformación de las inclusiones y el rendimiento de fatiga de la mayoría de las calidades de acero.

Conclusión:

En resumen, la adición de elementos tiene un profundo impacto en el rendimiento de los materiales de acero. Desde mejorar la resistencia y la dureza hasta mejorar la tenacidad y la resistencia a la corrosión, cada elemento contribuye de una manera única. Sin embargo, la aplicación de estos elementos también requiere un equilibrio delicado, ya que un uso excesivo o inadecuado puede tener consecuencias adversas. Los fabricantes de acero deben optimizar el rendimiento del acero de acuerdo con los requisitos específicos de la aplicación mediante una formulación científica y procesos de producción estrictos.

Las normas y reglamentos de producción de acero de diferentes países significan que la composición elemental de calidades similares, que incluyen placas resistentes al desgaste, acero de alta resistencia, y acero al silicio, también puede variar ligeramente, lo que lleva a diferencias sutiles en el uso real. Para obtener información detallada sobre la composición elemental y su impacto en el rendimiento y el uso práctico de calidades específicas, especialmente de los productos laminados en caliente, póngase en contacto con nosotros y le proporcionaremos servicios de consultoría personalizados con expertos en acero.

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