I. Elementos de aleación de acero.
Acero
Acero es un término colectivo para las aleaciones de hierro con un contenido de carbono que oscila entre el 0,02% y el 2,04% en masa. La composición química del acero puede variar significativamente. El acero que contiene únicamente carbono se llama acero al carbono o acero simple.
Sin embargo, en la producción real, el acero suele incorporar diferentes elementos de aleación según su uso previsto, como manganeso, níquel y vanadio.
Según su rendimiento y uso, se dividen en acero estructural, acero para herramientas y acero de rendimiento especial.
Carbón
Presente en todos los aceros, el carbono es el elemento endurecedor más importante. Ayuda a aumentar la resistencia del acero. Por lo general, desea que el acero para herramientas tenga más de 0,6% de carbono, también conocido como acero con alto contenido de carbono.
Cromo
El cromo aumenta la resistencia al desgaste, la dureza y, lo más importante, la resistencia a la corrosión. Si un acero tiene más de un 13% de cromo, se considera acero inoxidable. Sin embargo, todos los aceros pueden oxidarse si no se mantienen adecuadamente.
Manganeso
El manganeso es un elemento crucial que ayuda a formar la estructura del grano, aumentando la tenacidad, la resistencia y la resistencia al desgaste. Se utiliza para desoxidar el acero durante el tratamiento térmico y los procesos de laminación.
El manganeso está presente en la mayoría de los tipos de acero utilizados en cuchillos y tijeras, excepto A-2, L-6 y CPM 420V.
Molibdeno
Como formador de carburo, el molibdeno evita que el acero se vuelva quebradizo y mantiene la resistencia del acero a altas temperaturas. Se encuentra en muchos aceros.
Los aceros endurecibles al aire (como A-2, ATS-34) siempre contienen 1% o más de molibdeno, lo que les permite endurecerse al aire.
Níquel
El níquel mantiene la fuerza, la resistencia a la corrosión y la tenacidad. Está presente en L-6, AUS-6 y AUS-8.
Silicio
El silicio ayuda a aumentar la resistencia. Al igual que el manganeso, se utiliza en el proceso de producción del acero para mantener la resistencia del acero.
Tungsteno
El tungsteno aumenta la resistencia al desgaste. Se mezcla con una proporción adecuada de cromo o manganeso para producir acero de alta velocidad. El acero rápido M-2 contiene una cantidad significativa de tungsteno.
Vanadio
El vanadio aumenta la resistencia al desgaste y la ductilidad. En la fabricación de barras de acero se utiliza carburo de vanadio. Muchos tipos de acero contienen vanadio, incluidos M-2, Vascowear, CPM T440V y 420VA, que tienen un alto contenido de vanadio.
La principal diferencia entre BG-42 y ATS-34 es el contenido de vanadio del primero.
II. tipos de acero
( 1) Acero común
El. Acero estructural al carbono:
(a)P195;
(b) Q215 (A, B);
c) Q235 (A, B, C);
d) Q255 (A, B);
e) P275.
B. Acero estructural de baja aleación
w. Acero estructural común para fines específicos
( 2) Acero de calidad (incluido el acero de alta calidad)
El. Acero estructural:
(a) Acero estructural al carbono de alta calidad;
(b) Acero estructural aleado;
c) acero para muelles;
d) Acero de fácil mecanización;
(e) Acero para rodamientos;
f) Acero estructural de alta calidad para fines específicos.
B. Herramienta de acero:
(a) Acero para herramientas al carbono;
b) acero aleado para herramientas;
(c) Acero para herramientas de alta velocidad.
w. Acero de rendimiento especial:
(a) Acero inoxidable resistente a los ácidos;
b) acero resistente al calor;
c) Acero aleado para calefacción eléctrica;
d) Acero eléctrico;
(e) Acero resistente al desgaste con alto contenido de manganeso.
III. ¿Qué es el acero al carbono?
Las principales propiedades mecánicas del acero dependen de su contenido de carbono. El acero que no contiene una gran cantidad de elementos de aleación a veces se denomina acero al carbono simple o acero al carbono.
El acero al carbono, también conocido como acero al carbono simple, se refiere a aleaciones de hierro y carbono con un contenido de carbono (WC) inferior al 2%.
Además de carbono, el acero al carbono suele contener pequeñas cantidades de silicio, manganeso, azufre y fósforo.
El acero al carbono se puede clasificar en tres tipos según su aplicación: acero estructural al carbono, acero para herramientas al carbono y acero estructural de fácil corte. El acero estructural al carbono se puede dividir en acero estructural de construcción y acero estructural de máquinas.
Según el método de fundición, el acero al carbono se puede dividir en acero de horno abierto, acero convertidor y acero de horno eléctrico.
Según el método de desoxidación, el acero al carbono se puede clasificar en acero en ebullición (F), acero muerto (Z), acero semi-muerto (b) y acero muerto especial (TZ).
Según el contenido de carbono, el acero al carbono se puede clasificar en acero con bajo contenido de carbono (WC ≤ 0,25%), acero con medio carbono (WC 0,25% -0,6%) y acero con alto contenido de carbono (WC > 0,6%).
Según el contenido de fósforo y azufre, el acero al carbono se puede dividir en acero al carbono ordinario (mayor contenido de fósforo y azufre), acero al carbono de alta calidad (menor contenido de fósforo y azufre), acero de alta calidad superior (contenido incluso menor de fósforo y azufre). y acero especial de alta calidad.
Generalmente, a medida que aumenta el contenido de carbono en el acero al carbono, la dureza y la resistencia también aumentan, pero la ductilidad disminuye.
4. ¿Qué es el acero inoxidable?
El acero inoxidable, también conocido como acero resistente a los ácidos, se compone de dos componentes principales: acero inoxidable y acero resistente a los ácidos. En términos simples, el acero que puede resistir la corrosión atmosférica se llama acero inoxidable, mientras que el acero que puede resistir la corrosión por medios químicos se llama acero resistente a los ácidos. El acero inoxidable es un acero de alta aleación con más de un 60% de hierro como base, incorporando elementos de aleación como cromo, níquel y molibdeno.
Cuando el acero contiene más del 12% de cromo, es resistente a la corrosión y al óxido de la atmósfera y al ácido nítrico diluido. Esto se debe a que el cromo puede formar una película de óxido de cromo que se adhiere firmemente a la superficie del acero, protegiéndolo eficazmente de la corrosión. El contenido de cromo en el acero inoxidable es generalmente superior al 14%, pero el acero inoxidable no es completamente inmune a la oxidación.
En áreas costeras o lugares con contaminación atmosférica severa, cuando el aire contiene una gran cantidad de iones de cloruro, la superficie expuesta del acero inoxidable puede desarrollar algunas manchas de óxido. Sin embargo, estas manchas de óxido se limitan a la superficie y no corroen la matriz interna del acero inoxidable.
Generalmente el acero con un contenido de cromo (Wcr) superior al 12% tiene las características del acero inoxidable. El acero inoxidable se puede clasificar en cinco categorías según su microestructura después del tratamiento térmico: acero inoxidable ferrítico, acero inoxidable martensítico, acero inoxidable austenítico, acero inoxidable austenítico-ferrítico (dúplex) y acero inoxidable endurecido por precipitación.
El acero inoxidable se clasifica comúnmente según su estructura matricial:
Acero inoxidable ferrítico: Contiene entre un 12% y un 30% de cromo. Su resistencia a la corrosión, tenacidad y soldabilidad mejoran al aumentar el contenido de cromo. Tiene mejor resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruro que otros tipos de acero inoxidable.
Acero inoxidable austenítico: Contiene más del 18% de cromo, junto con aproximadamente un 8% de níquel y pequeñas cantidades de molibdeno, titanio, nitrógeno y otros elementos. Tiene excelentes propiedades integrales y puede resistir la corrosión en diversos medios.
Acero Inoxidable Austenítico-Ferrítico (Dúplex): Combina las ventajas del acero inoxidable austenítico y ferrítico y presenta superplasticidad.
Acero inoxidable martensítico: Tiene alta resistencia, pero baja ductilidad y soldabilidad.
V. Acero al carbono versus acero inoxidable
Color: El acero inoxidable contiene más cromo y níquel, lo que da como resultado una apariencia plateada. El acero al carbono se compone principalmente de carbono y hierro, con menos elementos metálicos, lo que le da un color predominantemente de hierro y más oscuro.
Textura de la superficie: El acero inoxidable, con mayor contenido de otros elementos metálicos, tiene una superficie lisa. El acero al carbono, que contiene más hierro y carbono, tiene una superficie más rugosa y carece de la suavidad del acero inoxidable.
Magnetismo: el acero al carbono tiene propiedades magnéticas en su superficie y puede ser atraído por un imán. El acero inoxidable generalmente no es magnético en condiciones normales y no se siente atraído por los imanes.
Contenido de carbono: Las propiedades mecánicas del acero al carbono dependen de su contenido de carbono, ya que el acero contiene menos del 2% de carbono y generalmente no agrega una cantidad significativa de elementos de aleación. Por el contrario, el acero inoxidable, para mantener su resistencia a la corrosión, tiene un contenido de carbono relativamente bajo, que normalmente no supera el 1,2%.
Contenido de aleación: el acero al carbono contiene una pequeña cantidad de elementos de aleación como silicio, manganeso, azufre y fósforo. El acero inoxidable tiene un mayor contenido en elementos de aleación, principalmente cromo y níquel, superando el 12%.
Resistencia a la corrosión: El acero al carbono, con su bajo contenido de aleación, tiene una resistencia a la corrosión más débil. El acero inoxidable, con mayor contenido en cromo y níquel, tiene mayor resistencia a la corrosión.
La distinción entre acero al carbono y acero inoxidable radica principalmente en su resistencia a la corrosión. Sin embargo, el acero inoxidable, con sus propiedades superiores, realiza funciones que otros tipos de acero no pueden reemplazar en aplicaciones prácticas.
Por ejemplo, algunos aceros inoxidables resistentes al calor y aceros inoxidables con excelentes características superficiales se utilizan ampliamente como materiales decorativos.
Además, las excepcionales propiedades mecánicas del acero inoxidable lo hacen indispensable en diversos sectores industriales.
El acero común, también conocido como acero al carbono, es una aleación de hierro y carbono. Se clasifica en acero con bajo contenido de carbono, acero con medio carbono y hierro fundido según el contenido de carbono.
Generalmente, el acero con menos de 0,2% de carbono se denomina acero bajo en carbono, también conocido como hierro dulce o hierro puro; el acero con un contenido de carbono entre 0,2 y 1,7% se denomina acero; y el acero con más del 1,7% de carbono se llama arrabio.
1. El acero con un contenido de cromo superior al 12,5% tiene una alta resistencia a la corrosión de medios externos (ácido, sal alcalina) y por eso se denomina acero inoxidable.
Dependiendo de la estructura interna del acero, el acero inoxidable se puede dividir en tipos martensítico, ferrítico, austenítico, ferrítico-austenítico y de endurecimiento por precipitación, con un total de 55 tipos especificados por la norma nacional GB3280-92.
En la vida cotidiana nos encontramos a menudo con acero inoxidable austenítico (algunos lo llaman acero inoxidable con níquel) y acero inoxidable martensítico (algunos lo llaman “hierro inoxidable”, lo cual es científicamente incorrecto y propenso a malentendidos).
Los grados típicos de acero inoxidable austenítico incluyen 0Cr18Ni9 o “304” y 1Cr18Ni9Ti. El acero inoxidable martensítico, utilizado en la fabricación de tijeras y cuchillos, incluye principalmente los grados 2Cr13, 3Cr13, 6Cr13, 7Cr17, etc.
2. Las diferencias en las composiciones de estos dos tipos de acero inoxidable dan como resultado diferentes microestructuras metálicas internas.
3. El acero inoxidable austenítico, debido a su alto contenido de cromo y níquel (aproximadamente 18% de cromo y más de 4% de níquel), tiene una estructura interna austenítica.
Esta estructura no es magnética y no puede ser atraída por un imán. Se utiliza habitualmente para materiales decorativos como tubos de acero inoxidable, toalleros, vajillas, estufas, etc.
4. El acero inoxidable martensítico se utiliza para fabricar cuchillos y tijeras. Como las herramientas de corte deben estar afiladas, deben tener una cierta dureza.
Este tipo de acero inoxidable debe someterse a un tratamiento térmico para cambiar su estructura interna y aumentar su dureza para poder ser utilizado como herramienta de corte.
Pero este tipo de acero inoxidable tiene una estructura interna martensítica endurecida y es magnético, lo que significa que puede ser atraído por un imán.
Por lo tanto, no se puede determinar simplemente si un material es acero inoxidable basándose en su magnetismo.
SIERRA. Tubos sin costura de acero inoxidable versus tubos sin costura de acero al carbono
La distinción entre tubos sin costura de acero inoxidable y tubos sin costura de acero al carbono radica principalmente en las diferentes reglas de diseño para estos dos tipos de acero, lo que significa que sus reglas de diseño no son intercambiables. Las diferencias se pueden resumir de la siguiente manera:
En primer lugar, el acero inoxidable se endurece durante el trabajo en frío debido a un fenómeno llamado endurecimiento por trabajo. Por ejemplo, durante la flexión presenta anisotropía, con diferentes propiedades en la dirección transversal y longitudinal.
El aumento de la resistencia debido al trabajo en frío se puede utilizar para aumentar el factor de seguridad, especialmente cuando el área plegada es pequeña en comparación con el área total, lo que hace que el aumento sea insignificante.
En segundo lugar, la curva tensión-deformación del acero inoxidable difiere de la del acero al carbono. El límite elástico del acero inoxidable es aproximadamente el 50% de su límite elástico, que, según las normas estándar, es menor que el límite elástico del acero de medio carbono.
Por último, el acero inoxidable no tiene un límite elástico definido. En cambio, el límite elástico suele estar representado por σ0,2 y se considera un valor equivalente.
VII. Tratamiento térmico e indicadores de rendimiento mecánico del acero.
El tratamiento térmico es un proceso que manipula las propiedades físicas de un metal mediante calentamiento y enfriamiento. Mediante el tratamiento térmico, se puede mejorar la microestructura del acero para cumplir con requisitos físicos específicos.
Algunas de las características logradas a través de este proceso incluyen tenacidad, dureza y resistencia al desgaste. Estas propiedades se obtienen mediante técnicas de tratamiento térmico como endurecimiento, revenido, recocido y endurecimiento superficial.
El endurecimiento , también conocido como temple, implica calentar uniformemente el metal a una temperatura adecuada y luego sumergirlo rápidamente en agua o aceite para un enfriamiento abrupto, o enfriarlo en aire o en un área de congelación para lograr la dureza deseada.
El templado es necesario después del endurecimiento, ya que el acero se vuelve quebradizo y susceptible a fracturarse debido a la tensión inducida por el enfriamiento rápido.
Para eliminar esta fragilidad, el templado se realiza recalentando el acero a una temperatura o color apropiado, seguido de un enfriamiento rápido.
Aunque este proceso reduce ligeramente la dureza del acero, aumenta su tenacidad y reduce su fragilidad.
El recocido es un método utilizado para eliminar tensiones internas en el acero y homogeneizarlo. El proceso implica calentar el acero por encima de su temperatura crítica y luego colocarlo en ceniza seca, cal, asbesto o sellarlo dentro de un horno para permitir que se enfríe lentamente.
La dureza se refiere a la capacidad de un material para resistir la penetración de un objeto externo. Un método común para probar la dureza del acero es utilizar una lima en el borde de la pieza, donde la profundidad de las marcas de la lima indica el grado de dureza.
Sin embargo, este método no es muy preciso. Las pruebas de dureza modernas generalmente se realizan con un durómetro. La prueba de dureza Rockwell es una de las pruebas más utilizadas.
El durómetro Rockwell mide la profundidad de penetración de un penetrador de diamante en el metal; cuanto más profunda es la penetración, menor es la dureza. La profundidad de penetración se puede leer con precisión en un dial y esta lectura se denomina número de dureza Rockwell.
La forja es un proceso en el que se da forma al metal martillando. Cuando el acero se calienta a la temperatura de forjado, se puede forjar, doblar, estirar y darle forma. La mayoría del acero es fácil de forjar cuando se calienta hasta obtener un color rojo cereza brillante. Un método común para aumentar la dureza del acero es mediante temple.
La fragilidad se refiere a la tendencia de un metal a fracturarse fácilmente. El hierro fundido, por ejemplo, es muy frágil e incluso puede agrietarse al caerse. Existe una estrecha relación entre fragilidad y dureza; Normalmente, los materiales con alta dureza también tienen una gran fragilidad.
La ductilidad (también conocida como maleabilidad) se refiere a la capacidad de un metal de deformarse permanentemente sin fracturarse cuando se somete a fuerzas externas. Los metales dúctiles se pueden hilar hasta formar alambres finos.
La elasticidad se refiere a la propiedad de un metal de deformarse bajo fuerzas externas y volver a su forma original cuando se eliminan las fuerzas. El acero para muelles es un material muy elástico.
La maleabilidad, también conocida como forjabilidad, es otra descripción de la ductilidad o suavidad de un metal. La maleabilidad es la propiedad de un metal de deformarse sin fracturarse cuando se lo somete a un martillazo o laminación.
La dureza es la capacidad de un metal para resistir vibraciones o impactos. La tenacidad es lo opuesto a la fragilidad.
