Imagen 1. IFSTIC. Creative Commons

Materiales: Materiales ferrosos

Los metales han estado presentes en el desarrollo de lahumanidad desde la antigüedad. Entre todos ellos, yaún a pesar de la facilidad con que se oxida, losderivados del hierro fueron y continúan siendo los másabundantemente empleados. Llamaremos materialferroso a todo material que en su composicióncontenga una proporción de hierro.

La producción mundial de metales ferrosos es más deveinte veces superior a la del resto de los metalesjuntos. Esto es debido por un lado a su abundancia ypor otro a la gran cantidad y variedad de productos quese pueden obtener a partir del hierro.

El acero era bien conocido en la antigüedad. Losprimeros aceros pudieron ser producidos fundiendomineral de hierro en una chimenea de materialesnaturales resistentes al calor (arcilla y piedra),empleando como combustible primero leña y más tardecarbón vegetal y soplando aire en el hogar paraenriquecer la combustión, así el hierro se convertía enauténtico acero. En estos aceros se expulsaba laescoria por medio de la forja con martilleo en caliente.Los primeros aceros provienen de Armenia, datadosantes de 1400 a.c. La tecnología del hierro fuemantenida mucho tiempo en secreto por los pueblosque la poseían, lo que les convertía en enormemente poderosos y temidos.

En la península Ibérica. Hay constancia de producción de acero desde el siglo IV a.c., pues losarqueólogos han encontrado espadas utilizadas por los iberos, fabricadas con este material.

Sin embargo no es hasta 1700 cuando se considera que se comenzó a producir acero tal comolo conocemos hoy en día. En este sentido hay que destacar varias innovaciones muyimportantes:

En 1856, Bessemer, posibilitó la fabricación de acero en grandes cantidades, pero solopodía utilizarse su método para hierro con poco contenido en fósforo y azufre. En 1857, Siemens puso en marcha otro procedimiento de obtención industrial de

acero, en la actualidad es un método en desuso. En 1902 comienza la producción comercial de acero en hornos de arco eléctrico. En 1948 se desarrolla el proceso del oxígeno básico o L-D. En 1950 se comienza a utilizar el proceso de colada continua para fabricar grandes

cantidades de perfiles de acero de sección constante.

1. Proceso de obtención del acero

El hierro es un metal y como tal no se encuentra en estado puro en la naturaleza sino que estáformando parte de numerosos minerales. Existen muchos minerales que contienen hierro. Paraque un mineral pueda ser utilizado para la obtención de hierro metálico ha de cumplir doscondiciones:

Ha de ser un mineral muy abundanteHa de presentar una elevada concentración de hierro puro

Los minerales más utilizados en la actualidad son dos óxidos, la hematita (Fe2O3) y

magnetita (Fe304) , la limonita, que es un hidróxido de hierro de fórmula (FeO�OH nH2O) y la

siderita o carbonato de hierro (FeCO3).

Imagen 2. Wikipedia. Creative Commons Imagen 3. ISFTIC. Creative Commons

Imagen 4. ISFTIC. Creative Commons Imagen 5. ISFTIC. Creative Commons

Una vez extraídas estas rocas tal cual están en la naturaleza han de ser sometidas anumerosos procesos para poder obtener el hierro que tienen en su estructura.

Se conoce por siderurgia al conjunto de procesos que debe sufrir el mineral de hierrohasta que se obtiene el metal utilizable.

La primera etapa de este proceso consiste en la extracción en las minas de los distintosminerales que contienen hierro. En ellas el mineral, al que llamaremos mena, se encuentraformando parte de las rocas, las cuales además de la mena contienen contienen componentesno útiles llamados gangas. Ambas partes deben ser separadas, para lo que habitualmente sepueden emplear dos métodos:

Imantación: en primer lugar se tritura la roca y se hace pasar por un campo magnéticoaquellos productos que contengan hierro se separarán de las otras rocas.Separación por densidad: una vez triturada, la roca se sumerge en agua. Al tener la

mena distinta densidad que la ganga, ésta se separa del mineral de hierro.Independientemente de cual sea el método utilizado, una vez realizada la separación delmineral de hierro, se le somete a un proceso por el que se forman una especie de aglomeradode mineral llamado pelets. Estos se transportan a la planta siderúrgica donde se procesarán enel alto horno.

¿Qué mineral contiene hierro formando parte de un óxido de composición Fe3O4?

Hematita

Magnetita

Limonita

Siderita

¿Cómo se llama la parte de un mineral que se utilizará para obtener el metal?

Metallica

Ganga

Mena

Fundente

Imagen 6. Kalipedia. Creative Commons

1.1. Alto horno

Un alto horno es una instalación industrial en la que la mena contenida en el mineralde hierro es transformada en arrabio, también llamado hierro bruto.

Estas instalacionesreciben este nombrepor su gran alturaque suele estar entorno a los 30metros.Un alto horno es unhorno de cuba,formado por dostroncos de conounidos por sus basesmayores. El troncosuperior recibe elnombre de cuba, yel inferior se llamaetalajes, la zonaintermedia se llamavientre. La parteinterior del hornoestá recubierta pormaterial refractarioy la exterior es dechapa de acero,entre ambas capas se dispone un circuito de refrigeración.

El horno es alimentado con una mezcla de mineral de hierro, carbón de coque y fundente,generalmente piedra caliza. La proporción entre estas tres sustancias ha de ser:

2Tm de mineral - 0,5Tm de coque - 1Tm de fundente.

Mediante una cinta transportadora esta mezcla se lleva hasta una tolva situada en la partesuperior del horno.

La mezcla se va alimentando al horno a través de la parte superior, llamada tragante. En ellaun mecanismo de trampillas permite la entrada de la materia prima evitando que escapen alexterior gases, humos y sustancias contaminantes.Los altos hornos operan en continuo. Esto quiere decir que la forma de trabajo no consiste enintroducir la mezcla con los reactivos dejar que el horno funcione durante un determinadotiempo y que haya que detenerlo para extraer los productos. En un alto horno se introducenlas materias primas solidas por la parte superior y los productos, más densos, se extraen por laparte inferior de forma continua. Esto hace que la mezcla de entrada vaya cayendo hacia zonasmás bajas del horno y que sucesivamente vaya pasando por la cuba, el vientre y el atalajes.

Imagen 7. blogspot. Creative Commons

Por la parte inferior del horno se inyecta por unas toberas aire caliente. Este aire reacciona enla zona de etalajes con el coque, el coque se transforma en CO generando una temperatura de1800ºC.Con esta temperatura la carga llega en la zona inferior del horno a la temperatura de fusióndel hierro y debido a la diferencia de densidades entre el hierro y la escoria estos quedanseparados en el fondo del horno, en una zona llamada crisol.El hierro fundido queda en la capa inferior del crisol y la escoria en la superior. Posteriormentese rompe (pincha) el tapón cerámico que obtura la piquera de arrabio y es sangrado el horno,extrayéndose el hierro de primera fusión, hierro colado o arrabio y a continuación la escoria.

El arrabio se vierte en grandesrecipientes llamadoscucharas, éstas pueden serabiertas o cerradas (torpedo),que es un vagón semicerradorecubierto en su interior porladrillos refractarios quemantienen el arrabio fundido,mientras es transportadohasta el horno de afino LD,donde le quitarán al arrabiolas impurezas que todavíacontiene y que lo hacen pocoadecuado para el usoindustrial.

Las escorias obtenidas sonempleadas en la fabricación deabonos agrícolas, comomateria prima en laproducción de cemento y en lafabricación de aislantestérmicos y acústicos.

Hasta ahora hemos comentado como se separa el arrabio por la parte inferior del horno unavez que ya se ha formado. Pero recuerda que lo que alimenta el horno no es el arrabioacompañado de escoria, por la parte superior del horno se ha alimentado un mineral de hierro.Lo que ocurre en las zonas superiores del horno (vientre y cuba) son procesos químicoscomplejos por los que el CO producido en la zona de etalajes reacciona con el mineralreduciéndolo y transformándolo a medida que la carga baja a través del horno en hierrometálico.Por la parte superior de la cuba salen unos gases provenientes de la combustión que tras serfiltrados, para quitarle impurezas, son empleados como combustibles en unos cambiadores decalor llamados recuperadores Cowper.

¿Qué función tienen los otros dos componentes de la mezcla?

El coque cumple tres papeles durante el proceso.

a) Combustible, aportando el calor necesario para la fusión de la escoria y del metal.b) Soporte de la carga y responsable de la permeabilidad de la misma, dada su granporosidad.c) Reductor de los óxidos de hierro.

El fundente cumple una doble función.a) Reduce la temperatura de fusión del hierro.b) Reacciona con los elementos que acompañan al mineral para formar la escoria.

Visita los siguientes videos de youtube.

El primero contiene una animación que explica de forma muy simple elfuncionamiento de un alto horno, está en portugués pero se entiende muy bien.

El segundo es una animación de peor calidad gráfica pero está explicado elproceso con más detalle.

La mezcla sólida que se alimenta a un alto horno por su parte superior está compuestapor:

Arrabio, coque y fundente

Mineral de hierro, coque y escoria.

Mineral de hierro, coque y fundente

Mineral de hierro, coque, fundente y aire caliente.

En un alto horno las reacciones en las que el mineral de hierro se transforma en hierrometálico tienen lugar en:

En la parte inferior del horno, llamada etalajes.

En la cuba y en el vientre.

En el crisol

En la tragante

El siguiente esquema muestra con detalle las partes más importantes y el funcionamiento deun alto horno.

1.2. Afino del acero

El hierro colado o arrabio obtenido del alto horno es un producto que todavía no está listopara ser utilizado industrialmente.

Por un lado contiene impurezas de elementos como azufre o silicio.Por otro lado contiene un porcentaje demasiado alto de carbono y por último todavía

arrastra restos de óxidos de hierro.

Todas estas sustancias hacen que las propiedades del producto no sean las deseables. Esnecesario pues tratar este hierro, el proceso por el que esto se lleva a cabo se llama colado.

Colado:

Proceso por el que se eliminan las impuerzas y se reduce la cantidad de carbonopresente en el arrabio para transformarlo en un acero apto para la actividadindustrial. Las impurezas eliminadas generan una escoria.

Acero:

Aleación de hierro y carbono en la que el porcentaje de carbono no supera el 2%.

En la actualidad existen dos métodos diferentes para realizar el colado del arrabio. Por un ladoestá el método convertidor LD y por otro el horno eléctrico.

Imagen 9. monografias.com. Copyright

CONVERTIDOR LD u Horno de afino de oxígeno básico.

Este sistema está formado por en una olla de acero recubierta en su interior con materialrefractario en la que se deposita el arrabio a tratar. A través de una lanza situada en laparte superior se inyecta oxígeno al recipiente. Debido a las altas temperaturas de trabajo,la lanza se enfría continuamente a través de serpentines de agua interiores para evitar quese funda. La carga y la descarga de la olla se hacen por la parte superior por lo que la ollaestá montada en ejes rotatorios que permiten su volcado.

Cuando el horno se ha cargado de arrabio procedentedel torpedo y con chatarra seleccionada se coloca enposición vertical, se hace descender en su interior lalanza de oxígeno hasta unos 2 m por encima de lacarga. A continuación se inyectan en el horno grancantidad de oxígeno a elevada presión. El oxígenoreacciona con el carbono y otros elementos nodeseados e inicia una reacción que quema con rapidezlas impurezas del arrabio produciendo una escoria.Esta, al tener menor densidad, se sitúa en la partesuperficial.

Normalmente el chorro de oxígeno contiene polvo depiedra caliza que sirve para eliminar impurezas, entrelas que destaca el fósforo.

Terminado el proceso se inclina el horno para extraerla escoria, quedando abajo el acero afinado.

Una vez obtenido el acero afinado, se le pueden añadirlos elementos que formarán las distintasferroaleaciones, o bien hacerlo más tarde cuando elacero afinado sea vertido en la cuchara. El proceso tarda unos 50 minutos, y estos sistemaestán dimensionados para poder producir unas 275 toneladas de acero por hornada.

Una de las grandes ventajas que desde un principio se observó en estos convertidores fue sucapacidad para aceptar hasta un 20% de "chatarra junto con la carga de arrabio líquido.

Imagen 10. Fuente propia

Horno eléctrico En estos hornos el calor aportado procede de un arco eléctrico que se hace saltar entre unoselectrodos de grafito y la superficie de la chatarra con que se carga el horno, la resistencia delmetal al flujo de corriente genera calor, que junto con el producido por el arco eléctrico fundeel metal con rapidez. Las condiciones de afinado pueden ser estrictamente reguladas.

Cada hornada produce en torno a 100Tm y el proceso tarda en torno a una hora.

Los hornos eléctricos se emplean para producir acero inoxidable y aceros aleados deextraordinaria calidad que deben ser fabricados según especificaciones muy exigentes. Elafinado se produce en una cámara hermética, donde los parámetros que intervienen en elproceso son controlados rigurosamente con dispositivos automáticos. En las primeras fases deeste proceso de refinado se inyecta oxígeno de alta pureza a través de una lanza, lo queaumenta la temperatura del horno y disminuye el tiempo necesario para producir el acero. Lacantidad de oxígeno inyectada se puede regular con precisión, lo que evita oxidaciones nodeseadas.

La carga es chatarra seleccionada, porque su contenido en aleaciones afecta a la composicióndel acero afinado. También se añaden otros materiales, como pequeñas cantidades de mineralde hierro y fundente, para contribuir a eliminar el carbono y otras impurezas. Los elementosadicionales para la aleación se introducen con la carga o después, cuando se vierte a la cucharael acero afinado.

Un horno de afino eléctrico está alimentado por una tensión de 900 V, con una corrienteeléctrica de 700 kA, se carga con 120 Tm de chatarra cada hornada que transcurre en55 minutos.Si el precio de la chatarra es de 0,08 €/kg, se produce el 10% de escoria y el precio dela energía eléctrica es de 0,12€/kWh. Con estos datos calcula:a) Potencia del horno expresada en W y en CV.b) Energía eléctrica consumida en cada hornada.c) Precio del kg de acero producido si los elementos añadidos para las ferroaleacionespresentan un coste de 250 €, y en cada hornada se producen unas pérdidas del 10% enescoria de la chatarra empleada.

Imagen 11. monografias. copyright

Una vez afinado, el acero se vierte sobre una cuchararecubierta de material refractario. Llega ahora el momento detransformar el producto obtenido y que todavía está fundido enláminas o piezas de acero sólido a partir de las cuales poderfabricar los objetos que sea necesario. Este proceso recibe elnombre de colada y puede hacerse de dos formas,convencional o continua.

Colada convencional

Es uno de los procesos más antiguos que se conocen paratrabajar los metales. El proceso consiste en dar forma a unobjeto al verter el material líquido en una cavidad formada enun bloque de arena aglomerada u otro material que se llamamolde y dejar que se solidifique el líquido.

Colada continuaCuando se requiere un material de sección constante y engrandes cantidades se puede utilizar el método de la coladacontinua.En este método el contenido de la cuchara se vierte en un crisol que mediante una válvula vasuministrando una cantidad constante de arrabio sobre un molde con la forma requerida. Porgravedad el material fundido pasa por el molde. Mediante un sistema de refrigeración por aguaa medida que el acero se va alejando del punto de vertido se va convirtiendo en un materialpastoso que adquiere la forma del molde.Posteriormente el material es conformado al hacerlo pasar por una serie de rodillos que almismo tiempo lo arrastran hacia la parte exterior del sistema. Una vez conformado el materialcon la forma necesaria y con la longitud adecuada el material se corta y almacena.Es este un método muy útil para fabricar perfiles, varillas y barras de diferentes secciones yláminas o placas de varios calibres y longitudes.

Imagen 12. Portalelectricos. Copyright Imagen 13. Monografías. Copyright

1.3. Elementos de aleación del acero

Como hemos visto en los puntos anteriores, en los hornos de afino se consigue reducir lacantidad de carbono y eliminar las impurezas que contiene el arrabio y que harían que suspropiedades no fueran todo lo buenas que podrían llegar a ser.Otra de las operaciones que se realiza durante la operación de afino consiste en añadir al acerodeterminados elementos metálicos, los cuales en las proporciones adecuadas modifican demodo significativo algunas propiedades del acero, o incluso le añaden alguna que no poseía.

Aleación:

Mezcla sólida homogénea de dos o más metales, o de uno o más metales con algunoselementos no metálicos. El acero es pues una aleación de hierro y carbono, más losmetales que se añaden para mejorar sus propiedades.

Imagen 14. ISFTIC. Creative Commons

Los elementos más habituales y la forma en que modifican las propiedades del acero son:

Aluminio: se emplea como desoxidante en la fabricación de muchos aceros. Boro: aumenta la capacidad de

endurecimiento superficial,proporcionando un revestimiento duro ymejorando la templabilidad.Cobalto: disminuye la templabilidad.

Mejora la dureza en caliente. Se usa enlos aceros rápidos para herramientas. Seutiliza para aceros refractarios. Aumentalas propiedades magnéticas de los aceros.Cromo: es uno de los más utilizados

en la fabricación de aceros aleados. Seusa en aceros de construcción, en los deherramientas y en los inoxidables. Ya queaumenta la dureza y la resistencia a latracción y la tenacidad de los aceros,mejora la templabilidad, aumenta laresistencia al desgaste, la inoxidabilidad.Se utiliza en revestimientosembellecedores o recubrimientos duros de gran resistencia al desgaste, como émbolos,ejes,...Estaño: es el elemento empleado para conformar la hojalata, recubriendo láminas

delgadas.Manganeso: se añade para neutralizar la negativa influencia del azufre y del oxigeno,

actúa como desoxidante. De no tener manganeso, los aceros no se podrían laminar niforjar.Molibdeno: aumenta la profundidad de endurecimiento del acero, y su tenacidad,

mejorando la resistencia a la corrosión.Níquel: produce gran tenacidad, es un elemento de gran importancia en la producción de

aceros inoxidables, porque aumenta la resistencia a la corrosión.Plomo: favorece la mecanización por arranque de viruta, (torneado, cepillado,

taladrado,...) ya que el plomo es un buen lubricante de corte, se añade a los aceros porquemejora la maquinabilidad.Silicio: se usa como elemento desoxidante.Titanio: se usa para estabilizar y desoxidar el acero.Tungsteno o volframio: mejora muy significativamente la dureza y la resistencia al

desgaste, produce aceros rápidos con los que es posible triplicar la velocidad de corte de lasherramientas.Vanadio: desoxidante, proporcionan al acero una buena resistencia a la fatiga, tracción y

poder cortante en los aceros para herramientas.Zinc: es elemento empleado para producir acero galvanizado.

Reproduce el siguiente vídeo extraído del programa de televisión "Así se hace" delcanal Discovery Chanel, en él se muestra el proceso de fabricación de aceroinoxidable.

1.4. Tratamientos del acero

Imagen 15. diversidadcorporativa. Copyright

Imagen 16. directindustry. Copyrigh

Dentro de este apartado vamos a hablar de los tratamientos a los que se puede someter unapieza de acero en estado ya sólido para mejorar alguna de sus propiedades. Básicamente estostratamientos son de tres tipos, superficiales, térmicos y termoquímicos.

Tratamientos superficiales El principal inconveniente que presenta elacero como material de trabajo es sutendencia a oxidarse cuando entra encontacto con la atmósfera o con el agua. Porello normalmente el acero ha de ser sometidoa tratamientos superficiales que combatan estacarencia.En esencia lo que hacen todos ellos es cubrir lapieza con una capa de material que o bien nose oxida o ya está oxidado pero no permite quela corrosión pase a capas interiores. Lostratamientos superficiales más habituales son:

Cromado: recubrimiento embellecedorsuperficial para proteger de la oxidación.Galvanizado: recubrimiento superficial

con zinc que se da al acero.Niquelado: similar al cromado.Pavonado: tratamiento superficial que se da a piezas pequeñas de acero, como la

tortillería, consiste en aplicar una capa superficial de óxido, con el que se cubren las piezasy se evita su corrosión.Pintura: recubrimiento protector, usado en estructuras, automóviles, barcos.

Tratamientos térmicos

Mediante estos procesos se consigue modificar muysignificativamente las propiedades mecánicas como dureza,tenacidad y resistencia mecánica del acero. En estosprocesos no hay ninguna aportación de elementos químicosnuevos al material base.

Consisten en calentar el material a tratar hasta unatemperatura inferior a la de fusión y mantenerlo en ella eltiempo suficiente como para que a lo largo de toda la piezase alcance la misma temperatura, con el fin dehomogeneizar el tamaño del grano, o para modificar losmicroconstituyentes del material. Posteriormente elmaterial puede ser enfriado a diferentes velocidades, segúnel tipo tratamiento que se quiera realizar. Para conseguirdistintas velocidades de enfriamiento, se somete al materiala un baño en agua o aceite, en calma o con agitadores, o se

deja a la pieza en el interior del horno apagado a que se vaya enfriando.Hay distintos tipos de tratamientos térmicos que se aplican al acero (serán más profundamentetratados en Tecnología II):Temple, revenido, recocido y normalizado, con ellos se consiguemejora la resistencia a la tracción, disminuir la acritud, elevar la tensión de rotura, y eliminarlas tensiones internas. Tratamientos termoquímicos En ocasiones se demandan materiales que tengan propiedades contradictorias como es porejemplo que presenten elevada resiliencia y dureza (cigüeñales, pistones, levas,…), para ello setrata de que el alma de las piezas absorba los impactos y que la zona superficial sea la queacometa la dureza.En estos casos se modifica superficialmente la composición de los materiales sin que afecte a sucomposición interna, sometiéndoles a tratamientos termoquímicos. Estos se llevan a cabo enrecipientes herméticos, elevando la temperatura por debajo de la de fusión y en presencia dealgún elemento que se difunda hacia el interior del material base de la pieza a tratar,dependiendo de cual sea este material se distinguen los siguientes tratamientos:

Cementación con carbono: se suelen emplear sólidos como el carbón o líquidos comocianuro sódico (CNNa), o gases como mezclas de monóxido de carbono y metano.

Uno de los grandes inconvenientes del acero es su tendencia a oxidarse cuando entra encontacto en el oxígeno y la humedad. Los tratamientos superficiales consiguen recubrirla pieza de acero de una capa de material no oxidable que impiede que la pieza quequeda recubierta se deteriore. Hay varios tipos de tratamientos:

- Cuando el acero se recubre de una capa superficial obtenemos un tipo de acerollamado acero .

-El consiste en cubrir la pieza de acero con una capa superficila deóxido.

- Automóviles, barcos y extructuras de puentes son frecuentemente cubiertas por unacapa de , esta da color a la pieza y la evita que la humedad y eloxígeno entre en contacto con el acero.

Comprobar

1.5. Mecanizado del acero

Imagen 17. isftic.Creative Commons

Tras la etapa de colado hemos obtenido piezas de acero, al que se le han añadido los elementosadecuados para dotarlo de las propiedades que nos interesaba alcanzar.Sin embargo la forma de estos bloques de acero muy raramente va a ser la que necesitemos ennuestro producto terminado. Así por ejemplo si queremos obtener fregaderos de cocina deacero, está claro que no va ser posible realizar un colado en continuo que nos de piezas de esaforma.Lo más habitual es que las piezas de acero, tras la colada, sean sometidas a distintos procesosde mecanización para dotarles de la forma adecuada.Los procesos más comunes son:

Laminación: Método utilizado para producirproductos metálicos alargados de sección transversalconstante.

El método se basa en elevar la temperatura de los lingotesde acero hasta que sea posible la deformación del lingotepor la acción de pares de cilindros a presión, en los llamadostrenes de laminación.El paso a través de los cilindros va conformando el perfildeseado hasta conseguir las medidas adecuadas.Existen trenes de laminación en frío, pero los productosobtenidos en ellos presentan acritud y deben ser templadospara mejorar sus propiedades. Las dimensiones del aceroque se consiguen a través de estos métodos no tienentolerancias muy ajustadas.

Forja: Proceso en el cual se modifica la forma de los metales por deformación plásticasometiendo al acero a una impactos repetitivos. Se realiza a altas temperaturas quefavorecen la forjabilidad y mejoran las propiedades mecánicas del acero.

Estampación: El material adquiere la forma de la cavidad de la estampa. La estampaestá compuesta por dos matrices que tienen grabada la forma de la pieza que se deseaconseguir, produciéndose la deformación por medio de la compresión efectuada por laprensa. Cuando las prensas además de deformar la pieza producen cortes sobre ella alproceso se le llama troquelación.

Embutición: es un proceso de conformado en frío, por el que se transforma un disco opieza recortada en piezas huecas, o bien partiendo de piezas previamente embutidas,estirarlas a una sección menor con mayor altura.

Imagen 18.

Wikipedia.

Creative

Commons

Imagen 19. Monografías .Copyright Imagen 20. Wikipedia. Creative Commons

Acero corrugado: Este tipo de acero se utiliza fundamentalmente en construcción, parafabricar hormigón armado y cimentaciones de obras. Se trata de barras de acero conresaltes que mejoran la adherencia con el hormigón. Este tipo de acero presenta una granductilidad, y una gran soldabilidad. Las barras de acero corrugado, están normalizadas, enEspaña se aplican las normas (UNE 36068:1994- UNE 36065:2000 –UNE36811:1996)

Tubos: se fabrican doblando una lámina de acero caliente en forma cilíndrica y soldandolos bordes para cerrar el tubo, en los tubos más pequeños, los bordes de la tira suelen

Reproduce los siguientes vídeos extraídos de youtube. En ellos se explica el proceso defabricación de varios objetos

Fabricación de cubiertos de plata Fabricación de rodamientos Fabricación de serruchos

Fabricación de vallas de obra Fabricación de cadenas de acero Fabricación del bloque de un mot

Imagen 21. estrucplan. Copyrig

1.6. Reciclaje del acero

Una vez que el acero ha concluido su vida útil pasa a ser un residuo que recibe elnombre de chatarra.

Sin embargo la chatarra es un recurso importante, puedeser reciclada utilizándose parar producir nuevos aceros. Lafinalidad del reciclado de acero es doble:

Se reduce el consumo de materias primas.Se consigue un ahorro energético pues el proceso de

obtención de acero a partir del mineral de hierro suponeun elevadísimo gasto de energía.

La chatarra generada se prensa formando grandespaquetes compactos. Estos paquetes son transportados alas industrias que van a reciclar el metal y allí sonfundidos en hornos especiales, a continuación sonincorporados al proceso siderúrgico de producción de acero.

Se estima que en la actualidad la chatarra reciclada representa más del 40% de lasnecesidades de acero en el mundo, producido en hornos eléctricos.

En el proceso de reciclado es necesario respetar las normas sobre prevención de riesgoslaborales y las de carácter medioambiental.

Al ser muy alto el consumo de electricidad, el funcionamiento del horno de fundir debetratar de programarse en las horas valle de consumo, siempre que sea posible.

En la entrada de las plantas de reciclaje, los camiones que transportan la chatarra a lasindustrias tienen que pasar por arcos detectores de radiactividad.

Reproduce este interesante video de la cadena Discovery Channel, en el se explica deuna forma muy sencilla y con imagenes de mucha calidad el proceso de reciclado delacero .

Imagen 22. isftic. Creative Commons

2. Diagrama de aleación hierro-carbono

El diagrama de aleación hierro-carbono es un tipo de diagrama deequilibrio que nos permite conocer eltipo de acero que se va a conseguiren función de la temperatura y laconcentración de carbono que tengapresente.

Antes de pasar a estudiar que es undiagrama de de equilibrio y eldiagrama hierro-carbono enparticular, es imprescindible quetengas claros unos cuantosconceptos:

Estado de agreación: Cadauna de las tres formas en que sepuede presentar la materia. Losestados de agregación son tres:sólido, líquido y gaseoso.Fase: Cada una de las partes macroscópicas de composición química y propiedades físicas

homogéneas que forman un sistema.Sistemas homogéneos: Sistemas formados por una única fase (monofásicos).Sistemas heterogéneos: Están formados por varias fases.Mezcla: Porción de materia formada por dos o más sustancias diferentes.

Puede parecer que fase y estado de agregación de la materia son sinónimos, sin embargo no loson. Por ejemplo el grafito y el diamante son dos formas alotrópicas del carbono; son, por lotanto, fases distintas, sin embargo ambas pertenecen al mismo estado de agregación (sólido).

Un diagrama de equilibrio de una mezcla es un gráfico que representa lasdiferentes fases y estados de agregación en que van a presentarse los componentesde un sistema en función de la temperatura y de la concentración de cada uno de loscomponentes de la mezcla.

En el caso del diagrama de aleación hierro-carbono se trata de un diagrama deequilibrio en el que se representa el comportamiento de la aleación de hierro ycarbono en función del porcentaje de carbono contenido en la mezcla y de latemperatura.

Imagen 23. Wikipedia. Creative Commons

Hay que tener en cuenta que en una mezcla deacero es posible encontrar los siguientes estados yformas alotrópicas:

Acero líquido: Mezcla de hierro y carbono amuy alta temperatura, la mezcla está en faselíquida y es homogénea.Ferrita o hierro (alfa): Sistema cúbico,

imanes permanentes.Hierro (beta): Similar al alfa pero no es

magnético.Austenita o hierro (gamma): Sistema

cúbico centrado en las caras.Hierro (delta): Red cúbica centrada en el

cuerpo.Cementita (Fe3C): Sólido formado por el

exceso de carbono en la mezcla (la cantidad queestá en exceso sobre la solubilidad y que no puede ser disuelta en la mezcla). Es unasustancia dura y frágil que no puede ser laminada ni forjada.

Estas formas alotrópicas tienen diferentes propiedades y el acero adoptará unas u otras enfunción de cual sea la composición y la temperatura de la mezcla. En función de la utilizaciónque se quiera hacer del producto resultante habrá que conseguir que la forma o las formasalotrópicas producidas sean unas u otras. Esa información se encuentra en el diagrama hierro-carbono.

La posición de una mezcla de acero en el diagrama de hierro-carbono queda definida por sutemperatura y el tanto por ciento en masa de carbono que tiene la mezcla. Latemperatura se representa en el eje vertical (ordenadas), el porcentaje de carbono serepresenta en el eje horizontal (abscisa). El eje horizontal que representa la cantidad decarbón en la mezcla, toma valores crecientes hasta el 6,67%.

El diagrama hierro-carbono tiene la forma:

Imagen 24. esiu. Copyright

Como se puede observar es un diagrama complejo en el que pueden distinguirse muchaszonas, vamos a explicar las más importantes. En primer lugar vamos a colorear cuatrosectores.

Imagen 25. Recursos propios, modificación de la imagen 24

Las cuatro zonas coloreadas representan las únicas cuatro zonas en las que el acero obtenidoestá formado por una única fase.

Dentro de la zona verde el acero está en estado líquido.Cuando un acero está dentro de zona amarilla nos encontremos con una sustancia sólida

formada exclusivamente por austenita.La pequeña zona azul correspondiente a aceros con un muy bajo contenido en C y

temperaturas en torno a los 1400ºC se corresponde con una única fase sólida de acero .La pequeña zona naranja también con bajo contenido en C pero a temperaturas menores

(en torno a los 700ºC) se encuentra en fase sólida y está formada por ferrita.En el resto de las zonas tendremos una mezcla entre las fases indicadas en el gráfico. Seríaposible calcular para una composición y una temperatura determinada el porcentaje de cadauna de las fases presente en la mezcla, esto es algo que se escapa a los objetivos del curso.

Dentro del gráfico destacan por su importancia una serie de puntos que aparecen dibujados enrojo en la siguiente imagen::

Imagen 26. Recursos propios, modificación de la imagen 24.

“A” Representa el punto de fusión del hierro puro se produce a 1539ºC“C” Eutéctico para una concentración de 4,3% de carbono y a 1130ºC. Por debajo de

esa temperatura es imposible encontrar ninguna aleación en estado líquido, es el puntoen que se produce el cambio de estado para una única temperatura, formándose elconstituyente ledeburita, característica del eutéctico.“S” Eutectoide para una concentración de 0,89% de carbono y a 723ºC. Por debajo

de esta temperatura es imposible encontrar austenita como microconstituyente de losaceros, en ese punto se forma el constituyente del eutectoide, que es la perlita.Por encima de la línea de liquidus (A-C-D) la aleación solo se encuentra en estado

líquido.Por debajo de la línea de solidus (A-E-C-F) la aleación solo se encuentra en estado

sólido.Entre las líneas de liquidus y solidus la aleación se encuentra en una zona bifásica

donde coexisten la fase líquida y la fase sólida, aunque con microconstituyentesdiferentes (líquido y austerita, a la izquierda del diagrama A-C-E) y (líquido y cementitala derecha del diagrama D-C-F).

Por otro lado y según el contenido de carbono el diagrama hierro-carbono se divide en dospartes: aleaciones con menos del 1,76 % de carbono que corresponde a los aceros, y con másde un 1,76 % de carbono, de las fundiciones. Los aceros con un contenido en carbono inferior al 0,89% se llaman aceros hipoeutectoides,y los que contienen entre un 0,89 y un 1,76% de carbono se llaman aceroshipereutectoides. De igual forma las fundiciones hipoeutécticas son las que tiene un contenido de carbonoentre 1,76 y 4,3%, mientras que se llaman hipereutécticas a las fundiciones que tienen entreun 4,3 y un 6,67% de carbono. Debido al elevado porcentaje de carbono que poseen las aleaciones, éstas son muy duras yfrágiles, por lo que son difíciles de mecanizar, se suelen emplear para obtener piezas por

Por debajo de que temperatura es imposible encontrar una aleación que contenga aceroen fase líquida:

1030 ºC

1130 ºC

1230 ºC

El acero es un sólido, no puede estar en fase líquida.

Las fundiciones hipoeutécticas son las que:

No contienen una cantidad significativa de carbono.

El contenido en C es superior al 1,76%

El contenido en C es superior al 1,76% e inferior al 4,3%

El contenido en C es inferior al 4,3%

Una aleación de hierro y carbono con un contenido de C del 3,5% a una temperatura de1200ºC, será:

- Acero líquido.

- Una mezcla de acero líquido y austenita

- Una mezcla de austenita y cementita

- Una mezcla de cementita y acero líquido

3. Clasificación de los aceros

Los aceros se pueden clasificar en función de varios criterios, esto da lugar a variasclasificaciones, la más utilizada de todas ellas es la clasificación en función del porcentaje decarbono disuelto:

El porcentaje de carbono disuelto en el acero condiciona las propiedades del mismo. Asícuanto mayor sea el porcentaje de carbono disuelto en el acero, éste presenta más dureza ymás resistencia a la tracción. Teniendo esto presente es posible clasificar los aceros en:

Nombre del acero

% de carbono

Resistencia atracción

(kg/mm2)

Extrasuave 0,1 a 0,2 35

Suave 0,2 a 0,3 45

Semisuave 0,3 a 0,4 55

Semiduro 0,4 a 0,5 65

Duro 0,5 a 0,6 75

Extraduro 0,6 a 0,7 85

Por otro lado es posible hablar de aceros aleados y aceros no aleados. Se consideran aceros noaleados aquellos en los cuales el porcentaje de elementos químicos que forman el acero nosupera el valor indicado en la siguiente tabla:

Imagen 27. concretestrategies. Copyright

Elemento Contenido en C (%) Elemento Contenido en C (%)

Aluminio 0,10 Níquel 0,30

Bismuto 0,10 Plomo 0,40

Boro 0,0008 Silicio 0,60

Cobalto 0,10 Titanio 0,05

Imagen 28.laminasy. Copyright Imagen 29. laminasy. Copyright

4. Formas comerciales

Las diversas formas comerciales empleadasen construcción pueden clasificarse encuatro grupos: Barras y perfiles, todos los perfilesempleados en España deben serimportados. Los perfiles laminados tienenparticular interés en la construcción por serdestinados a la fabricación de estructurasresistentes.

Chapas. También llamadas palastros. Tienen un espesor que puede oscilar desde los 5 mmllegando a los 25 mm. Tienen un longitud de 2 metros ondulados con una parábola. Enocasiones se recubren de un baño de otro metal para mejorar sus propiedades. Cuando elrecubrimiento es de zinc se obtiene un acero galvanizado. El recubrimiento también puedeser de estaño, en ese caso las chapas de acero reciben el nombre de hojalatas.

Roblones, pernos y clavos.Los roblones, llamados también remaches, están formados por un cuerpo cilíndrico y una

cabeza con forma de media esfera, de casquete esférico, de gota de sebo o de cabezaperdida; en el otro extremo del cilindro se remacha la cabeza en caliente una vez colocadoen la pieza.

Los pernos se conocen por bulones y tornillos. Cuando tienen cabeza para eldestornillador se llaman tornillos y cuando no la tienen reciben el nombre de bulones. Losbulones constan de un cilindro fileteado en casi toda su longitud y una cabeza fija,completados por una tuerca y una arandela. Otro tipo de tornillo es el que se aplica en lasmaderas, con la cabeza como las del anterior, el cuerpo a partir de ella es cilíndrico y luegocónico fileteado, terminando en punta.

Los clavos constan de un cuerpo cilíndrico liso, terminado en punta en un extremo y unacabeza, en casquete esférico, de cabeza perdida. Existe también una variante en forma deL, llamados escarpias y las tachuelas de cabeza chata y cuerpo cónico o piramidal. Sefabrican con alambre de acero estirado en frío y sin recocer.

Imagen 30. umza.

CopyrightImagen 31. perno. Creative Commons Imagen 32. clavos. Creative Commons

Alambres y cables se fabrican como redondos continuos recogidos en bobinas ya que el haceres dúctil y se fabrican en trenes de trefilado, se emplean como sirgas y tirantes.

Imagen 33.mundoanuncio. Creative Commons

La gama de productos elaborados en acero que se pueden encontrar en el mercado es muyextensa a continuación indicamos los más empleados por la industria:

1. Flejes y planos, conocido también por llanta, opletina, se encuentra en una amplia gama desecciones, la longitud normal de las barras es de6000 mm.2. Barra redonda comercial, es un redondolaminado liso, se puede encontrar en longitudes de6000 mm, y en diámetros desde 6 mm, hasta 50mm.3. Barra redonda corrugada, es el producto masutilizado en construcción. Sus corrugas le hacenidóneo para adherirse al hormigón, se usa comorefuerzo en pilares, jacenas y es la base para lafabricación de los mallazos electrosoldados.4. Barra cuadrada comercial, al igual que elredondo comercial, los largos de estas son de 6000mm, y su gama oscila entre las medidas 10 x 10 mmy 40 x 40 mm.5. Formas angulares, (UES y TES), estas formas comerciales son algunas de las másutilizadas. Todas se fabrican en longitudes de 6000 mm.6. Perfiles estructurales IPN, IPE, UPN y HEB conocidos como vigas, son los perfilesque se utilizan en la construcción para las estructuras de edificios, naves industriales ochasis de maquinaria.7. Chapas de acero también llamadas palastros, es otro de los productos de granconsumo, en cualquiera de sus variedades, negra, pulida, decapada, galvanizada oindustrial. Suele estar disponible en diferentes formatos, aunque el mas extendido es el de2000 x 1000 mm.8. Tubería perfilada redonda, cuadrada y rectangular, aunque se les llame tubos, noson aptos para usarlos en conducción, sus usos están enfocados a la construcción de,bastidores, estanterías, marcos, soportes.9. Tubería para conducciones. En sus distintas variedades son usadas para laconducción de líquidos, gases e incluso algunos sólidos.10. Chapas perforadas, la chapa perforada es un producto de gran utilidad por favorecerel filtrado y la ventilación, pero también se utiliza con motivo decorativo en muchasconstrucciones. Están disponibles en una amplia variedad de perforaciones y diferentescalidades.