Producción y Clasificación del Acero: Componentes, Procesos y Tipos

Componentes y su Influencia en las Propiedades del Acero

El acero es una aleación de hierro y carbono, donde este último puede encontrarse en porcentajes que oscilan entre 0.6% y 1.4%. La presencia de carbono en el acero influye directamente en sus propiedades, como:

• Dureza
• Resistencia mecánica
• Resistencia al desgaste

Además del carbono, se añaden otros elementos para modificar y mejorar las características del acero. A continuación, se detallan algunos de estos elementos y sus efectos:

• Cromo (Cr): Se agrega para aumentar la resistencia al desgaste y la tenacidad. Su contenido varía entre 0.25% y 4.5%.
• Cobalto (Co): Comúnmente empleado en aceros de alta velocidad, incrementa la dureza en caliente. Esto permite que las herramientas mantengan su dureza y filo a altas velocidades de corte y temperaturas. Su contenido se encuentra entre 5% y 12%.
• Molibdeno (Mo): Es un fuerte formador de carburos. Aumenta la resistencia mecánica, la resistencia al desgaste y la dureza en caliente. Siempre se utiliza en combinación con otros elementos de aleación. Su contenido puede llegar hasta el 10%.
• Tungsteno (W): Mejora la dureza en caliente y la resistencia mecánica. Su contenido varía entre 1.25% y 20%.
• Vanadio (V): Incrementa la dureza en caliente y la resistencia a la abrasión. En aceros al carbono para herramientas, su contenido oscila entre 0.20% y 0.50%, mientras que en aceros de alta velocidad puede variar entre 1% y 5%.

Producción del Acero y Clasificación

Los metales pueden combinarse, y tras un enfriamiento, se obtienen nuevos sólidos con propiedades distintas a las de los elementos originales. Estas mezclas, en estado fundido, se denominan aleaciones. Los metales pueden mezclarse con:

• Otros metales (ej: cromo, aluminio, cobre, tungsteno)
• Elementos no metálicos (ej: carbono, fósforo, silicio)

Algunos ejemplos de aleaciones son el acero, las fundiciones de hierro, el bronce y el latón.

Los metales y aleaciones se clasifican en dos grandes grupos:

• Metales Ferrosos: Contienen hierro como componente principal (ej: hierro y acero).
• Metales No Ferrosos: No contienen hierro.

El acero es uno de los materiales de fabricación y construcción más versátiles, adaptables y ampliamente utilizados.

Clasificación de los Aceros

Los aceros se clasifican de diversas maneras, siendo las más relevantes:

1. Según su composición química.
2. Según normas establecidas.
3. Según sus usos y aplicaciones.
4. Según los tratamientos térmicos aplicados.

Producción de Arrabio: El Primer Paso en la Obtención del Acero

La producción de arrabio es el proceso inicial para obtener acero. Los materiales básicos necesarios son:

• Mineral de hierro
• Coque
• Caliza
• Aire

El coque actúa como combustible, calentando el horno y liberando monóxido de carbono. Este gas reacciona con los óxidos de hierro del mineral, reduciéndolos a hierro metálico.

El Convertidor Bessemer y el Convertidor Thomas

El convertidor Bessemer, con un revestimiento ácido de cuarzo o espatoflúor, se utiliza para tratar arrabio con bajo contenido de fósforo. Para arrabios ricos en fósforo, se emplea el convertidor Thomas, que posee un revestimiento básico de dolomita (carbonato de calcio, calcita).

Proceso:

1. El convertidor se coloca en posición de llenado y se carga con arrabio (en el sistema Thomas, se añade cal).
2. Se inyecta aire u oxígeno a través del material fundido.
3. El oxígeno quema el carbono, silicio y manganeso presentes.
4. La cal se combina con el fósforo, formando escoria.
5. La temperatura se eleva hasta aproximadamente 1600°C.
6. Se añade carbono en forma de fundición especular (hierro crudo blanco) para ajustar la composición del acero.
7. En el procedimiento Thomas, la adición extra de cal permite una extracción casi completa del fósforo.

Ambos procedimientos, aunque con diferencias en el revestimiento y la adición de cal, siguen una secuencia similar para la obtención de acero a partir de arrabio.