La Industria Siderúrgica: Introducción Ajuste de la composición ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Introducción Esquema del proceso siderúrgico. Carbón Coque Gases Mineral de Hierro Sinter Fundentes Alto Horno Escorias Arrabio Ajuste de la composición Desulfuración Desgasificación Calentamiento Colada Continua Metalurgia Secundaria Convertidor

La Industria Siderúrgica: Introducción ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Introducción Hierro puro. Fe líquido 1537ºC Fe  (Red Cúbica Centrada) 1401ºC Fe  (Red Cúbica Centrada en las Caras) No Magnético 907ºC Fe  (Red Cúbica Centrada) No Magnético 767ºC Fe  (Red Cúbica Centrada) Magnético El Fe puro tiene pocas aplicaciones industriales. Su interés industrial radica en la posibilidad de alearse con el carbono dando lugar al ACERO.

La Industria Siderúrgica: Introducción ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Introducción Diagrama Fe-C:

La Industria Siderúrgica: Introducción ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Introducción Constituyentes estructurales de los aceros: Austenita o Fe  (red cúbica centrada en las caras): Estable a temperaturas elevadas. Con porcentajes elevados de ciertos elementos (18% Cr, 8% Ni) estable a temperatura ambiente. Disuelve carbono hasta un 2% a 1129ºC. Deformable, resistente al desgaste, no es magnética y es el constituyente más denso del acero. Ferrita o Fe  (red cúbica centrada): A temperatura ambiente sólo disuelve un 0,008% de carbono y 0,025% a 722ºC. Blanda y maleable. Cementita o Fe3C (red ortorómbica): Contiene un 6,67% en peso de carbono. Es frágil y dura. Tiende a descomponerse según la reacción: Fe3C  3Fe + Cgrafito Perlita o eutectoide de ferrita y cementita: Propiedades intermedias entre la ferrita y cementita: más dura y resistente que la ferrita pero más blanda y maleable que la cementita. Ledeburita o eutéctico de austenita y cementita: Sólo aparece en fundiciones. Martensida o disolución saturada de C en Fe: Muy dura y no es magnética.

La Industria Siderúrgica: Introducción ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Introducción Enfriamiento lento del acero. En resumen, cuanto menor es el porcentaje de C en el acero menor es el contenido en cementita y mayor el de ferrita y viceversa. Como consecuencia, cuanto menor es el porcentaje de C en el acero más blando y dúctil es éste mientras que si el porcentaje de C es elevado el acero es más duro y resistente pero menos maleable.

La Industria Siderúrgica: Introducción ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Introducción Tratamientos mecánicos. ¿Qué son? Acción conjunta de energía mecánica y térmica para producir deformaciones permanentes en el acero pero sin afectar a la microestructura (la distribución y ordenación de los átomos permanece) y sólo cambia la macroestructura (granos). ¿Para qué sirven? Con estos tratamientos se consigue: Tamaño de grano más fino. Materiales más blandos y dúctiles. Ausencias de tensiones residuales. Estructuras más uniformes. Mayor densidad (eliminación de huecos). Mejor resistencia mecánica.

La Industria Siderúrgica: Introducción ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Introducción Tratamientos térmicos. ¿Qué son? Acción de la energía térmica para producir cambios estructurales (microestructura). ¿Para qué sirven? Con estos tratamientos se consigue: Una estructura de menor dureza o mejor maquinabilidad. Eliminar la acritud (aumento de dureza y resistencia a la deformación cuando el acero ha sido tratado mecánicamente en frío). Eliminar tensiones de cualquier origen, que pueden ser la causa de deformaciones después del maquinado, o producir roturas en servicio. Eliminar las tensiones internas, originadas por deformación de la red atómica, las cuales elevan la dureza y aumentan la fragilidad. Una estructura más homogénea. Máxima dureza y resistencia. Mejorar la resistencia a los agentes químicos. Variar alguna de las características físicas.

La Industria Siderúrgica: Introducción ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Introducción Tratamientos térmicos. Templado. Calentamiento hasta temperatura de austenización (800-925ºC) seguido de un enfriamiento rápido formándose martensita. Con este tratamiento: Aumenta la dureza y resistencia mientras que disminuye la elasticidad. Se modifican las propiedades físicas (magnéticas y eléctricas). Se modifican las propiedades químicas (los aceros templados resisten mejor la acción de los ácidos). Revenido. Calentamiento de las piezas después de templadas a una temperatura inferior a la austenización para provocar transformaciones de la martensita en formas más estables, seguido de un enfriamiento más bien rápido. Con este tratamiento: Disminuye la fragilidad y las tensiones internas de las piezas templadas. Disminuye la dureza y aumenta la elasticidad.

La Industria Siderúrgica: Introducción ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Introducción Tratamientos térmicos. Recocido. Calentamiento hasta temperatura de austenización (800-925ºC) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento: Aumenta la elasticidad mientras que disminuye la dureza. Se facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material. Se elimina la acritud que produce el trabajo en frío. Se eliminan las tensiones internas. Se modifican las propiedades físicas y químicas. Austenita Revenido Temperatura Temple Recocido Tiempo

La Industria Siderúrgica: Introducción ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Introducción Temple superficial y tratamientos termoquímicos. Temple superficial. Calentamiento superficial muy rápido, de forma que sólo una delgada capa puede alcanzar la temperatura de austerización, seguido de un enfriamiento también rápido. Así se logra una capa superficial de martensita sin que el núcleo experimente transformación. Tratamientos termoquímicos. Modificación de la composición química de la superficie de la pieza introduciéndole ciertos elementos mediante un proceso de difusión. Con este tratamiento: Aumenta la dureza superficial sin alterar la ductilidad y resiliencia (capacidad de recuperar la forma y tamaño original cuando cesan las fuerzas que provocaban deformación) del núcleo. Se favorecen las cualidades de lubrificación y rozamiento. Aumenta la resistencia al desgaste. Aumenta la resistencia a los esfuerzos de fatiga. Mejora la resistencia a la corrosión.

La Industria Siderúrgica: Introducción ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Introducción Temple superficial y tratamientos termoquímicos. Cementación. Consiste en aumentar la concentración de carbono en la superficie de un acero, calentándolo a la temperatura de austenización en un medio cementante que aporte C en estado atómico. 2CO + Fe  Fe(C) + CO2 Nitruración. Consiste en endurecer superficialmente un acero con nitrógeno, calentándolo a temperaturas comprendidas entre 500-525ºC, en una corriente de gas amoníaco. 2NH3  2N + 3H2

La Industria Siderúrgica: Introducción ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Introducción Aceros aleados. Elementos de aleación: Cambian las propiedades del acero como consecuencia de las modificaciones en la composición química y estructural (se modifica el diagrama Fe-C) del acero. Entre las propiedades que alteran cabe citar: Elevan la templabilidad y como consecuencia es más fácil obtener la martensita y, a partir de ella, por revenido, las mejores características de resiliencia. Mejoran las características mecánicas a bajas y altas temperaturas. Mejoran la resistencia a la oxidación y corrosión a temperaturas elevadas. Introducen o modifican ciertas propiedades específicas.

La Industria Siderúrgica: Introducción ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Introducción Aceros aleados. Clasificación de los elementos de aleación: Atendiendo a su influencia sobre los puntos críticos: Elementos gammágenos (Mn, Co, Ni, Cu y Zn): Aumentan la región de estabilidad de la fase . Elementos alfágenos (Cr, Si, Be, Al, Mo, W, Nb, V, P, Sn, Ti y Zr): Disminuyen la región de estabilidad de la fase . Elementos no activos (Pb, Mg y Ca): No ejercen ninguna acción por ser completamente insolubles. Atendiendo a su acción sobre el carbono: Elementos formadores de carburos (Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W y Mn): No permiten la formación de cementita hasta que no haya un exceso de C. Elementos grafitizantes (Si, Co, Al y Ni): Favorecen la descomposición de la cementita. Fe3C  3Fe + Cgrafito