trabajo del curso de introduccion a la ingenieria civil

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

Facultad de Ingeniería Civil
Departamento Académico Ciencias Básicas









“EL ACERO EN LA CONSTRUCCION”


Curso :
Introducción a La Ingeniería Civil
Profesor :
Ing. Alfredo Vásquez
Alumno :
Lizarbe sulca oscar edison
20061225G
Fecha de Presentación
11/10/2008

UNI - 2008 -II






INDICE


INTRODUCCION 2

RESUMEN 3

1) RESEÑA HISTORICA 4

2) PROCESO DE FABRICACION 11

3) CLASIFICACION 16

4) TRATAMIENTOS 19

5) PRODUCCION 21

6) ACEROS ESPECIALES 31

7) USOS 40

8) SOLDAVILIDAD 44

9) NORMAS 51

CONCLUCIONES 54

GLOSARIO 55

BIBLIOGRAFIA 59


















INTRODUCCION:
El presente informe del curso de Introducción a la Ingeniería Civil tienen como objetivo el de redactar un informe acerca del material que mas me haya impresionado en la visita al Pabellón de Ciencias Sociales de la Universidad Enrique Guzmán y Valle-LA CANTUTA del día sábado 04 de octubre del 2008.
Para esto he tomado como material para realizar este informe al acero presente en la mayoría de estructuras y trabajos en la ingeniería civil.
Es muy difícil concebir un escenario de la vida urbana o rural donde no haya al menos un objeto de acero. Hay piezas de acero en nuestra ropa, en nuestras casas, en las calles y en el campo. Y no son pocas, si alguien pudiera hacer un trabajo o un libro sobre los metales, donde el número de páginas asignado a cada aleación fuera proporcional al volumen total producido, más del 95% tendría que referirse a los aceros.

Aun si se incluyera al resto de los materiales que empleamos, como los cerámicos, los polímeros, las maderas, etc., la presencia del acero tendría que ser grande.

Espero que este informe sea del agrado del profesor y espero que de alcances concretos de lo que representa el acero en la ingeniería civil.













RESUMEN:
Los aceros son materiales que se utilizan en diversas actividades, en la cual una de ellas es la ingeniería civil, ya que constituye como material indispensable para las diferentes construcciones que se realizan.

Desde tiempos antiguos el hombre ya utilizaba los distintos metales que hoy en día los utilizamos y además tenemos presente sus características y su composición de cada uno, con lo cual nos hace más fácil el estudio de éstos.

Partiendo de lo mencionado anteriormente comenzamos el estudio de los ACEROS analizando sus antecedentes y como se dio comienzo a sus diferentes usos, luego ya en la actualidad su proceso de fabricación en la industria.

Profundizando aún más a los ACEROS los clasificamos de acuerdo a diferentes aspectos como son su cantidad de carbono, su composición, etc., con lo cual también mencionamos algunas características resaltantes.

Estudiamos los tratamientos que se le dan para modificar algunas de sus características que dificultan su uso o de acuerdo al uso que se le quiere dar, a nivel nacional mencionamos su producción y las fábricas que hoy en día tiene el Perú.

Analizamos algunos aceros con características particulares que se consiguen con otras aleaciones los cuales llamamos “aceros especiales”, estudiamos los diferentes usos que se le dan a los aceros y las características que debe tener el acero para obtener una buena soldadura entre ellas.

Por último mencionamos las normas que en el Perú se le da al ACERO, con lo cual finalizamos el estudio de este material que trae muchos beneficios al hombre en sus distintas actividades que realiza.







1) RESEÑA HISTORICA:
1.1) LOS PRIMEROS ACEROS:
Como el hierro se corroe fácilmente, no se conservan piezas muy antiguas que sirvan de pista para localizar a los primeros fundidores de hierro que supieron explotar lo primeros minerales ferrosos. Los minerales ferrosos son mucho más abundantes en la Tierra que el hierro meteórico, sin embargo las técnicas para aprovecharlos son mucho más complicadas.
Para aprovechar el hierro meteórico solamente hay que conformarlo a base de martillazos, inclusive en algunos casos no hay necesidad de calentarlo. Los minerales ferrosos, por el contrario, son una mezcla de óxidos de hierro y una cantidad variable de otros compuestos de donde la separación del hierro no es nada fácil. Es probable que de manera accidental los antiguos hayan descubierto pequeños trozos de hierro en residuos de fogatas donde se quemó leña en abundancia en contacto con rocas de alto contenido férrico. Esto es concebible porque el hierro ocupa el cuarto lugar en abundancia en la corteza terrestre después del oxígeno, el silicio y el aluminio.

La acción del monóxido de carbono producido durante la combustión de la leña pudo haber servido para retirar el oxígeno de los óxidos de hierro. Por este mecanismo, las rocas se convertirían en piezas de hierro poroso que ahora se conoce como hierro esponja. Cuando el hierro esponja se encuentra al rojo vivo en contacto con las brasas, en los poros se acumula una escoria líquida que los antiguos eliminaban martillando al hierro esponja en un yunque. Como producto se obtenía un hierro forjado bastante puro. Se conocen piezas muy antiguas cuyo contenido aleante era inferior al 0.1% y con menos del 3% de escoria atrapada en los poros.

Hasta aquí los antiguos tenían hierro, no acero. Hay indicios de que alrededor del año 1200 a.C. ya se sabía como convertir la superficie del hierro forjado en acero. Una vez conformada un hacha de hierro forjado, por ejemplo, se empacaba en medio de carbón de leña molido. El paquete se mantenía en un recipiente al rojo vivo por varias horas para que el carbono de la leña se difundiera hacia el interior del hacha, formando una capa dura de acero (hierro + carbono) alrededor de una matriz de hierro.

A la luz de lo que ahora se enseña desde la secundaria, los procedimientos que empleaban los antiguos eran muy claros. Si el hierro en los minerales está oxidado, hay que sacarle el oxígeno, y que mejor que el monóxido de carbono, al cual le gusta el oxígeno para convertirse en bióxido de carbono. Sin embargo, para los antiguos, que no sabían que existía el oxígeno, que no tenían el concepto de elementos o reacciones químicas, el asunto era sumamente oscuro. La magia y la metalurgia no tenían frontera.

Entre los antiguos, el hierro era considerado de origen celeste, sideral. Algunos pensaban que el cielo era una bóveda de donde se desprendían los meteoritos. Los herreros eran señores del fuego, brujos, chamanes, capaces de lograr una transmutación que hacía aparecer el material de los cielos en la Tierra.

¿Cómo localizar un mineral de hierro? Hoy en día, desde los satélites, se pueden rastrear a gran velocidad los recursos minerales de países enteros. Existen equipos de análisis que detectan los elementos presentes en las rocas, con precisión y velocidad sorprendentes. En ausencia de los equipos modernos, y de muchos que los precedieron, los antiguos estaban a merced del apoyo divino. Al mineral se le asociaba un comportamiento de animal, que se mueve, se esconde y siente atracción por algunos humanos y repulsión por otros y se creía que el herrero estaba dotado de poderes mágicos que le permitían ir a la caza de minerales.

El hierro tuvo que dar una batalla importante antes de sustituir al bronce como material para la fabricación de herramientas y armas. Durante cerca de dos milenios, cerca del año 1 200 a.C., las aleaciones basadas en el cobre, entre ellas el bronce, eran preferidas en lugar del hierro. De hecho, el bronce tenía propiedades superiores. El bronce inicialmente se producía aleando el cobre con el arsénico, porque muchos minerales contenían estos dos elementos a la vez. El arsénico se agregaba al cobre, dando lugar a un material de resistencia, superior que se ha caracterizado como "bronce natural".

Más adelante, en lugar de arsénico se empleó el estaño para producir el bronce. El bronce es bastante más duro que el hierro esponja, de modo que por mucho tiempo este, último fue poco atractivo. Además el bronce se podía fundir y vaciar en moldes a temperaturas relativamente accesibles alrededor de los 1 000°C. Esto era imposible con el hierro esponja, que se funde a los 1 537°C.

Algunos investigadores creen que el hierro no sustituyó al bronce debido a un avance en el proceso tecnológico, sino porque por alguna razón el bronce escaseó. Es concebible que el suministro europeo de estaño se haya interrumpido. De hecho, el cobre y el estaño son mucho menos abundantes en la corteza terrestre que el hierro y el carbono.

El proceso de "aceración" del hierro, se dice, surgió por la necesidad de contar con un material tan fuerte como el bronce. El efecto del carbono en el endurecimiento del acero se compara con el efecto del estaño en el cobre en la figura 1. Para tener una ventaja notoria sobre el bronce, los herreros tuvieron que ingeniárselas para introducir un 0.4% de carbono en el hierro. Esto no es nada fácil. Como ya se dijo antes, los herreros antiguos empacaban a los objetos de hierro en polvo de carbón de leña y los metían en un horno para que el carbono se difundiera en el hierro. A temperaturas tan altas como 950°C, toma nueve horas formar una corteza de acero (con 0.5% de carbono) de 1.5mm de grueso alrededor de la pieza de hierro. Este proceso, con algunas variantes, todavía se emplea en la actualidad y se conoce como cementación.

A emerger la civilización de la oscuridad de la Edad Media, todavía la cementación era el método más generalizado para convertir la superficie del hierro forjado en acero. Para introducir las capas de acero en el interior de una espada, se tomaba una barra de hierro y se cementaba; luego se martillaba hasta alcanzar el doble, de su longitud inicial; se doblaba de modo que una mitad quedara encima de la otra y se martillaba al rojo vivo hasta que soldaran las dos mitades, quedando en el interior una capa de acero. El proceso se repetía hasta que la hoja de espada tuviera una textura similar a la de un pastel de mil hojas. En sables japoneses se han encontrado, efectivamente, varios miles de capas. Esto no quiere decir que el proceso anterior se tenga que repetir miles de veces. Como las capas se multiplican exponencialmente al aumentar el número de dobleces, bastan 12 dobleces para lograr más de 4000 capas (212). Pero 12 dobleces cuestan mucho trabajo y energía. Cada cementación puede tomar una jornada de trabajo y grandes cantidades de carbón de leña. Los herreros europeos hacían solamente uno o dos dobleces.


Figura 1. Curvas de la resistencia del bronce y del acero como función del contenido de estaño y de carbono respectivamente. Cuando el contenido de carbono en el acero supera el 0.4% se empieza a notar una ventaja sobre el bronce.

No fue sino hasta 1740 que el mundo occidental redescubrió el método del crisol para producir acero. Por esas fechas, un relojero y cirujano amateur llamado Benjamín Huntsman tenía asombrados a sus competidores por la textura tan uniforme de sus aceros. Huntsman se cuidaba muy bien de guardar el secreto de su método, para que nadie, con excepción de él y sus ayudantes, lo conociera.

Pero uno de sus competidores, vil y astuto, se valió del chantaje al espíritu humanitario. En una noche de tormenta fingió estar atrapado por la lluvia y pidió refugio en el taller de Huntsman. La tradición de la época imponía moralmente dar el refugio solicitado, de modo que Huntsman no se pudo negar. El espía se asombró de la simplicidad del proceso. Huntsman cementaba pequeños trozos de hierro y los fundía en un crisol. A solidificar, desde luego, el acero resultaba sumamente uniforme.

El espía se lamentó de no haber trabajado esta idea tan simple desde mucho antes. La idea, sin embargo, era más vieja de lo que el espía creía; el método del crisol para producir acero se practicaba en varios lugares del mundo desde tiempo inmemorial, incluyendo entre éstos, desde luego, a los talleres indios productores de wootz.

Lo que entorpecía el avance de la tecnología en el acero era la oscuridad en la que se encontraba. En el siglo XVIII se desconocía el motivo por el cual el hierro forjado, el acero y el arrabio eran distintos. No fue sino hasta 1820 cuando Kersten planteó que era el contenido de carbono la razón de sus diferencias. El primer método para determinar con precisión el contenido de carbono en el acero fue desarrollado en 1831 por Leibig.
1.2) LA REVOLUCION INDUSTRIAL:
Antes de la revolución industrial, el acero era un material caro que se producía en escala reducida para fabricar armas, principalmente. Los componentes estructurales de máquinas, puentes y edificios eran de hierro forjado o fundiciones. Las fundiciones son aleaciones de hierro con carbono entre 2.5% y 5%.

La aleación que contiene el 4.3% se conoce como "eutéctica" y es aquella donde el punto de fusión es mínimo, 1 130°C. Esta temperatura es mucho más accesible que la del punto de fusión del hierro puro (1, 537°C). Los chinos ya en el siglo VI de nuestra era, conocían y aprovechaban la composición eutéctica para producir fundiciones en hornos de leña. Eran hornos, mayores que los europeos y por su mayor escala podían alcanzar temperaturas superiores a los 1 150°C. El producto de estos hornos era una aleación líquida llamada arrabio que contenía abundantes impurezas. Por su baja temperatura de fusión, el arrabio servía como punto de partida para la fabricación de hierro fundido, al cual solamente se le eliminaban las impurezas manteniendo un alto contenido de carbono.

El arrabio, ya en estado sólido, servía también para producir hierro forjado. Usualmente se introducía en lingotes a hornos de carbón de leña, dotados de sopladores de aire. El oxígeno del aire reaccionaba con el carbono y otras impurezas del arrabio formándose así escoria líquida y una esponja de hierro. El hierro esponja, casi puro, se mantenía sólido y la escoria líquida se removía a martillazos.

La maquinaria básica para el conformado de piezas estructurales se desarrolló mucho antes que la aparición en escala masiva del acero. En Massachussets, desde 1648, operaban molinos de laminación para producir alambrón y barras de hierro forjado.

La laminación consiste en hacer pasar un trozo de metal maleable a través de un sistema de dos rodillos, como se indica en la figura 2. Al girar los rodillos aplanan al metal. A veces los rodillos tienen acanalados que sirven para conformar barras; o arreglos más caprichosos para producir perfiles en forma de T o I, o alguna otra configuración.



Figura 2. Proceso de laminación. Una placa o una barra de acero, generalmente al rojo vivo, se pasa por unos rodillos donde se produce un cambio en la sección transversal con la geometría deseada.

A principios del siglo XVIII ya había en Suecia y en Inglaterra laminadores movidos por molinos de agua. La máquina de vapor de Watt fue aplicada para este uso por primera vez en 1786.

A mediados del siglo XIX se producían por laminación rieles para ferrocarril de 40 m de largo; se usaba de manera generalizada el martillo de vapor y se fabricó el primer buque interoceánico hecho a base de hierro forjado. El buque, llamado SS Great Britain fue construido con doble capa de hierro y con cinco compartimentos. Su peso fue de 8 000 toneladas, cuatro de las cuales fueron de la hélice. El casco se construyó traslapando placas unidas con remaches a un poderoso marco de vigas.

La torre Eiffel, inaugurada en París en 1889, se construyó con más de 7 000 toneladas de hierro forjado. Como el acero todavía era muy caro, los constructores Forges y Mendel optaron por el hierro forjado. La fabricación masiva y, por lo tanto económica del acero estaba ya retrasada en relación con su demanda.

El primer paso para lograr la transformación masiva del arrabio en acero lo dio el inglés Henry Bessemer en 1856. La idea de Bessemer era simple: eliminar las impurezas del arrabio líquido y reducir su contenido de carbono mediante la inyección de aire en un "convertidor" de arrabio en acero. Se trata de una especie de crisol, como el que muestra en la figura 3, donde se inyecta aire soplado desde la parte inferior, que a su paso a través del arrabio líquido logra la oxidación de carbono. Así, el contenido de carbono se reduce al 4 o 5% a alrededor de un 0.5 %. Además el oxígeno reacciona con las impurezas del arrabio produciendo escoria que sube y flota en la superficie del acero líquido. Como la combinación del oxígeno con el carbono del arrabio es una combustión que genera calor; Bessemer acertadamente sostenía que su proceso estaba exento de costos por energía. La idea era fantástica.


Figura 3. Convertidor de arrabio en acero inventado por Henry Bessemer. Un flujo de aire se inyecta por la parte inferior del horno para que elimine gran parte del carbono y otras impurezas del arrabio por oxidación. Este diseño fracasó inicialmente porque el refractario que cubría las paredes del horno era de tipo "ácido".

Bessemer logró convencer a los grandes señores del hierro de la época victoriana para que aplicaran industrialmente los procedimientos que él había desarrollado a escala de laboratorio. Se invirtieron enormes recursos en el proyecto, cuyo resultado fue un escandaloso fracaso. Bessemer fue obligado a reponer el dinero a los industriales y se hundió en el mayor descrédito. Pero Bessemer no se dio por vencido. Le costó mucho darse cuenta de que el arrabio que él había empleado en sus experimentos de laboratorio era distinto al que explotaban industrialmente los fundidores ingleses.

Por alguna razón, Bessemer había empleado un arrabio de bajo contenido de fósforo que contrastaba con el arrabio obtenido de muchos minerales nativos de Inglaterra y Europa que eran muy ricos en este elemento.

La pared del convertidor de Bessemer estaba recubierta con ladrillos refractarios ricos en óxido de silicio: sílice. En la jerga de los refractarios a éstos se les llama "ácidos" para distinguirlos de los óxidos metálicos, que se denominan "básicos". La triste experiencia del primer intento de Bessemer sirvió para demostrar que los refractarios ácidos entorpecen la eliminación del fósforo del arrabio.

Más tarde Thomas y Gilchrist, también ingleses, probaron que el convertidor de Bessemer transformaba exitosamente el arrabio en acero si la pared del horno se recubría con refractarios "básicos", de óxido de magnesio por ejemplo.

Para quitar el fósforo y el sílice del arrabio, añadieron trozos de piedra caliza que reacciona con ambos para producir compuestos que flotan en la escoria. Esto no se podía hacer en el convertidor "ácido" de Bessemer porque la piedra caliza podría reaccionar con los ladrillos de sílica de sus paredes.

Bessemer instaló su propia acería en Sheffield, pagó sus deudas, pronto logró una producción de un millón de toneladas por año y amasó una gran fortuna. Lo que nunca pudo recuperar fue la confianza de los industriales ingleses. De muy mala manera fue rechazado su proyecto para sustituir los rieles de ferrocarril de "hierro" forjado de esa época por los de acero que ahora todo el mundo utiliza.

La tecnología para producir arrabio siempre estuvo inmersa en un proceso evolutivo. Un paso de una gran trascendencia se dio en el siglo XVIII, cuando el carbón mineral sustituyó al carbón de leña en los hornos. El uso del carbón de leña en las acerías dejó secuelas dramáticas en muchos países. En Inglaterra la devastación fue tan brutal que para mediados del siglo XVIII los bosques ya se habían agotado.

Por más de un siglo Inglaterra tuvo que importar hierro o arrabio de Suecia, Rusia y de sus colonias americanas, debido a su insuficiencia de carbón de leña. Para bien de los bosques, en el siglo XVIII se inició el uso del carbón mineral para producir arrabio.

El carbón mineral usualmente contiene sustancias volátiles indeseables para la fabricación del arrabio. Se desarrollo entonces un método que consiste en triturar y calentar el carbón mineral en hornos para que las sustancias volátiles sean expelidas, dando lugar a un carbón más refinado llamado coque.

Cuando los convertidores "básicos" de arrabio en acero entraron en operación, ya se producía carbón mineral coquizado en plantas avanzada donde además de purificar al carbón se, aprovechaban los gases expelidos. Se obtenían como subproductos amoniaco, benceno, tolueno, nafta aromática y brea de alquitrán.








2) PROCESO DE FABRICACIÓN:
Para la fabricación del acero, la empresa aceros arequipa se basa en un proceso de fabricación que consta de 4 fases específicamente y estas son:

Proceso del Hierro Esponja
Proceso de Acería
Proceso de Colada Continua
Proceso de Laminación
2.1 HIERRO ESPONJA
Con una inversión de 15 millones de dólares Aceros Arequipa S.A. ha puesto en funcionamiento su moderna planta de hierro esponja en la ciudad de Pisco, tendiendo a mantener la modernidad de sus instalaciones y por ende a incrementar la calidad y productividad.
La planta de hierro esponja montada en Pisco está compuesta de dos hornos rotatorios que producen 30,000 toneladas cada uno, por lo que su producción total será de 60 mil toneladas anuales.

El montaje de todas las instalaciones de la planta ha sido realizado por empresas nacionales habiéndose utilizado aproximadamente 350 mil horas hombre en total.
De manera resumida se puede definir al Hierro Esponja como la reducción de un óxido en estado sólido elevando su temperatura pero sin llegar a la de fusión, utilizando para ello un elemento reductor que puede ser gas o carbono.
En el caso de la planta de Pisco el elemento reductor es el carbón. Con ello se eleva el porcentaje de contenido de hierro y permite así utilizarlo en el horno eléctrico.
El proceso de producción de hierro esponja se lleva a cabo en un horno tubular rotatorio inclinado tipo "kiln" en donde las materias primas como el hierro, carbón y caliza dolomítica son alimentadas bajo una dosificación predeterminada y una vez mezcladas son cargadas por un tubo directamente al horno.
Después de secada y precalentada, la mezcla alcanza la temperatura de reducción la cual se efectúa por medio del monóxido de carbono suministrado a partir de la reacción del carbón bituminoso con el oxígeno del aire que se insufla con un control estequeométrico muy riguroso.
La temperatura requerida por el proceso se alcanza y controla, por una velocidad predeterminada de la reacción de la combustión del carbón y la inyección del aire a través de los ventiladores dispuestos a lo largo del horno rotatorio, por este motivo se debe garantizar también una alta hermeticidad del horno respecto al ambiente exterior, para conocer en todo momento cual es el nivel de ingreso de oxígeno al ambiente reductor interno del horno.
En un rango de temperatura entre 800 a 1100°C el mineral de hierro en estado sólido es reducido a hierro esponja. Al término del proceso el hierro esponja es descargado hacia el horno enfriador, junto con los materiales remanentes del carbón y caliza dolomítica, cargados inicialmente; el enfriamiento provoca la estabilización del producto para que no reoxide en el manipuleo a que será sometido posteriormente.
La separación entre hierro esponja y materiales no magnéticos es efectuado por sistemas de zaranda y separadores electromagnéticos, para obtener un producto listo para su carga a los hornos eléctricos.
En algunos casos también es posible cargar directamente a los hornos eléctricos el hierro esponja caliente acompañado de los materiales remanentes, esta es una manera de aprovechar la energía térmica que lo acompaña acelerando su proceso de fusión.
El hierro esponja permite su utilización en el horno eléctrico como carga metálica en la fabricación del acero, con las ventajas consiguientes de ser un producto libre de residuales y un producto nacional que evita la importación.
Este proyecto convertido hoy en una realidad permitirá al país un menor egreso de divisas calculadas en 10 millones de dólares anuales y el producto obtenido conjuntamente con el reciclado de metálicos optimizará la calidad.
2.2 ACERIA
A continuación se muestra las diferentes fases de acería que se realizan en Corporación Aceros Arequipa.
Horno eléctrico:
Potencia:24 MVA
Crisol: 4,300 mm de Diámetro
Electrodos: 18 pulgadas de Diámetro, refrigerados en agua
Refrigeración: Paneles refrigerados con agua en paredes y bóveda
Tonelaje: 40 TM por colada
Horno cuchara:
Electrodos:12 pulgadas de Diámetro
Capacidad:40 TM


2.3 COLADA CONTINUA
Número de líneas:4
Radio de Curvatura:5 metros
Corte:Con Cizalla (3) / Oxicorte(1)
Cuchara-Tundish:Tubo Cerámico
Tundish-Molde :Protección gaseosa
Buza:14.5 mm de diámetro
2.4 LAMINACIÓN
Podemos definir la laminación como el proceso de manufactura mediante el cual se transforma el acero en la forma de barras de sección cuadrada de varios metros de largo llamadas palanquillas, en los diversos productos largos que fabrica Aceros Arequipa ya sean barras corrugadas, barras lisas o perfiles.
El proceso de transformación se lleva a cabo en caliente por lo cual es necesario elevar la temperatura de las palanquillas en un horno de recalentamiento hasta conseguir la temperatura inicial adecuada que puede oscilar entre los 800 °C y los 1,150 °C
El proceso en sí consiste en deformar la masa metálica, en nuestro caso el acero, en forma de palanquillas, haciéndola pasar entre dos cilindros superpuestos que giran en sentido inverso.
A los cilindros de laminación se les entallan unos canales mediante el proceso de torneado en un taller mecánico que usualmente se encuentra dentro de las instalaciones de la planta de laminación.
Estos canales definen las etapas por las cuales atraviesa la palanquilla hasta alcanzar su forma final definida según el producto que se quiere fabricar. Dichas etapas, también llamadas "pasadas", son definidas mediante un trazado dibujado en planos y las lleva a cabo un maestro trazador. Ejemplos de trazados se muestran a continuación:
Finalmente al alcanzar las varillas la sección definitiva, éstas son enfriadas en una mesa de enfriamiento ubicada al final de la línea de fabricación para después ser cortadas a la longitud requerida.
Vale la pena aclarar que la laminación es solamente un proceso de transformación del acero de una forma y longitud inicial a una forma final más pequeña y longitud mayor definida por el trazado del producto que se quiera fabricar. Es por esto que la calidad del producto dependerá mucho de la calidad del acero que se utilice el cual puede ser fabricado tanto en un horno eléctrico como en un alto horno aunque este método está siendo utilizado cada vez menos a nivel mundial.
En EE.UU. el método de fabricación de acero más utilizado es a través de hornos eléctricos por ser ecológico y porque abunda la chatarra en forma de autos usados (EE.UU. tiene una gran industria automotriz la cual necesita del reciclaje) y partes de electrodomésticos en desuso, etc.
La calidad del acero a fabricarse en la acería dependerá del producto final que se requiera laminar, tal es así que por ejemplo el acero utilizado para la fabricación de barras corrugadas debe cumplir con la norma ASTM A615, el acero utilizado para la fabricación de las barras lisas y perfiles debe cumplir con la norma ASTM A36, etc.
3) CLASIFICACION:
Los aceros son aleaciones de hierro con carbono, aptas para ser deformadas en frío y en caliente.

El acero se obtiene sometiéndolo un proceso de descarburación y eliminación de impurezas llamado afino (oxidación del elemento carbono).

3.1 SEGÚN SU PORCENTAJE DE CARBONO

Generalmente el porcentaje de carbono no excede e 1,76%.

Atendiendo al porcentaje de carbono, los aceros se clasifican en:

a) Aceros Hipoentectoides: si su porcentaje de carbono es inferior al punto S (entectoide), o sea al 0,89%.

b) Aceros Hiperentectoides: si su porcentaje de carbono es superior al punto S.

3.2 SEGÚN SU COMPOSICIÓN

Con respecto a su composición, puede ser de baja o alta aleación y los elementos que puede contener el acero pueden ser tanto deseables como indeseables, en forma de impurezas.

Desde el punto de vista de su composición, los aceros se pueden clasificar en dos grandes grupos:

a) Aceros al carbono: formados principalmente por el hierro y el carbono.

b) Aceros aleados: Contienen, además del carbono otros elementos en cantidades suficientes como para alterar sus propiedades (dureza, puntos críticos, tamaño del grano, templabilidad, resistencia a la corrosión).

Elementos que influyen en la resistencia a la corrosión como por ejemplo:

· El cromo favorece la resistencia a la corrosión; integra la estructura del cristal metálico, atrae el oxigeno y hace que el acero no se oxide.

· El molibdeno y el volframio también favorecen la resistencia a la oxidación.



3.3 SEGÚN LA APLICACIÓN DE LOS METALES

En la industria, cada fabricante designa los aceros que produce con una denominación arbitraria, lo cual origina una verdadera complicación a la hora de elegir un acero o de establecer las equivalencias entre aceros de distintos fabricantes. Para evitar este inconveniente, el instituto del hierro y el acero adopta una clasificación que se ha incluido en las normas UNE españolas. (También existen las normas AISI de Estados Unidos).

El IHA clasifica los materiales metalúrgicos en 5 grandes grupos:

· F- Aleaciones férreas
· L- Aleaciones ligeras
· C- Aleaciones de cobre
· V- Aleaciones varias
· S- Productos sintetizados

Estos productos metalúrgicos se clasifican en series, grupos y tipos.
Las series que corresponden a los aceros van desde la F-100 hasta la F-900.
La serie F-300 corresponde a los aceros resistentes a la oxidación y a la corrosión, en particular la serie F-310 corresponde a los aceros inoxidables.
Los aceros se suministran en estado bruto de forja o laminación.

3.4 SEGÚN SU ESTRUCTURA EN ESTADO DE UTILIZACIÓN

a) Aceros Ferriticos:

Estructura ferritica a cualquier temperatura (o se convierte en estructura ausenitica en el calentamiento). El grano no se regenera.

Composición:

15-18% de cromo y una máxima de 0,12% de carbono.
Resistencia a la corrosión superior a la de los martensiticos
20-80% de cromo y una máxima de 0,35% de carbono
Aceros al cromo-aluminio hasta un 4% más resistente a la oxidación.
Son difíciles de soldar y se usan en embutición profunda por su gran ductilidad.
Son magnéticos.

b) Aceros Martensiticos:

Gran dureza cuando se los enfría rápidamente una vez austenizados.
12 - 14 % de cromo, 0,20 – 0,50% de carbono
Principalmente en cuchillería.
16-18% de cromo, 0,60-1; 20% de carbono
Por temple adquieren grandes durezas.
Resistentes a la corrosión y al desgaste
Tipo normalizado AISI –311: acero inoxidable extra dulce.
Menos del 0,1% de carbono, 13% de cromo y 0,30 % de níquel.
Resiste a la corrosión atmosférica, la del agua corriente y la de los ácidos y álcalis débiles.
Fácilmente sondable
Usos: utensilios domésticos, gritería, ornamentación, cubertería, etc.

c) Aceros Austeniticos:

Estructura auseniticos a cualquier temperatura.
Baja conductividad calorífica.
Es el tipo de aceros más utilizados.
Tipo normalizado AISI –314 Acero inoxidable ausenitico al cromo níquel conocido como18/8.Contiene 0,08% de carbono, 18% de cromo y 9% de níquel.
Muy dúctil y resistente a la corrosión atmosférica, al agua de mar, al ataque de productos alimenticios, ciertos ácidos minerales y de la mayoría de los ácidos orgánicos.












4) TRATAMIENTOS:
Son los procesos a los que se somete los metales y aleaciones ya sea para modificar su estructura, cambiar la forma y tamaño de sus granos o bien por transformación de sus constituyentes.

El objeto de los tratamientos es mejorar las propiedades mecánicas, o adaptarlas, dándole características especiales a las aplicaciones que se le van a dar la las piezas de esta manera se obtiene un aumento de dureza y resistencia mecánica, así como mayor plasticidad o maquinabilidad para facilitar su conformación.

Los tratamientos pueden ser mecánicos, térmicos o consistir en la aportación de algún elemento a la superficie de la pieza.

4.1 TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Recocido, temple, revenido, normalizado.

4.2 TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS

Cementación, nitruración, cianurización, etc.

4.3 TRATAMIENTOS MECÁNICOS

Se somete al metal a operaciones de deformación frío o caliente para mejorar sus propiedades mecánicas y además darle formas determinadas.

Al deformar mecánicamente un metal mediante martillado, laminado, etc., sus granos son deformados alargándose en el sentido de la deformación. Lo mismo pasa con las impurezas y defectos, se modifican las estructuras y las propiedades del metal.

4.4 TRATAMIENTOS EN FRÍO

Son los tratamientos realizados por debajo de la temperatura de recristalización, pueden ser profundos o superficiales.

Aumento de la dureza y la resistencia a la tracción.

Disminuye su plasticidad y tenacidad.

Cambio en la estructura: deformación de granos y tensiones originadas, se dice entonces que el metal tiene acritud (cuanta más deformación, más dureza).

Se produce fragilidad en el sentido contrario a la deformación (falta de homogeneidad en la deformación iguales tensiones en las diferentes capas del metal).

Cuando el metal tiene acritud, solo debe usarse cuando no importe su fragilidad o cuando los esfuerzos solo actúen en la dirección de la deformación.
4.5 ACEROS RESISTENTES A LA OXIDACIÓN Y LA CORROSIÓN

En los aceros inoxidables, la acción de los elementos aleados es sustancial, además de estructural, y depende del porcentaje del o los elementos de la aleación.

El cromo es el elemento aleado que más influye en la resistencia ala oxidación y a la corrosión de los aceros. Un 12% de cromo ya impide la corrosión por el aire ambiente húmedo. Para la oxidación a latas temperaturas se puede necesitar hasta un 30 %.

El Níquel mejora la resistencia a la corrosión de los aceros al cromo y el Molibdeno mejora la resistencia a la oxidación altas temperaturas.

Aceros inoxidables son resistentes a la corrosión atmosférica, s los ácidos y álcalis y ala oxidación a temperaturas no muy elevadas.












5) PRODUCCIÓN:
5.1 LOS ACEREROS CLÁSICOS

Una vez desatada la producción masiva de acero durante la revolución industrial, la producción, mundial creció vertiginosamente, como se indica en la figura 4, impulsada por una fiebre tecnológica sin precedentes y por una demanda industrial insatisfecha. El fenómeno nunca estuvo limitado al ámbito inglés. Diez años antes de registrarse la patente de Bessemer, William Kelly había desarrollado la misma idea en Estados Unidos. Asimismo los hermanos Siemens, alemanes, y posteriormente los hermanos Martin, franceses, dieron grandes pasos en el desarrollo de convertidores de arrabio en acero que antes de terminar el siglo XIX ya habían superado la producción a los de Bessemer.


Figura 4. Gráfica de la producción mundial de acero en los últimos siglos. El invento de Bessemer fue el punto de partida del vertiginoso crecimiento.


La geografía de la producción de acero también evolucionó. A principios del siglo XVIII Suecia era el primer productor mundial de arrabio.

Posteriormente Inglaterra tomó su lugar, manteniendo su hegemonía hasta finales del siglo XIX. En 1890 Estados Unidos rebasó a Gran Bretaña y se mantuvo como líder hasta 1971, cuando fue superado por la Unión Soviética. En la figura 22 se presentan los diez primeros productores del mundo en 1983. La situación reciente dista de ser estable. De 1976 a 1983 China pasó del octavo al cuarto lugar, Japón desplazó a Estados Unidos del segundo lugar, la Gran Bretaña pasó del séptimo al décimo y Corea del Sur se movió del lugar 25 y se puso en el 15.




5.2 LOS ALTOS HORNOS

Antes de que desaparezcan de la faz de la Tierra, vale la pena describir a los modernos dinosaurios que ahora producen la mayor parte del acero del mundo. El proceso se puede dividir en dos grandes pasos. El primero consiste en transformar el mineral de hierro de las minas en arrabio y el segundo en convertir el arrabio en acero.

En un alto horno, cuyo esquema se presenta en la figura 5, se logra la transformación del mineral de hierro en arrabio. Este tipo de horno es el que tienen actualmente la Siderúrgica Lázaro Cárdenas-Las Truchas, en la costa del Pacifico de Michoacán; Altos Hornos de México, en Coahuila; y el que tenía la Fundidora de Monterrey que cerró hace algunos años. También este tipo de hornos fueron los que, abatidos por las recientes sacudidas tecnológicas, cayeron dinamitados a principios de 1986 en la Bethlehem Steel Corporation de Pennsylvania.


Figura 5. En el alto horno, el mineral de hierro, el coque y la caliza se cargan por la parte superior. Por las otras toberas se inyecta el aire caliente que enciende el coque y libera el monóxido de carbono necesario para reducir al óxido de hierro. El arrabio, producto final del alto horno, se colecta por una piquera en la parte inferior.
Los minerales de hierro contienen del 60 al 70% de hierro; el resto se compone de oxígeno, arena, arcilla y piedras, que a su vez contienen sílice (óxido de silicio) Es necesario deshacerse del sílice para evitar que una parte del hierro se desperdicie al formar compuestos con esta sustancia.

Lo anterior se logra agregando piedra caliza. La caliza tiene la propiedad de que, a altas temperaturas, tiene mucha afinidad por la sílice y por otras impurezas que vienen con el mineral, formando compuestos que flotan en el arrabio líquido como escoria.

El mineral, junto con la piedra caliza y el coque tienen en su conjunto el nombre de carga y se introducen en el alto horno por la parte superior. La forma y el tamaño de la carga están ya muy estudiados.

Primero se muelen los minerales de hiero y la piedra caliza. Luego se producen aglomerados de uno a dos centímetros de diámetro, donde la caliza se incorpora junto con el mineral.

Con bandas transportadoras se lleva la carga, es decir las esferas del mineral y la caliza, y trozos de coque, hasta la parte superior del alto horno (Figura 23). Casi todo el alto horno se mantiene lleno de carga. Por la parte inferior, utilizando ductos llamados toberas, se introduce un soplo de aire caliente que fluye por los huecos que quedan entre las partículas de la carga. Desde los tiempos de los fundidores chinos del siglo VI hasta principios del siglo XIX el arrabio se produjo soplando con aire frío sobre la mezcla de minerales y carbón.

Sin embargo, el proceso es mucho más eficiente tanto en rapidez como en consumo de coque si se sopla aire caliente adicionado con un poco de oxígeno y, eventualmente, con hidrocarburos. Cuando el soplo de aire caliente fue introducido por James Nielsen en 1828, se logró de inmediato un ahorro del 40% en el consumo de carbón.

En el alto horno, el aire caliente sirve para producir la combustión del coque y para elevar la temperatura. El oxígeno del aire se combina con el carbono para producir el monóxido de carbono que, a su vez, reacciona con el óxido de hierro para producir hierro y bióxido de carbono.

Al salir del alto horno, los gases producidos por la reacción del aire, caliente con el coque y el mineral de hierro no están totalmente quemados. Es común, que una cuarta parte de la mezcla de gases salientes sea monóxido de carbono.

Este gas venenoso todavía puede quemarse, es decir, oxidarse, y el calor producido es aprovechable en el calentamiento del soplo del aire que entra. Con esto se logra además un beneficio para el ambiente al reducir las emisiones de monóxido de carbono.

Los gases que salen del alto horno son canalizados mediante duetos hacia enormes estufas donde se logra la combustión total de los mismos. En el camino, como se ilustra en la figura 6, los gases se hacen pasar por cámaras para separar el polvo que arrastran. De esas cámaras se conducen a una de las estufas (los altos hornos se acompañan al menos de dos estufas).

Las estufas son cámaras de combustión revestidas, con tabiques refractarios con alta capacidad de absorber calor. Después de algunas horas de quemado de los gases la estufa alcanza altas temperaturas y en ese momento los gases se canalizan a otra de las estufas.

Es entonces cuando el soplo del aire, que deberá entrar al alto horno, se pasa por la estufa para que se caliente al hacer contacto con las paredes de tabique refractario incandescente, y alcanza temperaturas superiores a los 1 000°C.

En la figura 6, la estufa de la izquierda esta quemando gases y la de la derecha está calentando al soplo de aire.

La parte más caliente del alto horno se localiza justamente arriba de las toberas y se conoce como, etalaje). Allí la temperatura alcanza los 1800°C, alrededor de 550 grados más de los necesarios para fundir el arrabio.

En estas condiciones las esferas de la carga, originalmente hechas de óxidos de hierro y caliza, lloran (gotean) arrabio y escoria que se depositan en el crisol que está en
la parte inferior del alto horno.


Figura 6. Los gases ricos en monóxido de carbono que salen del alto horno son aprovechados para calentar las estufas al completar su combustión. Mientras una de las estufas está en el proceso de combustión, la otra, previamente calentada, sirve para elevar la temperatura del aire por encima de los 1 000°C.

La escoria y el arrabio se sacan del crisol por unos ductos llamados piqueras. La piquera de escoria está colocada más arriba que la de arrabio porque la escoria flota, Frecuentemente el arrabio se traslada al convertidor en el estado líquido; sin embargo, en algunas plantas se vacía para formar lingotes. En Inglaterra, originalmente, los lingotes de arrabio tenían la forma de cerdos y por eso en inglés el arrabio es conocido como pig iron.

Los convertidores de arrabio en acero ya no son como los de Bessemer y sus contemporáneos. Conocidos generalmente por sus iniciales en inglés, los convertidores BOF (basic oxygen furnace) logran la refinación del arrabio empleando la misma idea de Bessemer para eliminar las impurezas y el exceso de carbono por oxidación, además de aprovechar el calor de la oxidación como fuente de energía para la fusión. En lugar del soplo de aire que utilizaba Bessemer, en los BOF la oxidación se hace directamente con oxígeno. Esta idea también la tuvo Bessemer porque el aire contiene solamente un 21%, de oxígeno contra un 78% de nitrógeno. Lo que pasó fue que en los tiempos de Bessemer el oxígeno puro era muy caro, de modo que no era accesible ni para hacer experimentos en el laboratorio. Cien años después la situación era otra porque se desarrollaron métodos baratos para producir oxígeno y en la escala necesaria para abastecer a las grandes siderúrgicas.

Un esquema del convertidor BOF se presenta en la figura 7. Consiste en una olla de acero recubierta en su interior con material refractario del tipo básico, óxido de magnesio o algo así. A diferencia del convertidor de Bessemer donde se soplaba el aire por la parte inferior, en el BOF se inyecta el oxígeno por una lanza que entra por la parte superior. La lanza se enfría con serpentines de agua, interiores para evitar que se funda. La carga y la descarga de la olla se hacen también por la parte superior y por eso la olla está montada en chumaceras que le permiten girar.

Figura 7. Mediante un chorro de oxígeno con polvo de piedra caliza el arrabio es convertido en acero en un BOF, El oxígeno reacciona con el carbono del arrabio y lo elimina en forma de bióxido (o monóxido) de carbono. La caliza sirve para eliminar impurezas, entre las que destaca el fósforo.

Originalmente el proceso BOF fue desarrollado en Austria para convertir arrabio con bajo contenido de fósforo (alrededor del O.3%), y en ese tiempo se bautizó con las iniciales LD, de Linz Düsenverfahren (lanza de Linz). Luego la técnica se extendió, para arrabios de alto fósforo mediante la adición al chorro de oxígeno de polvo de piedra caliza. Entonces se logró la producción de acero con arrabio de contenidos de fósforo tan altos que llegaban incluso al 2%.

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

La diferencia de precios entre la chatarra fría y el arrabio líquido ha motivado la búsqueda de tecnologías para incrementar lo más posible la carga de chatarra. Algunos éxitos en esta dirección se han obtenido al adicionar al oxígeno que entra por la lanza combustóleo y carburos de silicio y calcio.

5.3 LOS NUEVOS ACEREROS

Todas las industrias deben examinarse a sí mismas con frecuencia. El escenario que compone el estado de la tecnología, las materias primas y la fuerza de trabajo evoluciona muy rápidamente. Suele ocurrir que las premisas que motivaron el establecimiento de industrias multimillonarias pierdan vigencia a la vuelta de cinco o diez años. Y aunque esas industrias se resistan a aceptar su obsolescencia y sigan adelante, tarde o temprano sucumbirán ante las empresas más avanzadas.

Todo parece indicar que el alto horno está viviendo su ocaso. La competencia ha forzado a las plantas acereras integradas a crecer, a buscar la producción en gran escala. Su tamaño, ahora con capacidad de producir de 5 000 a 10 000 toneladas, de arrabio por día, las ha hecho muy vulnerables. Estas plantas no pueden detener su operación so pena de sufrir enormes pérdidas económicas o daños irreversibles. En forma sumamente onerosa han tenido que enfrentar problemas de liquidez financiera, de abastecimiento confiable, de materias primas y de continuidad en la relación laboral.

El suministro de coque es un problema mayor. Durante más de 250 años la industria siderúrgica ha consumido cantidades colosales de carbón mineral. Naturalmente, los mejores yacimientos de carbón se han agotado. El coque es ahora escaso, caro y de baja calidad.

Durante muchos años los metalurgistas han cuestionado la forma indirecta de obtener el acero produciendo primero el arrabio en los altos hornos. ¿Por qué no sacar directamente el oxígeno del mineral de hierro y obtener el hierro esponja como en la antigüedad?

El proceso HYL utiliza una mezcla de gases rica en hidrógeno y monóxido de carbono para extraer el oxígeno del mineral de hierro. La mezcla de gases se produce a partir de gas natural y vapor de agua en un dispositivo llamado reformador, que se representa en la figura 8. El gas natural y el vapor se inyectan a una tubería de acero inoxidable que se calienta con unos quemadores. A altas temperaturas, y con ayuda de catalizadores que se ponen en el interior de los tubos, ocurre la reacción química:

Gas natural + vapor de agua à à hidrógeno + monóxido de carbono.


Figura 8. El reformador es un reactor químico que a altas temperaturas convierte una mezcla de gas natural y vapor en un gas de alto poder reductor formado de hidrógeno y monóxido de carbono.

El hidrógeno y el monóxido de carbono, agentes reductores (desoxidantes) sumamente, efectivos, salen del reformador acompañados de pequeñas cantidades de gas natural y bióxido de carbono. La tubería se conecta con los reactores reductores, que no son otra cosa que enormes vasijas metálicas donde se carga el mineral de hierro en forma de pequeñas esferas del tamaño de una canica (a 2 cm., de diámetro), cómo se indica en la figura 9.
Figura 9. La unidad reductora consta de una enorme vasija donde se deposita un aglomerado de esferas del mineral por donde pasa el gas reductor previamente calentado a altas temperaturas. Posteriormente el gas residual es enfriado en una tubería bañada con agua.

El mineral de hierro que se emplea en las plantas de HYL generalmente tiene la composición del cuadro 1. Alrededor del 30% del mineral es oxígeno asociado con el hierro que debe removerse al reaccionar con el hidrógeno o con el monóxido de carbono. Este objetivo se logra en un 85 o un 90% además de añadir al producto hierro esponja, un 2% de carbono.

5.4 MINIACERÍAS

Un competidor implacable de las grandes plantas integradas (que parten del mineral de hierro y terminan con productos acabados de acero) ha surgido de los miles de millones de toneladas de acero que ellas mismas han producido. La chatarra es hoy una materia prima nada despreciable para la fabricación de acero, que suele aprovecharse en plantas pequeñas conocidas como miniacerías, donde la chatarra se funde en hornos de arco eléctrico. Técnicamente, su sistema de operación es muy sencillo. La materia prima se consigue con un buen comprador de chatarra capaz de asegurar un suministro regular. Esto no es nada fácil porque las fuentes de chatarra son muy irregulares.

Un buen "chatarrero" debe además distinguir entre los distintos tipos de chatarra disponible. La chatarra de primera es aquella, que viene en trozos chicos en relación con el tamaño del horno, de buen grosor con pocos elementos indeseables como el cinc de los galvanizados, por ejemplo. Las piezas de acero grandes no son tan atractivas para los chatarreros porque su manejo es difícil y porque dejan mucho espacio vacío entre una y otra pieza.

La chatarra se carga al horno de arco eléctrico y se funde al exponerse al paso de una enorme corriente eléctrica. La corriente eléctrica llega a la chatarra a través de electrodos de carbono (grafito). Cuando la chatarra se pasa al estado líquido, lo cual ocurre en algunos minutos, los operadores toman una muestra y la llevan al laboratorio de análisis. En cuestión de segundos, con la ayuda de espectrómetros modernos, se determina la composición química del acero. En particular, son de interés los siguientes elementos: carbono, manganeso, fósforo, azufre, silicio, cromo y bronce. El hierro, la base de la aleación, se determina por balance. Generalmente es necesario hacer algún ajuste a la aleación mediante la adición de otros elementos necesarios o de formadores de escoria para retirar elementos indeseables como el fósforo o el azufre.

Del horno eléctrico, el acero líquido se pasa a una olla donde en ocasiones se pasa a una máquina de colada continua para producir barras de acero de sección cuadrada de 10 a 15 centímetros por lado y de 6 a 8 metros de longitud, llamadas palanquillas.




Figura 10. En el proceso de colada continua se producen barras de sección cuadrada (palanquillas) en un molde, directamente a partir de acero líquido. La colada continua produce un ahorro considerable de trabajo y energía con respecto a los procesos menos recientes que producen lingotes con el acero líquido, los cuales se calientan posteriormente al rojo vivo y se laminan para formar las palanquillas.

El proceso de colada continua se desarrolló en Europa en los años cincuenta para producir secciones de acero directamente a partir de acero líquido. Anteriormente se producían lingotes que, más tarde, se laminaron en rodillos para formar las palanquillas. La colada continua, con la cual se procesa más de un tercio de la producción mundial de acero, se ilustra en la figura 10.

El acero líquido de la olla se vacía en un recipiente de donde, a velocidad controlada, pasa a un molde de sección cuadrada. Las paredes del molde se lubrican para que el acero no se adhiera y se mantienen "frías" refrigerándolas con serpentines de agua.

El molde además, se hace vibrar para ayudar a que el acero se deslice. El molde no tiene tapa inferior porque el acero que ha solidificado en el extremo inferior, sirve como tapa.
Después de pasar por el molde, el acero, ya sólido pero al rojo vivo, pasa por una serie de rodillos que lo jalan hasta llegar a una plancha donde, con sopletes, la sección cuadrada se corta en tramos de la longitud deseada.
La palanquilla es la materia prima para los molinos de laminación donde, a base de rodillos, se conforman productos como varillas corrugadas, alambrones y barras de secciones cuadradas, hexagonales o redondas.

Debido a la sencillez de su proceso, las miniacerías tienen un costo de inversión bajísimo comparado con el de las plantas integradas; no están técnicamente obligadas a mantenerse en operación permanentemente, es decir, pueden apagar sus instalaciones e irse una semana de vacaciones sin ningún problema; y su tamaño permite ubicarlas cerca de los grandes centros de consumo de acero y producción de chatarra para lograr un ahorro importante en materia de transportes.

Como las acerías suelen ser un problema para el medio ambiente, muchas miniacerías están equipadas con dispositivos para el control de emisiones contaminantes.










































6) ACEROS ESPECIALES:
6.1 EFECTO DE LOS ELEMENTOS ALEANTES

La fabricación de piezas, equipos y estructuras se hace con herramientas. Se necesitan guillotinas para cizallar; dados para forjar; brocas para perforar; moldes para conformar; martillos y cinceles para golpear. Hay un acero para cada uso.

A un contemporáneo y colaborador de Bessemer en Inglaterra, de nombre Robert Mushet, se le suele atribuir la paternidad de los aceros especiales para fabricar herramientas. Esto, obviamente, es injusto, porque la búsqueda de mejores herramientas ha sido tarea de la humanidad por siglos. Tres décadas antes de los desarrollos de Mushet, el ingeniero ruso Pavel Anosof había publicado, en dos tomos, su redescubrimiento del arte legendario de la producción del acero de Damasco y propuso su aplicación para fabricar una gran variedad de herramientas. Sin embargo, lo cierto es que Mushet tuvo mejor suerte porque las ideas de Anosof nunca se aplicaron.

Robert Mushet fue lo que hoy en día se conoce como un diseñador de aleaciones. En realidad, los diseñadores de aleaciones son metalurgistas con "intuición educada" o colmillo largo. Se la pasan con uno o más problemas en mente, generando nuevas aleaciones a base de prueba y error. Eso de la "intuición educada" les sirve para proponer los elementos de aleación que van a considerar ante un problema dado y los intervalos de composiciones donde se van a mover. Habiendo tantos elementos en la naturaleza y siendo infinitas las combinaciones posibles, los diseñadores de aleaciones dependen (exactamente en ese orden, dirían los maliciosos) de su suerte, de su "intuición educada" y de su capacidad para producir y caracterizar el máximo número de combinaciones posibles.

Robert Mushet se basaba en el sistema hierro-carbono y experimentaba con adiciones de aleantes. Su primer gran éxito fue la sugerencia de adicionar manganeso durante la aceración en los convertidores de arrabio en acero de Bessemer. En el plano comercial, esto representó uno de los mayores impulsos al desarrollo tecnológico de Bessemer: El manganeso ayuda en el proceso de fabricación de acero y repercute positivamente en sus propiedades finales. Cuando el acero está procesándose en el estado líquido, el manganeso ayuda a desoxidarlo y captura al azufre, formando partículas alargadas que hacen al acero más maquinable. El manganeso, además, incrementa la resistencia del acero. Hoy en día casi todos los aceros comerciales, incluyendo los aceros simples al carbono, se fabrican con adiciones de manganeso.

En uno de sus múltiples experimentos, Mushet detectó barra de acero se templó cuando la extrajo del horno al rojo vivo y la dejó enfriar en el aire lentamente. Esto llamó mucho su atención porque normalmente los aceros requieren de un enfriamiento muy rápido para templarse, cuando al rojo vivo se sumergen en agua. Mushet verificó la composición química de la barra de acero y encontró que, además de hierro, carbono y manganeso, había tungsteno.

De inmediato Mushet se dedicó a explorar cientos de combinaciones alrededor de la composición de su barra inicial, hasta que decidió salir al mercado con un acero con 2% de carbono, 2.5% de manganeso y 7% de tungsteno, aproximadamente. La primera compañía que comercializó al flamante "acero especial de Robert Mushet" fracasó.

Hoy las herramientas para maquinar, llamadas herramientas de corte, se hacen con aceros de alta velocidad. A principios del presente siglo los aceros de alta velocidad llevaban un alto porcentaje de tungsteno, alrededor del 18%. Contenían cromo, en un 4%; además del carbono, el manganeso y el silicio. Durante la segunda Guerra Mundial y la Guerra de Corea hubo una tremenda escasez de tungsteno. Como no era fácil en esos días pasar enfrente de Japón con el tungsteno de las minas de China y de Corea hacia América, se financiaron muchas investigaciones para sustituirlo. El molibdeno pronto destacó como sustituto y, para cuando los conflictos bélicos se habían apaciguado, el molibdeno estaba completamente firme en el mercado.

En la actualidad, la mayoría de los aceros de alta velocidad emplean al molibdeno en lugar del tungsteno. Los aceros de alta velocidad a base de tungsteno se designaban con una letra "T" y uno o dos dígitos. Por ejemplo, los aceros TI y T2 fueron muy populares en los años veinte y treinta. Ahora, las brocas y los cortadores de los talleres mecánicos se hacen con aceros de la serie "M", llamada así por el molibdeno.

Aparte de los aceros para herramientas de corte existen aceros especiales para el conformado de piezas en forjas y troqueles donde, además de la resistencia al desgaste, por fricción, se logra una gran tenacidad para absorber muchísimos golpes. Propiedades similares se esperan de las herramientas para cizallar y agujerar, las cuales, además, deben tener una gran estabilidad dimensional en los tratamientos térmicos.

La selección del acero apropiado para cada tipo de herramienta es todo un arte. No es nada fácil establecer una relación directa entre la adición de un aleante específico y la característica del acero que se modifica.

Además, hay que tomar en cuenta variables como el procesado y los tratamientos térmicos, que suelen tener gran influencia. Sin embargo, en términos generales, puede decirse que las características enunciadas en la columna izquierda del cuadro se ven afectadas, en orden decreciente, por los elementos que se enlistan en la columna derecha.

El dominio de los elementos que aparecen en el cuadro ha sido causa de conquistas, colonizaciones, guerras y golpes de Estado. Todavía más estratégico es el uso de aceros especiales en la manufactura de instrumental bélico.

CUADRO: Efecto de los elementos aleantes en las características de los aceros para herramientas
Características
Elemento
Dureza a alta temperatura
Tungsteno, molibdeno, cobalto, vanadio, cromo, manganeso.
Resistencia al desgaste por fricción
Vanadio, tungsteno, molibdeno, cromo, manganeso.
Endurecimiento profundo
Manganeso, molibdeno, cromo, silicio, níquel, vanadio.
Distorsión mínima en el temple
Molibdeno, Cromo, manganeso.
Resistencia al impacto
Vanadio, tungsteno, molibdeno, manganeso, cromo.


El cromo, que influye en todos los renglones que se mencionan en el cuadro 2, está sumamente concentrado. El 88% de la producción mundial se localiza en la URSS (33%), Sudáfrica (23%), Filipinas (,9%), Turquía (9%) y Zimbabwe (7%).

Otro ejemplo es el cobalto, pues solamente Zaire, Finlandia y Cuba concentran el 64% del total. Una idea global de la distribución de estos elementos aleantes se presenta en la figura 11.


Figura 11. Principales zonas geográficas de extracción de minerales que contienen los elementos aleantes más importantes para la fabricación de aceros especiales. Su distribución sobre la corteza terrestre está sumamente concentrada en unos cuantos países. El número entre paréntesis que sigue al símbolo de cada elemento representa al porcentaje de la producción mundial localizada en la zona.


Los datos empleados para construir el mapa de la figura 11 corresponden a los centros más importantes de producción a finales de la década de los sesenta. En los últimos años se han abierto grandes expectativas debido a los descubrimientos de enormes yacimientos localizados en los lechos marinos y en la Antártida. Es probable que el mapa geoeconómico de los minerales estratégicos sufra cambios importantes en un futuro no muy lejano.

6.2 EL ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL

La competencia entre la dureza de los aceros y su tenacidad es casi tan vieja como el acero mismo. Es fácil hacer que un acero sea duro aunque frágil, o que un acero sea dúctil y tenaz, pero blando. Que sea duro, dúctil y tenaz ya no es tan fácil. Siempre se tiene que llegar a un compromiso porque, de lo contrario, una propiedad se come a la otra.

Muchas herramientas dependen de su filo para poder trabajar en forma continua. Al perforar un acero, la broca sufre el desgaste de sus filos. Como la resistencia al desgaste de los aceros es casi siempre proporcional a su dureza, entre más dura sea la broca, mayor duración tendrá su filo. No sería difícil conseguir aceros y otros materiales durísimos con los cuales fabricar las brocas; el problema sería enfrentar su fragilidad. Por un lado hay que fabricar la broca misma, lo que impone al acero la necesidad de dejarse cortar y maquinar. Luego, la broca debe ser capaz mientras opera, de transmitir la energía de movimiento del taladro hacia el material que se perfora. La broca debe ser tenaz para soportar esfuerzos de flexión y torsión de manera permanente, además de impactos ocasionales.

Durante cientos de años los metalurgistas le han dado vueltas a este problema y también desde hace cientos de años han sabido que las herramientas de corte solamente necesitan enfrentar el problema del desgaste en la superficie y no en su interior. Visto así, el problema se simplifica un poco porque se puede endurecer considerablemente una capa de una a dos décimas de milímetro en el exterior de una herramienta mientras se mantiene su interior menos duro pero sumamente tenaz.

Hay técnicas de endurecimiento superficial de los aceros que se han practicado desde tiempo inmemorial. Aquí y allá, en el espacio y en el tiempo, se han localizado vestigios que indican los esfuerzos de los antiguos por lograr superficies duras para sus herramientas y armas. Los herreros antiguos empleaban el carbono y el nitrógeno para endurecer la superficie de sus aceros. Al carbono lo tomaban de la leña y lo metían al acero al rojo vivo por contacto. También por contacto con la orina de las cabras, o la sangre de los esclavos, se lograba la penetración de nitrógeno en el acero candente.

En la segunda mitad del siglo XX, la metalurgia ha recurrido a la física de los plasmas para lograr el endurecimiento termoquímico de la superficie de los aceros. El endurecimiento es termoquímico porque el proceso ocurre a temperaturas elevadas y porque se emplean agentes químicos como endurecedores.

La física de los plasmas no se refiere al plasma de la sangre que se empleaba para nitrurar a los aceros en la antigüedad. El plasma, en la física, se refiere, a un cuarto estado de la materia constituido por un gas ionizado. Aquí, ionizado quiere decir que los átomos o las moléculas que constituyen al gas no tienen carga eléctrica neutra: son iones.

Normalmente los átomos en el estado gaseoso tienen carga neutra porque el número de electrones negativos que rodean al núcleo del átomo es igual al número de protones positivos que tiene dicho núcleo. Los átomos se convierten en iones cuando sueltan uno o más electrones, desequilibrando así su carga.

El gas en el interior de la flama de un cerillo está en el estado de plasma y lo mismo ocurre con el gas de una lámpara de neón que está encendida. En ambos casos los gases contienen una gran cantidad de iones, aunque no necesariamente todos los átomos o moléculas están ionizados en el interior de un plasma.

Para que un gas se convierta en plasma se requiere de algún agente que rompa la neutralidad de los átomos o moléculas. Por ejemplo, en una lámpara de gas es el flujo de una corriente eléctrica a través del gas lo que mantiene el estado de plasma. En este caso, parte de la energía eléctrica se convierte en energía luminosa, en luz.

El paso de una corriente eléctrica a través del nitrógeno en estado gaseoso produce muchos iones positivos de nitrógeno. Son iones positivos porque la descarga eléctrica induce la separación de electrones, que tienen carga negativa, de las capas exteriores de los átomos. Este fenómeno se aprovecha para atraer a los iones positivos de nitrógeno hacia el acero, por la vía de conectar al acero a un polo eléctrico negativo.

La pieza de acero cuya superficie se desea nitrurar se instala sobre un portamuestras que tiene una conexión eléctrica al exterior pero a la vez está aislada de la cámara.

Esta instalación permite conectar a la pieza de acero por el lado negativo, y al cuerpo de la cámara por el lado positivo, a los polos de una fuente eléctrica de alto voltaje. Usualmente el polo positivo se conecta también a tierra para dar seguridad al sistema.

Figura 12. Diagrama de un sistema de plasmas para la nitruración iónica de los aceros. La pieza de acero se coloca sobre un portamuestra adentro de una cámara sellada herméticamente. Con una bomba de vacío se extrae el aire y, posteriormente, se inyecta un flujo muy pequeño de una mezcla de gases de nitrógeno e hidrógeno. La pieza de acero, a través del portamuestras, se conecta al polvo negativo de una fuente eléctrica de alto voltaje. El flujo de corriente eléctrica a través de la mezcla de gases enciende un plasma luminoso con alto contenido de iones positivos de nitrógeno que son atraídos hacia la pieza de acero conectada al polo negativo.


Figura 13. Metalografía de una superficie de un acero de ultra alto carbono endurecida con nitruración iónica. Las partículas en forma de fibras son nitruros de hierro. Fotografía del ingeniero José Luis Albarrán y de Alfredo Sánchez Ariza.

El nitrógeno, al entrar al acero, tiende a formar, con el hierro y con los elementos que contenga en su aleación, partículas de varias composiciones, tamaños y formas. Es común que se formen nitruros de hierro en forma de fibras, como se muestra en la micrografía de la figura 13.

El incremento de la dureza superficial de los aceros puede medirse empleando un instrumento llamado microdurómetro. Es un microscopio óptico que tiene como aditamento una punta de diamante en forma de pirámide que se ilustra en la figura 14.

Al aplicar una carga definida, la punta de diamante se hace incidir sobre una superficie de acero. Luego se retira la punta y se mide, con la ampliación del microscopio, la diagonal de la huella que se dejó sobre la superficie. La dureza del acero se calcula con la siguiente fórmula:

Donde:

P es la carga que se aplicó sobre la punta de diamante
L es la diagonal
K es una constante propia del equipo de medición.

Si la carga aplicada no se cambia, la dureza de un material es inversamente proporcional al cuadrado de la diagonal de la huella. Si la huella es grande, la dureza es pequeña porque se trata de un material blando. Por el contrario, un material duro deja penetrar poco al diamante y sólo se forma una huella pequeña.

Figura 14. Puntas de pirámide de diamante y la huella que deja en un metal. Si la carga se mantiene invariable la punta de diamante hará una huella grande en un metal blando. En un metal más duro, por el contrario, la punta penetrará menos y la huella será menor.

Usualmente la muestra de acero se corta en la dirección perpendicular a la superficie nitrurada y se pule con abrasivos muy finos hasta quedar como espejo. La punta de diamante se aplica en puntos cercanos a la cara nitrurada hasta puntos en el interior del material, y deja el tipo de huellas como las que se muestran en la figura 15. Abajo, en la misma figura, se presentan los resultados de una determinación de dureza en un acero de alta velocidad, M2, nitrurado iónicamente.

Figura 15. (a) Corte de una muestra para medir el incremento de dureza que se logra con la nitruración iónica de los aceros. Las huellas del microdurómetro serán más pequeñas cerca de la superficie nitrurada y mayores en el interior del acero. (b) Perfil de dureza de un acero de alta velocidad nitrurado iónicamente. En la capa exterior la dureza se incrementó notablemente.


Figura 16. Muestra preparada para hacer una fractografía de un acero endurecido superficialmente.
El endurecimiento superficial de los aceros también puede observarse en una "fractografía". La forma de la superficie que deja una fractura de un acero endurecido superficialmente es muy peculiar. Para hacer esta observación se corta una muestra en forma de paralelepípedo ranurado, como se indica en la figura 16. La superficie opuesta a la ranura es la que se expone a la nitruración iónica por varias horas. Cuando la muestra se extrae de la cámara se moja en nitrógeno líquido para que su temperatura baje hasta 196°C bajo cero









7) USOS:
La estructura de la pirámide den Louvre, las latas de conserva, las plataformas petroleras, las cámaras catalíticas, los clips de las oficinas, y los soportes de los circuitos integrados son de acero.

Una relación completa seria imposible: desde el objeto mas corriente hasta el instrumento mas sofisticado, desde lo microscópico (piezas menores de un gramo en los micromotores de relojes eléctricos) hasta lo gigantesco (cubas de metanero, capaces de alojar el volumen del arco del triunfo), el acero esta en el origen de la infinidad de productos elaborados por la industria humana.

7.1 EN LA CONSTRUCCIÓN DE PUENTES O DE EDIFICIOS

El acero puede tener múltiples papeles. Sirve para armar el hormigón, reforzar los cimientos, transportar el agua, el gas u otros fluidos.

Permite igualmente formar el armazón de edificios, sean estos de oficinas, escuelas, fabricas, residenciales o polideportivos. Y también vestirlos (fachadas, tejados).

En una palabra, es el elemento esencial de la arquitectura y de la estética de un proyecto.

Barras y Perfiles

Productos laminados en caliente de diversas secciones transversales que tienen en común las siguientes características: la altura h, es igual o mayor de 80mm; las superficies del alma se empalman con las caras interiores de las alas; las alas son generalmente simétricas y de igual ancho; las caras exteriores de las alas son paralelas; las alas pueden ser de espesor decreciente desde el alma hacia los bordes, en este caso los perfiles se denominan de "alas inclinadas", o de espesor uniforme las que se denominan de "alas paralelas".




Barras de construcción

Barras de acero de sección redonda con la superficie estriada, o con resaltes, para facilitar su adherencia al concreto al utilizarse en la industria de la construcción.
Se fabrican cumpliendo estrictamente las especificaciones que señalan el límite de fluencia, resistencia a la tracción y su alargamiento.

Las especificaciones señalan también dimensiones y tolerancias. Se les conoce como barras para la construcción, barras deformadas y en Venezuela con el nombre de cabillas.

Las barras para construcción se identifican por su diámetro, que puede ser en pulgadas o milímetros. Las longitudes usuales son de 9 y 12 metros de largo.

Alambrones y derivados

Redondos que son laminados en caliente a partir de palanquillas, a una sección recta aproximadamente redonda en rollos de una longitud continúa. Los productos en barras pueden haber sufrido una deformación en frío controlada, por ejemplo un estirado o torsionado alrededor de su eje longitudinal.

Planchas y bobinas

Productos terminados de laminación sección transversal es casi rectangular y con un ancho mucho mayor que el espesor.



Barras y accesorios de fortificación

La Barra Helicoidal tiene como principal ventaja el haber sido diseñada específicamente para el sostenimiento y fortificación de terrenos, ha sido concebida para incrementar los niveles de seguridad en minas subterráneas y a cielo abierto, protegiendo al personal y a los equipos y permitiéndole obtener interesantes beneficios.





7.2 EN EL SECTOR DE LA AUTOMOCIÓN

Este sector constituye el segundo mercado acero, después de la construcción y las obras publicas.

Chasis y carrocerías, piezas de motor, de la dirección o de la transmisión, instalaciones de escape, carcasas de neumáticos, etc., el acero representa del 55 al 70% del peso de un automóvil.

7.3 EN LO COTIDIANO: LATAS, BOTES, BIDONES

Numerosos envases son fabricados a partir de hojas de acero, revestidas en ambas caras de una fina capa de estaño que les hace inalterables.

Denominados durante largo tiempo “hierro blanco” (debido al blanco del estaño), los aceros para envase se convierten en latas de conserva o de bebidas y también en botes de aerosol para laca, tubos para carmín de labios, botes, y latas o bidones para pinturas, grasas, disolventes u otros productos que requieren un medio hermético de conservación.

7.4 EN EL CORAZÓN DE LA CONSERVACIÓN ALIMENTARÍA

El acero no aleado, llamado al carbono, requiere una protección contra la corrosión: una capa de zinc y pintura para las carrocerías de automóvil, una capa de estaño y barniz para las latas de conserva o de bebidas.

El inox. acero aleado al níquel y al cromo, puede permanecer desnudo: es inalterable en la masa. Platos, cazos, cuberterías.... el acero inoxidable resiste indefinidamente al agua y a los detergentes, es perfectamente sano y no altera ni el sabor ni el color de los alimentos.

7.5 EN LA COMUNICACIÓN

Los componentes electrónicos utilizados en la informática o en las telecomunicaciones, así como los elementos funcionales del tubo de los televisores en colero, son piezas delicadas con exigencias particulares: por ello, se fabrican en aleaciones adaptadas a cada coso.
7.6 EN LA ENERGÍA

El petróleo y la industria nuclear requieren infraestructuras, equipos y redes de conductos de fluidos muy específicos.

El acero se muestra como un material clave en este mundo que, como la industria química, debe hacer frente a numerosos desafíos: medios altamente corrosivos, altas temperaturas, condiciones mecánicas altamente exigentes.

7.7 EN LA SANIDAD


Inalterable y perfectamente neutro de cara al los tejidos humanos, el acero inoxidable es idóneo para convertirse en prótesis de cadera, rotulas, tornillos, pacas, bisturís..... Y hasta agujas, que se fabrican a partir de una hoja de acero inoxidable de 0.15 a 0.45 mm de grosor.










8) SOLDAVILIDAD:
8.1 LA SOLDADURA

Las soldaduras de los aceros de refuerzo son de alta relevancia para los especialistas. En su diseño, las estructuras de concreto se consideran como un monolito. El análisis estructural parte de la premisa de que la resistencia a las cargas y a las fuerzas externas de todos los elementos, columnas y trabes, actúa como una unidad. Claro que, por razones prácticas, la estructura real de un edificio se construye por partes. Sin embargo, un aspecto importantísimo de la técnica de construcción es lograr el comportamiento monolítico de la estructura acabada. Así como es imposible colar toda la estructura de concreto de manera continua, así las uniones de las varillas son inevitables.

La unión de varillas puede hacerse de manera mecánica, con varios tipos de traslapes o abrazaderas, o por soldadura. Cuando se unen varillas delgadas se recurre frecuentemente al traslape, que usan mucho los albañiles en construcciones pequeñas. En edificios grandes se emplean las varillas más gruesas que, como la técnica indica, ya no pueden traslaparse y se unen con mucha frecuencia mediante la soldadura de arco eléctrico.

La soldadura de arco eléctrico consiste en unir dos piezas de acero con acero fundido producido por el flujo de una enorme corriente eléctrica a través de una varilla llamada electrodo, como se indica en, la figura 17. El paso de la corriente eléctrica por las piezas que se sueldan produce la fusión de varios milímetros de la superficie.
Al enfriarse y solidificarse el material de aporte y de la superficie de las piezas, éstas quedan unidas.


Figura 17. Proceso de soldadura con acero eléctrico. El flujo de una enorme corriente eléctrica produce la fusión de la punta del electrodo y de la superficie de las piezas. El recubrimiento del electrodo ayuda a generar una atmósfera y una escoria que protegen al metal líquido de la oxidación y de otros agentes externos.

Los electrodos consisten en una varilla delgada de acero de bajo carbono recubierta con una mezcla de compuestos que sirven para estabilizar el arco eléctrico, generar una atmósfera protectora que evite la formación de óxidos y nitruros, promover la formación de una escoria también protectora y, en algunos casos, proveer de elementos de aleación. Entre los materiales que se utilizan para fabricar el recubrimiento destacan el rutilo (que es el óxido de titanio), el carbonato de calcio, la fluorita, el acetato de celulosa, algunos silicatos, arcillas, polvos de hierro y manganeso, y la mica.
Durante la elaboración de una soldadura ocurren muchas reacciones químicas y transformaciones en la estructura del acero, cuya combinación determina el éxito o fracaso de una soldadura. La experiencia acumulada de muchos años y la síntesis de muchas investigaciones han conducido al establecimiento de rutinas que deben observarse:

a) Conocer la composición química de los aceros que se van a soldar. La soldabilidad del acero es muy susceptible al contenido de carbono. Los aceros de bajo carbono, (con menos del 0.25%) se sueldan con alta probabilidad de éxito. Los aceros de medio carbono (0.3 a 0.45%, C) y alto carbono (0.5 a 1.4% C ) tienen alto riesgo de agrietamiento y requieren cuidados especiales. La formación de estructuras frágiles como la martensita, causada por los cambios de temperatura al soldar, son más probables en la medida en que el contenido de carbono aumenta.

b) Las piezas que se van a soldar deben tener, cortes (como los que se indican en la figura 18). Además, en el momento de la soldadura, las superficies deben estar limpias y libres de óxidos.


Figura 18. Cortes de biseles en varillas de grueso calibre que sirven para ampliar la superficie de amarre durante la soldadura.

c) Los electrodos deben seleccionarse adecuadamente para que la resistencia de la soldadura concuerde con la de la varilla. Además, deben utilizarse con mucho cuidado. La humedad penetra fácilmente en el recubrimiento de los electrodos y propicia la entrada del hidrógeno durante la soldadura. El hidrógeno fragiliza el acero. Para evitar este problema los electrodos vienen de fábrica empacados en bolsas de plástico selladas. Cuando la bolsa se abre, los electrodos se exponen a la humedad ambiente y se deben utilizar en las próximas dos o tres horas. Si no es así, los electrodos se deben llevar a un horno secador. Las manchas de grasa y las despostilladuras también degradan los electrodos.

d) Certificar la calificación profesional de los soldadores. La soldadura requiere de una gran destreza, visual y manual, y de un cúmulo de conocimientos. Es además una actividad de alto riesgo profesional donde el deterioro de órganos como los ojos y los pulmones debe evitarse al máximo. Los ojos se dañan severamente con la radiación luminosa que produce el arco eléctrico y por eso se usa el filtro de luz que lleva el casco del soldador en la mirilla. Los pulmones se exponen a los gases tóxicos que se desprenden, el bióxido de nitrógeno y el ozono, entre otros.

e) Supervisar continuamente el proceso de soldadura. Al inicio de cada obra conviene que se hagan varias soldaduras de ensayo que se verifiquen con pruebas de tensión hasta la ruptura.
La soldadura tiene que ser de resistencia suficiente para que la ruptura de dos varillas soldadas ocurra fuera de una zona de unos diez centímetros alrededor de la unión. También debe ser posible hacer un doblez de 180° en la zona soldada sin que se rompa o se agriete. Cuando se sueldan varillas de diámetro mayor, lo mejor es hacer una radiografía de cada soldadura para asegurar la calidad.

8.2 LAS GRIETAS

La resistencia a la fractura de los materiales se reduce dramáticamente cuando existen grietas previamente formadas. Un ejemplo típico de la vida diaria es el corte de un lienzo de tela. La forma más fácil de cortarlo consiste en inducir el punto de ruptura en un extremo del lienzo con un pequeño corte con unas tijeras. Después, al estirar, la ruptura avanza en dirección perpendicular como se indica en la figura 19. Si se estira la tela sin antes inducir la ruptura se requiere aplicar un esfuerzo mucho mayor.


Figura 19. El corte de un lienzo de tela se facilita cuando previamente se hace una incisión. La línea de ruptura avanza, a partir de la incisión, en la dirección perpendicular a la fuerza aplicada.

Lo mismo ocurre con los demás materiales. Una grieta de dos milímetros en el interior de una barra de acero puede reducir su resistencia a la fractura a sólo una tercera parte.



Figura 20. Metalografía de cuatro soldaduras causantes de una fractura. Puede apreciarse que ninguna tuvo corte de biseles. En (a) se observa una enorme grieta rellena de escoria y en (b) se formó una grieta en la zona reblandecida por el calor de la soldadura. En (c) y (d) hay, además, insuficiencia de material de aporte del electrodo.
8.3 LA SOLDABILIDAD

La soldabilidad del acero es un concepto empírico que se usa para tratar de calificar la nobleza de un material para ser soldado. Como la soldabilidad está estrechamente relacionada con la composición química del acero, decidimos analizar los elementos que componían cada una de las muestras de acero que tomamos.

Se encontró hierro como principal elemento; el manganeso casi siempre en una proporción menor al 2%; el carbono casi siempre entre, 0.3 y 0.5% (aunque algunas muestras tuvieron hasta el 1%); el fósforo y azufre que son indeseables, entre 0.01 y 0.08 %. el silicio, siempre inferior al 0.5% y otros elementos como el cromo y cobre que suelen aparecer porque vienen en la chatarra que a veces se usa como materia prima en la acerías.

Las muestras se separaron en dos grupos. En el primero se catalogaron aquellas que tuvieron una composición química que según estándares internacionalmente serían aceptados, serían recomendables para operaciones de soldadura. En el segundo agruparon las restantes, y éstas fueron la mayoría: el 70 % de las muestras

Por un lado, se tenía la experiencia europea de aumentar la resistencia del acero por medios mecánicos: la torsión o la laminación en frío. Por el otro, se podía pasar de aceros de bajo a medio carbono, es decir, modificar la composición química. Los cambios vinieron en las dos vertientes.

Los aceros tienen la propiedad de endurecerse cuando se deforman. El caso del elástico es el más familiar. Un resorte, al irse estirando, se va volviendo más tenso. La tensión es proporcional a la elongación. En los mercados populares se experimenta este fenómeno en repetidas ocasiones al pesar las mercancías en las básculas de resorte. Cuando se carga la báscula, el resorte se alarga y se va tensando hasta que la fuerza de tensión, iguala al peso de la carga.

La deformación elástica no es muy relevante en el conformado de los metales porque desaparece cuando se retira la carga. Cuando una placa se deforma para hacer la defensa de un coche, se busca que cuando salga de la prensa ya no regrese a su forma original, es decir, que se haya deformado plásticamente.

Si un acero se deforma un poco, regresa a su forma original cuando se suelta. Sin embargo, si se deforma considerablemente ya no regresa a su forma, original. La deformación, sobrepasa el límite elástico y entra en la región plástica, que es de interés para el conformado mecánico.

Un método para aumentar la resistencia de la varilla consiste en torsionarla: en frío, es decir, la temperatura ambiente. Otro consiste en pasarla por unos rodillos acanalados, también en frío, de manera que, al salir; su diámetro se haya reducido. En ambos casos el acero se deforma plásticamente y su resistencia puede incrementarse de un 10% a un 40%, según el tipo de acero y la severidad de la deformación. Este proceso de endurecimiento se hace con ciertas precauciones. Si la torsión o la laminación son excesivas, el acero puede fracturarse o quedar muy frágil. Lo que hacen los fabricantes es determinar primero la deformación plástica total que aguanta su acero antes de romperse, y en su proceso aplican solamente de un 20% a un 50% de la deformación total. De esta manera el acero queda con una reserva dúctil.

El endurecimiento mecánico del acero de refuerzo tiene enormes ventajas económicas porque cuesta poco endurecerlo y ahorra cantidades importantes de acero en las obras. Además, el espectro de aplicaciones que tiene es muy amplio.

Como todos, los aceros endurecidos mecánicamente tienen limitaciones. Algunas de ellas aparecen cuando estos aceros se emplean en la construcción de componentes estructurales de edificios altos. Estos componentes requieren del uso de varillas de diámetro grande, de 32 a 38 mm., que muchas veces se unen por medio de la soldadura de arco eléctrico.

Durante la soldadura de una de estas varillas, que con mayor propiedad deberían llamarse barras, la temperatura llega a varios cientos de grados en los alrededores del punto de unión. En la figura 21 se muestra una gráfica de la temperatura a una distancia de medio centímetro del punto donde se hace la soldadura como función del tiempo.

Los máximos de la temperatura ocurren cuando el arco eléctrico se enciende y se deposita el material fundido; los mínimos se deben a que el soldador tiene que retirar el electrodo para mover la escoria con un cepillo metálico.

La soldadura de una varilla toma más de dos horas y durante ese tiempo suele ocurrir un ablandamiento del acero por efecto del calentamiento. El endurecimiento mecánico del acero se degrada cuando se somete durante horas a calentamientos superiores a los 200°C.

Figura 21. Ciclo térmico que sufre el acero a una distancia de medio centímetro del punto donde se aplica una soldadura. Los máximos de temperatura se generan cuanta está aplicándose el electrodo y los mínimos se dan cuando se limpia la escoria de la soldadura.



Figura 22. (a) Fotografía de la unión de una varilla torcida enfrío (izquierda) con otra de manufactura común por laminado en caliente (derecha). El calentamiento durante la soldadura provocó el ablandamiento de una zona de la varilla torcida en frío. La dureza de la zona disminuye notablemente.

8.4 ACEROS DE MEDIO CARBONO

El grueso de la producción de acero de mayor resistencia se obtuvo con la producción de aceros de medio carbono. Con 0.45% de carbono y 1.2% de manganeso.

Sin embargo, como recurso para aumentar la resistencia del acero, el carbono trae problemas. Para clasificar a los aceros desde el punto de vista de la soldabilidad, los expertos suelen utilizar un diagrama llamado "carbono contra carbono equivalente" como el que se muestra en la figura 23.

Las coordenadas del diagrama son el contenido de carbono, en la escala vertical, y el "carbono equivalente", en la escala horizontal. El carbono equivalente se calcula, en primera aproximación, con la fórmula siguiente:


Donde:
C à à à carbono
Mn à à à manganeso.

En el diagrama se delimitan tres zonas:

La zona I comprende a los aceros de soldabilidad óptima. Son aceros con contenidos de carbono y manganeso sumamente bajos que se emplean mucho en tuberías y plataformas petroleras en el mar. Esos aceros se deben soldar con un altísimo índice de seguridad.

La zona II abarca aceros de soldabilidad regular, que se usan en la construcción de estructuras y edificios.

La zona III comprende a los aceros con alto riesgo de falla en el caso de ser soldados.


Figura 23. Niveles de soldabilidad en el diagrama de carbono contra carbono equivalente de los aceros.
9) NORMAS:
9.1. Barras laminadas en caliente con resaltes en forma de rosca helicoidal de amplio paso.
Usos: Actúa en conjunto con una placa y una tuerca para reforzar y preservar la resistencia natural que presentan los estratos rocosos, suelos o taludes.
La inyección de concreto, mortero o resina en la perforación del estrato en que se introduce la barra sirve de anclaje, actuando la rosca como resalte para evitar el desplazamiento de la barra.
Norma técnica:
La composición química y las propiedades mecánicas cumplen con lo establecido en la norma ASTM A615 Grado 75.
9.2. La placa de sujeción está formada por una placa de acero estructural perforado, por el cual se desplaza la Barra Helicoidal. La placa conjuntamente con la tuerca constituye el sistema de sujeción entre la barra helicoidal y la parte del terreno que se quiere sujetar.
Norma técnica: La placa de sujeción está fabricada de planchas laminadas en caliente de calidad estructural, que cumplen con la norma ASTM A36 la cual establece las siguientes características mecánicas y químicas:
9.3. Es una tuerca fabricada en fundición nodular, material en el cual el grafito está presente en forma esferoidal otorgándole buenas características de ductibilidad.
Norma técnica ASTM A536, GRADO 60-42-10

9.4. Producto de acero laminado en caliente de sección en forma de T.
Norma técnica:
Sistema Inglés: ASTM A36 / A36M - 96. Sistema Métrico: - Propiedades Mecánicas : ASTM A36 / A36M - 96. - Tolerancias Dimensionales: DIN 1024 - 82.



9.5. Perfil de acero laminado en caliente cuya sección tiene la forma de H.
Usos: En la fabricación de elementos estructurales como vigas, columnas, cimbras metálicas, etc. También utilizadas en la fabricación de estructuras metálicas para edificaciones, puentes, barcos, almacenes, etc.

Norma técnica: ASTM A36-96.
9.6. Barras de acero rectas de sección circular, con resaltes Hi-bond de alta adherencia con el concreto.
Usos: En la fabricación de estructuras de concreto armado en viviendas, edificios, puentes, represas, canales de irrigación, etc.

Norma técnica : Composición Química, Propiedades Mecánicas y Tolerancias dimensionales: ASTM A615 Grado 60 - 96a / ITINTEC 341.031 Grado ARN420 - 91.


9.7. Varillas de acero corrugadas obtenidas por conformado en frío.
Usos: Para refuerzos de concreto armado, como refuerzo de temperatura, en losas y en muros de contención.

Norma técnica: ASTM A496-95a.

9.8. Tubos fabricados con acero al carbono, utilizando el sistema de soldadura por resistencia eléctrica por inducción de alta frecuencia longitudinal(ERW).

Usos: Conducción de agua, gas, vapor, petróleo, aire presurizado y fluidos nocorrosivos.

Norma técnica de fabricación:
Diámetros y espesores según Norma ISO 65
Comprende cuatro series:Serie Liviana (L)Serie Standard (S)Serie Mediana (M)Serie Pesada (H)
9.9. .Es un producto laminado en caliente de sección circular y de superficie lisa.

Usos: Como estribo en columnas y vigas. En barras rectas, en lozas como refuerzo de repartición y temperatura.

Norma técnica: ITINTEC 341.030 - GA63-R.
.
9.10. Son Planchas Zincadas acanaladas obtenidas por deformación en frío por medio de una serie de rodillos.

Usos: En el techado de casas, almacenes, plantas industriales, etc.

Norma técnica:
JIS G3302 - 70 SPG 1 H.

















CONCLUSIONES:
· El acero no es un material nuevo, se ha visto a través de la historia como se logro realizar esta aleación en el siglo XIX.

· La fabricación del acero comenzó por accidente ya que los expertos en la materia intentando fabricar hierro calentaron excesivamente la masa y la enfriaron muy rápido obteniendo la aleación del acero en lugar de hierro.

· El proceso que se necesita para lograr conseguir el acero y las complicaciones que tiene este proceso que es muy complejo, además las dificultades para lograr los diferentes tipos de acabados que se le pueden dar al acero.

· Los sistemas de obtención del acero son muy variados dependiendo de la cantidad del acero a obtener.

· La variedad de aceros es muy extensa dependiendo del método de fabricación y la cantidad de carbono que contenga.

· Algunos tipos de acero pueden volverse a fundir de forma que contaminan menos al ser reciclados y vueltos a utilizar.

· El uso del acero en la construcción es muy importante, ya que este es que le proporciona a las estructuras el refuerzo adicional, por ende es llamado el esqueleto de las estructuras.

· La industria sobre el acero es muy extensa y a la vez es de mucha calidad, por eso es uno de los sectores que predomina en nuestro país desde hace mucho tiempo.

· Existen hoy cerca de 3000 matices (composiciones químicas) catalogadas, sin contar aquellas que son creadas a media, todo lo cual contribuye a hacer que el acero sea el material mejor situado para afrontar los desafíos del futuro.





GLOSARIO:
Acero al carbón
Acero ordinario con 2% máximo de carbón.

Acero galvanizado
Acero revestido con una capa fina de zinc para dar más resistencia contra la corrosión en aplicaciones sujetas a la acción del ambiente, tales como partes de coches, latas y alambres para cercos.

Acero de alta resistencia, baja aleación.
Tipo de acero que requiere más presión que el acero normal para ser doblado más allá del límite en que no vuelve a su forma inicial. Según la clasificación de USLAB (Ultra Light Steel Auto Body), se considera acero de alta resistencia el que tiene un límite elástico entre 210 y 550 MPa, y acero de resistencia «ultra alta» al que tiene más de 550 MPa. A igualdad de espesor, una plancha de acero de alta resistencia da más rigidez a una carrocería; a igualdad de rigidez, la hace más ligera. El acero de alta resistencia requiere procesos especiales de fabricación, bien para prensarlos, o bien para darles un tratamiento final que aumente su resistencia después de prensados. Se puede conseguir acero de alta resistencia por procedimientos físicos (templados) o químicos (aleaciones, entre ellas con fósforo o boro).

AlambrónProducto de acero redondo obtenido en el proceso de laminación. El alambrón es normalmente trefilado y utilizado para producir alambres, tornillos y clavos.Alto horno
Un horno de grandes dimensiones, revestido con ladrillos refractarios, usado en plantas siderúrgicas integradas para producir arrabio.

ArrabioProducto del alto horno, resultante de la reducción del mineral de hierro con carbón vegetal o coque.

Acido clorhídrico
Compuesto químico usado para remover el óxido superficial (escamas) formadas durante la laminación en caliente, en la línea de decapado.

Barras de acero para hormigón armado
Barra de acero larga, de sección redonda y llena. Se usa para la construcción de rutas, puentes, edificios, etc.

Barra de torsión
Es uno de los diversos tipos de elementos elásticos o resortes que se pueden utilizar en una suspensión, además de los muelles helicoidales, los sistemas hidroneumáticos y las ballestas. Se trata de barras de acero reforzado que absorben la energía al pasar por un bache "retorciéndose", es decir, trabajando a torsión.

Carbón
Mineral constituido fundamentalmente por carbono.

Carbono
Elemento químico cuyo símbolo es C, y peso atómico 12. Es el elemento fundamental de todos los combustibles. Es el elemento químico mas importante de los aceros.

ChatarraMaterial ferroso reprocesado para la producción del acero.

Colada continúa
Proceso en el cual el acero líquido es solidificado. En esta etapa de la producción industrial, el acero puede asumir varios formatos de sección y largos, como palanquilla, bloques o planchas.

CoqueUno de los insumos básicos consumidos en el alto horno, utilizado en la producción del arrabio. El coque se produce a partir de carbón mineral, a través del proceso de coqueficación. En este proceso, se retiran los componentes volátiles del carbón mineral.

Coil box
Equipo usado en el proceso del acero durante la laminación en caliente donde la barra de transferencia es enrollada y desenrrollada con el propósito de uniformizar la temperatura a lo largo de la longitud de la barra de transferencia

Colada
Cantidad de acero líquido producido en un ciclo completo de la operación de un horno.

Cromado
Proceso mediante el cual se cubre un material metálico con cromo.

Desfosforación
Proceso mediante el cual se reduce el contenido de fósforo de un baño, en este caso, de acero.

Desoxidación
Proceso de eliminación de oxígeno, generalmente mediante la adición de elementos que tienen gran afinidad por el oxígeno.

Desulfurización
Proceso mediante el cual se reduce el contenido de azufre del acero.

Disolución
Proceso mediante el cual se separan las partes componentes de una solución.

Estañado
Proceso de recubrimiento de un material metálico con estaño.


Estribo
Soporte de extremo

Ferrita
Componente del acero que contiene más del 99.95% de hierro y muy poco carbono. Su red cristalina es cúbica centrada en el cuerpo.

Forja
Conformado de los metales con golpes de martillo.

Fundición de acero
Industria usada para la fabricación de partes, piezas o componentes de hierro o acero.

Granos
Cristales con que se estructuran internamente los metales y los cerámicos. En cada grano los átomos están arreglados con la red cristalina en una sola orientación.

Hierro esponja
Hierro casi completamente puro con estructura sumamente porosa.

Hierro forjado
Hierro forjado a partir de hierro esponja.

Hierro colado, fundido
Hierro con bastante carbón que se le da forma vertiéndolo en un molde. No es tan buen material estructural como el hierro forjado o el acero por ser vidrioso y porque puede contener burbujas de aire atrapadas en el interior que lo debiliten. Se llegó a usar para elementos en compresión.

Impurezas
Residuos orgánicos o inorgánicos sobre la superficie del acero los cuales deben ser removidos.

Inclusiones
Nombre aplicado a impurezas que se encuentran atrapadas en un metal, durante su solidificación. En acero las más comunes son: sulfuros, silicatos, óxidos y alumina.

Martensita
Red cristalina del acero templado, donde el contenido de carbono es alto y los átomos de carbono, ocupan posiciones que producen una distorsión elástica.

Malla soldada conformada
Armazón en forma de reja hecha de barras de acero conformadas y utilizadas como estructura para construir lozas.

Mineralde hierro
Óxidos de hierro encontrados en la naturaleza, utilizados en el alto horno para producir arrabio y en la reducción directa para producir hierro esponja.


Placa o plancha bombeada
Lámina gruesa de metal cuadrada o rectangular con el centro levantado a manera de cúpula o bóveda sobre el plano de los bordes para darle mayor capacidad de resistir cargas, por lo que se puede sostener sobre cualesquiera dos lados opuestos.

Perfiles estructurales
Grupo de productos de acero que incluye perfiles I, H, vigas de alas anchas y estacas plancha. Son usados en la construcción de edificios predios industriales, refuerzos de puentes etc.

OxicorteProceso de corte de piezas metálicas con soplete. Es utilizado para cortar la chatarra y palanquilla o planchas en la colada continua.

ReciclajeProceso de reaprovechamiento de chatarra ferrosa para producción del acero.

TrefilaciónProceso de conformación en frío del material, en el que se transforma el alambrón en alambre.

Temple
Endurecimiento del acero que normalmente se obtiene calentándolo al rojo vivo (alrededor de 800°C) y después enfriándolo súbitamente por inmersión en un líquido.

Tenacidad
Capacidad de un acero para absorber energía de golpes o deformación. Generalmente se mide cuantificando el trabajo necesario para deformarlo hasta provocar su fractura y dividiéndolo entre el volumen del material deformado.




BIBLIOGRAFÍA:
Enciclopedia LAROUSSE (tomo 1)

Enciclopedia Microsoft Encarta

http://www.acerosarequipa.com

http://www.monografias.com/trabajos/aceros/aceros.shtml

http://www.cedex.es/lceym/lc_labce/lc_cmace.html

http://www.acecsa.com

Templabilidad y Soldabilidad de los Aceros" Boletín Técnico de Soldadura Nº 82, EXSA. S.A. - División Soldaduras.

http://www.calsider.es/calsider/normalist