Steel

Diferentes tipos de acero, propiedades y aplicaciones

El acero es un material versátil y ampliamente utilizado, crucial en diversas industrias y en la vida cotidiana. Es una aleación de hierro y carbono y destaca por su resistencia, durabilidad y flexibilidad, lo que lo hace esencial en la construcción, la fabricación y los proyectos de infraestructuras. En este artículo analizaremos qué es el acero, cómo se fabrica, sus propiedades, sus distintos tipos, sus ventajas e inconvenientes y su amplia gama de aplicaciones.

¿Qué es el acero?

El acero es una aleación compuesta principalmente de hierro y carbono, con un contenido de carbono que suele oscilar entre 0,2% y 2,1% en peso. La adición de carbono al hierro altera sus propiedades, haciéndolo más resistente, duro y duradero. A menudo se añaden otros elementos, como manganeso, cromo, níquel y molibdeno, para mejorar determinadas propiedades del acero. Por ejemplo, añadir cromo 11% puede hacer que el acero inoxidable sea resistente a la corrosión y la oxidación.

El acero es una de las aleaciones ferrosas más útiles y comunes en el uso moderno debido a su altísima resistencia, su tenacidad aún considerable y su capacidad para modificarse en gran medida mediante tratamiento térmico. Además, por su gran resistencia a la tracción y su bajo coste, el acero se utiliza en edificios, infraestructuras, herramientas, barcos, trenes, coches, bicicletas, máquinas, electrodomésticos, muebles y armas.

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¿Cómo fabricar acero?

El primer paso para fabricar acero es obtener mineral de hierro. El mineral de hierro es una roca que contiene óxido de hierro o Fe2O3. La fundición, que utiliza un alto horno, aísla el hierro del mineral. La fundición utiliza calor y un agente químico reductor, como el carbón de coque, para eliminar el oxígeno del mineral de óxido de hierro. De este modo, sólo queda el hierro como metal fundido que puede convertirse en acero.

Una vez obtenido el arrabio, el siguiente paso es la conversión en acero. El arrabio contiene aproximadamente 4-5% de carbono, lo que lo hace muy quebradizo e inadecuado para la mayoría de las aplicaciones. El arrabio se funde y se insufla oxígeno para reducir los niveles de carbono a 0,2-2,1%. Esto oxida el carbono, que escapa del hierro en forma de gas monóxido de carbono. A menudo se añaden chatarra y otras aleaciones al arrabio fundido durante este proceso para obtener la composición deseada del producto de acero final.

El acero líquido se funde en formas semiacabadas como desbastes, palanquillas y bloques. Éstos se someten a un tratamiento posterior, como el laminado en caliente o en frío y otros tratamientos térmicos, para obtener el producto de acero final con la forma y las propiedades deseadas.

Propiedades del acero

Las propiedades del acero pueden variar mucho en función de su composición y procesamiento. Algunas propiedades clave del acero son:

Fortaleza: El acero tiene una gran resistencia en comparación con otros materiales de construcción como el aluminio o el plástico, lo que le permite soportar grandes cargas y resistir la deformación. La resistencia a la tracción del acero oscila entre los 200 MPa de los aceros suaves con bajo contenido en carbono y los más de 1.500 MPa de determinados aceros martensíticos templados y endurecidos. La resistencia proviene del contenido de carbono del acero. Los aceros con alto contenido en carbono son más resistentes que los aceros con bajo contenido en carbono.

Dureza: Además de su gran resistencia, el carbono del acero lo hace más duro que el hierro puro. La dureza mejora la resistencia al desgaste y la capacidad de mantener un filo sharp. Al igual que la resistencia, la dureza aumenta con el contenido de carbono. La dureza puede oscilar entre 60 HB en los aceros suaves y más de 650 HB en los aceros especiales.

Dureza: Mientras que la resistencia y la dureza mejoran con el carbono adicional, la tenacidad disminuye. La tenacidad es una medida de la energía que un material puede absorber antes de fracturarse. Es importante para resistir impactos repentinos y evitar fracturas frágiles. Los aceros suaves con menor contenido de carbono suelen tener mayor tenacidad que los aceros ultrarresistentes.

Durabilidad: El acero es muy duradero y soporta condiciones ambientales adversas, por lo que es adecuado para estructuras duraderas.

Conductividad térmica: El acero conduce el calor con eficacia, por lo que es adecuado para aplicaciones en las que la transferencia de calor es esencial.

Soldabilidad y ductilidad: Los aceros con bajo contenido en carbono son muy soldables, mientras que los aceros con alto contenido en carbono pueden agrietarse durante la soldadura. Deben tomarse precauciones especiales al soldar aceros con alto contenido en carbono o aleados.

Formabilidad: Los aceros con bajo contenido en carbono se pueden doblar, prensar o forjar más fácilmente. Los aceros con alto contenido en carbono son menos maleables y más difíciles de conformar.

Resistencia a la corrosión: El hierro puro y los aceros dulces tienen poca resistencia a la corrosión y se oxidan con facilidad. Los elementos de aleación como el cromo, el níquel y el cobre pueden mejorar mucho la resistencia a la corrosión. Algunos tipos de acero, como el inoxidable, presentan una excelente resistencia a la corrosión, lo que los hace ideales para aplicaciones en entornos corrosivos.

Conductividad eléctrica: Aunque no es tan conductor como el cobre o el aluminio, el acero posee una conductividad eléctrica razonable, lo que lo hace útil en aplicaciones eléctricas.

Reciclaje: El acero puede reciclarse completamente y, debido a su valor, una gran parte del acero mundial se recicla.

Tipos de acero

Existen miles de calidades de acero adaptadas a las necesidades de diversas aplicaciones. Estos son algunos de los principales tipos y categorías de acero:

Aceros al carbono

Los aceros al carbono tienen un contenido de carbono de hasta 2,1% en peso. Los distintos tipos de acero al carbono en función del contenido de carbono son:

  • Acero bajo en carbono - 0,05 - 0,25% C  
  • Acero al carbono medio - 0,30 - 0,60% C
  • Acero con alto contenido en carbono - 0,60 -1,00% C
  • Acero ultra alto carbono - 1.25-2.0% C

El aumento del contenido de carbono mejora la resistencia y la dureza, pero reduce la tenacidad y la soldabilidad. Los aceros con bajo contenido en carbono son los más producidos por su excelente combinación de resistencia y ductilidad. El acero al carbono puede emplearse en estructuras, componentes de automoción y muchas otras aplicaciones.

Aceros aleados

El acero aleado es un acero que contiene elementos de aleación adicionales (además de carbono) como cromo, níquel, molibdeno, manganeso, boro, silicio y vanadio para mejorar la resistencia, la tenacidad y otras propiedades. Y los elementos de aleación pueden constituir entre 1% y 50% de la aleación. Los aceros aleados se dividen en dos grupos:

  • Aceros de baja aleación - elementos de aleación inferiores a 8%
  • Aceros de alta aleación - más de 8% elementos de aleación

Los elementos de aleación inhiben la formación de límites de grano, mejorando la resistencia y la tenacidad. El níquel y el acero al manganeso ofrecen una mayor tenacidad, mientras que el cromo aumenta la dureza y la resistencia a la corrosión. Este tipo de acero se utiliza en muchas aplicaciones, como el acero inoxidable para los productores de lácteos o el acero avanzado de alta resistencia en la industria del automóvil.

Aceros inoxidables

Los aceros inoxidables tienen una excelente resistencia a la corrosión gracias a su contenido en cromo de al menos 10%. Son fáciles de limpiar y tienen resistencia a la temperatura y fuerza. Algunos tipos comunes de acero inoxidable son:

  • Acero inoxidable 304 - 18% Cr, 8% Ni
  • Acero inoxidable 316 - 16% Cr, 10% Ni, 2% Mo
  • Inoxidable dúplex - 22% Cr, 5% Ni, 3% Mo
  • Acero inoxidable 410 - 11% Cr

La adición de níquel aumenta aún más la resistencia a la corrosión. Los aceros inoxidables son más caros, pero indispensables cuando es esencial evitar la oxidación. Se utiliza mucho en aplicaciones donde la resistencia a la corrosión y las manchas es crucial, como aparatos de cocina, cubertería y equipos médicos.

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Aceros para herramientas

Los aceros para herramientas son ultraduros y están optimizados para herramientas de corte, estampación y troquelado. Presentan una dureza extrema, resistencia a la abrasión y capacidad para mantener un filo de corte sharp. Algunos ejemplos son:

  • A2 - 1% C, 5% Cr, 1% Ni, 0,8% Mn
  • D2 - 1,5% C, 12% Cr, 0,9% Ni, 0,8% Mn
  • H13 - 0,4% C, 5% Cr, 1,5% Mo, 1% V

Estos aceros para herramientas conservan la dureza a altas temperaturas, lo que los hace útiles para aplicaciones de trabajo en caliente. Se recuecen y templan para conseguir la dureza necesaria para diversas operaciones de corte. Suelen utilizarse para fabricar herramientas, matrices y moldes.

Acero resistente a la intemperie

El acero resistente a la intemperie también se conoce como acero resistente a la corrosión. Contiene elementos de aleación como cobre, cromo, níquel y fósforo, que proporcionan una capa protectora similar al óxido que resiste la corrosión. El mecanismo de corrosión crea una capa oxidada pasiva en la superficie del acero, que inhibe la corrosión posterior. Se utiliza para estructuras exteriores como puentes, esculturas al aire libre y exteriores de edificios. El revestimiento de óxido protege el metal base. 

Acero eléctrico

También se denomina acero al silicio o acero para transformadores. El acero eléctrico contiene silicio (normalmente 3%), lo que aumenta la resistividad eléctrica y reduce las pérdidas por corrientes parásitas. Se utiliza en núcleos de transformadores, laminados de motores eléctricos, generadores, inductores, etc., donde se requieren bajas pérdidas en el núcleo y alta permeabilidad.

Acero rápido

El acero rápido es una subcategoría del acero para herramientas y contiene grandes cantidades de tungsteno, molibdeno, vanadio y cobalto. Permite una dureza muy elevada y la capacidad de mantener la dureza a altas temperaturas. Suele utilizarse para herramientas de corte como brocas, herramientas de torno, fresas y hojas de sierra. El acero rápido soporta altas temperaturas sin perder dureza. Es muy resistente al desgaste y puede cortar materiales más duros.

Ventajas y desventajas del acero

El acero es un material muy útil. He aquí sus ventajas y limitaciones.

Ventajas del acero:

Fuerza y durabilidad: El acero es famoso por su gran resistencia y durabilidad, lo que lo hace adecuado para aplicaciones pesadas.

Versatilidad: El acero se puede fabricar y moldear fácilmente en diversas formas, lo que permite versatilidad en los procesos de diseño y fabricación.

Sostenibilidad: El acero es un material altamente reciclable, lo que reduce el impacto ambiental de su producción y fomenta la sostenibilidad.

Estabilidad dimensional: El acero es muy rígido y resiste bien la deformación.

Resistencia al fuego: El acero tiene excelentes propiedades ignífugas, por lo que es la opción preferida para estructuras que requieren protección contra incendios.

Rentable: A pesar de sus numerosas ventajas, el acero sigue siendo un material rentable por su disponibilidad y reciclabilidad.

Desventajas del acero:

Corrosión: Algunos tipos de acero son propensos a la corrosión, por lo que requieren revestimientos protectores o aleaciones resistentes a la corrosión.

Peso: El acero es relativamente pesado en comparación con otros materiales, lo que puede ser una desventaja en aplicaciones en las que el peso es fundamental.

Necesidad de energía: La producción de acero consume energía y recursos naturales. Aunque las técnicas modernas han mejorado, la huella energética del acero sigue siendo relativamente alta.

Aplicaciones del acero

El acero domina muchas aplicaciones de construcción y fabricación gracias a su inigualable versatilidad, disponibilidad y rentabilidad.

Acero estructural

El acero se utiliza mucho en edificios, puentes, torres de transmisión, estructuras industriales, buques de guerra y plataformas marinas. Los perfiles de acero estructural, como las vigas en I, los canales y las chapas, proporcionan el armazón de grandes estructuras. Las barras de refuerzo refuerzan las estructuras de hormigón.

Tubos de acero

Los tubos de acero transportan líquidos, gases, lodos, polvos y cables. Se utiliza en fontanería, calefacción, ventilación y aire acondicionado, sistemas de automoción, maquinaria, etc. Los tubos de acero proporcionan resistencia estructural y son más ligeros que las barras macizas.

Vías férreas

El acero se utiliza para las vías férreas y las ruedas de locomotoras y vagones. Su solidez, resistencia al desgaste, ductilidad y tenacidad a la fractura lo hacen ideal para soportar las tensiones y los impactos del transporte ferroviario.

Acero para automoción

Los coches, camiones y otros vehículos tienen miles de componentes de acero de precisión. Bastidores, motores, transmisiones, ruedas y piezas de la suspensión están sometidos a enormes tensiones y deben garantizar la seguridad de los pasajeros. Los aceros avanzados de alta resistencia permiten a los fabricantes de automóviles reducir el peso de los vehículos para aumentar la eficiencia y el rendimiento.

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Electrodomésticos y artículos para el hogar

Frigoríficos, lavavajillas, cocinas, muebles, estanterías, utensilios de cocina, tuberías y accesorios utilizan el acero por su asequibilidad, capacidad de reciclaje y resistencia. El acero esmaltado evita la oxidación en ambientes húmedos.

Herramientas de corte y conformado

Cuchillos, sierras, taladros, machos de roscar, matrices, moldes, patrones y herramientas de medición dependen del acero templado para herramientas para cortar, moldear y dar forma a otros materiales. Los aceros para herramientas como A2 y D2 están optimizados para ofrecer dureza, abrasión y resistencia al calor.

sujetadores

Los pernos, tuercas, tornillos y clavos se fabrican principalmente en acero debido a su resistencia, dureza y capacidad para mecanizarse en diversas formas de cabeza y roscado. Las versiones de acero inoxidable resisten la corrosión.

Perforaciones petrolíferas y de gas

Los tubos de perforación y los collarines de acero se unen para transmitir el par y los fluidos de perforación al fondo del pozo durante la perforación de petróleo y gas. Los componentes deben soportar fuerzas de aplastamiento, esfuerzos de fatiga y fluidos corrosivos.

Embalaje

El acero se utiliza para fabricar latas destinadas al envasado de alimentos y bebidas por su resistencia y capacidad de preserve el contenido.

Resumen

El acero es uno de los materiales de construcción más vitales. Gracias a su abundancia, inexpensibilidad, resistencia y diversas propiedades, construye el mundo industrial moderno. Las adiciones de carbono y aleantes permiten a los metalúrgicos personalizar su dureza, tenacidad y resistencia a la corrosión para adaptarlas a cualquier aplicación. El acero salva la distancia entre la blandura del hierro puro y la fragilidad de la fundición. Hace posibles las infraestructuras, el transporte, la energía, los bienes de consumo, la maquinaria y las aplicaciones de defensa que conforman nuestras vidas.

preguntas frecuentes

Sí, el acero suele ser más resistente que el hierro. La adición de carbono y otros elementos de aleación al hierro aumenta su resistencia, por lo que el acero es la opción preferida para muchas aplicaciones que requieren una gran resistencia.

Ciertos tipos de acero son propensos a oxidarse, especialmente cuando se exponen a la humedad y el oxígeno. Sin embargo, algunos aceros resistentes a la corrosión, como el acero inoxidable, contienen un alto porcentaje de cromo, que forma una capa protectora de óxido en la superficie y evita la formación de óxido.

El acero dulce, también conocido como acero al carbono, contiene un bajo porcentaje de carbono y es relativamente barato. Se suele utilizar en la construcción y en aplicaciones de purpose en general. En cambio, el acero inoxidable contiene un mayor porcentaje de cromo, lo que le confiere una excelente resistencia a la corrosión. El acero inoxidable se utiliza mucho en entornos en los que la oxidación o las manchas son motivo de preocupación, como los aparatos de cocina y los equipos médicos.

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