12.1 EL
ACERO
El término acero sirve comúnmente
para denominar, en ingeniería metalúrgica, a una mezcla de hierro con una
cantidad de carbono variable entre el 0,03 % y el 2,14 % en masa de su
composición, dependiendo del grado. Si la aleación posee una concentración de
carbono mayor al 2,14 % se producen fundiciones que, en oposición al acero, son
mucho más frágiles y no es posible forjarlas, sino que deben ser moldeadas.
12.2 USOS DEL ACERO (GRADO 60):
Se utilizan en la construcción de
edificaciones de concreto armado de todo tipo: en viviendas, edificios,
puentes, obras industriales, etc.
DENOMINACION: Fierro
Corrugado ASTM A615-GRADO 60.
DESCRIPCION: Barras
de acero rectas de sección circular, con resaltes Hi-bond de alta adherencia
con el concreto.
PRESENTACION: Se
produce en barras de 9 m y 12 m de longitud en los siguientes diámetros: 6 mm,
8 mm, 3/8", 12 mm, 1/2", 5/8", 3/4", 1”, 1 3/8".
Previo acuerdo, se puede producir en otros diámetros y longitudes requeridos
por los clientes.
Se suministra en paquetes de 2
toneladas y en varillas. Las barras de 6 mm también se comercializan en rollos
de 550 Kg.
12.3 ENSAYOS MECÁNICOS DEL ACERO:
Cuando un técnico proyecta una
estructura metálica, diseña una herramienta o una máquina, define las calidades
y prestaciones que deben tener los materiales constituyentes. Como hay muchos
tipos de aceros diferentes y, además, se pueden variar sus prestaciones con
tratamientos térmicos, se establecen una serie de ensayos mecánicos para
verificar principalmente la dureza superficial, la resistencia a los diferentes
esfuerzos que pueda estar sometido, el grado de acabado del mecanizado o la
presencia de grietas internas en el material, lo cual afecta directamente al
material pues se pueden producir fracturas o hasta roturas...
Hay dos tipos de ensayos, unos
que pueden ser destructivos y otros no destructivos.
·
ENSAYO DE TRACCIÓN:
El ensayo de tracción de un
material consiste en someter a una probeta normalizada a un esfuerzo axial de
tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. Este ensayo
mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente.
Las velocidades de deformación en un ensayo de tensión suelen ser muy pequeñas
(ε = 10–4 a 10–2 s–1).
·
LIMITE DE FLUENCIA:
El límite de fluencia es el punto
donde comienza el fenómeno conocido como fluencia, que consiste en un
alargamiento muy rápido sin que varíe la tensión aplicada en un ensayo de
tracción. Hasta el punto de fluencia el material se comporta elásticamente,
siguiendo la ley de Hooke, y por tanto se puede definir el módulo de Young. No
todos los materiales elásticos tienen un límite de fluencia claro, aunque en
general está bien definido en la mayor parte de metales.
También denominado límite
elástico aparente, indica la tensión que soporta una probeta del ensayo de
tracción en el momento de producirse el fenómeno de la cedencia o fluencia.
Este fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones
elásticas y plásticas y se caracteriza por un rápido incremento de la
deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada.
·
LIMITE ELÁSTICO:
El límite elástico, también
denominado límite de elasticidad, es la tensión máxima que un material
elastoplástico puede soportar sin sufrir deformaciones permanentes. Si se
aplican tensiones superiores a este límite, el material experimenta un
comportamiento plástico deformaciones permanentes y no recupera espontáneamente
su forma original al retirar las cargas. En general, un material sometido a
tensiones inferiores a su límite de elasticidad es deformado temporalmente de
acuerdo con la ley de Hooke.
Los materiales sometidos a
tensiones superiores a su límite de elasticidad tienen un comportamiento
plástico. Si las tensiones ejercidas continúan aumentando el material alcanza
su punto de fractura. El límite elástico marca, por tanto, el paso del campo
elástico a la zona de fluencia. Más formalmente, esto comporta que, en una
situación de tensión uniaxial, el límite elástico es la tensión admisible a
partir de la cual se entra en la superficie de fluencia del material.
RESISTENCIA A LA TRACCIÓN:
El hormigón tiene que estar
endurecido y curado con las condiciones normalizadas de laboratorio y romper
las probetas a los 28 días, o al tiempo y circunstancias que se determinen en
cada caso.
Si se trata de testigos, se
tratarán de acuerdo con los condicionantes y prescripciones de la norma
genérica que los trata.
Antes de colocar la probeta en la
máquina de ensayo se dibuja, en cada cara, una línea que marque un diámetro del
mismo plano axial. Se trazan las generatrices que unen los extremos
correspondientes a los diámetros marcados.
Estas generatrices corresponden
al plano de rotura.
Se mide la probeta en todas sus
direcciones con precisión de 1 mm.
Se elimina el posible exceso de
humedad de la superficie y se coloca la probeta en el dispositivo de ensayo con
la generatriz trazada sobre una banda de fibras prensadas de 10 mm de ancho, 4
mm de espesor y una longitud superior a la de la probeta.
Después se sitúa, sobre la
generatriz superior opuesta otra banda idéntica a la descrita y sobre ésta una
barra de sección rectangular mínima de 50 mm de anchura y de espesor igual o
superior a la mitad de la diferencia entre la longitud de la probeta y la mayor
dimensión del plato de la prensa.
·
ALARGAMIENTO:
Limite elástico y Resistencia a
la tracción
·
ESTRICCION:
La estricción es la responsable
del tramo de bajada en la curva tensión - deformación, y hace que se llegue a
la rotura cuando la carga es inferior a la carga máxima aplicada, diferencia
que se acrecienta con la tenacidad del material.
·
MODULO DE ELASTICIDAD:
El módulo de elasticidad
transversal, módulo de cortante o módulo de cizalla, para la mayoría de los
materiales, en concreto los materiales isótropos guarda una relación fija con
el módulo de elasticidad longitudinal y el coeficiente de Poisson:
·
ENSAYO DE COMPRESION:
El ensayo de compresión es poco
frecuente en los metales y consiste en aplicar a la probeta, en la dirección de
su eje longitudinal, una carga estática que tiende a provocar un acortamiento
de esta y cuyo valor se irá incrementando hasta la rotura o suspensión del
ensayo.
El diagrama obtenido en un ensayo
de compresión presenta para los aceros, al igual que el de tracción un periodo
elástico y otro plástico.
En los gráficos de metales
sometidos a compresión, que indica la figura siguiente obtenidas sobre probetas
cilíndricas de una altura doble con respecto al diámetro, se verifica lo
expuesto anteriormente, siendo además posible deducir que los materiales
frágiles (fundición) rompen prácticamente sin deformarse, y los dúctiles, en
estos materiales el ensayo carece de importancia, ya que se deforman
continuamente hasta la suspensión de la aplicación de la carga, siendo posible
determinar únicamente, a los efectos comparativos, la tensión al límite de
proporcionalidad.
COEFICIENTE DE POISON:
El coeficiente de Poisson
corresponde a la razón entre la deformación transversal y la elongación
longitudinal en un ensayo de tracción. Alternativamente el coeficiente de
Poisson puede calcularse a partir de los módulos de elasticidad longitudinal y
transversal:
12.4 YACIMIENTOS DE MATERIAS
PRIMAS:
Las materias primas que se usan
para producir acero son, básicamente, mineral de hierro, carbón y caliza.
12.5 PROCESO SIDERURGICO:
El proceso siderúrgico tiene como
meta la obtención de acero y esto se puede conseguir a través de dos sistemas:
mediante horno alto o con horno eléctrico.
Para la fabricación de acero en
el horno alto es necesario primero producir arrabio. Este elemento se obtiene
al combinar el mineral de hierro y el carbono en el interior del horno. El
carbono se consigue a partir de carbón, del que se extrae el coque al quitarle
la humedad y las impurezas. El cok siderúrgico es un material duro, poroso y
con un contenido en carbono superior al 90%.
El proceso comienza con el
tratamiento del mineral de hierro que se muele previamente para darle un tamaño
adecuado. El mineral que reúne las condiciones idóneas en riqueza de hierro y
granulometría va al horno. Los finos del mineral de hierro junto con los
fundentes se aglomeran para darles también un tamaño apto para su consumo en el
horno. Este proceso de conversión se denomina sinterización y el producto
conseguido, sínter.
Esa mezcla de mineral de hierro y
sínter se calienta en el horno alto y el coque actúa como combustible y
elemento reductor del oxígeno que lleva el hierro. Junto con esos materiales se
incorporan los fundentes, que se encargan de formar la escoria que atrapa las
impurezas del mineral. Para favorecer la combustión se inyecta aire caliente a
gran presión, lo que permite sostener la carga mientras se realiza el proceso
de fundición. El producto obtenido en el horno alto es el arrabio, un material
con una riqueza en hierro cercana al 95% y alrededor del 3,5% de carbono. El
resto lo componen materiales como el silicio, el manganeso, el azufre y el
fósforo. Para minimizar la cantidad de azufre, un elemento muy negativo para el
acero, se emplea el calcio en el proceso de desulfuración.
La escoria es un subproducto,
indispensable en este proceso, que aglutina los fundentes, las gangas de los
minerales y las cenizas del cok. Se utiliza para el firme de carreteras y en la
fabricación de cementos.
La diferencia entre el arrabio y
el acero estriba en la cantidad de carbono que tiene el producto férrico. Si el
contenido es inferior al 1,7% se considera acero. Si es superior recibe el
nombre de fundición. El arrabio forma parte de este grupo. El acero presenta
innumerables ventajas: es un material duro, elástico, capaz de absorber
impactos y que se puede extender en láminas e hilos. La fundición, por el
contrario, es extremadamente dura, pero quebradiza. Además, no se puede laminar
ni estirar. Por eso, el arrabio sigue hasta el convertidor de la Acería,
instalación que se encarga de eliminar ese exceso de carbono al aportar oxígeno
al arrabio líquido en un nuevo proceso de combustión.
Tras el convertidor, el acero
pasa por la Metalurgia Secundaria. Su función es ajustar la composición del
acero mediante la inyección de un gas inerte (que no altera la composición
química) como el argón y la incorporación de adiciones, fundamentalmente
ferroaleaciones, y reducir aún más su composición de azufre.
El acero se conforma en la Colada
Continua. En esta instalación se trasvasa el acero líquido de la cuchara a
un molde para solidificarlo en productos de sección uniforme. De las máquinas
de colada Continua, y en función de la forma del molde, se obtienes desbastes
planos (slabs); destinados a la fabricación de productos planos; desbastes de
sección cuadrada (blooms), utilizados en la producción de perfiles y carriles;
y palanquillas, empleadas en la fabricación de redondos.
Todos esos productos son,
posteriormente, laminados para darles la forma y las características mecánicas
necesarias para su utilización en la industria transformadora. Este proceso
aprovecha la capacidad de deformación (ductilidad) del acero y se puede
realizar tanto en caliente como en frío.
Cuando la laminación se realiza
en frío, el acero sufre alteraciones en su estructura interna por lo que es
necesario someter el producto a un proceso de recocido, que permite regenerar
esa estructura y mejorar sus características mecánicas. Este tratamiento
consiste, fundamentalmente, en calentar el material, mantener la temperatura y
enfriarlo de nuevo de forma controlada.
Los productos planos: bobinas y
chapas, van destinados, entre otros, a los sectores del automóvil y los
electrodomésticos. La hojalata o el galvanizado son productos planos que han
pasado por un proceso posterior de recubrimiento, estaño en el primer caso y
zinc en el segundo, para aumentar su capacidad de protección y alargar su vida.
Los productos largos, como el alambrón y los perfiles, se dirigen,
principalmente, al sector de la construcción.
El proceso de obtención de acero
a través del horno eléctrico se diferencia del anterior en dos puntos
fundamentales: la principal materia prima es la chatarra; es decir, el propio
acero reciclado; y la fusión se realiza gracias a la energía térmica
desprendida por un arco eléctrico que salta entre los electrodos del horno. La
mayor parte del acero obtenido por este procedimiento se destina a productos
largos empleados en la construcción.
ArcelorMittal dispone en España
de instalaciones para producir acero por ambos procedimientos. La planta de
Asturias, la mayor del Grupo en nuestro país trabaja mediante horno alto. El
proceso de obtención de acero por horno eléctrico está más distribuido y cuenta
con fábricas en Bergara, Sestao, Olaberría y Zumárraga; todas ellas en el País
Vasco; además de la situada en Zaragoza.
Las plantas acabadoras o
transformadoras se ubican en Basauri, Etxebarri y Salvatierra; en el País
Vasco; Berrioplano, Lesaka y Legasa, en Navarra; y Tailored Blanks, en Pedrola
(Zaragoza).
El producto acabado
El acero desempeña un papel
fundamental en la sociedad actual. De hecho, ha sido uno de los materiales,
sino el que más ha contribuido al bienestar de la humanidad. Sus propiedades y
ventajas le hacen, hoy por hoy, insustituible. Reúne características positivas
como bajo coste, facilidad de conformación, elevada resistencia, larga vida
útil, variedad de calidades y, por lo tanto, de aplicaciones, capacidad de
ensamblaje y reciclaje fácil y cómodo.
Esta última ventaja, unida a la
abundancia del hierro en la naturaleza y el reducido consumo de los recursos
naturales proporciona al acero el carácter de producto sostenible.
Nuestro acero se utiliza en un
gran número de sectores económicos, como la industria, construcción,
electrodomésticos, automóvil, envases y embalajes. ArcelorMittal es el
principal suministrador mundial de todos esos sectores, una empresa capaz de
satisfacer los requerimientos de sus clientes y usuarios del acero con la
amplia gama y la calidad de sus productos.
