Aleaciones Hierro Carbono y Acero Ferrítico

Integrante: Jose FigueroaAsignatura: Introducción a la metalurgia.Nombre profesor: Fecha de entrega: 09/05/2014Sección: 409

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Objetivos generales y específicos:

El objetivo general es dar a conocer cuál es el resultado de las aleaciones de hierro carbono, las generalidades del hierro, también un poco de historia sobre los orígenes y utilizaciones que se le daba al hierro en una época más primitiva, como fue el descubrimiento del acero.

Por otra parte el objetivo específico es aprender sobre una aleación de hierro carbono en especifico, en este caso es la aleación del acero inoxidable ferrítico, los elementos que la componen, las propiedades que obtiene durante el proceso y los problemas o vulnerabilidades que trae esta aleación.

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Introducción:

En el siguiente informe iremos de lo más general hasta un punto en especifico, es decir, comenzaremos con una pequeña reseña histórica de la importancia que tuvo el hierro en la antigüedad, describiremos el proceso siderúrgico paso a paso, las compañías que en nuestro país producen aleaciones de hierro carbono, describiremos los aceros inoxidables hasta llegar al tipo de acero inoxidable ferrítico, conociendo sus propiedades, proceso productivos, la cantidad y tipo de elemento necesario para llevar a cabo la aleación y obtener con éxito el metal requerido.

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Índice:Contenido: Pagina:-Objetivos generales y específicos 2-Introducción 3-Reseña histórica 5 Imagen Nº1 5-Mineral de hierro 6 Composición mineralógica 6 Imagen Nº2 6-Proceso siderúrgico 7 Preparación de materias primas 7 Imagen Nº3 7 Obtención de arrabio 7 Imagen Nº4 7 Fabricación de acero 7 Laminación de acero en productos finales 8 Laminadora de barras 8 Imagen Nº5 8 Laminadora de planos en caliente 8 Imagen Nº6 8 Laminadora de planos en frio 8 Imagen Nº7 8-Compañía de aceros del pacifico (CAP) 9 Imagen Nº8 9 CAP Minera 9 CAP Acero 9 CAP Soluciones en acero 9-Acero Inoxidable 10 Imagen Nº9 10-Acero inoxidable ferrítico 11 Imagen Nº10 11 Problemas con el acero ferrítico 12-Reciclaje del acero 13 Imagen Nº11 13-Conclusión 14-Opinión 15-Anexos 16, 17-Bibliografía 18

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Reseña histórica:

Existen variadas versiones sobre el origen del acero inoxidable, una de ellas afirma que unos años antes de la primera guerra mundial, un comerciante francés de chatarra observo que el cañón de un rifle era mucho más brillante y limpio que los demás rifles que habían en ese lugar, posteriormente las investigaciones revelaron que se había agregado una cantidad de cromo excesiva durante la fabricación de este cañón, por lo tanto el acero inoxidable habría sido descubierto por casualidad.En los años 1905 y 1906 Quillet, poblador francés, fue la primera persona en explorar y producir, mecánica y metalúrgicamente los aceros inoxidables en las tres principales clases; Austeníticos, Ferríticos y Martensíticos. A pesar de todo esto, él no descubrió la sobresaliente resistencia de los aceros inoxidables a soluciones químicas más corrosivas que atacan fácilmente a los aceros de carbono (pasividad).Posteriormente entre los años 1908 y 1910 la investigación de un alemán llamado Monnartz demostró la inoxidabilidad de estos aceros como función de la pasividad, notó la importancia del contenido mínimo de cromo, la necesidad de baja cantidad de carbono y la incorporación del molibdeno para realizar la resistencia a la corrosión.Actualmente el Instituto Americano del Hierro (AISI) clasifica aproximadamente 60 tipos de aceros inoxidables convencionales, en los ultima años los aceros inoxidables para endurecimiento por precipitación han surgido como una cuarta clase, también han surgido los aceros inoxidables dúplex con una composición de aproximadamente 50% de austenita y otro 50% de ferrita, creados para ambientes en donde la resistencia a la corrosión por tensiones es de suma importancia.Imagen Nº1(Anexo).

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Mineral de hierro (Fe):

Es un elemento químico de numero atómico 26 y masa atómica 55,6. Es metal de transición, es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre correspondiendo al 5%, y es el metal más abundante en la masa planetaria equivalente a un 70% de hierro, siendo el centro de nuestro planeta está compuesto por una aleación de hierro y níquel.Es un metal maleable, presenta propiedades magnéticas y es extremadamente duro y denso, su clasificación dentro de la tabla de dureza de Mohs es de 4. Es el elemento más pesado que se produce exotérmicamente por fusión y a la vez, es el más ligero que se produce a través de una fisión. Hay indicios del uso de hierro 1000 años antes de Cristo, aumentando su uso en oriente medio que pasan de utilizarlo para la creación de armas, sustituyéndose el uso de bronce por el uso de hierro, que fue paulatina, debido a que era complicado elaborar piezas de hierro, porque era difícil localizar el mineral, luego fundirlo, para posteriormente forjarlo. Imagen Nº2 (Anexo).

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Proceso siderúrgico:

-Preparación de las materias primas:Esta etapa es donde se descarga, clasifica, pesa, y se almacena los recursos necesarios para la elaboración del acero, las cuales son: carbones metalúrgicos (carbón coque), caliza y mineral de hierro. Imagen Nº3 (Anexo).-Obtención de arrabio: En los altos hornos se lleva a cabo la reducción del mineral para obtener arrabio, que es acero líquido, se cargan por la parte superior denominada tragante, los minerales de hierro, la caliza y el carbón coque. La incorporación de aire precalentado a 1000ºC facilita la combustión del carbón coque, produciendo temperaturas elevadas y gases reductores que actúan sobre la materia prima convirtiéndolas en arrabio y en escoria. Luego es colado para extraer estos elementos depositados en la parte inferior del alto horno, se realiza cada dos horas, el acero liquido es recibido en carros torpedos a la acería de convertidores al oxigeno, y con respecto a la escoria, esta es apagada y granulada por un chorro de agua. Imagen Nº4 (Anexo).-Fabricación de acero: Dentro de la acería por convertidores al oxigeno, el arrabio se carga junto con la chatarra de acero, luego por acción del oxigeno se oxidan el silicio, el carbono y el fosforo presentes en el arrabio, estas reacciones son exotérmicas y provocan la fusión de la carga metálica fría sin necesidad de agregar algún tipo de combustible, una vez finalizada la inyección de oxigeno se analiza composición y se mide su temperatura, incorporando finalmente las ferroaleaciones que definen las principales características de las diversas clases de aceros.Se inicia el proceso de solidificación del acero en un molde en constante movimiento que es enfriado con agua, se completa a lo largo del trayecto por dentro de la maquina, se produce un planchón continuo de 156mm de espesor y un ancho que varía entre los 800 y 1050 mm que a la salida se corta según el largo requerido.

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Luego entra a la máquina de colada continua de palanquillas, la cual tiene 5 líneas formadas por tubos de cobre de sección cuadrada que tiene una refrigeración interna y un agitador electromagnético para evitar la segregación en los aceros de alto carbono.

Una vez que se ah formado una piel suficientemente gruesa dentro del molde, se inicia el recorrido de la hebra dentro de la maquina, sometida a rociadores de agua controlados en función a la velocidad de la maquina. Al término de esta zona la hebra es enderezada con rodillos y cortada a la medida especificada, con sopletes de oxigeno-propano, terminando estampada con un número que la identifica. La palanquilla terminada posee una dimensión de 150 x 150 mm de sección y 6,7 metros de largo. -Laminación del acero en productos finales:

Laminador de barras: En este laminador se procesan las palanquillas después de ser recalentadas en un horno, se laminan en pases sucesivos convirtiéndose en barras redondas y lisas o barras redondas don sobresalientes para hormigón. Imagen Nº5 (Anexo).Laminador de planos en caliente: Se calienta el material en un horno, una vez alcanzada la temperatura optima, los planchones son reducidos en su espesor. Una parte obtenida en este laminador va directamente al mercado en forma de rollos y la otra parte va directamente al laminador de planos fríos continuando con su proceso. Imagen Nº6 (Anexo).Laminador de planos fríos: Se somete a un proceso de decapado para eliminar las oxidaciones que puedan estar presentes, los rollos son procesados en la línea zinc-alum para obtener productos galvanizados con una aleación de zinc y aluminio.Los demás rollos son limpiados mediante una limpieza electrolítica para eliminar los aceites presentes en la laminación en frio, que puede ser en hornos o en línea de recocido continuo para eliminar la acritud presente por el trabajo mecánico realizado en frio, y laminador de temple para eliminar las líneas, corregir formas y dar la terminación requerida. Imagen Nº7 (Anexo).

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Compañía de aceros del pacifico (CAP):

Es creada en 1946 bajo la presidencia de Juan Antonio Ríos con 53% de la propiedad suscrita por el sector privado, 33% correspondiente a la corporación de fomento de la producción y el 14% restante por la caja de amortización de la deuda pública, es el principal grupo minero siderúrgico en nuestro país. Actualmente tiene tres divisiones, las cuales son:

-CAP Minera: es donde se inicia la extracción del mineral de hierro, principal materia prima en la elaboración de acero, es extraído en el norte de nuestro país en las regiones de atacama y Coquimbo.

-CAP Acero: Es donde se llevan a cabo todos los procesos y tratamientos para obtener acero, siendo la única planta siderúrgica en chile, se dedica a la producción de acero netamente, se ubica en la ciudad de Talcahuano, Región del Biobío.

-CAP Soluciones en acero: Esta enfocado a la comercialización del acero, también a la fabricación, distribución, compraventa, representación, importación y exportación de productos siderúrgicos para la creación de obras civiles, construcciones y confección de especialidades, se ubica en la región metropolitana.Imagen Nº8 (Anexo).

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Acero inoxidable:

Es una aleación de acero con contenido de cromo en su masa en un porcentaje entre 10% al 12%, también puede tener otros metales como el molibdeno y níquel. El acero inoxidable es un acero con una resistencia a la corrosión elevada, debido a que su contenido de cromo y otros materiales que son usados en su aleación, poseen una gran afinidad por el oxigeno y reaccionan formando una capa pasivadora. Sin embargo algunos ácidos pueden afectar esta capa, el hierro es atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas. Como todos los aceros esta regularizado por la norma UNE 36001 que los clasifica dentro de la clase F310.Los principales elementos en la aleación del acero y sus características son:-Cromo: Formador de ferrita y carburo, aporta la resistencia a la corrosión y de la formación de películas de oxido. -Níquel: Es el formador de austenita. Mejora la resistencia general a a corrosión en líquidos no oxidantes, mejora la ductibilidad y tenacidad. Reduce la conductividad del calor, aumenta su resistencia eléctrica, resistencia a la fatiga y aumenta la capacidad de poder ser soldado.-Molibdeno: Al igual que el cromo es formador de ferrita y carburo, mejora la resistencia a temperaturas elevadas, mejora la resistencia a la corrosión por picaduras.

La mayor parte de los aceros inoxidables pueden ser cortados, soldados, forjados y mecanizados con resultados satisfactorios. Debido a sus propiedades higiénicas el acero inoxidable es la primera opción en centros de salud, cocinas, instalaciones de alimentación y entidades farmacéuticas por su facilidad de limpieza. También es indispensable en muchas terminaciones superficiales en estructuras estéticas por que se mantiene fácilmente obteniendo una alta calidad como resultado. Imagen Nº9 (Anexo).

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Acero inoxidable ferrítico:

Los aceros inoxidables ferríticos son magnéticos y contienen cromo como su aleante principal, la presencia de carbono es mucho mayor que en los aceros martensíticos, con objetivo de tener una estructura totalmente ferrítica. Por eso estos aceros no responden a los tratamientos térmicos, aunque cuando llega a una temperatura de 1095º C crece el tamaño de grano y solo puede ser regenerado por trabajo posterior en frio.Una característica mecánica que se debe destacar, es que al tener una estructura cubica centrada en el cuerpo B (BCC), posee una temperatura de transición dúctil-frágil, por debajo de esta, la propiedad de tenacidad se hace muy pequeña. Mantienen su estructura centrada en el cuerpo (BCC) del hierro alfa desde la temperatura ambiente hasta su punto de fusión, porque no pasan por el campo austenitico durante el calentamiento.Los aceros inoxidables ferrítico se caracterizan por tener buenas propiedades anticorrosivas en general, muy buena resistencia a la corrosión bajo tensión y moderada tenacidad, aunque esta última mencionada está limitada en casos donde el espesor es grueso, por esta razón es que los aceros inoxidables ferrítico se fabrican y utilizan con espesores finos. Su resistencia a la corrosión aumenta debido a la presencia de cromo, los aceros con menor contenido de cromo (10,5%) se les suele llamar inoxidables al agua, debido a que no resisten sostenidamente medios más agresivos. Es propenso a aumentar el tamaño del grano a temperaturas elevadas y adquiere cierta fragilidad con permanencias prolongadas a temperaturas entre 450 º y 500º C.Los aceros de 25-30 % de Cromo buena resistencia a la corrosión, en atmosferas sulfurosas y bajo tensión, especialmente en cloruros a altas temperaturas. No es endurecible mediante tratamiento térmico, solo moderadamente por tratamiento bajo frio.Son bastantemente magnéticos y están expuestos a la desviación al soplo magnético, son preferidos más por su resistencia a la corrosión que por sus propiedades mecánicas. Imagen Nº10 (Anexo).

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Los aceros inoxidables ferríticos presentan principalmente tres problemas, los cuales son:

1._Perdida de ductibilidad por presencia de fases:Mientras más aumenta el porcentaje de cromo presente en estos aceros, se acerca a la transformación de hierro alfa a carburo sigma. Esta fase es frágil y dura, se crea durante el lapso de enfriamiento de 870º a 530º C, es donde la estructura se fragiliza. Se puede evitar con calentamientos a temperaturas de 1100º C o también con enfriamientos que retengan la fase alfa, que son enfriamientos rápidos.2._Excesivo crecimiento de grano: La falta de recristalización de del cambio alotrópico de ferrita a austenita hace que por sobre los 950ºC se intensifique el crecimiento de los granos, dando lugar a una menor tenacidad y ductibilidad. La única forma de afinar el diámetro de los granos es con un proceso de recristalización obteniendo una deformación plástica.3._Sensibilizacion: Durante el proceso de calentamiento a las de 900ºC pueden generar austenita en el borde del grano férrico por la segregación del cromo. Si la transformación va continuada de un enfriamiento rápido, la austenita se convierte en martensita, disminuyendo sobre todo la resistencia a la corrosión y también su plasticidad. Por esta razón este tipo de acero debe tener un enfriamiento lento a partir de los 1000ºC.

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Reciclaje del Acero:

El acero es un metal 100% reciclable, cuando el producto llega al final de su vida útil se pueden recuperar los elementos de aleación presentes fácilmente y ser devueltos al proceso de producción, el reciclaje es un proceso económicamente viable y autosustentable. En estos procesos de reciclaje hay un considerable ahorro de energía y notable reducción en las emisiones de CO2. La cantidad de material reciclado es de aproximadamente un 60% de la chatarra, y como esta es un factor influyente, a medida que sigue creciendo el consumo de acero, aumenta la cantidad de chatarra, la materia prima producida en estos días no se reciclara hasta dentro de muchos años más. También hay que tener en consideración que no solo se recicla la materia prima que llega al final de su vida útil, sino que también toda la chatarra generada durante el proceso de producción del acero.Imagen Nº11 (Anexo).

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Conclusión:

Como conclusión, podemos decir que las aleaciones de hierro carbono da paso a una gran variedad de clases de aceros, a los cuales les damos diferentes usos según sus características y propiedades, es tan común la presencia de los aceros en la vida moderna que es utilizado prácticamente para todo, saber que nuestro país tiene una planta siderúrgica que es la principal productora de acero de la costa del pacifico, también es interesante el proceso en común que lleva la producción del acero hasta que toma caminos diferentes a la hora de agregar los diferentes elementos de aleación para crear así diferentes tipos de aceros, por ejemplo el acero inoxidable, que fue descubierto por casualidad un tiempo antes de la primera guerra mundial por un comerciante de chatarra en Francia.

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Opinión:

Mi opinión sobre el trabajo es que fue de gran ayuda para profundizar más en lo que a siderurgia se refiere, por que tenia curiosidad y algunas dudas respecto a este proceso, que me llamaban bastante la atención, la mayor parte de mis dudas fueron aclaradas con la realización de este informe, ya que ahora tengo claro que no todos los metales tienen el mismo proceso productivo, también conocer un poco sobre los orígenes de la aleación de hierro carbono que elegí para realizar dentro del desarrollo de este informe , que curiosamente fue descubierto por accidente. También pude conocer sus propiedades, elementos que lo componen, que son principalmente cromo, molibdeno y níquel. Estos elementos son los que le dan ciertas características al acero, por ejemplo su propiedad de anticorrosión que es proporcionada por el cromo. Llevar a cabo este informe tubo realmente un carácter positivo, ampliando los conocimientos, más allá de lo visto en clases hasta el momento.

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Anexos:Imagen Nº1 Imagen Nº2

Imagen Nº3 Imagen Nº4

Imagen Nº5 Imagen Nº6

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Imagen Nº7 Imagen Nº8

Imagen Nº9 Imagen Nº10

Imagen Nº11

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Bibliografía:

-www.infoacero.cl/procesos/siderur.htm-http://www.ancon.co.uk/acera-de-anon/el-uso-de-acero-inoxidable-http://www.obtesol.es/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=147-http://www.cap.cl-es.wikipedia.org/wiki/Hierro-ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/metalurgia-y-siderurgia/materiales/Bloque%204%20Siderurgia.pdf-http://www.educarchile.cl/ech/pro/app/detalle?ID=6506

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