apuntes de aceros estructurales

Apuntes de aceros estructurales

Yenni Nayid Santamaría Barajas

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTAMARÍA

Requerimientos

• Alta Tenacidad [menor %carbono, menor tamaño de grano ferrítico]

• Alta Templabilidad [menor carbono, menor tamaño de grano ferrítico]

• Buena Soldabilidad [Carbono equivalente]

• Ductilidad

• Resistencia mínima de 250 hasta 550MPa [aumentar % C, disminuir tamaño de grano ferrita, aumentar elementos aleantes disueltos y precipitados]

• Resistencia a la oxidación y corrosión [autopasibables con Cr y Ni]

• Baja temperatura de transición de impacto [relacionado con la tenacidad]

• Costos

• Conformabilidad

Relaciones empíricas de las propiedades

Curva de temperatura de transición dúctil-frágil en función del %C

Entre más baja sea la TTI mejor será el acero a la hora de resistir cargas de

impacto

A. estructurales

CAST ( fundidos)

Se fabrican según:

• ASTM A27 [piezas chicas]

• ASTM A148 [piezas grandes}

WROUGHT (Conformados)

Se obtienen por:

• Laminación en caliente [1250-950°C]

• Laminación controlada [<950°C, 50% deformación]

• Tratamientos térmicos.

ACEROS AL CARBONO

FERRITOPERLÍTICOS POR

LAMINACIÓN

Clasificación

ACEROS DE FASE DUAL

FERRITICO MARTENSÍTICOS POR

TRATAMIENTO TÉRMICO

FERRITICO MARTENSÍTICOS POR

LAMINACIÓN CONTROLADA

ACEROS MICROALEADOS

FERRITOPERLÍTICOS POR TRATAMIENTO

TÉRMICO

FERRITOPERLÍTICOS POR LAMINACIÓN

CONTROLADA

1. Aceros al carbono

Microestructura: Perlita + algo de ferrita entre la perlita sea mas fina, mejor será su Resistencia.

Tienen alta soldabilidad

Agregar Mn, afina la estructura.

γ basta

γ recristalizada

γ elongada

Laminación convencional para aceros de baja aleación

Curva esfuerzo deformación de un acero de bajo carbono

Se caracteriza por poseer una región elástica cuyo comportamiento bajo esfuerzo constante es lineal y cuya

pendiente indica el módulo de rigidez. Seguida por una zona donde el material endurece por deformación y

se inicia la zona plástica hasta que la deformación es tal que causa la rotura.

Nótese que la deformación plástica que prosigue una vez el material es endurecido ep es entre 10 y 20 veces

mayor a la unitaria inicial ey. Por tanto un material es capaz de soportar este esfuerzo antes de fallar.

Aceros al carbono

Aceros bajo carbono

< 0,15%

Aceros suave carbono 0,15<%C<0,29

Aceros medio carbono 0,3<%C<0,59

Aceros alto carbono

0,6<%C<1,7

Ejemplos: A36 A53 A500 A529 A570 A611 A709

2. Aceros HSLA• Buena resistencia y templabilidad.

Microestructura: Ferrita + Perlita + Carburos + Nitruros

Dispersión de carbo-nitruros de Mn, Nb, V, Cr, Mo, Ti, Zr, Mo, W y Ta en matriz casi purade ferrita.

La capacidad de un elemento para formar carbo-nitruros depende de la energía librey el potencial para la formación y estabilidad de compuestos.

Los elementos mencionados, retrasan la

transformación de la austenita, debido a

que compiten entre la formación de

carburos y nitruros y la respectiva

recristalización de gamma.

Para cuantificar la disolución de los elementos aleantes se tienen los productos de solubilidad, los cuales se encuentran en tablas o gráficos.

A mayor temperatura, habrá mayor

disolución de elementos aleantes en

gamma.

Rol cumplido por aleantes

Impedimento al crecimiento de

grano austenítico

Retardamiento de la recristalización

de gamma deformada

Endurecimiento por precipitación en la

ferrrita

Efecto refinador de grano de los aleantes

El Nb presenta una menor solubilidad que el

vanadio, por tanto se espera un efecto mayor de

este durante el refinamiento de grano ferrítico, ya

que al no disolverse, evita que el tamaño de grano

de austenita aumente.

Se retarda la recristalización de gamma

Al disminuir la temperatura, la

fracción de aleantes disuelto tiende

a formar precipitados, los cuales

interactuan al mismo tiempo con la

recristalización de la austenita,

generando una especie de

competencia retardando la

transformación de gamma, lo cual

permite que esta siga deformada

hasta que pase a ferrita en el

enfriamiento posterior lográndose

con ello un tamaño de grano de

alfa más refinado

Precipitación en la ferrita

En la ferrita la solubilidad de elementos es muy

baja, por tanto queda sobresaturada con los

aleantes, por lo tanto se genera un segundo evento

de precipitación de finas partículas lo cual tiene un

efecto endurecedor. Esta transformación ocurre en

la interface alfa-gamma durante la transformación

[transformación interfacial]o en el seno de la ferrita

luego de la misma;

La transformación interfacial es má frecuente y

origina un ordenamiento muy singular en filas, tal

como lo muestra la imagen.

POR TRATAMIENTO TÉRMICO

Deformación de al menos 50% bajo 950°C; con el objetivo de llegar a la precipitación de ferrita con gamma sin recristalizar este retardo lo provoca la precipitación de carburos.

POR LAMINACIÓN CONTROLADA

Dependiendo del tratamiento térmico se obtienen distintos precipitados de carburos en la matriz.

LAMINACIÓN CONTROLADA

Transformación de las fases

Tiempo en el

que se aplica

la

deformación

Antes de la

transformación

durante de la

transformación

Arriba de

A3

Abajo de

A3

Entre

A1 y

Ms

Cerca a

Ms

Temperatura

de

deformación

Fase

deformada

Austenita

estable

Austenita

metaestable

Austenita y

ferrito perlita

Austenita y

martensita

Despues de la

transformación

Abajo de

Ms

sobre

Ms Ferrito perlita

martensita

Ejemplos: A242 A441 A572 A588 A606 A618

Aceros DP

Microestructura: islas de martensita (10%) en una matriz de ferrita

Dispersión FINA de carburos y nitruros [Nb y Al] en matriz de ferrita.

no tienen fluencia: se produce un continuo reacomodamiento

Aceptan mucha deformación

Endurecen por deformación

Los posibles tratamientos térmicos para la obtención de aceros de fase dual sondescritos a continuación.

a) Presenta exceso de dislocaciones

• A partir de proceso de laminación controlada, también es posible obtener aceros de fase dual, tal como se presenta:

Acero DP obtenido por laminación

Clasificación de los aceros estructurales normas internacionales

• ASTM A36: acero estructural

• ASTM A56 Grado B: Tuberías,

• ASTM A242: Acero estructural HSLA

Comparación curva esfuerzo deformación de aceros estructurales

Relación estructura- propiedades

• Tamaño de grano ferrítico: el refinamiento de grano, mejora las ppmecánicas; disminuye TTI y aumenta el límite de fluencia

• Aumento del contenido de carbono aumenta la presencia de perlita, cuyas presencia aumenta TTI. O CUAL PROVOCA UNA FRACTURA FRÁGIL. Por consiguiente se hace necesario trabajar con Al y Mn para disminuir la TTI

Esfuerzo de cedencia en f(TTI)

Control de inclusiones no metálicas

desgarramiento laminar

Afectan la TTI

Aumenta la susceptibilidad del

acero a Fragilización por hidrógeno

Energía de impacto afectada por inclusiones

Disminuyen la TTI y la ductilidad

menor capacidad del acero a

responder a grietas dúctiles

Ductilidad anisotrópica

Las propiedades varían de acuerdo a la dirección en que se miden

Desgarramiento laminar

Las inclusiones se deforman durante el proceso de

laminado genera anisotropía; afectando la ductilidad

y la tenacidad, produce deformación en la ZAT

Soluciones

• Mejoramiento de técnicas de desoxidación y desulfuración

• Adición de impurezas formadas: Calcio, cerio, zirconio forman compuestos complejos con el azufre que no de deforman, reemplazando al sulfuro de manganeso.

• Inyección de argón utilizando una lanza con el fin de desulfurar en cuchara durante el refino;

Nunca hubo un buen final, con un mal inicio