apuntes de aceros estructurales
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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