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EL ACERO
Produccin y Propiedades
Ricardo Herrera Mardones
Departamento de Ingeniera Civil, Universidad de Chile
Santiago, Chile
Octubre de 2006
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CONTENIDO El Acero
1. Introduccin
2. Proceso de fabricacin
3. Propiedades del acero
4. Tipos de acero
5. Tipos de elementos de acero
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1. Introduccin
Aleacin de Fe y C (~0.05-2%).
Contiene otros elementos como Mn, Ni, Nb, Cr, V, P, S, Si, Cu, etc. Porcentaje y elementos de aleacin
modifican las propiedades del acero.
Carbono Equivalente (soldabilidad)
(CE%) = C% + (Mn%/6) + ((Cr%+Mo%+V%)/5)
+ ((Ni%+Cu%)/15)
QUE ES EL ACERO?
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1. Introduccin
Elemento Efecto
COBRE Mejora resistencia a corrosin atmosfrica.
MANGANESO Desoxidante, neutraliza azufre, facilitando
trabajo en caliente. Mejora la resistencia
SILICIO Se emplea como desoxidante y acta como
endurecedor en el acero de aleacin.
FOSFORO Y AZUFRE Perjudican la tenacidad del acero
ALEACIONES
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1. Introduccin
UN POCO DE HISTORIA
Hierro esponja forjado. Endurecimiento superficial en fragua. ( 8hs 1.5 mm)
La Fundicin ( >2%C) colado. Gray Iron casting
Acero forjado
Acero laminado en caliente.
VENTAJAS DEL ACERO
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1. Introduccin
Alta resistencia
Uniformidad y homogeneidad
Rango elstico amplio
Durabilidad
Ductilidad y tenacidad
Rapidez de construccin
Reciclabilidad
VENTAJAS DEL ACERO
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2. Proceso de Fabricacin
Fuente: Infoacero.cl
CONVERTIDOR DE OXIGENO
DE ALTO HORNO
A Recupero de gases (CO)
para precalentamiento de
aire a inyectar.
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2. Proceso de Fabricacin
Fuente: Infoacero.cl
Proceso HYL de reduccin
mediante gases
Arrabio y
escoria
B Reduccin Directa
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2. Proceso de Fabricacin
Fuente: Infoacero.cl
CONVERTIDOR DE OXIGENO
DE ALTO HORNO
Horno bsico de oxigeno (L-D)
( ex Bessemer Kelly)
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2. Proceso de Fabricacin HORNO DE ARCO ELECTRICO
C Produccin con horno elctrico.
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2. Proceso de Fabricacin
Fuente: Infoacero.cl
AFINO DEL ACERO
Y LAMINACION
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2. Proceso de Fabricacin
Procesos de laminado en caliente:
Laminado en caliente tradicional.
Laminacin controlada.
Laminado de normalizacin (N)
Laminacin termo mecnica controlada
Enfriamiento acelerado
Temple y autor revenido
PROCESOS DE
LAMINACION
Steelmaking Continuous Casting - YouTube.wmv
Steelmaking Rolling - YouTube.wmv
Steelmaking Tube Manufacture - YouTube.wmv
STRUCTURAL STEEL FABRICATION - YouTube.wmv
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4. Propiedades del acero
Estructura cristalina
PROPIEDADES
FISICAS
Cristal cbico de
malla centrada
Cristal cbico de
cara centrada
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4. Propiedades del acero
Propiedades metlicas caractersticas
buena ductilidad (o maleabilidad).
conductividad trmica elevada.
conductividad elctrica elevada.
brillo metlico.
PROPIEDADES
FISICO - QUIMICAS
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4. Propiedades del acero
Resistencia a la Corrosin
Corrosin: prdida de seccin debido a reacciones qumicas o electroqumicas con medioambiente.
Resistencia depende de: Composicin qumica y los agentes externos.
PROPIEDADES
FISICO - QUIMICAS
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4. Propiedades del acero
Resistencia a la traccin
PROPIEDADES
MECANICAS
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4. Propiedades del acero PROPIEDADES MECANICAS
Acero dulce Acero de alta resistencia
Fyd
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4. Propiedades del acero PROPIEDADES MECANICAS
Curva idealizada esfuerzo-deformacin del acero
s
e
Rango elstico
Rango plstico
eu
Fyd
Fys
Fu
Endurecimiento
por deformacin
E
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4. Propiedades del acero PROPIEDADES MECANICAS
Curva idealizada esfuerzo-deformacin del acero
Fuente: Ing. G.
Troglia
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4. Propiedades del acero PROPIEDADES MECANICAS
Curva idealizada esfuerzo-deformacin del acero
Fuente: Ing. G. Troglia
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4. Propiedades del acero
Mdulo de Young
E = 200000 MPa
Modulo de Poisson
Elstico
n = 0.3 (aumento de volumen)
Plstico
n = 0.5 (volumen constante)
PROPIEDADES
MECANICAS
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4. Propiedades del acero
Resistencia a la fractura (tenacidad)
Diversas Imperfecciones pueden generar micro fisuras que
se propagan, por ejemplo:
Inclusiones y dislocaciones dependen de la composicin, el proceso de laminacin, cortes y el
tratamiento trmico. La presencia de Grietas generan
concentracin de tensiones. Existe longitud crtica de
grieta que inicia la propagacin de la grieta
PROPIEDADES
MECANICAS
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4. Propiedades del acero
Mquina de Ensayo Charpy
PROPIEDADES
MECANICAS
Probeta
Ensayo de
flexin por
impacto. La combinacin de
ductilidad con
elevadas resistencia
define la
TENACIDAD del
material.
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4. Propiedades del acero
Dureza: Resistencia a penetracin superficial.
Mtodos de ensayo
Dinmicos: ensayo de dureza al impacto y ensayo de dureza Shore
Estticos: ensayo Brinell, ensayo Vickers y ensayo Rockwell
NO CONFUNDIR RESISTENCIA A TRACCIN/COMPRESION
CON DUREZA SUPERFICIAL
PROPIEDADES
MECANICAS
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4. Propiedades del acero
Factores que influyen en las propiedades mecnicas del
acero estructural.
Tipos de esfuerzos de esfuerzos ( axial multiaxial)
Historia de deformaciones
Composicin qumica
Tratamiento trmico : recocido/normalizado
templado /revenido
Temperatura
Velocidad de carga (deformacin)
FACTORES
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4. Propiedades del acero
Estado multiaxial de esfuerzos
Von Mises:
FACTORES
ESTADO DE ESFUERZOS
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4. Propiedades del acero FACTORES HISTORIA DEFORMACIONES
s
e
Strain aging
Ductilidad despus de endurecimiento
por deformacin y strain aging
Endurecimiento
por deformacin
A
B
C
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4. Propiedades del acero FACTORES TEMPERATURA
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4. Propiedades del acero FACTORES VELOCIDAD DE CARGA
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4. Tipos de Acero
Aceros al carbono de baja aleacin:
Contienen diversas cantidades de C y menos del 1,65% de Mn, el
0,60% de Si y el 0,60% de Cu. Ejemplo: A36
Aceros aleados:
Contienen V, Mo y otros, adems de cantidades mayores de Mn, Si
y Cu que los aceros al carbono ( ms del 5%). Ejemplo: A514
Aceros de baja aleacin y alta resistencia: contienen cantidades menores de aleacin. Tratados para obtener resistencia mucho
mayor que la del acero al carbono. Ejemplo: A572, A992.
Aceros inoxidables y patinables:
Contienen Cr, Ni y otros para resistir oxidacin.
CLASIFICACION
SEGUN COMPOSICION QUIMICA
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5. Tipos de elementos de acero estructural
Perfiles Laminados
Angulo Te Canal Perfil W
Barra Placa
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5. Tipos de elementos de acero estructural
Perfiles plegados (en fro)
Tubo circular Tubo rectangular
Perfiles plegados y soldados