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PRODUCCIÓN DEL ACEROJessika Nathalia Heredia Sosa
Julian Felipe Torres Campos
Yessica Melisa Martinez Soto
Tabla de contenido
1. Introducción
2. Características generales
3. Aplicaciones
4. Importancia y mercado
5. Extracción y síntesis
6. Procesamiento
7. Bibliografía
1. Introducción
El uso generalizado del acero se debe a
En la corteza de la tierra abundan los compuestos de hierro
Tomado de: http://www.blogodisea.com/wp-
content/uploads/2010/07/planeta-corteza-terrestre-partes-capas.jpg
1. Introducción
Los aceros se fabrican mediante técnicas de extracción, afino, aleación y
conformación relativamente económicas
Tomado de:
http://cache.boston.com/universal/site_graphics/blogs/bigpicture/man
uf_02_20/m09_17603445.jpg
1. Introducción
Las aleaciones férreas son extremadamente versátiles, ya que se pueden
adaptar para que tengan una gran variedad de propiedades físicas y
mecánicas. [1]
Tomado de: http://www.decoletajemalaga.com/images/piezas.jpg
2. Características generales
Los aceros son aleaciones hierro-carbono con concentraciones apreciables de
otros elementos aleantes. Existen miles de aceros que tienen distintas
composiciones y/o tratamientos térmicos.[1]
Aleaciones
Férreas
Aceros
Baja aleación
Bajo en carbono
Ordinario
Alta resistencia y baja aleación
Medio en carbono
Ordinario
Térmicamente tratable
Alto en carbono
Ordinario
Herramientas
Alta aleación
Inoxidable
Fundiciones
Gris
Dúctil (esferoidal)
Blanca
Maleable
No férreas
Tomado de http://metfusion.weebly.com/uploads/2/2/8/3/22838168/6866590_orig.jpg
Clases de acero
Clases de acero
Red cristalina cúbica centrada en el cuerpo
La ferrita acepta muy poco carbono en su interior.
Red cristalina cúbica centrada en las caras
La austenita puede aceptar hasta el 2% en masa,
de carbono.
Red cristalina de la fase martensita del acero
El carbono queda atrapado en una posición donde no
cabe en la red cúbica centrada en el cuerpo,
produciéndose así una distorsión elástica.
Clases de acero
Diagrama de fases del
acero (Fe – Fe3C)
Aceros bajos en carbono
Son relativamente blandos y poco resistentes, pero con extraordinaria ductilidad y
tenacidad además, son de fácil mecanizado, soldables y baratos.
Clases de acero
Designación Composición (%en peso)
AISI/SAE o
número ASTMNúmero UNS C Mn Otros
Aceros bajos en carbono
1010 G10100 0,10 0,45
1020 G10200 0,20 0,45
A36 K02600 0,29 1,00 0,20 Cu (mín.)
A516 Grado 70 K02700 0,31 1,00 0,25 Si
Aceros de baja aleación y alta resistencia
A440 K12810 0,28 1,350 0,30 Si (máx.), 0,20 Cu (mín.)
A633 Grado E K12002 0,22 1,350 0,30 Si, 0,08V, 0,2N, 0,03 Nb
A656 Grado 1 K11804 0,18 1,600 0,60 Si, 0,1 V, 0,20 Al, 0,015 N
Tabla 1. Composiciones de cinco aceros bajos en carbono y de tres aceros de
baja aleación y alta resistencia
Tomado de: http://www.ar.all.biz/img/ar/catalog/26356.jpeg
Los flejes de acero de bajo contenido de carbono, son aptos para su posterior cementado o
carbonitrurado. Se presentan aptos para troquelado, embutido moderado, profundo o
extraprofundo, perfilado, etc.
Clases de acero
AISI/SAE o
número ASTM
Resistencia a la
tracción [psi
x103 (MPa)]
Límite
elástico
[psi x103
(MPa)]
Ductilidad
(% EL en
2 pulg.)
Aceros bajos en carbono
1010 47 (325) 26 (180) 28
1020 55 (380) 30 (205) 25
A36 32 (220) 32 (220) 23
A516 Grado
7070 (485) 38 (260) 21
Aceros de baja aleación y alta resistencia
A440 63 (435) 42 (290) 21
A633 Grado E 75 (520) 55 (380) 23
A656 Grado 1 95 (655) 80 (552) 15
Estos aceros suelen tener un límite elástico de 275 MPa, una resistencia a la tracción
comprendida entre 415 y 550 MPA y una ductilidad del 25 %EL (porcentaje de
elongación). [1]
Clases de acero
Tabla 2. Características mecánicas de material laminado en caliente de aceros
bajos en carbono y aceros de alta resistencia y baja aleación
Aceros medios en carbono
Tienen porcentajes en carbono comprendidos entre 0,25 y 0,6%.
Las adiciones de cromo, níquel y molibdeno mejoran la capacidad de estas
aleaciones para ser tratados térmicamente, generando así gran variedad de
combinaciones resistencia-ductilidad. Estos aceros tratados térmicamente son más
resistentes que los aceros bajos en carbono, pero menos dúctiles y tenaces. [1]
Clases de acero
Alambre diseñado especialmente para el cerramiento de terrenos
en la industria agropecuaria y en diversos sistemas de
seguridad. Están hechos de acero de medio contenido de
carbono con mayor resistencia a la tracción y recubrimiento de
zinc tipo mediano, que los hace altamente resistentes a la
oxidación.
Tomado de: http://mallasan.com/secciones.php?seccion=Mg==&subseccion=MTI5
Aceros altos en carbono
Normalmente contienen entre 0,60 y 1,4% C y son más duros, resistentes y aún
menos dúctiles que los otros aceros al carbono.
Casi siempre se utilizan en la condición templada y revenida, en la cual son
especialmente resistentes al desgaste y capaces de adquirir la forma de herramienta
de corte. [1]
Clases de acero
Número
AISI
Número
UNISC W Mo Cr V Otros
W1 T72301 0,6 -1,4
S1 T41901 0,50 2,50 1,50
O1 T31501 0,90 0,50 0,50 1,00 Mn
A1 T30102 1,00
D2 T30402 1,50 1,00 5,00
M1 T11301 0,85 1,50 1,00 12,00 1,00
Tabla 3. Designación y composiciones de seis aceros de herramientas
Clases de acero
Tomillo coreano de alto
carbono de acero
inoxidable cuchillo de
fruta
Tomado de: http://i01.i.aliimg.com/img/pb/235/279/971/971279235_682.jpg
Aceros inoxidables
Los aceros inoxidables resisten la corrosión (herrumbre) en muchos ambientes,
especialmente en la atmósfera. El cromo es el principal elemento de aleación, en
una concentración mínima del 11%. [1]
Clases de acero
Aceros inoxidables austeníticos: . La austenita tiene una estructura FCC y es estable
por encima de 910°C.
Aceros inoxidables ferríticos: ferríticos no tienen un alto contenido de níquel, por lo que
la estructura BCC es estable. En el caso de muchas aplicaciones que no requieren elevada
resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables austénticos, los aceros inoxidables
ferríticos, menos aleados (y con menos costo), resultan bastante útiles.
Númer
o AISI
Númer
o UNSC
composición
(%en peso )
Condicio
nes
Propiedades
Cr Ni Otros
Resistenci
a a la
tracción
[psi x103
(Mpa)]
Límite
elástico
[psi x103
(Mpa)]
Ductilida
d (%EL
en 2
pulg.)
Ferrítico
409 S409000,0
811 1,0 Mn Recocido 65 (448) 35 (240) 25
446 S44600 0,2 250,75 Ti;
1,5 MnRecocido 80 (552) 35 (240) 20
Austenítico
304 S304000,0
819 9 2,0 Mn Recocido 85 (586) 35 (240) 55
316L S316030,0
317 12
2,0 Mn;
2,5 MnRecocido 80 (552) 36 (240) 50
Martensítico
410 S410000,1
5
12,
51,0 Mn
Recocido
Q y T70 (483) 40 (275) 30
440A S44002 0,7 171,0 Mn;
0,75Mo
Recocido
Q y T
140 (965)
; 105
(724) ;
260
(1790)
100 (690)
; 60 (414)
; 240
(1655)
23 ;
20 ;
5
Clases de acero
Tabla 4. Designaciones, composiciones y propiedades mecánicas para los
aceros inoxidables ferríticos, austentícos y martencíticos.
Clases de acero
Tomado de:
http://www.listadoempresarial.com/demos/conexionesind
ustriales/images/11.jpg
http://metalium.mx/img/productos/acero%20comercial.jpg
La aleación acero inoxidable 316 es un austenítico de uso
ordinario con una figura cúbica de caras concentradas. Es
esencial no magnético en la etapa recocida y
exclusivamente logra fortalecerse en frío.
3. Aplicaciones
Aceros bajos en carbono
Esta clase de aceros se utilizan para fabricar carrocerías
de automóviles, vigas (en forma de L, canales y ángulos)
y láminas para construir tuberías, edificios, puentes y
latas estañadas.[1]AISI/SAE o
número ASTMAplicaciones típicas
Aceros bajos en carbono
1010 Paneles de automóvil, clavos y alambre
1020 Tubos; aceros laminados y estructurales
A36 Estructurales (puentes y edificios)
A516 Grado 70 Recipientes a presión a baja temperatura
Aceros de baja aleación y alta resistencia
A440 Estructuras atornilladas o remachadas
A633 Grado E Estructuras utilizadas a bajas temperaturas
A656 Grado 1 Bastidores de camiones y vagones de tren
http://img.mo
torpasion.com/
2014/03/cfrp-
i3.jpg
Medios en carbono
Esta clase de aceros se utilizan para fabricar ruedas y rieles de trenes,
engranajes, cigüeñales y otros componentes estructurales que necesitan alta
resistencia mecánica, resistencia al desgaste y tenacidad. [1]
3. Aplicaciones
http://img.directindustry.es/images_di/photo-g/engranaje-dientes-rectos-20096-2851487.jpghttp://img.interempresas.net/fotos/624885.jpeg
Altos en carbono
Las herramientas y las matrices se fabrican con aceros aleados altos en carbono
que contienen, generalmente, cromo, vanadio, tungsteno y molibdeno.
Estos elementos de aleación se combinan con el carbono para formar
carburos muy duros y resistentes al desgaste [1]
3. Aplicaciones
http://www.tgwint.com/Spanish/grafix/packaginggraphic.jpg
http://www.arrodemexico.com.mx/imagenes/imagen2.jpg
3. Aplicaciones
Aceros al carbono del alta aleación
Número AISI Aplicaciones más corrientes
Ferrítico
409Tubos de escape, válvulas (alta
temperatura), moldes de vidrio446
Austenítico
304 Industria alimentaria
316L Estructuras soldadas
Martensítico
410 Cañones de rifles Cuchillería
440ª Instrumental quirúrgico
Precipitación
17-7PH Cuchillos, muelles
http://s364105922.mialojamiento.es/marvax/images/innstrumental.jpg
http://www.gastronorm.it/open2b/var/catalog/images/265/0-81d3e055-800.jpg
4. Importancia y mercado
Material ampliamente utilizado en las grandes edificaciones actuales, en la construcción de puentes
colgantes, los hilos, las cerchas y vigas. Los beneficios; son más livianas, ofrecen espacios mucho
más amplios, es sencillo hacer ventanales panorámicos y edificaciones más altas. Una de las pocas
desventajas del acero en la construcción es que no es muy resistente a la corrosión y al fuego.
http://paredrocdnzone1.grupodecomunicac.netdna-cdn.com/wp-
content/uploads/2013/04/estadio-beij.jpg
Esta infraestructura a nivel deportivo es
la más importante dentro de las
edificaciones de Beijing
4. Importancia y mercado
http://infoacero.camacero.org/wp-content/uploads/2014/06/Torres-Petronas.png
Las torres petronas con 88 pisos
de hormigón armado, acero y
vidrio, evocan motivos
tradicionales del arte islámico
http://1.bp.blogspot.com/-
z8qHZk2K0hE/TdIR1DDGErI/AAAAAAAAAA8/inWBoOkCVLU/s16
00/13.jpg
El hierro y el acero
manifestaron desde un
principio su diferencia respecto
a los materiales de
construcción tradicionalmente
empleados. Generaron nueva
Arquitectura. TORRE EIFFEL.
PARIS (1887-1889)
La industria siderúrgica se caracteriza por:
Altos costos fijos
Economías de escala
Requerimientos intensivos de calidad
Uso de mano de obra con alto nivel de
calificación
Impacto ambiental que implica el
proceso productivo
4. Importancia y mercado
Una vez se obtiene el acero, se siguen dos grandes líneas productivas: una para
la fabricación de productos largos y otra para productos planos. [5]
4. Importancia y mercado
http://p200871.webspaceconfig.de/wp-content/uploads/2013/08/halbprodukte-header.jpg
http://www.sifuentes.com.mx/blogadmin/Files/P
hotos/articlemain_10.png?width=448&crop=auto
4. Importancia y mercado
Mercado: el crecimiento de la actividad productiva incentivó la inversión en la
industria siderúrgica y las mejoras sustanciales en la capacidad productiva, fenómeno
que se concentró en Asia. El acero en china se ofrece a menor precio y fue el primer
país en producir mas de 500 MMT en un año.
Grafica 1.Distribución regional del acero en el mundo 2008
América Latina: Desde
2002 y hasta 2008, se
presentó un aumento
acumulado cercano a 45%
en la producción y en el
consumo del acero. Uso
en 2009 reduce un 33% por
desaceleración mundial.
Colombia
En 2002, representaba 5,8% del total de la producción industrial del país y 0,8%
del PIB. Desde 2003 y hasta la fecha, ha representado en promedio 7,1% y 1,2%,
respectivamente. - Así, también, es un importante demandante de energía y de
fuerza laboral.
4. Importancia y mercado
Grafica 2. Consumo de energías de las industrias básicas de hierro y acero
4. Importancia y mercado
la demanda de personal de la industria siderúrgica ha
estado constantemente en aumento y exhibe desde el
año 2000 una tasa de crecimiento anual promedio de 5%
El hierro es el segundo metal más abundante en la corteza terrestre (aproximadamente 5%) y es el cuarto de todos los elementos.
En la naturaleza, el hierro se encuentra formando parte de numerosos minerales, entre los que destacan la hematita (Fe2O3), la magnetita (Fe3O4), la limonita (FeO(OH)), la siderita (FeCO3), la pirita (FeS2), ilmenita (FeTiO3), entre otros [6]
5. Extracción y síntesis
http://inecex.com.mx/wp-content/uploads/2012/08/acerofund.jpg
Mineral Fórmula química %Fe
Siderita FeCO3 48,2
Limonita Fe2O3 H2O 62,9
Hematita Fe2O3 69,6
Magnetita Fe3O4 72,4
El hierro se puede obtener de dos sitios; minas y chatarra.
Minería
1) El primer paso será hacer explotar la roca, por ejemplo, con dinamita.
2) El material que se ha soltado gracias a la explosión se carga en camiones.
5. Extracción y síntesis
http://www.renewables4mining.com/wp-content/uploads/2012/12/IMG_1244.png
3) Los camiones se hacen pasar por arcos
detectores de metal.
4) Primero se trituran las rocas, para facilitar la
separación de la mena y la ganga.
5) Eliminar parte de las impurezas
mediante imanes o mediante flotación.
6) Sinterizado[6]
5. Extracción y síntesis
Una dificultad para la fabricación del acero es su elevado punto de fusión,
1.400ºC aproximadamente, que impide utilizar combustibles y hornos
convencionales.
Para esto es necesario usar,
HORNO DE HOGAR Y CRISOL
HORNO DE OXIGENO BASICO
HORNO DE ARCO ELECTRICO
5. Extracción y síntesis
http://www.infoacero.cl/acero/hornos.htm
Obtención de arrabio
Para llevar a cabo el proceso de reducción de
los óxidos se utiliza el alto horno que se carga
con mena de hierro Fe2O3 en forma de pellets,
coque (el agente reductor) y fundentes.
5. Extracción y síntesis
Diagrama de un alto horno
El proceso de oxidación de coque con oxígeno libera
energía y se utiliza para calentar (llegándose hasta unos
1900 °C en la parte inferior del horno).
Reacción global en las toberas
2C + O2 2CO2
Reacciones en intervalo de 700-100 °C
3 Fe2O3 + CO 2 Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO 3 FeO + CO2
FeO + CO Fe + CO2
5. Extracción y síntesis
http://www.infoacero.cl/catalogo/images_csh/100_Instalaciones/103_Altos_Hornos/103_016.jpg
El arrabio es recibido en carros para ser transportado a la
acería de convertidores al oxígeno, la escoria es
separada del arrabio por su menor densidad. [6]
Fabricación en convertidor de oxigeno.
También se le conoce como fabricación de acero básico al oxigeno (BOS por sus siglas en
inglés) o proceso Linz-Donawitz.
En la planta de fabricación de acero, el hierro se trata en dos fases: primero se elimina el
carbón y segundo se añaden aditivos que modifican las propiedades del acero.
6. Procesamiento
http://3.bp.blogspot.com/_d9naQyyF3JU/SarPKj_IIDI/AAAAAAAAAAY/i7fOvALyb9U/s400/PIU.bmp
Primera fase: eliminación del carbón
Este proceso de soplado de oxígeno se
realiza en grandes tanques basculantes
llamados convertidores. En las plantas
modernas, es común encontrar tanques
de acero básico al oxígeno capaces de
convertir 350 toneladas de metal de un
soplido.
6. Procesamiento
Convertidor de acero básico al oxigeno
Segunda fase: modificación de las propiedades del
acero
El acero en bruto se mezcla con aditivos en tanques de
menor tamaño y, a continuación, recibe un segundo
ciclo de soplado antes de la fundición en la planta de
fundición continua.
Es necesario eliminar las impurezas del hierro por
oxidación debido a las potentes condiciones reductoras
del alto horno. El carbono y el silicio residual se oxidan
con la ayuda de los fundentes básicos añadidos.
6. Procesamiento
Posiciones del convertidor
Fabricación en horno eléctrico.
Se basa en la fusión de las chatarras
por medio de una corriente eléctrica, y al
afino posterior del baño fundido.
El horno eléctrico consiste en un gran
recipiente cilíndrico de chapa gruesa (15
a 30 mm de espesor) forrado de
material refractario que forma la
solera y alberga el baño de acero
líquido y escoria.
6. Procesamiento
http://www.unesid.org/iris2013/images/b3.jpg
Fases
Fusión; Una vez introducida la
chatarra en el horno y los agentes
reactivos y escorificantes
(principalmente cal) se desplaza la
bóveda hasta cerrar el horno y se bajan
los electrodos hasta la distancia
apropiada, haciéndose saltar el arco
hasta fundir completamente los
materiales cargados.
Afino; se analiza la composición del
baño fundido y se procede a la
eliminación de impurezas y
elementos indeseables
6. Procesamiento
http://3.bp.blogspot.com/_C_WhIeeA9Oo/RcH8T7kAVpI/AAAAAAAAAEA/BnmjGaALSZ8
/s400/Proceso.jpg
Fases
Colada continua; procedimiento
siderúrgico en el que el acero se
vierte directamente en un molde de
fondo desplazable, cuya sección
transversal tiene la forma geométrica
del semiproducto que se desea fabricar;
en este caso la palanquilla.
Laminación; proceso en el que se
hace pasar al semi producto
(palanquilla) entre dos rodillos o
cilindros, que giran a la misma
velocidad y en sentidos contrarios,
reduciendo su sección transversal
gracias a la presión ejercida por éstos.
6. Procesamiento
http://3.bp.blogspot.com/_C_WhIeeA9Oo/RcH8T7kAVpI/AAAAAAAAAEA/BnmjGaALSZ8
/s400/Proceso.jpg
Fases
El tren de laminación; se divide en tres
partes:
- Tren de desbaste: donde la palanquilla
sufre una primera pasada muy ligera para
romper y eliminar la posible capa de
cascarilla formada durante su
permanencia en el horno.
- Tren intermedio: formado por distintas
cajas en las que se va conformando por
medio de sucesivas pasadas la sección.
- Tren acabador: donde el producto
experimenta su última pasada y obtiene
su geometría de corrugado.
6. Procesamiento
http://3.bp.blogspot.com/_C_WhIeeA9Oo/RcH8T7kAVpI/AAAAAAAAAEA/BnmjGaALSZ8
/s400/Proceso.jpg
Referencias Bibliográficas
[1] W. Callister, Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Utah : Editorial Reverté S.A.
[2] M. F. Ashby y D. R. H. Jones, Engineering Materials 2, Oxford: Oxford: Pergamon Press.
[3] P. Maranian, Reducing Brittle and Fatigue Failures in Steel Structures, New York: American Society of Civil Engineers, 2009.
[4] D. Raabe, P. P. Choi, Y. J. Li, A. Kostka, X. Sauvage, F. Lecouturier, K. Hono, R. Kirchheim, R. Pippan y D. Embury, Metallic
composites processed via extreme deformation - Toward the limits of strength in bulk materials, MRS Bulletin, 2010.
[5] E. C. y. D. Garcia, «Camacol,» Octubre-Diciembre 2009. [En línea]. Available:
http://camacol.co/sites/default/files/secciones_internas/EE_Coy20091222044525.pdf. [Último acceso: 14 Marzo 2015].
[6] Universidad Nacional Autónoma de Mexico, Procesos de obtención de metales, Azcapotzalco: Colegio de ciencias y humanidades ,
2010.
[7] A. Moffit, Enciclopedia de salud y seguridad en el trabajo: Industrias basadas en recursos naturales, 1995.
[8] Eurotherm by Schneider Electric , «Planta de fabricación de acero/acero básico al oxígeno,» 15 03 2015. [En línea]. Available:
http://www.eurotherm.es/industries/heat-treatment/metals-applications/steelmaking-bos-plant/. [Último acceso: 2015].
[9] J. Jones, B. B y L. P, «"Electric Furnace Steelmaking", in The Making, Shaping and Treating of Steel,» Pittsburgh, The AISE Steel
Foundation, 1998, p. 525–660.
Gracias