1.- ¿QUÉ ES EL ACERO?

El Acero es básicamente una aleación o combinación de hierro y carbono (alrededor de 0,05% hasta menos de un 2%). Algunas veces otros elementos de aleación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel) se agregan con propósitos determinados.

Ya que el acero es básicamente hierro altamente refinado (más de un 98%), su fabricación comienza con la reducción de hierro (producción de arrabio) el cual se convierte más tarde en acero.

El hierro puro es uno de los elementos del acero, por lo tanto consiste solamente de un tipo de átomos. No se encuentra libre en la naturaleza ya que químicamente reacciona con facilidad con el oxígeno del aire para formar óxido de hierro - herrumbre. El óxido se encuentra en cantidades significativas en el mineral de hierro, el cual es una concentración de óxido de hierro con impurezas y materiales térreos.

El Acero se funde entre 1400 y 1500ºC pudiéndose moldear más fácilmente que el Hierro. Resulta más resistente que el Hierro pero es más propenso a la corrosión. Posee la cualidad de ser maleable, mientras que el hierro es rígido.

1.1.- ELEMENTOS DE ALEACIÓN

Carbono: Es el elemento que tiene más influencia en el comportamiento del acero; al aumentar el porcentaje de carbono, mejora la resistencia mecánica, la Templabilidad y disminuye la ductilidad.

Boro: El Boro que se encuentra en el acero proviene exclusivamente de las adiciones voluntarias de este elemento en el curso de su fabricación. Ejerce una gran influencia sobre la templabilidad del acero, bastando porcentajes muy pequeños, a partir de 0.0004%, para aumentarla notablemente.

Azufre: Aumenta la Maquinabilidad, ya que forma inclusiones no metálicas llamadas sulfuros de magnesio, discontinuidades en la matriz metálica que favorecen la formación de viruta corta.

Cromo: Es un gran formador de carburos, aumenta la dureza y la resistencia al desgaste, y solo reduce la ductilidad. Mejora la resistencia a la alta temperatura y a la formación de cascarilla. En cantidades mayores al 12%, hace al acero resistente a la corrosión.

Fósforo: Incrementa la resistencia y reduce la ductilidad de la ferrita. Aumenta la brillantez. Este elemento, en cantidades superiores al 0.004%, disminuye todas las propiedades mecánicas del acero. Molibdeno: Formador de carburos, reduce el crecimiento del grano, mejora la resistencia al desgaste y la capacidad de conservar la dureza a temperaturas altas.

Cobalto: Elemento que desplaza las curvas TTT hacia la izquierda, aumentando la velocidad crítica y disminuyendo la templabilidad. Aumenta la dureza, y asociado al níquel o al cromo, forman aceros de débil coeficiente de dilatación, cercano al vidrio. Aumenta la velocidad crítica de

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enfriamiento y en los aceros para trabajo en caliente y rápidos incrementa la disipación de temperatura.

Manganeso: Mejora la resistencia a la tracción y al desgaste, tiene buena influencia en la forja, la soldadura y la profundidad de temple. Facilita el mecanizado.

1.2.- CLASIFICACIÓN DE ACUERDO A LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN:

Aceros al carbono: Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas.

Aceros aleados: Estos aceros contienen un proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros de aleación se pueden subclasificar en:

Estructurales: Son aquellos aceros que se emplean para diversas partes de máquinas, tales como engranajes, ejes y palancas. Además se utilizan en las estructuras de edificios, construcción de chasis de automóviles, puentes, barcos y semejantes. El contenido de la aleación varía desde 0,25% a un 6%.

Para Herramientas: Aceros de alta calidad que se emplean en herramientas para cortar y modelar metales y no-metales. Por lo tanto, son materiales empleados para cortar y construir herramientas tales como taladros, escariadores, fresas, terrajas y machos de roscar.

Especiales: Los Aceros de Aleación especiales son los aceros inoxidables y aquellos con un contenido de cromo generalmente superior al 12%. Estos aceros de gran dureza y alta resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión, se emplean en turbinas de vapor, engranajes, ejes y rodamientos.

Aceros de baja aleación ultrarresistentes: Esta familia es la más reciente de las cuatro grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo que sería necesario en caso de emplear acero al carbono. Además, como los vagones de acero de baja aleación pesan menos, las cargas pueden ser más pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios.

Aceros inoxidables: Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas

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extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la

acción de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad.

1.3.- ACERERAS MEXICANAS:

Las plantas de producción y centros de distribución se concentra en las regiones noreste y centro del país, que incluyen los estados Coahuila, Nuevo León, Tamaulipas, San Luis Potosí, Jalisco, Guanajuato, Michoacán, Estado de México, Tlaxcala, Puebla y Veracruz; también existe actividad en los estados Baja California y Yucatán. Así, el 40.6% del territorio nacional está vinculado de manera directa con la industria del acero

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Principales:

1. Arcelor Mittal

24% de la producción total.

Bill Chisholm, director general México.

2. AHMSA (Altos Hornos de México)

21.7% de la producción total.

Luis Enrique Zamudio Miechielsen, CEO.

3. Ternium México

19.8% de la producción total.

Julián Eguren, presidente ejecutivo de Ternium en México.

4. Deacero

14% de la producción total.

Raúl Manuel Gutiérrez Muguerza, director general

5. TAMSA

5.1% de la producción total.

Paolo Rocca, CEO.

Otras acerías en México:

15% de la producción total.

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1.4.- ANTECEDENTES HISTÓRICOS DEL ACERO:

En realidad conseguían una especie de acero: el hierro absorbía carbono de las brasas y se formaba una “piel” de acero en la superficie. “200 A.C.: los indios, fabricantes de acero”. Hacia el 200 A.C., los artesanos de la India dominaban ya un método mejor para producir acero. Colocaban trozos de hierro carbonado o con “piel” de acero en un recipiente de arcilla cerrado, o crisol, y lo calentaban intensamente en un horno.

El carbono se distribuía gradualmente a través del hierro y producía una forma de acero mucho más uniforme. “1740: redescubrimiento del acero al crisol”. En 1740, el inglés Benjamin Huntsman redescubrió el procedimiento indio por casualidad, al calentar una mezcla de hierro y una cantidad cuidadosamente medida de carbón vegetal en un crisol. Pese a la invención de otros procedimientos, siguió prefiriéndose el método del crisol para obtener acero de alta calidad, hasta que en 1902 se inventó el horno eléctrico.

“1856: convertidor Bessemer”. En 1856, el inventor inglés Henry Bessemer patentó un método más barato para fabricar acero en gran escala. Un chorro de aire atravesaba el hierro fundido y quemaba todo el carbono necesario para obtener el acero. Bessemer construyó un recipiente cónico de acero forrado de ladrillos refractarios que se llamó convertidor y que se podía inclinar para vaciarlo. El hierro fundido se vertía en el convertidor situado en posición vertical, y se hacía pasar aire a través de orificios abiertos en la base. El “soplado”, que duraba unos veinte minutos, resultaba espectacular. El primer acero fabricado por este método era quebradizo por culpa del oxígeno absorbido.

“1864: horno de solera abierta”. El mismo año en que Bessemer presentó su procedimiento, los hermanos de origen alemán William y Friedrich Siemens estaban desarrollando un método para precalentar el aire inyectado a los hornos. A cada extremo del horno colocaron cámaras de ladrillos entrecruzados que se calentaban con los gases de la combustión y caldeaban después el aire que se inyectaba en el horno. Dos años más tarde, los hermanos Siemens patentaron un horno de solera para acero que incorporaba sus precalentadores o “regeneradores”. Pero no tuvo éxito hasta que lo mejoraron dos hermanos franceses, Pierre y Emile Martín, en 1864. “1902: acero por arco eléctrico”. William Siemens había experimentado en 1878 con la electricidad para calentar los hornos de acero. Pero fue el metalúrgico francés Paul Héroult (coinventor del método moderno para fundir aluminio) quien inició en 1902 la producción comercial del acero en horno eléctrico. Se introduce en el horno chatarra de acero de composición conocida y se hace saltar un arco eléctrico entre la chatarra y grandes electrodos de carbono situados en el techo del horno. El calor desarrollado por el arco funde la chatarra y produce un acero más puro que el que ha estado en contacto con los gases de combustión. Se puede añadir mineral de acero para alterar la composición del acero, y cal o espato flúor para absorber cualquier impureza.

“1948: proceso del oxígeno básico”. Tras la segunda guerra mundial se iniciaron experimentos en varios países con oxígeno puro en lugar de aire para los procesos de refinado del acero. El éxito se

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logró en Austria en 1948, cuando una fábrica de acero situada cerca de la ciudad de Linz y de Donawitz desarrolló el proceso del oxígeno básico o L-D.

“1950: fundición continua”. En el método tradicional de moldeo, el acero fundido del horno se vierte en moldes o lingotes y se deja enfriar. Luego se vuelven al calentar los lingotes hasta que se ablandan y pasan a trenes de laminado, donde se reducen a planchas de menor tamaño para tratamientos posteriores.

1.5.- CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LA PRODUCCIÓN SIDERÚRGICA

Los metales y las aleaciones empleados en la industria y en la construcción pueden dividirse en dos grupos principales: materiales ferrosos y no ferrosos. Ferroso viene de la palabra ferrum que los romanos empleaban para el fierro o hierro; los materiales ferrosos son aquellos que contienen hierro como componente principal, mientras que los no ferrosos no contienen hierro.

El acero es una aleación de hierro y de carbono, y su fabricación comienza con la reducción de hierro (producción de arrabio) para su posterior conversión en acero.

A la planta industrial dedicada al proceso completo de producir acero a partir del mineral de hierro, se le denomina siderurgia, mientras que se le nombra acería a una planta industrial dedicada exclusivamente a la producción y elaboración de acero partiendo de otro acero o de hierro.

1.6.- EL PROCESO DE PRODUCCIÓN DEL ACERO

El acero se produce en un proceso de dos fases. En la primera, el mineral de hierro es reducido o fundido con coque y piedra caliza, produciendo hierro fundido, que es moldeado como arrabio o conducido a la siguiente fase, como hierro fundido.

En la siguiente figura, se explica el proceso de producción:

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La segunda fase, la de acería, tiene por objetivo reducir el alto contenido de carbono introducido al fundir el mineral y eliminar las impurezas tales como azufre y fósforo, al mismo tiempo que algunos elementos como manganeso, níquel, cromo o vanadio son añadidos en forma de ferro-aleaciones para producir el tipo de acero demandado.

En las instalaciones de colada y laminación se convierte el acero bruto fundido en lingotes o en laminados; desbastes cuadrados (gangas) o planos; y posteriormente en perfiles o chapas, laminadas en caliente o en frío.

Son tres los tipos de instalaciones dedicadas a producir piezas de acero fundidas muy grandes o laminados de acero:

a) Plantas integrales

Una planta integral tiene todas las instalaciones necesarias para la producción de acero en diferentes formatos y propósitos.

b) Acerías especializadas

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Esta planta es productora secundaria de aceros comerciales o plantas de producción de aceros especiales.

c) Laminadoras

Las laminadoras son las máquinas encargadas de producir el acero surgido del proceso de metalurgia y fundición para crear materia prima de acero en forma de planchas o láminas, o formas de acero más elaboradas como hierros redondos (alambrón, varilla), perfiles, barras y tubos sin costura, que pueden ser sometidas a procesos adicionales, para obtener productos secundarios de acero de uso industrial y comercial, para automóviles o autopartes, construcción y edificación, componentes electrónicos y de maquinaria y herrajes, entre otros.

1.7.- MÉTODOS DE PRODUCCIÓN

Los procesos productivos y la maquinaria y equipo utilizados por los principales productores del sector se apoyan en:

I. Alto horno-convertidor al oxígeno, para obtener arrabio y acero;

II. Reducción directa por horno eléctrico para la producción de fierro esponja y acero;

III. Skin Pass, mediante el cual se produce lámina rolada en caliente;

IV. Compact-strip production, para la obtención de planchón delgado para la fabricación de lámina ultra delgada;

V. Trefilado, para que el alambre obtenga distintos grosores y mayor resistencia;

VI. Rolado, se obtiene tubos, placas, perfiles, vigas y ángulos; y

VII. Acabados Superficiales.

La industria siderúrgica

genera los siguientes productos:

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1.8.- CARACTERISTICAS DEL ACERO

PROPIEDADES FÍSICAS DEL ACERO:

Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas del acero debidoa que estas varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientostérmicos, químicos o mecánicos, con los que pueden conseguirse aceros concombinaciones de características adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas propiedades genéricas:

Su densidad media es de 7850 kg/m³. En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir.

El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes de elementos aleantes. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1.510 °C en estado puro (sin alear), sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1.375 °C, y en general la temperatura necesaria para la fusión aumenta a medida que se aumenta elporcentaje de carbono y de otros aleantes, (excepto las aleaciones auténticas que funden de golpe). Por otra parte el acero rápido funde a 1.650 °C. Su punto de ebullición es de alrededor de 3.000 °C

PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO

Tenacidad:

Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir fisuras(resistencia al impacto). El acero es un material muy tenaz, especialmente enalguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas.

Ductilidad:

Es relativamente dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres.Un aumento de la temperatura en un elemento de acero provoca un aumentoen la longitud del mismo. Este aumento en la longitud puede valorarse por la expresión: δL = α δ t° L, siendo a el coeficiente de dilatación, que para el acero vale aproximadamente 1,2 · 10−5 (es decir α = 0,000012).

El acero se dilata y se contrae según un coeficiente de dilatación similar al coeficiente de dilatación del hormigón, por lo que resulta muy útil su uso simultáneo en la construcción, formando un material compuesto que se denomina hormigón armado.

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Maleable:

Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata. La hojalata es una lamina de acero, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por estaño.

Resistencia al desgaste:

Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando está encontacto de fricción con otro material.

Maquinabilidad:

Es la facilidad que posee un material que permitir el proceso de mecanizado. Permite una buena mecanización en máquinas herramientas antes de recibir un tratamiento térmico.

Dureza:

La densidad promedio del acero es 7850 kg/m3. Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. La dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su aleación u otros procedimientos térmicos o químicos entre los cuales quizá el más conocido sea el templado del acero, aplicable a aceros con alto contenido en carbono, que permite, cuando es superficial, conservar un núcleo tenaz en la pieza que evite fracturas frágiles. Aceros típicos con un alto grado de dureza superficial son los que se emplean en las herramientas de mecanizado, denominados aceros rápidos que contienen cantidades significativas de cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. Los ensayos tecnológicos para medir la dureza son Brinell, Vickers y Rockwell, entre otros.

Conductividad eléctrica:

Posee una alta conductividad eléctrica en las líneas aéreas de alta tensión se utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de acero proporcionando éste último la resistencia mecánica necesaria para incrementarlos vanos entre la torres y optimizar el coste de la instalación.

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Fuentes de Información:

El Hierro En La Construcción, Mariano Hernandez. Edit. CEAC, España 1990.

Diseño de Estructuras de Acero, Jack C. McCormac, Edit. Alfaomega, 2° Edición.

El Acero en la Construcción, José Pinos Calvet, Edit. Reverte, Barcelona 1981.

http://www.economia.gob.mx/files/Monografia_Sector_Acero.pdf

Diversos sitios de internet.

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