Composición química del acero

El acero es una aleación de hierro y otros elementos. Algunos elementos se agregan intencionalmente al hierro con el fin de lograr ciertas propiedades y características específicas. Otros elementos están presentes incidentalmente y no se pueden eliminar fácilmente. Estos elementos se denominan elementos "traza" o "residuales".

Muchas especificaciones de productos tienen requisitos obligatorios para informar ciertos elementos y estos varían. La mayoría de los molinos rutinariamente proporcionan análisis de calor que incluye los elementos a continuación. Aunque es posible analizar otros elementos, esto a menudo no es práctico o necesario a menos que sean adiciones (por ejemplo, pb-plomo, sb-antimonio o co-cobalto).

C-carbono

Mn-manganeso

P-fósforo

S-azufre

Si-silicio

Cu-cobre

Ni-níquel

Cr-cromo

Mo-molibdeno

V-vanadio

Cb (nb) -columbio (niobio)

Ti-titanio

Al-aluminio

N-nitrógeno

B-boro

Sn-estaño

Ca-calcio

Hay miles de aleaciones de acero y su categorización es compleja y varía según el órgano de gobierno. La mayoría, sin embargo, se pueden agrupar ampliamente en acero al carbono liso, acero de carbono ultra bajo (ulc), acero de baja aleación de alta resistencia (hsla), acero de aleación, acero de alta aleación (incluido el acero inoxidable y el acero para herramientas) y acero eléctrico. Acero de alta resistencia avanzado (ahss) es la más nueva clasificación de aceros.

Elementos de aleación a menudo sirven para diferentes propósitos en diferentes aceros. Por ejemplo, el manganeso contribuye a la resistencia y dureza del acero en la condición de laminado, pero otra característica importante es su capacidad para aumentar la templabilidad, que es crítica en el tratamiento térmico.

El efecto de los elementos de aleación en las propiedades del acero es un tema enorme. El siguiente es un resumen muy superficial de la influencia de los elementos anteriores en productos laminados planos comunes. Se puede encontrar más información en los sitios web de los órganos rectores y sociedades de información de materiales como asm international.

El carbono es el elemento de endurecimiento principal en acero. La dureza y la resistencia aumentan proporcionalmente a medida que el contenido de carbono aumenta hasta aproximadamente el 0,85%. El carbono tiene un efecto negativo sobre la ductilidad, la soldabilidad y la tenacidad. El rango de carbono en acero ulc es generalmente 0. 002-0. 007%. El nivel mínimo de carbono en acero al carbono liso y hsla es 0.02%. Los grados llanos del acero de carbono suben a 0.95%, aceros del hsla a 0.13%.

El manganeso está presente en todos los aceros comerciales como una adición y contribuye significativamente a la resistencia y dureza del acero de la misma manera pero en menor grado que el carbono. El manganeso mejora dureza fría del impacto de la temperatura. Aumentar el contenido de manganeso disminuye la ductilidad y la soldabilidad. El contenido típico de manganeso es 0. 20-2. 00%.

El fósforo es más a menudo un residuo, pero puede ser una adición. Como una adición aumenta la dureza y la resistencia a la tracción. Es perjudicial para la ductilidad, la soldabilidad y la tenacidad. El fósforo también se utiliza en acero de alta resistencia re-fosforizado para paneles de carrocería de automóviles. Las cantidades típicas como residuo son inferiores al 0,020%.

Azufre está presente en las materias primas utilizadas en la fabricación de hierro. El proceso de fabricación de acero está diseñado para eliminarlo, ya que casi siempre es una impureza perjudicial. Una cantidad típica en acero comercial es 0,012%, y 0,005% en hsla conformable.

El silicio puede ser una adición o un residuo. Como adición tiene el efecto de aumentar la resistencia, pero en menor medida que el manganeso. Una adición mínima típica es de 0.10%. Para aplicaciones posteriores a la galvanización, el máximo residual deseado es 0,04%.

Cobre, níquel, cromo (cromo), molibdeno (molibdeno) y estaño son los residuos más comúnmente encontrados en el acero. La cantidad en la que están presentes se controla mediante la gestión de la chatarra en el proceso de fabricación de acero. Normalmente, las cantidades residuales máximas especificadas son 0,20%, 0,20%, 0,15% y 0,06% respectivamente para cobre, níquel, cromo y molibdeno, pero los límites aceptables dependen principalmente de los requisitos del producto. El cobre, el níquel, el cromo y el molibdeno, cuando son adiciones, tienen efectos de mejora muy específicos sobre el acero. Por lo general, no se especifica un máximo residual de estaño, pero su contenido en acero normalmente se mantiene en 0.03% o menos debido a sus características perjudiciales.

Vanadio, columbio y titanio son elementos de fortalecimiento que se agregan al acero por separado o en combinación. En cantidades muy pequeñas pueden tener un efecto muy significativo, por lo que se denominan microaleaciones. Cantidades típicas son de 0,01 a 0,10%. En acero ultra bajo en carbono, titanio y columbio se agregan como agentes "estabilizadores" (lo que significa que se combinan con el carbono y el nitrógeno que quedan en el acero líquido después de la desgasificación al vacío). El resultado final es conformabilidad superior y calidad superficial.

El aluminio se utiliza principalmente como un agente desoxidante en la fabricación de acero, combinando con el oxígeno en el acero para formar óxidos de aluminio que pueden flotar en la escoria. Por lo general, el 0,01% se considera el mínimo requerido para el "acero matado con aluminio". El aluminio actúa como un refinador de grano durante el laminado en caliente al combinarse con nitrógeno para producir precipitados de nitruro de aluminio. En el procesamiento aguas abajo los precipitados de nitruro de aluminio pueden controlarse para afectar las propiedades de la bobina.

El nitrógeno puede ingresar al acero como una impureza o como una adición intencional. Típicamente los niveles residuales están por debajo de 0,0100 (100 ppm).

El boro se agrega más comúnmente al acero para aumentar su templabilidad, pero en aceros con bajo contenido de carbono se puede agregar para atar nitrógeno y ayudar a reducir el alargamiento del punto de fluencia minimizando así las roturas de la bobina. Al mismo tiempo, cuando se procesa adecuadamente, el producto tendrá una excelente conformabilidad. Para este propósito se añade en cantidades de hasta aproximadamente el 0,009%. Como un residuo en el acero es generalmente menos de 0,0005%.

El calcio se añade al acero para el control de la forma del sulfuro para aumentar conformabilidad (combina con el azufre para formar inclusiones redondas). Se usa comúnmente en aceros hsla especialmente en los niveles de resistencia más altos. Una adición típica es 0,003%.