Acero

El Acero es Hierro con una proporción de Carbono intermedia entre las de la fundición y la del hierro forjado. Generalmente contiene Manganeso. Frecuentemente se añaden otros elementos, como Silicio, Níquel, Cromo, Wolframio, Vanadio y Molibdeno, con objeto de obtener aceros especiales.

El Acero se obtiene eliminando las impurezas de la fundición de primera fusión, y añadiendo luego las cantidades adecuadas de Carbono, Manganeso y otros elementos. La mayor parte del Acero se produce por dos procedimientos: El de Bessemer y el de Siemens-Martin.

Procedimiento Bessemer

El Hierro en bruto fundido se vierte en un convertidor Bessemer, revestido de arena o magnesia, que actúa de fundente, y montado sobre cojinetes que permiten vaciar el producto acabado. A través del metal fundido se inyecta una corriente de aire.

La oxidación del carbono, del manganeso y del silicio desprende calor suficiente para aumentar la temperatura de la masa hasta el punto de Fusión del Hierro Dulce.

Una vez quemadas las impurezas, se añade la cantidad necesaria de Carbono y Manganeso en forma de aleación llamada Fundición Especular. Luego se hace girar el convertidor sobre sus cojinetes, y el acero fundido se vierte en moldes.

Procedimiento Siemens-Martin

El Hierro en bruto (que generalmente se extrae directamente de los altos hornos sin dejarlo solidificar), se mezcla con algo de chatarra y de mineral de hierro (para proporcionar el Oxigeno necesario) y se coloca en la solera de un horno calentado con gas, sobre una gruesa capa de cal y magnesia calcinadas.

El Oxigeno del mineral oxida poco a poco el Carbono, el Silicio y las demás impurezas; el Monóxido de Carbono se escapa y los óxidos de Silicio y de Fósforo son absorbidos por el revestimiento básico.

Para economizar combustible y lograr una temperatura suficientemente elevada, Siemens ideó calentar previamente el gas combustible y el aire por un procedimiento regenerativo. Los gases calientes que salen del horno pasan por unos conductos sinuosos de ladrillo, comunicando a éstos calor.

Al cabo de pocos minutos los ladrillos adquieren elevada temperatura. Se invierten entonces las válvulas, y la mezcla de gas combustible y aire pasa por las cámaras calientes, se caldea previamente y arde en forma de enorme soplete sobre el hierro de la solera. Los gases calientes salen luego por otra serie de cámaras del lado opuesto del horno, calentando su mampostería.

Cuando se han eliminado las impurezas y el análisis de una muestra prueba que el metal contiene la cantidad apropiada de Carbono, se añade Ferromanganeso, como en el procedimiento Bessemer.

Durante la colada se agrega algo de Aluminio o Ferrotitanio para que se combine con el Oxígeno y el Nitrógeno disueltos, dando un lingote más limpio (sin sopladuras).

Otros Procedimientos

Algunos Aceros especiales se fabrican fundiendo hierro dulce con la cantidad necesaria de carbono y manganeso en un crisol. El Acero al Crisol suele ser un acero de calidad para herramientas, y con él se hacen navajas de afeitar, limas, plumas y cuchillería.

También se produce acero muy fino en el horno eléctrico, en el que la temperatura se regula fácilmente y se evita la presencia del azufre y el fósforo (proveniente del cok). El Acero obtenido en el horno eléctrico es más denso que otras variedades; libre de sopladuras (gases ocluidos) y escoria. Puesto que en el horno eléctrico pueden alcanzarse temperaturas elevadas, se fabrican por este procedimiento aceros especiales de alto punto de fusión.

Aceros al Carbón. Templado y Revenido

Los Aceros Dulces contienen poco Carbono (hasta 0.2%), y son completamente dúctiles. Al aumentar la proporción de Carbono, el Acero se endurece y adquiere más tenacidad.

Los Aceros Medios, usados para railes y construcciones, contienen de un 0.2% a un 0.6% de Carbono.

Los Aceros Dulces y Medios pueden forjarse y Soldarse. Un Acero muy duro y quebradizo, como el apropiado para instrumentos quirúrgicos y hojas de afeitar, se obtiene calentando un acero rico en Carbono (0.75% a 1.50%) a elevada temperatura y enfriándolo bruscamente en agua o aceite (templado).

Volviendo a calentar con precaución el acero templado a 250-300°C, se hace menos quebradizo, conservando, no obstante, su dureza. El grado de Dureza se regula por la temperatura a que se recalienta el acero durante el Revenido, y que se calcula observando el color de la capa de óxido que se forma en su superficie: amarillo pálido (230°C), pardo (260°C), púrpura (275°C) y azul (300°C).

Aceros especiales o de Aleación

Durante el proceso de fabricación del acero se añaden al hierro pequeñas cantidades de otros elementos, como manganeso, aluminio, titanio y silicio, destinados a combinarse con los gases disueltos y eliminándolos. Dichos elementos actúan a modo de “barrenderos”, y sus óxidos y nitruros pasan a la escoria.

Sin embargo, cuando éstos u otros metales se añaden en mayores proporciones, el exceso queda en el producto final en estado de disolución sólida o en combinación, y se obtienen así los aceros de aleación o aceros especiales.

Algunos de los más importantes son los siguientes:

Ejemplos de Aceros

Acero Dulce

Acero Medio

Acero al Carbón Templado

Acero al Carbón Revenido

Acero al Manganeso

Acero al Cromo-Vanadio

Acero al Wolframio

Acero al Molibdeno

Acero al Níquel

Aleación invar

Acero al Niquel-Cromo

Acero 18-8