Compuesto principalmente de hierro y carbono, el acero es un material clave en la industria debido a su resistencia y versatilidad.
El acero es, por lejos, el material más ampliamente utilizado para construir la infraestructura del mundo y las industrias, además de emplearse en todos los aspectos de nuestra vida: en automóviles y productos de construcción, heladeras y lavarropas, buques de carga y bisturís quirúrgicos.
Es decir, el acero está presente en nuestra vida cotidiana como pieza fundamental.
En este artículo, exploraremos aún más el origen del acero, sus aplicaciones en varios sectores, su producción, tipos y propiedades. Prepárese para conocer todo sobre este recurso esencial.
¿Qué es el acero?
El acero es una aleación de hierro con una pequeña cantidad de carbono y, ocasionalmente, otros elementos, lo que lo convierte en un metal extremadamente fuerte y versátil. — El carbono influye directamente en su resistencia y durabilidad.
Sin embargo, se ha desarrollado una gran variedad de aceros diferentes mediante la adición de otros elementos de aleación, como cromo, manganeso, níquel, molibdeno y silicio. Estos componentes pueden aportar propiedades aún más eficientes, como resistencia al desgaste o a la corrosión.
Por lo tanto, existe prácticamente un tipo de acero para cada aplicación.
¿De qué está hecho el acero?
El acero se compone esencialmente de hierro y carbono, pero también incluye la adición de otros elementos que dan lugar a distintos tipos de este material.
El acero bajo en carbono, a menudo llamado acero dulce, está compuesto principalmente de hierro y contiene menos del 0,25 % de carbono y cantidades similares de manganeso, así como trazas de fósforo y azufre.
Un tipo común de acero inoxidable, como el 304, contiene aproximadamente un 70% de hierro, al menos un 18 % de cromo y un 8 % de níquel. El manganeso, el silicio, el fósforo y, por supuesto el carbono, también están presentes en proporciones variables en este tipo de acero. Otros elementos que pueden componer diferentes tipos de acero son el molibdeno y el vanadio.
Por lo tanto, existen múltiples categorías para cada tipo de acero, con variaciones en sus composiciones diseñadas para presentar características distintivas.
¿Cómo es producido el acero?
La industria siderúrgica es la encargada de la producción de este material imprescindible, utilizado en todo el mundo. En general, el proceso industrial utiliza óxidos de hierro o mineral de hierro mezclado con arena fina y carbón mineral o vegetal para la producción de acero.
El carbón desempeña dos funciones esenciales en el proceso productivo: como combustible y como agente reductor.
Para que el acero sea producido, pasa por cinco fases en el proceso de fabricación. La primera es el transporte del mineral de hierro mediante correas transportadoras, seguida por la preparación de las materias primas, la reducción, el refinado y, finalmente, la etapa de laminación. A continuación, vamos a comprender cada una de estas etapas con más detalle.
Minería y transporte
El mineral de hierro y el carbón metalúrgico, las dos principales materias primas en la fabricación del acero, se extraen de minas a cielo abierto y subterráneas en todo el mundo y se transportan por correas transportadoras en las distintas etapas del proceso.
Preparación de la matéria prima
Existen tres materias primas principales necesarias para fabricar acero: mineral de hierro, carbón y chatarra de acero.
En la primera etapa del proceso productivo, el mineral de hierro se aglomera con la utilización de cal y finos de coque. Al final de esta etapa, el producto resultante se denomina sínter.
El carbón utilizado pasa por un tratamiento en la planta de coquería y se transforma en coque. La producción de coque a partir del carbón utilizado en la fabricación del acero se denomina coquificación.
El carbón usado en este proceso es conocido como carbón coquizable, sustancia esencial en la reducción del mineral de hierro a metal líquido, ya que se combina con el oxígeno en presencia de piedra caliza, creando dióxido de carbono, hierro y escoria.
Reducción
Las materias primas se cargan en el alto horno y el calor producido funde la carga metálica, iniciando un nuevo proceso, que es la reducción del mineral de hierro a un metal líquido llamado arrabio.
El coque se degrada física y químicamente y se inyecta desde la base del alto horno. La separación ocurre cuando el carbono del coque entra en contacto con el oxígeno del hierro.
Refinación
Tras la reducción, el siguiente paso es el refinado del arrabio. Para ello, se utilizan acerías al oxígeno o eléctricas, que transforman el arrabio líquido y la chatarra de hierro en acero líquido. Para obtener este resultado, parte del carbono contenido en el arrabio se elimina junto con otras impurezas. Luego, el acero líquido se solidifica en equipos de colada continua que producen productos semielaborados, lingotes y
bloques.
Laminación
Por último, la etapa de laminación del acero es cuando las chapas o tiras de acero son moldeadas mecánicamente. Este proceso, en realidad, es una deformación física causada por dos o más cilindros a partir de su rotación constante.
El objetivo de esta etapa es proporcionar un nuevo perfil al acero, así como refinar sus microestructuras.
Durante la laminación del acero, hay una reducción en el espesor de la pieza de trabajo, además de un aumento en su longitud y anchura.
Uso cotidiano
Las piezas de acero laminadas están presentes en la vida diaria, ya que se utilizan en las industrias automotriz, vial, ferroviaria, de la construcción civil y minera, desde automóviles hasta puentes, desde barcos hasta envases de alimentos, y desde edificios altos hasta lavarropas.
¿Qué es el arrabio?
El arrabio es el resultado de la fundición de mineral de hierro con un combustible de alto contenido de carbono y un agente reductor, como el coque, utilizando generalmente piedra caliza como fundente. — El carbón vegetal y la antracita también se utilizan como combustible y reductor.
Por lo tanto, la producción de arrabio ocurre cuando el mineral de hierro se funde en altos hornos, siendo la mayor parte de este recurso producida y utilizada dentro de complejos integrados de siderurgia.
Propiedades del acero
El acero es ampliamente utilizado debido a sus propiedades específicas en combinación con su costo relativamente bajo. Comparado con muchos otros materiales utilizados en la construcción y en la fabricación de herramientas (como madera, piedra, hormigón o hierro fundido), las aleaciones de acero ofrecen las siguientes ventajas:
- Dureza: resistencia a la deformación al presionarse con una presión que aumenta gradualmente;
- Tenacidad: cuando un material se deforma, la tenacidad describe cuánto se estira antes de fracturarse;
- Límite elástico: resistencia a cambiar de forma bajo tensión con una presión que aumenta gradualmente;
- Resistencia a la tracción: capacidad del material para resistir la tracción antes de romperse;
- Maleabilidad: capacidad de moldearse mediante martillado o prensado sin romperse;
- Ductilidad: capacidad de moldearse sin perder tenacidad: trabajar los metales suele hacerlos más frágiles, pero los materiales dúctiles no se vuelven frágiles tan rápidamente después de trabajarlos.
Tipos de acero
Hay cuatro grupos principales de aleaciones de acero:
- Aceros al carbono
- Aceros inoxidables
- Aceros aleados
- Aceros para herramientas
Aceros al carbono
Los aceros al carbono pueden clasificarse como de bajo, medio y alto carbono, variando principalmente en dureza y ductilidad. Los aceros de bajo carbono, llamados aceros suaves, tienden a ser más dúctiles en comparación con otros tipos, pero también ofrecen menor dureza. Por su parte, los aceros de alto carbono son más duros, aunque normalmente poseen una ductilidad inferior.
Aceros inoxidables
Resistente a la corrosión, el acero inoxidable es un “material verde” por excelencia y puede reciclarse infinitamente. En la construcción civil, su tasa real de recuperación es cercana al 100%. El acero inoxidable es ambientalmente neutro e inerte, y su durabilidad asegura que cumpla con las demandas de una construcción sostenible. Además, no libera partículas cuando entra en contacto con otros elementos, como el agua.
¿Cuál es la diferencia entre el acero común y el acero inoxidable?
La principal diferencia entre el acero común y el acero inoxidable está en la adición de cromo al acero inoxidable, lo que le proporciona su propiedad anticorrosiva distintiva.
Además, pueden añadirse otros elementos para conferir características específicas necesarias para diferentes aplicaciones. De esta forma, el acero inoxidable es más resistente que el común, más confiable y presenta mayor durabilidad, considerándose un material de calidad premium.
¿Cuáles son los grados de acero inoxidable?
Los grados de acero inoxidable se categorizan de acuerdo con su composición química y las características que ofrecen.
Algunos grados destacados incluyen:
→ Acero inoxidable 304: Es uno de los tipos austeníticos más comunes y versátiles. Contiene un 18% de cromo y un 8% de níquel, lo que le otorga excelente resistencia a la corrosión y una amplia gama de aplicaciones en entornos domésticos e industriales.
→ Acero inoxidable 316: Similar al 304, pero con la adición de molibdeno, lo que proporciona una resistencia aún mayor a la corrosión, especialmente frente a cloruros. Es la elección ideal para entornos más exigentes, como instalaciones marinas o en contacto con soluciones salinas.
→ Acero inoxidable 410: Un acero inoxidable martensítico, conocido por su buena resistencia al desgaste y su capacidad de ser endurecido. Se utiliza con frecuencia en aplicaciones que requieren resistencia mecánica y una resistencia moderada a la corrosión.
→ Acero inoxidable 430: Es un acero inoxidable ferrítico muy utilizado en decoración y componentes de apariencia debido a su acabado brillante y resistencia a la corrosión, aunque es menos resistente que los austeníticos.
Aceros aleados
Los aceros aleados se producen combinando acero con elementos de aleación adicionales, como níquel, cobre, cromo y/o aluminio. La adición de estos elementos mejora la resistencia, la ductilidad, la resistencia a la corrosión y la maquinabilidad del acero.
Aceros para herramientas
El acero para herramientas es un tipo de acero de alto carbono al que se le añaden elementos como tungsteno, vanadio o molibdeno, y que pasa por tratamiento térmico y temple para obtener una dureza superior.
Este tipo de acero se utiliza en la fabricación de herramientas debido a su gran capacidad para mantener el filo y su resistencia al desgaste.
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