Presentacin de PowerPoint
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE INGENIERIA
CIVIL
EL ACERO
DEFINICIN
Se denomina Acero a aquellos productos ferrosos cuyo porcentaje
de Carbono est comprendido entre 0,05 y 1,7%. El Acero es uno de
los materiales de fabricacin y construccin ms verstil y adaptable.
Ampliamente usado y a un precio relativamente bajo, el Acero
combina la resistencia y la trabajabilidad, lo que se presta a
fabricaciones diversas. Asimismo sus propiedades pueden ser
manejadas de acuerdo a las necesidades especificas mediante
tratamientos con calor, trabajo mecnico, o mediante aleaciones. El
Acero funde entre 1400 y 1500C pudindose moldear ms fcilmente que
el Hierro. Resulta ms resistente que el Hierro pero es ms propenso
a la corrosin. Posee la cualidad de ser maleable, mientras que el
hierro es rgido.
MATERIA PRIMA La composicin de un acero viene definida por su
frmula qumica, fundamentalmente hierro y carbono, as como la
presencia de una variada gama de metales que aportan las
caractersticas especiales y necesarias para cada tipo de
utilizacin.
Para la elaboracin del acero en horno elctrico (hoy en da el ms
usado) se parte de chatarra seleccionada que se mezcla con
ferroaleaciones para obtener la composicin qumica y especificacin
deseada, siendo imprescindible la adicin de otros elementos,
denominados fundentes, que colaboran en el proceso de obtencin del
acero absorbiendo y eliminando los elementos indeseables.
obtencinEl acero esuna aleacin dehierroconuna pequea cantidad
decarbono(siempremenor al 1,76%).El acero se obtiene en elhorno
convertidora travs de una operacin que se denominaafino, uno de los
mtodos ms empleados para realizar el afino es el sistema de
inyeccin de oxgeno (LD).Este sistema consiste en lo siguiente:
Qu metemos en el convertidor?
Qu obtenemos del convertidor?Finalmente iniciamos el proceso
decolada, para ello inclinamos parcialmente el convertidor para que
caiga solo la escoria (como cuando tratamos de eliminar solo la
nata que queda encima de un vaso de leche). Una vez eliminada la
escoria se vuelca totalmente el convertidor para que caiga el acero
dentro de los moldes que tendrn la forma de las piezas que queremos
obtener
Losacerossepuedenmezclarconotros elementos qumicos (silicio,
cromo, nquel, manganeso,....) para obteneraceros aleados, pudiendo
obtener en funcin del elemento con el que juntemos y su cantidad
podemos obtener acero con mltiples propiedades y para mltiples
aplicaciones. Esto no ocurre as para las fundiciones.
Por ejemplo, el acero mezclado con cromo se vuelve inoxidable o
si le aadimos wolframio evitamos que se ablande cuando se calienta
demasiado.
CLASIFICACIN DEL ACERO Los diferentes tipos de acero se
clasifican de acuerdo a los elementos de aleacin que producen
distintos efectos en el Acero:
ESTRUCTURALESSon aquellos aceros que se emplean para diversas
partes de mquinas, tales como engranajes, ejes y palancas. Adems se
utilizan en las estructuras de edificios, construccin de chasis de
automviles, puentes, barcos y semejantes. El contenido de la
aleacin vara desde 0,25% a un 6%.PARA HERRAMIENTASAceros 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.ESPECIALESLos Aceros de Aleacin
especiales son losaceros 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 corrosin, se
emplean en turbinas de vapor, engranajes, ejes y rodamientos.
PROPIEDADES DEL ACERO
Estas propiedades se determinan mediante la realizacin de
diferentes pruebas o ensayos, para determinar qu material es el que
emplearemos para el fin que le queramos dar.
CORROSIN DEL ACERO Es la interaccin del hierro con el medio que
lo rodea (oxgeno y humedad), producindose el consiguiente deterioro
del mismo en sus propiedades tanto fsicas como qumicas, al formarse
el herrumbre o hidrxido de hierro (III). La corrosin del acero es
un fenmeno natural que afecta a ste de una mayor o menor manera, en
funcin de las condiciones de contorno en las que se encuentra. La
existencia de humedad y de iones favorece los procesos de corrosin,
por lo que stos suelen ser ms frecuentes e importantes en ambientes
marinos.A medida que avanza la corrosin se produce una disminucin
de la seccin resistente de las armaduras, empeorando las
caractersticas del acero de las siguientes formas: - Aumenta la
deformacin de las vigas bajo cargas de servicio y disminuye su
capacidad resistente ltima.- Modifica el tipo de rotura, por
ejemplo muchas vigas que deberan romper a momento flector rompen a
cortante.
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As mismo, si el acero est embebido en el hormign su corrosin
produce la aparicin de xidos cuyo volumen es mucho mayor que el
material de partida. Este aumento de volumen produce la aparicin de
presiones en el interior del hormign que, en casos extremos, pueden
hacer saltar la capa de recubrimiento, y en casos ms normales
producir la aparicin de fisuras que faciliten la entrada de agentes
agresivos y, por lo tanto, aceleran los procesos de oxidacin en
curso.
CLASIFICACIN DE LOS PROCESOS DE CORROSINSEGUN LA
FORMAUNIFORMELOCALIZADADisolucin uniforme de la superficiePor
placasPor grietasPor picadoIntergranularFisurante
Figura 1: Resumen esquemtico de varios tipos de corrosin22
Es necesario tener en cuenta que un sistema en corrosin no est
en equilibrio. La cantidad de un metal uniformemente corrodo
durante un perodo de tiempo se puede determinar utilizando las
leyes de Faraday. As el pesowdel metal corrodo en una disolucin
acuosa en un tiempo t ser igual a:w=ItM (1) nFdonde:I: Flujo de
corriente (en amperes=A)M: masa atmica del metal (g/mol)n=nmero de
electrones/tomo producido o consumido en el procesoF: Constante de
Faraday.t= tiempoGeneralmente en corrosin se utiliza un valor de
corriente ipor unidad de rea (densidad de corriente, en Acm-2), por
lo que I=iA y reemplazando en la ecuacin (1):w=iAtM nF
B) CORROSIN LOCALIZADA:La corrosin localizada se produce cuando
las reas andicas (de oxidacin) y las catdicas (de reduccin) estn
separadas unas de otras dando lugar a la disolucin del metal en un
rea restringida. La corrosin localizada puede ocurrir tanto a
escala microscpica como macroscpica de diversas formas tales
como:
Tabla 2. Resistencia relativa al ataque por picado de algunas
aleaciones resistentes a la corrosin uniforme en orden creciente (1
corresponde al de menor y 5 al de mayor resistencia a la
corrosin)1.Acero inoxidable tipo AISI 304
2.Acero inoxidable tipo AISI 3163.Hastelloy F, Nionel o Durimet
204.Hastelloy C o Chlorimet 3
5.Titanio
Cuando un metal est totalmente sumergido la corrosin se puede
acelerar en ciertas regiones tales comogrietas(aberturas de unos
pocos milmetros), donde el flujo de solucin est restringido
(regiones estancadas). Este tipo de corrosin es frecuente
encontrarla en juntas, remaches, pernos, tornillos, entre vlvulas,
bajo depsitos porosos.
Tanto en el caso decorrosin por picadocomo en el decorrosin por
grietasentre el interior y el exterior de la grieta o picadura
puede ocurrir que aparezca una diferencia de concentracin de iones
o de oxgeno (celda de aireacin diferencial). All la pequea regin
interna de la grieta se transforma en nodo y la externa en
ctodo.
Fig.2 : reacciones de corrosin en la superficie de acero.
Fig. 4 Corrosin intergranular de una soldadura de acero
inoxidable
CAUSAS DE CORROSIN
Fig. 5: Una celda de concentracin de oxigeno.Qu electrodo ser el
nodo? La reaccin de la celda tender a igualar la concentracin de
oxgeno en ambos compartimientos por lo tanto donde hay mayor
concentracin de oxgeno ste se reducir y los electrones necesarios
sern provistos por la disolucin del hierro del otro compartimiento
que consecuentemente ser el nodo. Por lo tanto, en general las
zonas ms pobres de oxgeno sern nodos y all la corrosin del metal se
acelerar
ia) Influencia de la composicin del electrolito sobre las
reacciones de la celda galvnicaConsideremos una pila galvnica en la
que los electrodos de hierro (Eo= -0.44 V) y cobre (Eo= 0.37 V)
estn sumergidos en una disolucin acuosa. De acuerdo a las
caractersticas de la solucin podrn ocurrir diferentes reacciones
catdicas (Tabla 5) que acompaarn a la reaccin andica de disolucin
del hierro:
Fe ---> Fe2++ 2 e-
Tabla 5 Reacciones que ocurrirn en el ctodo de cobre de una
celda galvnica Fe-Cu de acuerdo al electrolito
Reaccin del ctodo que acompaa a la oxidacin del
hierroElectrolito1. Deposicin metlica del cobreContiene iones
Cu2+2.Desprendimiento de hidrgenoNo contiene iones Cu2+y no
contiene oxgeno3.Reduccin de oxgeno (solucin cida)O2+ 4 H++ 4
e---> 2 H2OSolucin cida con oxgeno (aireada)4. Reduccin de
oxgeno (solucin alcalina o neutra)O2+ 2 H2O + 4 e---> 4
OH-Solucin alcalina o neutra sin la presencia de iones cobre.
ib) Celdas galvnicas microscpicasLas celdas galvnicas pueden
formarse tambin a nivel microscpico en metales y aleaciones por
diferencias en su composicin, estructura y concentracin de
tensiones. Teniendo en cuenta los factores metalrgicos que le dan
lugar podemos encontrar:1. Celdas galvnicas por fronteras
intergranulares2. Celdas galvnicas multifsicas3. Celdas galvnicas
por impurezas.
1. En muchos metales las fronteras intergranulares son ms
activas (ms andicas) que la matriz granular. El motivo de este
comportamiento andico se relaciona con la alta energa que tiene
esta zona debido a la desorganizacin atmica, tambin puede existir
segregacin de soluto y migracin de impurezas hacia las fronteras.
(Recordar que cuando se estudio imperfecciones cristalinas se vio
los lmites de granos como uno de ellas). Existen casos sin embargo
en que el proceso es inverso y la frontera intergranular es el
ctodo. Estas dos situaciones se muestran en las figuras
siguientes:
Fig. 6 Corrosin en o cerca de las fronteras de grano. a) La
frontera de grano es el nodo de una celda galvnica y sufre corrosin
b) La frontera de grano es el ctodo y las regiones adyacentes
sirven de nodos.
Uno de los ejemplos ms importantes de este tipo de corrosin es
la que tiene lugar en algunos aceros inoxidables austenticos (18%
Cr, 8 % Ni) que se ha visto previamente entre los casos de corrosin
localizada (corrosin intergranular).2. En una aleacin de fase
mltiple se crean celdas galvnicas entre las fases. Un ejemplo lo
constituye la fundicin de hierro gris perltica que consta de
hojuelas de grafito en una matriz perltica. El grafito es ms noble
(ms fcilmente reducible) que la matriz circundante creando celdas
galvnicas muy activas.3. Las impurezas en un metal o aleacin pueden
conducir a la precipitacin de fases intermetlicas. Muchos metales
contienen cierto grado de impurezas que es muy costoso eliminarlas
y que dan lugar a la formacin de regiones andicas o catdicas muy
pequeas.
Como evitar la corrosin La corrosin intergranular del acero
austentico puede ser controlada de la siguiente formas:1.
Utilizando un tratamiento de calentamiento a alta temperatura
despus de soldar, seguido de un enfriamiento con agua. As los
carburos sern redisueltos y podrn volver a formar la solucin
slida.2. Aadiendo aleantes tales como el niobio y titanio que
tienen mayor afinidad por el carburo que el cromo.3. Bajando el
contenido de carbono por debajo del 0.03 % (Acero 304L "L"del ingls
"Low" bajo contenido en carbono).
Para prevenir la corrosin por grietas es necesario tener en
cuenta ciertas recomendaciones en el diseo de las instalaciones:1.
Utilizar ensambles soldados en vez de remachados o atornillados.2.
Disear dispositivos para drenaje de soluciones estancadas.3. Usar
juntas no absorbentes, tales como Teflon por ejemplo.
La manera ms simple de evitar la corrosin es formar una barrera
entre el metal y la atmsfera . Esta puede ser: una capa de pintura
(pinturas de minio: xido de plomo) una capa de aceite (grasas,
plsticos sintticos) Otra forma consiste en recubrir el hierro de
una fina capa de otro metal ms activo frente al oxgeno, como el
cinc o cromo (hierro galvanizado). Normalmente Se forma una pila
electroqumica, donde el metal ms activo hace de nodo de sacrificio
y se oxida, as se protegen las tuberas subterrneas de hierro o los
cascos de los barcos, que quedan protegidas catdicamente.
ACEROS AREQUIPAACEROS AREQUIPA
TABLA DE PROPIEDADES FISICAS DE CARBONO Y HIERRO
PROCESO DE ACERA
GRACIAS
