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CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
Es una aleación de hierro con carbono y en menor grado con manganeso (Mn), silicio (Si), fósforo (P) y azufre (S). El carbono no deberá estar arriba del 2 %.
Aceros de bajo contenido de carbono : 0.05% a 0.30%
Aceros de medio contenido de carbono: 0.30% a 0.45%
Aceros de alto contenido de carbono: 0.45% a 0.75%
Muy alto contenido de carbono: 0.75% a 0.95% o más.
Aceros de baja aleación: 1.2% a 5% suma de aleantes.
Aceros de media aleación: 5% a 10% suma de aleantes.
Aceros de alta aleación: 10% en adelante.
Definición de Acero:
EJEMPLO: ACERO SAE 2330
CLASIFICACIÓN AISI –SAE PARA ACEROS
SIGNIFICADO:
SAE Norma.
2 Que pertenece al grupo 2 de la clasificación SAE.
3 Contiene el 3% del elemento de aleación, indicado en el grupo 2.
30 Indica que contiene 30 puntos de carbono o sea 30% de carbono.
AISI: American Iron and Steel Institute (Instituto Americano del Hierro y el acero)
SAE: Society of Automotive Engineers (Sociedad de Ingenieros Automotrices)
A continuación se presenta una relación de aceros, considerando el primer dígito de la izquierda, que nos indica a que grupo de aleación pertenecen.
CLASIFICACIÓN PARCIAL SAE – AISI PARA ACEROS
En general cuatro números identifican a un ACERO AL CARBONO y tres un ACERO INOXIDABLE.
GRUPO ELEMENTO DE ALEACIÓN
1 Carbono
2 Níquel
3 Níquel – Cromo
4 Molibdeno
5 Cromo
6 Cromo – Vanadio
7 Tungsteno
8 Cromo – Níquel – Molibdeno
9 Silicio – Manganeso
CLASIFICACIÓN AISI/SAE PARA ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIÓN
10XX Aceros al Carbono
11XX Aceros al Carbono Re sulfurado
12XX Aceros al Carbono Re sulfurado y Re fosforado
13XX Acero al Manganeso (1.7%)
23XX Aceros al Níquel (3.5%)
25Xx Aceros al Níquel (5.0%)
31XX Aceros al Níquel – Cromo (1.25% Ni, 0.6% Cr)
33XX Aceros al alto Níquel – Cromo (3.5% Ni, 1.5% Cr)
40XX Acero al Carbono Molibdeno (0.20 a 0.25% Mo)
41XX Acero al Cromo Molibdeno (0.5, 0.8, 0.95% Cr; 0.12, 0.20, 0.30% Mo)
43XX Acero al Cromo Níquel Molibdeno (1.83% Ni, 0.5-0.8% Cr, 0.25% Mo)
44XX Acero al alto Molibdeno (0.53% Mo)
46XX Acero al Níquel Molibdeno (0.85-1.85% Ni, 0.20-0.25% Mo)
48XX Acero al Alto Níquel Molibdeno (3.5% Ni, 0.25% Mo)
50XX Acero al Bajo Cromo (0.40% Cr)
51XX Acero al Cromo (0.80-0.88-0.93-0.95-1.00% Cr)
52XX Acero al Cromo Carbono (1.04% C, 1.03 a 1.45% Cr)
61XX Acero al Cromo Vanadio (0.60 a 0.95% Cr, 0.13 a 0.15 V)
86XX Acero al Bajo Níquel Cromo Molibdeno (0.55% Ni, 0.50% Cr, 0.20% Mo)
87XX Acero al Bajo Níquel Cromo Molibdeno (0.55% Ni, 0.50% Cr, 0.25% Mo)
88XX Acero al Bajo Níquel Cromo Molibdeno (0.55% Ni, 0.50% Cr, 0.35% Mo)
92XX Acero al Silicio Manganeso para Muelles (2.0% Si, 0.9%Mn)
SOLDABILIDAD
ACEROS DE BAJO CONTENIDO DE CARBONO: Aceros de muy buena soldabilidad, su punto de fusión es aproximadamente 1530°C, a esta temperatura el azufre se combina con el hierro (sulfuros de hierro punto de fusión menor) provocando que cuando el hierro solidifica, los sulfuros estén todavía en estado líquido, produciendo que los cristales se unan completamente y nos queden grietas. Esto se remedia con electrodos con revestimiento de manganeso (sulfuros de manganeso) los cuales funden a la misma temperatura que el hierro.
ACEROS DE BAJO CARBONO Y BAJA ALEACIÓN: Para la soldadura de estos aceros es necesario considerar otro factor de posible falla que es la inclusión de hidrógeno dentro de la zona de fusión al estar aplicando la soldadura. Para evitar la inclusión de bolsas de gas hidrógeno, es necesario utilizar electrodos de bajo hidrógeno. Estos electrodos contienen en su revestimiento un mínimo de hidrógeno y con una cantidad adecuada de manganeso, para reducir los efectos del azufre.
Estos electrodos de bajo hidrógeno es necesario mantenerlos en horno cuando no se usen.
Al soldarse estos aceros, hacer un charco de fusión lo más angosto posible, manteniendo un arco corto.
ACEROS AL CROMO MOLIBDENO: Para recipientes a presión, se deteriora la pieza en la zona afectada por el calor, se remedia sometiendo la pieza aun calentamiento en un horno (300-400°C) y después dejarla enfriar lentamente.
ACEROS CON ALTO CONTENIDO DE CARBONO: Se recomienda precalentar por lo menos a 200°C en piezas pequeñas y 300°C en piezas grandes y un enfriamiento lento para lo cual es necesario cubrir la pieza después de soldarla con asbesto o cal. A temperaturas próximas a la de fusión el carbono tiende a formar carburos de hierro, pero si se enfría lentamente se da tiempo a que el carbono y el hierro se separen y vuelva a su estado original.
ACEROS INOXIDABLES
Son aleaciones de hierro, cromo y níquel más pequeños porcentajes de C, Si, Mo, w, Cb, Al, etc.
ELEMENTOS QUE INFLUYEN EN ESTE TIPO DE ACERO
Cromo:
Elemento principal que le da resistencia a la corrosión y se puede decir que en un 10% mínimo de la característica de inoxidable al acero.
Níquel:
•Modifica la estructura granular.•Mejora ligeramente la resistencia a la corrosión.•Aumenta la ductilidad.•Aumenta la resistencia mecánica en caliente.•Aumenta la soldabilidad
Molibdeno, cobre:
Aumentan la resistencia a la corrosión en presencia de humedad.
Aluminio, Silicio:
Aumentan la resistencia a la oxidación a altas temperaturas.
Wolframio:
Mejora sus características mecánicas en frío y en caliente.
Titanio y Cb:
Son utilizados en un grupo de aceros inoxidables por su afinidad de reaccionar con el carbono evitando la formación de carburos de cromo.
DE ACUERDO A SU ESTRUCTURA GRANULAR LOS ACEROS INOXIDABLES SE DIVIDEN EN:
Aceros Inoxidables martensíticos. 16% Cr máximo y 0.15 –1.20% C.
Aceros Inoxidables ferríticos. 16-30% de Cr y 0.08-0.20% C.
Aceros Inoxidables austeníticos. 14-32% Cr y 3.5-36% Ni.
Algunas de sus propiedades son las siguientes:
ACEROS INOXIDABLES MARTENSÍTICOS:
EN SU SOLDABILIDAD:
a. Se pueden templar (por su alto contenido de carbono)b. Son duros y frágiles, resistentes a la erosión.c. Su inoxibilidad aparece después del temple únicamente.d. Son magnéticos.
a. Sufren crecimiento del grano (zona dura y quebradiza) que se remedia con tratamiento térmico.
b. Se endurecen con el aire.c. Hay que precalentar la pieza mínimo 250°C dependiendo del tamaño de la
pieza.d. Después de soldar hay que aplicar post calentamiento para no permitir el
enfriamiento rápido de la soldadura.
EJEMPLOS:
410 (martensítico):
Se puede soldar con AGA R-76, o con austeníticos como R-60, R-72 y R-67, las cuales dan depósito dúctil y eliminan precalentamiento.
502 (martensítico):
Se puede soldar con AGA B-78
APLICACIONES:
a. Paletas para turbinas de vapor.b. Válvulas para motores.c. Pernos.d. Tornillos.e. Accesorios para bombas.f. Industria petroquímica.
ACEROS INOXIDABLES FERRÍTICOS:
a. Pueden templarse.b. Son suaves y dúctiles.c. Son magnéticos.d. Sufre crecimiento de grano (al sostener 900°C ó más) disminuyendo su
ductilidad y tenacidad (se tornan quebradizos).e. Al no poderse templar, no se pueden recuperar sus propiedades.f. Para soldarse se recomiendo; un precalentamiento entre 100 y 200°C y
mantener esta temperatura durante todo el proceso de soldar; usar electrodos de diámetro pequeño con el menor amperaje posible; cordones alternados; enfriar con aire o con agua para evitar el crecimiento del grano.
g. Otro procedimiento para soldar estos aceros es el de utilizar electrodos de Acero inoxidable austenítico como R-72 (309), R-67 (310), los cuales dan depósito dúctil y resistente al impacto, aunque no es recomendable, ya que los austeníticos no resisten alta corrosión como los ferríticos.
APLICACIONES
Tienen excelente ductilidad y disposición para ser trabajados en frío o en caliente.
1. En decoración.2. Fabricación de utensilios domésticos.3. En la industria química.4. En especial tiene aplicación en válvulas para manejo de líquidos corrosivos.
ACEROS INOXIDABLES AUSTENÍTICOS:
• No pueden templarse.
• No son magnéticos.
• Son tenaces, dúctiles y resistentes al impacto a altas temperaturas (1093°C) y extremadamente bajas (-200°C)
• Resisten a casi todos los agentes oxidables mejor que los martensíticos y ferríticos.
• Son sensibles al crecimiento del grano, no pudiéndose regenerar por tratamiento térmico, pero no se produce fragilidad como en los ferríticos.
• Su principal problema es la formación de carburos de cromo al mantener una temperatura de 400-800°C (precipitación de carburos)
• En general, son más fácil de soldar.
Para evitar la precipitación de carburos se recomienda:
• Emplear electrodos de diámetro pequeño de extra bajo contenido de carbono y con elementos estabilizadores, además de usar el menor amperaje posible.
• Cordones alternados.
• Enfriamiento rápido del depósito para evitar la formación de carburos de cromo.
• Otra forma que no es muy recomendable por la deformación de la pieza, es calentar entre 1040 y 1050°C la pieza y enfriar rápidamente y lograr así la disolución de los carburos de cromo.
APLICACIONES:
Son los más comúnmente usados en la construcción y reparación de equipos para la industria alimenticia en general, para cervecerías, hospitales y destilación.
2XX Cr – Ni – Mn (Austenítico, no templable, no magnético)
3XX Cr – Ni (Austenítico, no templable, no magnético)
4XX Cr (Martensítico, templable)
4XX Cr (Ferrítico, templable)
5XX Cr – Mo (Bajo cromo, Martensítico, resistente a altas temperaturas)
CLASIFICACIÓN AISI:
ELEMENTOS ALEANTES Y ALGUNAS DE SUS FUNCIONES
ALUMINIO:
Se utiliza como aleante para controlar el tamaño del grano, encuentra su grande uso como desoxidante y purificador del acero, y como elemento aleante en las aleaciones de magnesio, cobre, níquel, entre otros.
CARBON:
Es el mayor elemento endurecedor del acero. A mayor porcentaje de este elemento en un acero, se consigue mayor dureza.
CROMO:
La aleación de este elemento en un acero produce:
1. Resistencia a la corrosión.2. Resistencia a la oxidación.3. Aumento de la consistencia.
Es el elemento que hace inoxidables a los aceros, baja la conductividad térmica y eléctrica, y aumenta la resistencia a la fricción. En la actualidad el cromo es calculado como elemento indispensable en los aceros inoxidables, y en las
aleaciones al níquel. En menor porcentaje lo encontramos también en algunas aleaciones de aluminio.
COBALTO:
El cobalto es adicional en un acero, cuando se requieren propiedades de consistencia y dureza en altas temperaturas, o sea conservar estas propiedades a temperaturas de “rojo vivo”.
COBRE:
Cuando se alea un acero con este elemento, aumenta la resistencia a la corrosión atmosférica y mejora la consistencia del mismo.
El cobre es usado también como elemento aleante importante, en las aleaciones de aluminio y níquel.
Elemento de gran avidez de carbono, y se usa como agente estabilizador de carburos en los aceros inoxidables austeníticos, evitando de esta forma la precipitación de carburos de cromo. En los aceros inoxidables martensíticos se usa para reducir el endurecimiento de estos aceros.
MANGANESO:
Adicionalmente en el acero este elemento le proporciona tenacidad y dureza. En porcentajes de 12% ó más, se posiciona como elemento importante para producir el acero austenítico.
Es elemento indispensable en algunas aleaciones de aluminio, níquel y magnesio.
MOLIBDENO:
Este elemento proporciona resistencia mecánica y mayor dureza a los aceros, refina su estructura granular y aumenta la dureza proporcionada por otros elementos aleantes.
Aumenta la resistencia a la corrosión en los aceros inoxidables aleados y previene el temple quebradizo en aleaciones de bajo cromo.
NÍQUEL:
Adiciona este elemento en un acero un porcentaje de 1 y 4%, aumenta su tenacidad y dureza a bajas temperaturas. Los aceros aleados con más de un 23% de este elemento, resultan antimagnéticos. Es un elemento muy usado en los aceros inoxidables.
NITRÓGENO:
Este elemento es muy usado en algunos aceros inoxidables para disminuir el crecimiento del grano.
También es usado como plasma junto con CO2, para corte con arco de plasma de los aceros inoxidables.
En soldadura es calculado como elemento indeseable cuando está mezclado con aire, a la par que el oxígeno.
OXÍGENO:
En las plantas siderúrgicas el oxígeno es usado para quemar el exceso de carbón y para disminuir los tiempos de fusión.
En soldadura de arco eléctrico es conocido como elemento contaminante, sin embargo, en soldadura de arco metálico con protección de gas es usado con mezcla de argón en cantidades muy pequeñas, para aumentar la penetración en el punto centro del cordón de soldadura, aminorar el contorno del mismo y eliminar las socavaciones de los bordes. Por lo general, se añade como mínimo 1% y como máximo 5%, en mayores cantidades resulta contaminante.
El oxígeno es indispensable en la soldadura autógena y corte con oxigas.
FÓSFORO:
Este elemento se encuentra en todos los aceros, normalmente es restringido en cantidades no superiores a un 0.05%, con estas proporciones facilita el maquinado del acero, ya sea este de bajo o alto contenido de carbono. En grandes cantidades el fósforo es calculado como impureza indeseable.
AZUFRE:
Al igual que el fósforo, este elemento se encuentra en todos los aceros en proporciones variables de un 0.03 a un 0.06%. dentro de estas cantidades facilita el maquinado del acero, pero resulta peligroso en soldadura, por su tendencia al agrietamiento y porosidad. Es considerado como impureza indeseable.
SILICIO:
Es usado como elemento desoxidable en la fabricación del acero, donde se utiliza en proporciones de 0.05 a un 0.35%.
Como elemento aleante proporciona al acero de baja aleación una buena resistencia mecánica, fluidez a la temperatura de fusión y ejerce control en el contenido del oxígeno y proporciona propiedades magnéticas.
En cantidades variables de 1 a 2%, da lugar a un tipo de acero conocido como acero naval, o acero de construcción.
TÁNTALO:
Este elemento se agrega en el acero en aquellos casos que se necesite un aumento de dureza por la formación de carburos.
BORO:
Elemento muy útil para endurecer algunos aceros, donde se añade en cantidades muy pequeñas, un 0.02% aproximadamente.
TITANIO:
Otro de los elementos que es usado como estabilizador en los aceros inoxidables. Es un buen desoxidante y en algunos casos, se agrega en acero para restringir los efectos del nitrógeno y del carbón, siendo que se combina con ellos.
TUNGSTENO:
La mayor aplicación de este elemento la podemos encontrar en los aceros para herramientas. Adicionando pequeñas cantidades de tungsteno en un acero, produce una estructura de grano fino.
VANADIO:
Las cualidades sobresalientes del vanadio producen un control de la estructura granular, produciendo aceros de grano fino, alta dureza y resistencia al temple.
ZIRCONIO:
Es calculado como elemento desoxidante, que por esto se debe añadir con otros elementos similares. Otra de las características que se obtiene cuando se añade zirconio a un material, es para evitar el exceso del punto de dureza.
