Aceros microaleados

5/6/2018 Aceros microaleados - slidepdf.com

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Aceros microaleados

es un tipo de aleación metálica que provee mejores propiedades mecánicas o mejor resistencia a lacorrosión que los acero. Los aceros microaleados difieren de otros aceros en que no son fabricados paracumplir una composición química específica sino para cumplir con propiedades mecánicas específicas.Tienen un contenido de carbono entre 0,05% y 0,25%en peso para mantener la con formabilidad y lasoldabilidad. Otros elementos de aleación incluyen hasta un 2,0% de Manganeso y pequeñas cantidadesde Cobre ,Níquel ,Niobio, Nitrógeno ,Vanadio ,Cromo ,Molibdeno ,Titanio ,Calcio, tierras raras, o Zirconio.

El Cobre, Titanio, Vanadio y Niobio son agregados para incrementar la resistencia.

Estos elementos tienen por objeto alterar la microestructura de los aceros al Carbono, la cual esgeneralmente una mezcla de ferrita-perlita, para producir una dispersión muy fina de aleaciones decarburo sen una matriz casi pura de ferrita. Esto elimina el efecto de reducción de la tenacidadprovocado por la fracción en volumen de perlita, aunque manteniendo e incrementando la resistencia

del material mediante el refinamiento del tamaño de grano, el cual en el caso de la ferrita incrementa latensión de fluencia en un50% para cada reducción a la mitad del tamaño de grano promedio. Elendurecimiento por pre precipitado juega un rol menor también .La tensión de fluencia para estosaceros puede estar entre 250MPay 590 MPa. Debido a su mayor resistencia y tenacidad, los acerosmicroaleados suelen requerir entre un 25% y un30% más de energía para conformarse, en comparacióncon aceros al carbono.

El Cobre, Silicio, Níquel, Cromo y Fósforo son agregados para incrementar la resistencia a la corrosión. ElZirconio, Calcio y las tierras raras son agregadas para controlar la forma delas inclusiones de sulfuros,que incrementa la conformabilidad. Son necesarios porque la mayoría de los aceros microaleados tienenpropiedades altamente dependientes de la dirección considerada. La con formabilidad y la resistencia al

impacto pueden variar significativamente cuando son ensayados longitudinal o transversalmente algrano. Las flexiones paralelas al grano longitudinal son más propensas a fisurarse cerca del bordeexterno debido a las tensiones de tracción provocadas. Esta característica direccional se vesignificativamente reducida en los aceros microaleados que han sido tratados para el control de lasformas de sulfuros.

Son utilizados en autos, camiones ,grúas, puentes ,montañas rusas y otras estructuras que sondiseñadas para manejar grandes tensiones o que necesitan una relacióntensión-pesoalta.

Los aceros microaleados son utilizados en general con secciones que resultan entre un20% y 30% máslivianas que las que corresponderían a aceros al carbono para la misma resistencia.

Los aceros microaleados también son más resistentes a la corrosión que la mayoría de los aceros debidoa su falta de perlita - las finas capas de ferrita (casi hierro puro) y cementita.

El Ángel del Nortees un ejemplo conocido de una estructura de acero microaleado sin pintar (la aleaciónespecífica utilizada se llama COR-TEN e incluye una pequeña cantidad de Cobre). Los acerosmicroaleados tienen densidades de alrededor de7800 kg/m³.



Características :

y Composición química y características mecánicas s/EN 10149.y Buena con formabilidad en frío.y Buena soldabilidad.y Mejor que la correspondiente a grados de acero estructural con el mismo límite elástico, debido

a su bajo contenido en carbono.y Elevada resistencia a la fatiga.y Buena aptitud a la galvanización.y Altos valores de Resiliencia a bajas temperaturas.y No aptos para ser normalizados.

En qué consiste

Consistente en 0,2 a 0,5% de carbono, 0,4 a 1,0% de manganeso, 0,008 a 0,2% de azufre, 0 a 0,7% decromo, 0 a 0,1% de aluminio, 0 a 0,04% de nitrogeno y 0,01 a 0,05% de titanio, siendo el resto hierro eimpurezas debidas a la fusion, en cuyos limites de grano se han separado sulfuros mixtos. Leyendas dela figura 1: a) tamaño de grano segun astm; b) resistencia mecanica; c) limite elastico 0,2%; d)resistencia al choque con probeta entallada (probeta dvm); e) temperatura de austenitizacion en gradoscentigrados ( duracion 0,5 h, enfriamiento con aire ).

Los aceros microaleados son aquellos que tienen en su composición química pequeñascantidades de elementos como el Nb, V y Ti, que se llaman elementos microaleantes (EMA).Estos elementos normalmente se tienen en el acero en porcentajes de 0.001 a 0.10 y encombinación con otros elementos (Mn, Si, Mo), y un tratamiento termomecánico adecuadoson, determinantes para obtener aceros con una excelente combinación de resistencia,tenacidad, ductilidad y soldabilidad. El uso industrial de los EMA para la fabricación de acerode alta resistencia comenzó en la década de 1960, dando lugar a una gran cantidad de investigaciones

sobre ésta clase de aceros



Como se fabrica







Tipos de aceros

ACEROS DE BAJA ALEACIÓN Y ALTA RESISTENCIA.

Existen un gran número de aceros de alta resistencia, y baja aleación cubiertos por las normas ASTM

bajo varios números. Además de contener carbono y manganeso, la resistencia de estos aceros se debea que se usan como elementos de aleación al columbio, vanadio, cromo, silicio, cobre, níquel y otros.Estos aceros tienen límites de fluencia tan bajos como 42,000 psi (2,940 kg/cm2) y tan altos como65,000 psi (4,550 kg/cm2). Estos aceros tienen mucha mayor resistencia a la corrosión que los acerossimples al carbón. En este grupo se incluyen elA529, A242, A440, A441, A572 y A588.

ACEROS ALEADOS TÉRMICAMENTE TRATADOS PARA LA CONSTRUCCIÓN

Estos aceros contienen elementos de aleación en mayor cantidad que los de baja aleación y altaresistencia y además se tratan térmicamente (por revenido y templado), para obtener aceros tenaces yresistentes. Se enlistan en las normas ASTM con la designación A514 y tienen limites de fluencia de

90,000 a 100,000 psi (6,300 a 7,030 kg/cm2) dependiendo del espesor.

Se dice que existen por ahora más de 200 tipos de acero en el mercado cuyo límite de fluencia está porencima de los 36,000 psi. La industria del acero experimenta con tipos cuyos esfuerzos de fluencia varíande 200,000 a 300,000 psi y esto es sólo el principio. Muchos investigadores de la industria piensan que alfinal de la década de los 70 se tengan en disponibilidad aceros de500,000 psi de límite de fluencia. Lafuerza teórica que liga o vincula átomos de hierro se ha estimado que está por encima de los 4000,000psi.2

Aun cuando el precio del acero se incrementa con el aumento de su límite de fluencia, este incrementono es linealmente proporcional y puede resultar económica la utilización de estos aceros, a pesar de sucosto, si el uso de ellos se realiza diseñándolos a sus máximos esfuerzos permisibles, a máxima

eficiencia, sobre todo en piezas de tensión o tirantes, en vigas con patines impedidos de pandeo,columnas cortas (o de baja relación de esbeltez). Otra aplicación de estos aceros es frecuente en lallamada construcción híbrida, en donde se usan dos o más aceros de diferentes resistencias, los másdébiles se colocan en donde los esfuerzos son bajos y los más resistentes en donde los esfuerzos sonmayores.

Otros factores que pueden conducir al uso de aceros de alta resistencia, son los siguientes:

Superior resistencia a la corrosión.

Posible ahorro en costo de flete, montaje y cimentación, por su menor peso.

Uso de vigas poco aperaltadas (poca altura) que permiten entrepisos menores.

Posible ahorro en materiales de recubrimiento incombustible, ya que pueden utilizarse miembros máspequeños.

El primer pensamiento de la mayoría de los ingenieros al elegir el tipo de acero, es el costo directo de loselementos. Una comparación de costo puede hacerse fácilmente, pero la economía por el grado de



acero a usar no se puede obtener a menos que se involucren: el peso, las dimensiones, deflexiones.costos de mantenimiento, fabricación, etc; hacer una comparación general exacta de los aceros esprobablemente imposible la menos que se tenga un tipo específico de obra a considerar.

ACEROS ESTRUCTURALES

El acero al carbono es el más común, barato y aplicable de los metales que se emplean en la industria.Tienen una ductilidad excelente, lo que permite que se utilice en muchas operaciones de formado enfrío. El acero también se puede soldar con facilidad.

Los grados de acero que se emplean comúnmente en las industrias de procesos químicos tienen unaresistencia a la tracción dentro de 50000 a 70000 lbf / in2 con buena ductibilidad. Es posible alcanzarniveles de resistencia todavía mas altos con trabajo en frió, con aleaciones y con tratamiento térmico.

Los aceros de alta resistencia se utilizan mucho en proyectos de ingeniería civil. Los nuevos aceros, porlo general, los introducen sus fabricantes con marca registrada; pero un breve examen de suscomposiciones, tratamiento térmico y propiedades suele permitir relacionarlos con otros materiales ya

existentes.

Las clasificaciones generales permiten agrupar los aceros estructurales disponibles en la actualidad encuatro categorías principales, algunas de las cuales tienen subdivisiones. Los aceros que utilizan elcarbono como elemento principal en la aleación se llaman aceros estructurales al carbono.

Dos subcategorías de pueden agruparse dentro de la clasificación general de aceros. Los aceros con bajocontenido de aleación. Los aceros con bajo contenido de aleación tienen cantidades moderadas de unoo más elementos de aleación , aparte del carbono para desarrollar resistencias más altas que las de losaceros comunes al carbono. Los aceros al columbio vanadio son metales de elevada resistencia al límitede fluencia producidos con la adición de pequeñas cantidades de estos elementos a los aceros de bajo

contenido de carbono.

En el mercado hay dos clases de aceros al carbono con tratamiento térmico para usos en laconstrucción. Los aceros al carbono con tratamiento térmico están disponibles bien en su condiciónestándar o enfriados y templados; su endurecimiento se logra a base del contenido de carbono. Losaceros de aleación con tratamiento térmico para construcción son aceros enfriados y templados quecontienen cantidades moderadas de elementos de aleación además del carbono.

Otra categoría general, marenvejecido, son los aceros de bajo contenido de carbono en aleación conalto contenido de níquel. Estas aleaciones se someten a tratamiento térmico para madurar la estructurade hierro-níquel. Los aceros marenvejecidos tienen una característica particular debido a que son los

primeros aceros de grado para construcción que en esencia, están libres de carbono. Su alta resistenciadepende de por completo de otros elementos de aleación. Esta clase de acero posiblemente ha abiertola puerta al desarrollo de toda una nueva serie de aceros libres de carbono.

La comparación de la composición química en cuanto a carbono y otros elementos de aleación, puedenutilizarse para distinguir entre sí los aceros estructurales. La mayoría de los aceros estructurales,excepto los aceros martensíticos, contienen carbono en cantidades entre 0.10 y 0.28%. Los aceros másantiguos tienen pocos elementos de aleación y suelen clasificarse como aceros al carbono. Los aceros



que contienen cantidades moderadas de elementos de aleación como los aceros martensíticos con 18%de níquel, se designan aceros con alto contenido de aleación. Las composiciones químicas específicas delos aceros estructurales clasificados se indican en las especificaciones de la ASTM. Las composicionesquímicas típicas de otros aceros estructurales pueden obtenerse con los fabricantes.

En ocasiones se utiliza un sistema de numeración básica para describir el contenido de carbono y dealeación de los aceros. En el sistema de numeración del American Iron and Steel lnstitute (AlSl) paraaceros con bajo contenido de aleación, los dos primeros indican el contenido de aleación y los dosúltimos indican el contenido nominal de carbono en fracciones de 0.01%.

También están especificados: 0.40 a 0.60% Mn ( manganeso ), 0.040% P (fósforo) máximo. 0.040% S(azufre) máximo. 0.20 a 0.35% Si (silicio).

El tratamiento térmico puede utilizarse como otro medio de clasificación. Los antiguos acerosestructurales al carbono y los aceros de alta resistencia y bajo contenido de aleación no tienentratamiento térmico específico, pero sus propiedades se controlan por el proceso de laminación encaliente. Los aceros para construcción y los aceros al carbono térmicamente tratados, recurren a un

proceso de enfriamiento y templado para desarrollar sus propiedades de alta resistencia. Los acerosASTM A514 se someten a tratamiento térmico con enfriamiento por inmersión en agua o aceite a nomenos de 1650 °F, y luego, templado a no menos de 1100° F. Los aceros al carbono térmicamentetratados se someten a una secuencia similar de enfriamiento y temple: austenización, enfriamiento conagua, y luego, temple a temperaturas entre 1000° y 1300 °F.

Él tratamiento térmico típico para los aceros marenvejecidos comprende el recocido a 1500 °F duranteuna hora, enfriamiento con aire a la temperatura ambiente y maduración a 900 °F durante tres horas. Eltratamiento de maduración para los aceros martensíticos puede variarse para obtener diferentes gradosde resistencia.

Usos industriales

En condiciones industriales, la formación de los precipitados comienza en la fase austenítica y puedecontinuar durante la transformación de austenita a ferrita, si existe todavía niobio en solución sólida [5].La cinética de la formación de los precipitados depende de las variables del proceso y la composiciónquímica del acero, pero poco se ha avanzado en comprender cómo interactúa la precipitación con larecristalización estática. Se sabe que la formación de los precipitados ocurre de manera incoherente enla fase austenítica inducida por la deformación plástica.

El tamaño de los precipitados es del orden de nanómetros, con formas cúbicas o redondeadas ylocalizados a lo largo de la matriz y los límites de grano de la austenita original [7]. El interés principal del

trabajo es el estudio de los precipitados formados durante la deformación plástica en un laminador dúoreversible. Se han empleado diversas técnicas acopladas al MET para identificar las partículas presentes,implementándose las técnicas necesarias para el adelgazamiento de muestras a los espesoresadecuados para su adecuada observación.

El desarrollo de los aceros microaleados ha combinado conocimientos metalúrgicos que permiten elcontrol de las microestructuras y propiedades mecánicas, ya que los elementos se adicionan enpequeñas cantidades y se usan para formar carburos, nitruros y carbonitruros, modificando las



propiedades. La excelente combinación de propiedades mecánicas hace de estos aceros una elecciónatractiva para muchas aplicaciones [ 3 - 5] . Los aceros microaleados se fabrican en forma de placa,lámina, barras y otros productos, encontrando aplicación en la fabricación de puentes, edificios, barcos,tanques de almacenamiento, tuberías, estructuras marítimas y en la industria automotriz.



Introducción

Los aceros microaleados son fundamentalmente aceros del tipo C-Mn, que se

caracterizan por tener concentraciones inferiores a 0,15% de Nb, Ti, V oAl, adicionadosde forma individual o combinada. Estos elementos, a causa de la gran afinidad que tienenpor el C y por el N, pueden precipitar en forma de carbonitruros, carburos y nitrurosdispersados en la matriz ferrítica y tienen de hecho un gran poder endurecedor. De estaforma, tanto la composición química del acero como el efecto del tipo y cantidad delelemento microaleante, así como las condiciones de operación del tratamientotermomecánico, determinan las propiedades mecánicas y la microestructura de dichosaceros directamente al final de las operaciones de conformado. En realidad, el control delas propiedades y de la microestructura se logra a través del afino de grano y delendurecimiento por precipitación durante el enfriamiento de la ferrita. Nominalmente, losaceros microaleados alcanzan características mecánicas suficientes tales, que permiteneliminar prácticamente los tratamientos de temple y revenido. Por consiguiente, elempleo de estos aceros permite reducir el coste de la fabricación en aproximadamente un15% a 25% en función del tipo de la pieza.El desarrollo de los aceros microaleados en el decenio de los 60 tuvo como objetivo laelaboración de aceros con bajos contenidos de carbono que, aparte de sus buenascaracterísticas de soldabilidad, tuviesen un límite de elasticidad elevado. Los acerosmicroaleados con contenido medio de carbono se desarrollaron en el decenio de los 70.Estos aceros tienen límites de elasticidad y resistencia máxima similares a los aceros detemple y revenido a niveles equivalentes de dureza.



Conclusión

El acero no es un material nuevo, se ha visto a través de la historia como se logro realizar esta aleación

en el siglo XIX .

La fabricación del acero comenzó por accidente ya que los expertos en la materia intentando fabricarhierro calentaron excesivamente la masa y la enfriaron muy rápido obteniendo la aleación del acero enlugar de hierro.

El proceso que se necesita para lograr conseguir el acero y las complicaciones que tiene este procesoque es muy complejo. además las dificultades para lograr los diferentes tipos de acabados que se lepueden dar al acero.

Los sistemas de obtención del acero son muy variados dependiendo de la cantidad del acero a obtener.

La variedad de aceros es muy extensa dependiendo del método de fabricación y la cantidad de carbonoque contenga.

Algunos tipos de acero pueden volverse a fundir de forma que contaminan menos al ser reciclados yvueltos a utilizar.

El uso del acero en la construcción es muy importante, ya que este es que le proporciona a lasestructuras el refuerzo adicional, por ende es llamado el esqueleto de las estructuras.

La industria sobre el acero es muy extensa y a la vez es de mucha calidad, por eso es uno de los sectores

que predomina en nuestro país desde hace mucho tiempo.

Existen hoy cerca de 3000 matices (composiciones químicas) catalogadas, sin contar aquellas que soncreadas a media, todo lo cual contribuye a hacer que el acero sea el material mejor situado paraafrontar los desafíos del futuro.



Republica Bolivariana de Venezuela

Universidad Gran Mariscal De Ayacucho

Escuela De Ingeniería

Núcleo Ciudad Guayana

Integrantes

Ampues Sarahi C.I 20298615

Suarez Mauricio C.I 16026043

Puerto Ordaz , Abril 2011



Bibliografía

FERGUSON, Phil M. Teoría Elemental del Concreto Reforzado. México: C.E.C.S.A, 1976. 786p.

GONZÁLEZ CUEVAS. Oscar M. Aspectos Fundamentales del Concreto Reforzado. México: Limusa, 1977.414p.

I.C.P.C. Normas Técnicas Colombianas sobre Hormigón, Cemento,Acero de Refuerzo, y agregados.Medellín: ICONTEC, 1975. 334p.

McCORMAC, Jack C. Diseño de Estructuras Metálicas. México: RSI, 1975. 789p.

PARKER, Harry. Ingeniería Simplificada paraArquitectos y Constructores. México: Limusa, 1972. 363p.

METAL DECK. Manual técnico.Bogota: ANDES. 73p.

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