Acero efervescente




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títuloAcero efervescente
fecha de publicación30.01.2016
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ACERO EFERVESCENTE
Carmen Graña López


Los aceros pueden presentar diferente constitución, lo cual condiciona sus propiedades. Podemos representar el porcentaje de los constituyentes en función del contenido en carbono. Si aumentamos el contenido en carbono:

En los aceros hipoeutectoides disminuye el porcentaje de ferrita y en los aceros hipereutectoides aumenta el porcentaje de cementita. En los diferentes aceros los constituyentes que aparecen son la perlita, ferrita y cementita.
Puede considerarse que un 50% de la producción mundial de acero se transforma en lingotes y un 50% pasa a coladas continuas. Los lingotes los obtenemos en unos moldes llamados lingoteras, que son unos moldes metálicos en donde su altura predomina sobre cualquiera de las otras dimensiones. Normalmente suelen tener forma poligonal. Mientras tiene lugar el vertido del acero en las lingoteras puede haber o no desprendimiento de gases, dependiendo del grado de desgasificación, la cual se realiza en el acero porque éste en estado fundido ha retenido en su interior sustancias gaseosas como el O, N, H y CO las cuales dan malas propiedades mecánicas, baja ductilidad y baja resistencia a la fatiga y dependiendo de si se añadieron o no agentes de efervescencia; algunos de estos agentes son el silicio, aluminio y manganeso los cuales se combinan con el oxigeno del FeO evitando la formación del CO.
Si+2FeO 2Fe+SiO2

2Al+3FeO 3Fe+Al2O3

Mn+FeO Fe+MnO

(Estos agentes se añaden al finalizar el proceso de afino)


Esta salida de gases del lingote mientras el acero está fundido tiene lugar porque cuando disminuye la temperatura de éste, la solubilidad de los gases también disminuye y tienden a salir del lingote. Dependiendo de la cantidad de gases que se desprendan podemos clasificar a los aceros en tres categorías: aceros calmados, semicalmados y efervescentes.
Los aceros efervescentes que se usan en la industria tienen un contenido en carbono menor al 0.15%, los aceros con bajo contenido en carbono sueldan mas fácilmente en estado sólido. Éste tipo de aceros se emplea fundamentalmente para chapa y alambre de acero. Las chapas y flejes fabricados con lingotes efervescentes son de muy buena calidad superficial y su capa periférica, de 10 a 20 mm de espesor, no tiene porosidades y está constituida por hierro de muy alta pureza. En esta zona periférica no hay sopladuras y por ello, se pueden obtener productos laminados de muy buena calidad superficial En los aceros efervescentes la cantidad de gases que se desprenden durante el enfriamiento es muy elevada y por ello la solidificación es más difícil que en los otros aceros. Estos aceros presentan sopladuras en la parte superior central y en la parte lateral del lingote, en esta zona las sopladuras tienen una forma alargada y se llaman sopladuras vermiculares. La calidad del acero depende de la profundidad a la que se encuentren estas sopladuras vermiculares, si aparecen a más de 10mm de la superficie pueden no tener un efecto perjudicial ya que así el oxígeno atmosférico no penetra en ellas a través de las pequeñas fisuras que se puedan producir. En los aceros aparece un inconveniente debido a la presencia de estas sopladuras ya que antes de laminarlos se calientan en hornos de fosa a altas temperaturas con lo que el acero se descascarilla y las sopladuras que están en la superficie salen al exterior y entran en contacto con el ambiente del horno, produciéndose la oxidación de éstas. Finalmente en el proceso de laminación es imposible que desaparezcan dando lugar así a unos efectos llamados pelos o costuras.

Después de la laminación de los lingotes de acero efervescente, no hay necesidad de cortarles la parte superior como a los lingotes calmados. El la cabeza de los lingotes de acero efervescente no se forma rechupe, porque la concentración de acero es compensada con la formación de porosidades. La segregación de impurezas en la zona superior del lingote es tolerable. Por no tener que ser despuntada la parte superior de los lingotes, se obtiene con esta clase de acero un gran rendimiento y aprovechamiento, y además es el de menor coste de fabricación.
El estudio de la fabricación de los distintos tipos de lingotes se complementa observando lo que ocurre con los aceros extradulces de la misma composición básica y distinto grado de oxidación. Distinguimos: acero efervescente, sobreoxidado, normal, subido, acero semicalmado y acero calmado.

El acero efervescente sobreoxidado contiene una cantidad de oxígeno mayor que la necesaria para que la efervescencia sea aceptable. En la solidificación el desprendimiento gaseoso de óxido de carbono es excesivo. La efervescencia es tan intensa que salpica al acero fuera de la lingotera y los poros se distribuyen en el interior del lingote de una forma muy desordenada e irregular. Todo el acero aparece completamente gaseado y no es posible la posterior utilización del material.

En el acero efervescente normal la efervescencia es menos vigorosa que en el caso anterior por haberse controlado adecuadamente el grado de desoxidación. El acero contiene 0.03% de oxigeno y en la solidificación se forma una capa de hierro muy puro, sin sopladuras de 10 a 20 mm de espesor. A unos 15 o 20 mm de profundidad, aparece en la parte inferior y media del lingote una frente de grandes sopladuras primarias que no llegan a aproximarse a la periferia y están orientadas perpendicularmente a las paredes. Más hacia el interior aparece una línea o saco de poros primarios, de abajo a arriba del lingote. Este tipo de lingote es el que da mejores resultados en aceros de C=0.08% a 0.15%

Por último, el efervescente subido; algunas veces por circunstancias anormales en el proceso se llega al momento de la solidificación con un contenido en oxigeno ligeramente inferior al crítico que conviene para lograr la estructura de un acero efervescente normal. Este tipo de solidificación es un accidente que se produce en el caso de desear fabricar acero efervescente normal y ocurre porque la cantidad de oxígeno que contiene el acero es algo inferior a la crítica. Estos lingotes no se pueden aprovechar y no tienen ninguna utilidad ni aplicación industrial. Se comprende que, en la fabricación de aceros efervescentes, el grado de desoxidación que se debe conseguir es muy crítico.
Los aceros efervescentes son aceros a los que no se les adiciona silicio como desoxidante; se fabrican realizando una desoxidación incompleta y controlada por medio de la adición de ferromanganeso. Suelen contener Mn=0.35% y nada de silicio

A estos aceros se les suele añadir, en ocasiones, una pequeña cantidad de aluminio a la cuchara o a las lingoteras para regular más exactamente su grado de desoxidación.

Una característica de los aceros efervescentes es que tienen una segregación de carbono positiva importante en la cabeza y en el centro del lingote. La segregación positiva se da cuando en una zona del lingote hay una concentración en un elemento, superior a la composición media de la aleación. Sin embargo , para numerosas aplicaciones , esa segregación no crea ninguna dificultad

En los aceros efervescentes es muy importante conocer la distribución de los diferentes elementos en la masa del lingote, y en especial, lo que ocurre con el carbono. La piel o capa superficial tiene muy bajo contenido en carbono, es muy notable la brusca variación del porcentaje de carbono de la zona periférica a la zona interior en la parte del lingote próxima a la cabeza .En la cabeza del lingote es donde se encuentran la mayor parte de las impurezas; el pie es la parte mas pura. Las diferencias del contenido en carbono del centro a la periferia que se observa en las secciones transversales son mucho mayores en la cabeza que en el pie del lingote y son debidas principalmente a dos causas:

  1. Por cumplirse, como en todos los aceros, las leyes de solidificación de las aleaciones, que indican que los primeros cristales que solidifican contienen siempre muy pocas impurezas. A este fenómeno se llama segregación

  2. Por producirse la reacción FeO+C=Fe+CO que reduce el contenido en carbono del metal y desprende CO en forma gaseosa

El fenómeno de segregación se da a velocidades de enfriamiento relativamente bajas, se puede clasificar en segregación positiva, negativa ,microsegregación y macrosegragación.

Esta última se da cuando la heterogeneidad de la composición puede ser perceptible a escala macroscópica, es decir, a simple vista. Es muy corriente en los aceros efervescentes. Existe un ensayo llamado ensayo Baumann que nos sirve para a partir de haber detectado la macrosegregación decir si ese acero es efervescente o no.
La impresión Baumann se hace sumergiendo papeles fotográficos corrientes en ácido sulfúrico al 5% durante 10 min. Luego el papel se coloca sobre la superficie mecanizada y plana de un lingote de acero cortado transversal o longitudinalmente, de forma que haga un buen contacto. Después de una permanencia de unos 10 min, se pasa el papel fotográfico a un baño fijador de los usados normalmente en fotografía. Así aparece claramente en las zonas oscuras la impresión de las partes con mayor contenido en azufre y las partes claras corresponden a bajos contenidos. La segregación de azufre es muy importante. En la zona central, el contenido en azufre es muy superior al de la zona periférica.

Por lo tanto si el acero es efervescente, se observará un oscurecimiento central muy marcado, debido a la presencia de grandes cantidades de azufre y un anillo periférico mucho más claro , que indica que el contenido en azufre de las zonas próximas a la superficie es inferior al de las zonas situadas en el interior.

Bibliografía:

  • Fabricación de hierro, aceros y fundiciones(tomo II),J.Apraiz Barreiro.Urmo,S.A.DE EDICIONES

  • Ciencia de Materiales, José María Laceras, Javier F Carrasquilla.Editorial Donostiarra

  • Fabricación de acero,hierro y fundiciones.Tomo II.J.Apraiz Barreiro.Urmo,S.A de Ediciones

  • Apuntes de clase

  • Introducción a la ciencia de materiales para ingenieros.James F.Shackelford.Editorial Pearson

  • Internet Páginas:

    • www.utp.edu.co/˜publio17/aceroal.htm

    • www.drweld.com/Tec_Basica.html­

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