Fabricacin del Acero. Procesos en la Produccin de Estructuras

El largo camino que debe recorrer el mineral de hierro hasta transformarse en una estructura til es como una cadena cuyos eslabones son las industrias y empresas que participan del proceso en etapas bien definidas, esquematizadas en el grfico siguiente:El anlisis de cada etapa incluir preferentemente los sistemas universales, haciendo mencin a los productos nacionales con el fin de dar un panorama de nuestra realidad.

Materias Primas.

Las materias primas de la acera son bsicamente tres:El mineral de hierro natural o procesado Los combustibles Los fundentes

Adems, se incluir un rpido anlisis de los procesos de sinterizacin y peletizacin del mineral, debido a la importancia que actualmente tienen a nivel mundial.

Material de hierro:Es el que aporta el hierro necesario para la produccin de acero. Los principales tipos utilizados son Magnetita (Fe3O4), Hematita (Fe2O3), Limonita (2 Fe2O3 x 3 H2O). Este material puede ser natural o procesado, eso es concentrado o aglomerado (sinter, pellet).El mineral es extrado de la mina, tanto subterrnea como a tajo abierto, por medio de explosivos controlados para lograr trozos con tamao mximo de 1 a 1,2 m. El mineral de alta ley es slo necesario reducirlo de tamao (molienda) y clasificarlo (harneo) para ser usados en Alto Horno. Generalmente en la misma mina se tritura a un tamao mximo de 100 a 200 mm (molienda primaria), para luego triturarlo y cribarlo de 10 a 20 mm en la mina, en el terminal de exportacin o de importacin, o en la propia siderrgica.

En el caso de minerales de baja ley o de aquel de buena ley, pero que se desee an mejorar, se emplea algn mtodo de concentracin. Entre los principales destacan:Separacin magntica de baja o de alta intensidad Separacin gravitacional. Flotacin Separacin electrosttica Tuesta magnetizante combinada con separacin magntica de baja intensidad.

Para regularizar las caractersticas fsicas y qumicas de los minerales se practica el mezclado homogeneizador, especialmente mediante el almacenamiento de los minerales por apiladores de correas transportadoras que depositan el mineral en hileras alargadas y alternadas, retirando luego secciones trasversales de la pila.De estos procesos se obtienen los siguientes productos:Mineral grueso o colpas, de 6 a 100 mm, con alto contenido de Fe. Finos resultantes de la clasificacin o por trituracin del mineral, con tamaos de 0 a 6 mm. Concentrados con alto contenido de fierro, producidos por enriquecimiento de minerales de baja ley y ms finos que los anteriores.

Procesos de Aglomeracin

La necesidad mundial de entregar el producto final a un precio competitivo, ha significado aplicar sistemas de Aglomeracin del mineral buscando la economa en transporte y un aprovechamiento ms racional de los recursos. Los principales objetivos que justifican la creciente aplicacin de la aglomeracin son: - Hacer ms estrecho el rango granulomtrico y aumentar la reductibilidad del material sin desperdiciar los finos, incluso los polvos recuperados de los gases del Alto Horno. - Minimizar los voltiles incorporados al Alto Horno. - Utilizar los concentrados finos obtenidos de minerales de baja ley. - Permitir el proceso de los finos y concentrados cerca de la mina incrementando su valor de exportacin (pelets).

La validez de este ltimo punto queda claramente establecida al comparar los precios internacionales de los productos (slo como referencia, valores del ao 1975): ProductoTamaoPrecio FOB US$/Ton Colpas6a 100 mm10,07 Granzas6 a 31 mm10,33 Finos0 a 6 mm8,00 Pelets6 a19 mm12,14

Los procesos de aglomeracin del acero son:

a) Sinterizacin:Las modernas plantas de sinter tienen por objeto: - Posibilitar la recuperacin de finos aglomerndolos en partculas mayores. - Entregar un producto resistente y reductible. - Disminuir los voltiles y el azufre en el Alto Horno. - Minimizar en el Alto Horno los fundentes sin calcinar. Segn el contenido de fundente, se conocen los siguientes tipos: - Sinter cido (silcico) en que todo el fundente se agrega en el Alto Horno. - Sinter autofundente en que se agrega slo el fundente necesario para los otros minerales, pelets y coque. - Sinter super-autofundente que contiene el fundente para toda la carga del Alto Horno.

La Sinterizacin se presta ms para efectuarse en la siderrgica misma, ya que parte de sus materias primas se producen en sus instalaciones: los finos del ltimo harneo de minerales y pelets, el polvo de coque y el polvo de los gases de salida del Alto Horno. Adems, el sinter no soporta bien la manipulacin y el transporte.

En su fabricacin se emplea finos de mineral de hierro menores a 12 mm, pero con bajo contenido inferior a 100 mallas, generalmente ya concentrados y polvo de recuperacin de gases del Alto Horno como aporte de mineral, polvo de coque menor a 3 mm. como combustible y caliza o dolomita menor a 3 mm como fundente. Estos - materiales se combinan> mezclan y humedecen para formar la carga que se depositar sin compactacin en una capa de espesor uniforme (30 a 45 cm) sobre una parrilla mvil. Esta parrilla pasa bajo una campana de ignicin y es sometida a succin de aire desde abajo. En su lento avance, la carga se expone al calor, durante un lapso en que el coque de la parte superior alcanza la temperatura de ignicin y luego esta combustin sigue avanzando hacia abajo gracias a la succin de aire, el que se precalienta al pasar por las capas superiores ya sintetizadas y perdiendo caloras al evaporar el agua de las capas inferiores.

As la zona de combustin desciende hasta llegar a la base de la mezcla sinterizada poco antes que la paleta de la parrilla mvil llegue al final del recorrido. El aire circulante ha formado un producto poroso. Al llegar al final, las paletas se vuelcan para retornar al punto de carguo, durando unos 30 minutos su ciclo completo. El sinter cae y los trozos grandes son quebrados por ruedas dentadas, pasando todo a un harnero vibratorio generalmente de 8 mm de abertura. El sobre tamao se enfra usualmente con succin de aire, se somete a molienda y se harnea nuevamente, retornando los finos juntos con los de primera etapa a la mezcla de alimentacin.

Peletizacin.

La peletizacin en general se efecta cerca de la mina utilizando las reservas de minerales que necesitan concentracin. los que estn in situ como material fino o el fino producido en la extraccin del mineral. El proceso comienza con la concentracin previa por va hmeda del mineral molido fino (mnimo 80% bajo 350 mallas) al que se baja su humedad a 10% antes de agregar un 0,5 a 1% de aglomerante, generalmente bentonita. Luego se forman los pelets verdes en tambores de 2,7 m de dimetro y 9 m de largo, inclinados de 5 a 10' y que giran a unas 15 RPM, aglomerndose y compactndose en pelotas de unos 12 mm de dimetro por el simple rodado en el tambor. Finalmente sern secados, quemados y enfriados por medio de hornos verticales o parrillas mviles obtenindose un producto duro y transportable.

Combustibles:Los combustibles usados en la metalurgia del fierro deben llenar el doble objetivo de ser un agente reductor y de proporcionar el calor necesario para el proceso. Como combustible se puede usar Carbn vegetal, Carbn mineral, Coque siderrgico, Petrleo, Gas Natural, Gas de refinera. Siendo el mejor de ellos el Coque. Fundentes:El fundente tiene la misin de combinarse con las sustancias extraas (ganga) que no pueden eliminarse por fusin directa del mineral, formando escoria de fcil eliminacin. El fundente empleado puede ser bsico o cido, segn si la ganga a eliminar tiene carcter cido o bsico respectivamente. El mejor fundente bsico es la cal viva, que se produce a partir de la piedra caliza (carbonato de cal) con 95% de pureza o calizas dolomticas (carbonato de cal y magnesio). El gasto es de 1900 kg de caliza por tonelada de cal producida. El fundente cido ms empleado es la slice que se encuentra con pocas impurezas en algunos tipos de arena. Otros:Se puede agregar otros elementos como Aire (oxgeno) y Ferroaleaciones con el fin de aumentar la productividad o dar caractersticas especiales al acero.

Fabricacin del Acero:

La fabricacin del acero se puede lograr en aceras de dos tipos claramente diferenciadas: Planta de productos mltiples, que corresponden a las aceras tradicionales, con produccin de 2 a 5 millones de toneladas anual-es para que resulten de nivel competitivo y empleo de unas 6.000 personas. Entregan una gran variedad de calidades de acero, y su proceso est esquematizado en el grfico siguiente. Mtodo de reduccin directa, de reciente aparicin, en que el mineral pasa a acero lquido en una sola operacin, eliminando los altos hornos. Se combina la reduccin directa con hornos elctricos y colada continua empleando gas natural como combustible en reemplazo de coque siderrgico. Su produccin econmica es de aproximadamente 400.000 tons. anuales en una sola calidad de acero.

Como esta acera no tiene una posibilidad real de instalarse en Chile, se analizar en detalle slo la planta de productos mltiples.Las reas bsicas de una planta de acero son:Altos Hornos, que procesan las materias primas para producir fundicin lquida, llamada arrabio. Acera , donde se transforma el arrabio en lingotes de acero. Laminacin, donde se transforman los lingotes en productos terminados.

Alto Horno

Se distinguen las siguientes secciones fundamentales:Muelles de descarga y canchas de materias primas, para el almacenamiento del mineral de hierro, carbn mineral y piedra caliza. Son operados por un sistema de correa transportadoras elevadas para llevar la materia prima del barco a la zona de apilado y otro subterrneo que, cuando se requiera, lo llevar desde ste a la coquera (carbn) o acera (mineral y caliza).

Coquera, que consiste en una batera de cmaras cerrada donde se destilar el carbn mineral, obteniendo Coque siderrgico y una serie de subproductos como alquitranes fenol, xilol, amoniaco y grandes cantidades de gas.

El Coque incandescente se vaca a carros de ferrocarril, se enfra con una lluvia controlada de agua para evitar impregnarlo y luego se transporta a la acera El gas se lleva a una torre de purificacin para obtener gas combustible que se utilizar en la misma planta o se vender.Altos Hornos propiamente tal, estn destinados a obtener el hierro de primera fusin (arrabio) reduciendo el mineral.

Nota 1: Comienza descomposicin de la piedra caliza desprendiendo C02, el que es reducido por el C a CO. La cal desciende a la zona de fusin a separar la porcin cida.Nota 2: El fierro absorbe carbono hasta su saturacin (3,5 a 4.5%). Se hace fusible y fluido.Nota 3: Reduccin de las impurezas del mineral y del combustible. Los xidos son reducidos por el C con desarrollo de CO.Nota 4: El Mn, Si y P se unen al fierro. Los xidos restantes se separan con la escoria.

Los reductores ms usados son el carbono sea en forma elemental o como CO, y el hidrgeno, ambos en reaccin endotrmica. As, para que la reduccin avance, debe incorporarse energa al sistema sea como combustin externa (energa elctrica) o por combustin del exceso de agente reductor dentro del sistema, que es el mtodo usado normalmente en la produccin comercial de fierro. Dependiendo de las condiciones de reduccin el producto entregado ser slido (fierro esponja, producido por reduccin a baja temperatura) o lquido. Para el producto lquido se incorporan fundentes que se unen con la ganga del mineral y las cenizas del combustible formando una escoria lquida que se separa fcilmente del metal. El lquido obtenido contendr generalmente impurezas como C, Si, Mn, y en menor proporcin P y S. Esto se logra en el Alto Horno, sistema empleado en producir mas del 95 % de la produccin mundial de fierro. El mineral de fierro, el Coque y los fundentes se cargan por la doble campana de la parte superior. Aire precalentado a unos 10000 C es insuflado en la parte inferior de la cuba a travs de toberas, a una presin:, aproximada de 30 psi.El alto horno se carga con: Mineral de hierro, coque, caliza, aire (oxgeno), petrleo, manganeso, otros.Despus del proceso de alto horno sale: Arrabio, escoria, gas de alto horno, polvillo.

La produccin de una tonelada de arrabio requiere de 1550 kg de mineral, 580 ka de Coque y 250 kg de cal. Es por ello que el Coque influye notablemente en el valor final del acero.En la operacin de Alto Horno se trata de obtener una elevada produccin de metal de caractersticas constantes con un bajo consumo de combustible.Para obtener una operacin ptima se recomienda:Uniformidad en la composicin de la carga slida. Uniformidad en la composicin de los gases ascendentes. Uniformidad en la temperatura. Debe advertirse que, si bien solo el 5% de los minerales no se procesa en Alto Horno, los avances tecnolgicos logrados en procesos alternativos indican que esta situacin est variando.

Acera

La transformacin del arrabio en acero, lograda en convertidores, consiste bsicamente en refinar el hierro de primera fusin eliminando las impurezas que an contiene y regulando la composicin qumica del producto.El convertidor ms usado es el convertidor al oxgeno.

Convertidor al Oxgeno Los objetivos de este convertidos son:Bajar el porcentaje de carbono contenido en el arrabio desde un 4% a niveles entre 0,01 y 1,0 %. Disminuir el contenido de elementos perjudiciales. Agregar otros elementos, que son los que determinan las propiedades de cada tipo de acero. El proceso de refinacin es el siguiente: Oxidacin 2C + 02 -> 2CO Proceso no requiere de fuente externa de calor. Energa trmica generada por las reacciones de la corriente de oxgeno puro con los elementos del arrabio, debe controlarse mediante la adicin de refrigerantes (chatarra o mineral de hierro) para llevar el acero al trmino del soplado, a la temperatura y composicin especificada. El soplado del oxgeno dura 18 minutos.

Las materias primas necesarias para el funcionamiento de este convertidor son:Arrabio: principal aporte metlico para la. produccin de acero y representa el 95% de la entrada de calor al sistema. Chatarra: principal enfriador y aporte del saldo metlico para el balance de materiales. Oxgeno puro:acta como fuente de calor y para la oxidacin de las impurezas. Mineral de hierro: para ajuste en el balance de energa. Cal: material esencial de la escoria. Fija en la escoria los elementosindeseables. Dolomita: se agrega para saturar la escoria de magnesio y as disminuir el ataque qumico de la escoria al revestimiento refractario del convertidor. Espato flor: disminuye el punto de fusin de la escoria facilitando de esta manera la disolucin de la cal. Ferroaleaciones: comunican caractersticas al acero.

Otros convertidoresConvertidor Bessemer:

La refinacin se produce mediante una corriente de aire inyectada a travs del arrabio desde el fondo del convertidor. Este convertidor tiene un rendimiento del 88%. Ventajas: a) Bajo tiempo de proceso (10 a 20 minutos). b) No necesita combustible. Desventajas: a) No elimina el fsforo. b) Absorbe N2 del aire. c) Es necesario carburar el bao al vaciar para obtener los distintos tipos de acero. d) Acero de mala calidad.

Otros convertidoresConvertidor Thomas Similar al Bessemer, pero se ocupa revestimiento bsico y debido a la escoria con cal se logra la desfosforacin. Rendimiento: 82 - 84 % Procedimiento Siemens-Martin:

Se realiza en hornos tipo reverbero de hogar abierto. Necesita combustible y aire, el que se introduce a 1.000 - 1.200 'C. El tiempo promedio de colada es de 9.0 horas (rango 8 a 10 horas). Rendimiento: 88 % Procedimiento Horno Elctrico: Calor suministrado por un arco elctrico generado entre un electrodo de carbono (grafito) y un bao de escoria. Produce aceros de alta calidad.

Convertidor Thomas

Laminacin El propsito principal de la laminacin es transformar lingotes en productos terminados. Sin embargo, el trabajo mecnico a alta temperatura a que se le somete tambin mejora las propiedades fsicas del acero al impedir el crecimiento de los cristales y romper los planos de clivaje a lo largo de los cuales ellos cederan. Por esto y por evitar las fisuras, poros y "rechupes" en el producto terminado es que la laminacin debe ser un proceso bien controlado. Objetivos: Comprimir el material para hacerlo ms denso. Se eliminan las cavidades y rechupes formados dentro del lingote, y se hace salir las posibles adherencias de escoria. Reducir la seccin del material. Cambiar la forma del material.

Unidades de laminacin tradicional:

Laminacin Primaria:Laminador desbastador (Productos. semiterminados:) tochos: seccin cuadrada lado > 150 mm l60xl60 a 300x300 mm L = 4.500 y 7.500 mm. Palanquillas: seccin cuadrada lados < 150 mm80x80 y 127xl27 mm L = 1.500 y 7.000 mm planchones:seccin rectangular e = 51 a 146 mm a = 600 y 1.050 mm L = 1.300 y 4.800 mm Laminador de barras

Laminacin Secundaria: Laminador de productos planos en caliente Laminador de productos planos en fro Laminacin en caliente.

Las ventajas de este tipo de laminacin son: Refinacin de los granos gruesos. Mejora dureza, resistencia y ductilidad. Elimina porosidad. Quiebre de las inclusiones. Las desventajas son: Oxidacin/escamacin de la superficie. Baja tolerancia dimensional.

Laminacin en Fro

Las ventajas de este tipo de laminacin son: Aumenta dureza. Aumenta resistencia. Precisin dimensional. Superficie lisa y brillante. Las desventajas son: Alta distorsin estructura granular. Altas tensiones internas. Baja ductilidad.

Recocido. Este proceso es muy importante ya por el se puede reducir la dureza del acero, aliviar tensiones internas, aumentar tanto su ductilidad como su maquinabilidad, adems de cambiar su microestructura.Laminador de temple. Mediante este proceso se puede dar dureza especfica al acero, as como mejorar la regularidad superficial y obtener una superficie con un pulido mucho mejor.

El acero estructural

Ventajas del acero estructural 1. Relacin Resistencia-Peso. Dentro de los materiales usados en la industria de la construccin el acero es el de mejor Relacin resistencia - peso. Esto implica disponer de beneficios tales como: a)Aumento del espacio disponible debido a la menor seccin de vigas y columnas. Adems, ofrece una gran libertad arquitectnica, ya que el mdulo econmico en acero es un 60% mayor que en hormign armado.b)Reduccin del tamao de las fundaciones debido al menor peso propio de la estructura.c)Reduccin de los costos de montaje por la eliminacin de moldajes, alzaprimas y andamios.d)Reduccin de las fuerzas de inercia (fuerzas ssmicas que dependen en gran medida del peso propio de la estructura.

2. Versatilidad y Adaptabilidad.

El acero se presta, prcticamente, para estructurar cualquier concepcin arquitectnica factible de construirse. Incluso, una vez construido, el esqueleto metlico puede alterarse, reforzarse o modificarse con facilidad, generalmente sin interrumpir el uso de la estructura, empleando tan slo el soplete oxiacetilnico para cortar, la soldadura para unir y, en caso necesario, el uso de resinas epxicas para dar continuidad a hormigones en ampliaciones de fundaciones.

3. Velocidad de Construccin.El tiempo de construccin de un edificio con esqueleto de acero se ver disminuido respecto a otro similar en hormign armado debido a que: a)La construccin de la estructura se fabrica en maestranza paralelamente con las fundaciones u otras obras ejecutadas en terreno.b)La estructura se carga inmediatamente despus de montada, eliminando el tiempo de fraguado que requiere el hormignc)El trabajo se realiza simultneamente en varios pisos, tanto en obra gruesa como en terminaciones.d)El tiempo de limpieza final se reduce por la simplicidad de la instalacin de faenas empleadas.

4. Simplicidad y Seguridad en las Conexiones. Si bien las conexiones en estructuras de acero pueden no ser simples, estn suficientemente respaldadas por ensayos de laboratorio como para confiar plenamente en ellas. En este aspecto, no hay ventaja del acero sobre el hormign armado, pero s sobre el hormign prefabricado, para edificios en altura, que no ha podido solucionar satisfactoriamente este problema.5. Valor Residual. Los edificios de acero se disean para una vida til de 50 aos, pero es corriente que se demuelan antes por razones urbansticas o mejor aprovechamiento del espacio. En todo caso su desarme es sencillo y se financia fcilmente con el valor residual del esqueleto.6. Comportamiento Ssmico. El esqueleto de acero, debido a su favorable relacin resistencia peso, a sus caractersticas elastoplsticas, deformabilidad y gran capacidad de absorcin de energa antes de la falla, es considerado como el mejor material constructivo en reas ssmicas. Como en general las estructuras de acero, especialmente edificios, tienen un alto grado de hiperestaticidad, habr varios elementos (o nudos) capaces de formar rtulas plsticas manteniendo la integridad de la estructura, y an en caso de colapso, ste se producir sin falla brusca.

Defectos del Acero como Elemento Estructural. 1. Resistencia al Fuego. El acero no es combustible, pero la temperatura afecta sus propiedades, ya que su resistencia decae a partir de los 300 C hasta casi desaparecer a los 800C. Este problema se puede solucionar de varias formas, por ejemplo:Recubrir al acero con algn material que retarde el alza de temperatura en el acero, por ejemplo en el caso del hormign armado, hormign recubre la estructura de acero. Pintar con alguna pintura resistente a la temperatura. 2. Resistencia al Fro. El acero a baja temperatura pierde considerablemente su ductilidad, con lo que disminuye la capacidad de absorcin de energa por impacto, transformndose en acero frgil. Por ello es necesario que estructuras expuestas a temperaturas inferiores a 15 C bajo cero, sean fabricadas en aceros especiales con alto contenido de nquel, que disminuye su temperatura de transicin.

3. Resistencia al Medio Ambiente. El medio ambiente acta sobre el acero a travs de procesos electroqumicos conocidos con el nombre de corrosin, de los cuales la oxidacin del acero en presencia de humedad y el ataque qumico en ambientes industriales son los ms conocidos. La solucin de este tipo de problema pasa principalmente por la prevencin, es decir utilizar algn mtodo de proteccin contra la corrosin y disear de tal manera que la corrosin no sea un problema importante.4. Flexibilidad El acero estructural al ser un material flexible, sufre deformaciones debido a cargas externas, como pueden ser sismos, vientos , nieve, etc.

Propiedades Fsicas y Mecnicas del acero El comportamiento del acero queda representado por el grfico tensin deformacin obtenido de un ensayo de traccin a baja velocidad sobre una probeta normalizada.

El resultado muestra una curva que presenta sectores caractersticos bien definidos, a saber: a)Zona elstica, donde se cumple la ley de Hooke. Ante una descarga de la probeta, el material recupera sus dimensiones originales. b)Zona plstica, dctil o de fluencia, que muestra una gran deformacin sin que aumente la tensin sobre la probeta. Las descargas seguirn una recta paralela a la porcin elstica, manteniendo una deformacin res dual. Al recargar, el material se comporta en forma elstica hasta retornar a la curva original. c)Zona de endurecimiento bajo deformacin, en que el material vuelve a absorber tensin al producirse un reordenamiento cristalino. Las descargas son similares a la zona plstica. Al recargar, la zona elstica ser mayor sin presentar zona plstica al retomar la curva original. d)Zona de estriccin, en que el rea original se reduce considerablemente hasta producirse la ruptura. Si en esta zona la tensin unitaria se calculase en base al rea real en cada instante, el grfico se modificara segn la lnea segmentada.

Resistencia y Ductilidad Se observa en el grfico que cuando aumenta la resistencia del material virgen, disminuye la ductilidad, caracterstica que se mantiene en todos los productos siderrgicos. Otra propiedad del acero, la dureza, es normalmente dependiente tambin de su resistencia. La dureza est relacionada con la capacidad de prevenir el desgaste y deterioro por acciones mecnicas, por lo que ser mayor en aceros ms resistentes.

Esfuerzo de corteUna probeta sometida a esfuerzo de corte genera una curva tensin-deformacin unitarias similar a las curvas del ensayo de traccin, con lmite de fluencia al corte 3 veces menor que el de traccin y tensin de ruptura entre 2/3 y 3/4 de la de traccin. Curva tiene una zona elstica definida por el mdulo de elasticidad al corte G:

Absorcin de EnergaEl comportamiento del acero puede ser de dos tipos:

- Dctil, cuando su curva tensin-deformacin muestra las zonas caractersticas bien definidas. - Frgil, cuando la ruptura se alcanza repentinamente, con baja deformacin, y por tanto con un mnimo de energa absorbida durante el ensayo.

Varias son las causas que pueden transformar total o parcialmente un acero dctil en frgil.

a) Acero sometido a tratamiento trmico. Entre otras texturas, las que ms influyen en el comportamiento del acero estn la perlita (laminillas finas de ferrita y cementita) que es de cristales finos, deformable y dctil, y la cementita (carburo frrico CF3) de cristales mayores y que s caracteriza por ser dura y frgil. Cuando el acero estructural, de textura perlita, es sometido a calentamientos y enfriamientos bruscos (mayores a 720 C) la ferrita se carbura, transformndose en cementita, no siendo ya apto para usos estructurales. Por ello, los procesos de soldadura, oxicorte, recalentamientos y quemazones que alteran localmente al acero deben ser muy controlados. b) Trabajo mecnico en fro. En general, el excesivo trabajo mecnico en fro produce efectos anlogos. El acero estructural puede ser sometido en taller a procesos de plegado o estiramiento, lo que produce fragilidad por autotemple natural y por mantener deformaciones residuales que reducen su capacidad de Absorcin de energa. c) Concentracin de tensiones. La Concentracin de tensiones, por muescas en ngulos entrantes sin esquinas redondeadas, o estado de tensiones triaxiales, como es el caso de 3 cordones de soldadura que convergen en un punto, aumentan considerable mente la fragilidad del acero. Por ser vital la ductilidad del acero estructural, el control de su composicin qumica y del proceso de fabricacin de estructuras debe ser riguroso.

Resistencia a esfuerzos repetitivos Fatiga es el deterioro progresivo de un metal hasta la rotura parcial o total bajo el efecto de tensiones alternadas o repetidas. Esto es, un elemento estructural sometido a esfuerzos cclicos, puede fallar eventualmente, an cuando la tensin mxima a que est sometido sea menor que el lmite de fluencia. El origen de la falla por fatiga debe ser buscado a nivel del tomo, puesto que ella parece ser, esencialmente, una acumulacin de microtensiones plsticas.

Determinacin de las propiedades mecnicas del acero a partir de los componentes qumicos

Las propiedades mecnicas en los aceros se pueden estimar sabiendo los porcentajes de carbono y de manganeso con las siguientes formulas: Fluencia (kgf/mm2) : Sigmay = 14,6 + 28,0*C + 5,9*Mn s = 0,9 (kgf/mm2) Resistencia a la traccin (kgf/mm2) : SigmaR = 21,7 + 73,5*C + 9,1*Mn s = 1,5 (kgf/mm2) Alargamiento (%) : e = 38,2 - 32,6*C - 3,2*Mn s = 2,4 (%) Temperatura de Transicin (C) : T = K + 194*C - 41*Mn s = 6,5 (C) en que:C = % de Carbono Mn = % de Manganeso K = Constante en funcin de % Mn

Factores que afectan las propiedades mecnicas

Composicin qumica

Las caractersticas mecnicas de un acero y su habilidad para mantenerlas despus de los procesos de trabajo en fro y caliente dependen bsicamente de la Composicin qumica.

El compuesto ms importante en la aleacin es el carbono que por s solo define las caractersticas generales del producto. Su presencia aumenta la tensin de ruptura y la tensin de fluencia del acero, aunque disminuye la ductilidad y la soldabilidad.

El manganeso tiene una accin similar al carbono, aunque ms suavizada. En los aceros corrientes se encuentra en proporcin de 0,8 a 1,2 %, lo que permite adems neutralizar al azufre, uno de los elementos ms perjudiciales en el acero. Tiene propiedades desoxidantes durante la conversin.

El silicio se encuentra normalmente en proporcin de 0,3%, ya que ello permite elevar considerablemente el lmite de elasticidad y la tensin de ruptura del acero, sin reducir prcticamente su ductilidad. Es desoxidante en la conversin. El fsforo es el menos deseable por cuanto confiere alta fragilidad a la masa y afecta la soldabilidad del acero. Por ello, su porcentaje se limita al 0,04%. El azufre no contrarrestado por el manganeso se une con el fierro formando laminillas en la masa metlica reduciendo tanto la resistencia como la ductilidad. Por ello, su porcentaje se limita a 0,05 %. El nquel es altamente positivo en el acero. Aumenta la dureza y resistencia sin afectar la ductilidad y soldabilidad. Mejora la resistencia al impacto del material a bajas temperaturas y protege al acero contra la corrosin.

Temperatura de transicin El acero a baja temperatura pierde considerablemente su ductilidad, y si bien no es menos resistente, la energa proveniente de impactos o vibraciones puede producirle su ruptura frgil slo por falta de capacidad para absorberla.

En el grfico siguiente se ha determinado mediante el ensayo de Charpy cul es la mxima energa absorbida por un acero a diferentes temperaturas, definiendo un nivel llamado Temperatura de Transicin correspondiente al punto en que se produce el primer cambio de pendiente de la curva.Bajo esta temperatura, el acero tendr un comportamiento frgil no adecuado para resistir cargas de impacto o vibraciones.

Fatigamiento

Es el fenmeno de prdida de tensin del acero debido al efecto de cargas repetidas y alternadas. En las estructuras normales, este fenmeno se ve afectado por el tipo de perfil y de conexin empleada.

Efecto de la temperatura

El acero, constituido por cristales de ferrita (hierro puro precipitado) y laminillas de ferrita y cementita, en condiciones de operacin normales es prcticamente estable entre la temperatura de transicin y los 300 C. Superada esa temperatura y sometido a cargas, se altera la constitucin cristalina, lo que hace variar las propiedades caractersticas del acero.