¿Qué es el acero al carbono?
El Instituto Americano del Hierro y el Acero (AISI) define el acero al carbono principalmente en función de su composición, en particular su contenido de carbono. Según la definición del AISI, el acero al carbono es un acero compuesto principalmente de hierro, con carbono (C) como principal elemento de aleación, y generalmente contiene muy pocos elementos de aleación, a menos que se añadan para mejorar ciertas propiedades.
Contenido de carbono: El acero al carbono suele tener un contenido de carbono de entre 0,051 TP³T y 2,01 TP³T. Según su contenido de carbono, se divide en acero de bajo carbono, acero de medio carbono y acero de alto carbono.
- Acero bajo en carbono: Contenido de carbono entre 0,05% y 0,25%.
- Acero de carbono medio: Contenido de carbono entre 0,25% y 0,60%.
- Acero con alto contenido de carbono: Contenido de carbono entre 0,60% y 2,0%.
Elementos de aleación: Según AISI, el acero al carbono contiene poco o ningún elemento de aleación, como silicio, manganeso, cromo, molibdeno, etc. La adición de elementos de aleación generalmente se utiliza para mejorar ciertas propiedades, como la dureza, la resistencia a la corrosión o la estabilidad térmica.
Acero sin alear: Según las normas AISI, si una aleación de acero contiene cantidades significativas de otros elementos (como cromo, níquel, molibdeno, etc.) más allá de una proporción especificada, ya no se considera acero al carbono sino que se clasifica como acero aleado.
Características del acero al carbono
Los aceros al carbono AISI suelen tener las siguientes características:
- Buena soldabilidad: El acero con bajo contenido de carbono es especialmente adecuado para la soldadura.
- Alta resistencia: Los aceros con medio y alto contenido de carbono tienen mayor resistencia y dureza.
- Costo relativamente bajo: El acero al carbono es generalmente menos costoso en comparación con otros aceros aleados.
Efectos de diferentes elementos de aleación en el acero al carbono y sus rangos permitidos
Los efectos de los diferentes elementos de aleación en el acero al carbono se centran principalmente en mejorar sus propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión y rendimiento a altas temperaturas.
Cada elemento de aleación tiene un impacto distinto en el acero al carbono, y su adición depende de los requisitos específicos de la aplicación. A continuación, se presentan algunos elementos de aleación comunes, sus efectos en el acero al carbono y sus rangos de contenido permitidos.
| Elemento de aleación | Efecto | Rango de contenido permitido |
| Manganeso (Mn) | Aumenta la resistencia (límite elástico y resistencia a la tracción) Mejora la soldabilidad Desoxida (elimina oxígeno, reduciendo la porosidad y las grietas) | 0,30% a 1,00% en aceros al carbono Aceros con alto contenido de manganeso (por ejemplo, AISI 1310): 10% a 14% |
| Silicio (Si) | Desoxida (elimina el oxígeno, reduciendo los poros) Aumenta la resistencia, especialmente a altas temperaturas. Aumenta la dureza, especialmente en condiciones de trabajo en frío. | 0,10% a 0,50% en aceros al carbono Aceros con alto contenido de silicio: 1.0% a 2.0% |
| Cromo (Cr) | Mejora la resistencia a la corrosión (forma una capa protectora de óxido) Mejora la resistencia a altas temperaturas. Mejora la resistencia al desgaste. | 0,3% a 1,0% en aceros de baja aleación Aceros con alto contenido de cromo: 5% a 12% |
| Níquel (Ni) | Aumenta la tenacidad y la ductilidad, especialmente en entornos de baja temperatura. Mejora la resistencia a la corrosión (especialmente en entornos químicos y marinos) | 0,30% a 3,0% en aceros al carbono Níquel en aceros inoxidables: 8% a 20% |
| Molibdeno (Mo) | Resiste la fragilidad a bajas temperaturas. Mejora el rendimiento a altas temperaturas (resistencia a la oxidación) Mejora la resistencia a la corrosión (en ambientes ácidos) Aumenta la resistencia al desgaste. | 0,10% a 0,50% Aceros con alto contenido de molibdeno: 0,5% a 5,0% |
| Vanadio (V) | Aumenta la dureza y la resistencia, especialmente después del tratamiento térmico. Mejora la resistencia al desgaste. Refina la estructura del grano, mejorando las propiedades generales. | 0,05% a 0,15% Aceros con alto contenido de vanadio: 0,5% o más |
| Cobre (Cu) | Mejora la resistencia a la corrosión (especialmente en ambientes húmedos o ácidos) Aumenta la resistencia al desgaste (especialmente en entornos marinos) | 0,20% a 0,50% Cobre en aceros resistentes a la corrosión: hasta 0,75% |
| Azufre (S) | Mejora la maquinabilidad (apta para mecanizado) Reduce la tenacidad y la soldabilidad, especialmente a bajas temperaturas. | 0,01% a 0,05% Aceros con alto contenido de azufre: hasta 0,10% |
| Fósforo (P) | Aumenta la resistencia, especialmente en aceros con bajo contenido de carbono. Disminuye la tenacidad al impacto (puede hacer que el acero se vuelva quebradizo, especialmente a bajas temperaturas) | 0,04% a 0,08% Aceros de alta resistencia: controlados por debajo de 0,02% |
Proceso de fabricación del acero al carbono
El proceso de fabricación del acero al carbono implica varios pasos, desde la preparación de la materia prima y la fundición hasta el acabado.
Primero, El mineral de hierro y la chatarra de acero se funden en un alto horno para producir arrabio, que luego se refina en un convertidor o en un horno eléctrico para eliminar las impurezas y ajustar el contenido de carbono.
Próximo, El acero fundido se moldea en lingotes o palanquillas, que posteriormente se procesan mediante laminación en caliente o en frío para lograr la forma deseada. Se utilizan procesos de tratamiento térmico (como normalizado, recocido, temple y revenido) para mejorar las propiedades del acero, garantizando así su dureza, resistencia y tenacidad.
Finalmente, Los tratamientos superficiales (como recubrimiento, decapado y fosfatado) mejoran la resistencia a la corrosión del acero, y los pasos finales de corte, corte e inspección de calidad garantizan que los productos de acero al carbono cumplan con los estándares requeridos.
Ventajas del acero al carbono
El acero al carbono tiene una alta resistencia a la tracción, especialmente los aceros con medio y alto contenido de carbono, lo que lo hace adecuado para piezas estructurales y mecánicas que necesitan soportar cargas elevadas.
Es rentable y se utiliza ampliamente en industrias como la construcción, la automotriz, la maquinaria, la construcción naval y el petróleo y el gas.
El acero con bajo contenido de carbono tiene buena maquinabilidad, lo que lo hace adecuado para diversos procesos de fabricación, mientras que el acero con contenido medio de carbono equilibra resistencia y tenacidad, lo que lo hace ideal para una variedad de aplicaciones estructurales.
El acero con alto contenido de carbono, después del tratamiento térmico, exhibe una excelente resistencia al desgaste y se utiliza para fabricar herramientas y componentes de alto desgaste.
Desventajas del acero al carbono
El acero al carbono tiene poca resistencia a la corrosión, especialmente el acero con bajo contenido de carbono, que es propenso a oxidarse y requiere recubrimiento o protección contra la corrosión.
Si bien el acero con alto contenido de carbono tiene mayor dureza, también es más frágil y propenso a fracturarse, especialmente en entornos de baja temperatura.
El rendimiento de la soldadura es deficiente, especialmente en el caso del acero con alto contenido de carbono, que es propenso a agrietarse debido a su mayor contenido de carbono.
La resistencia y la dureza del acero al carbono disminuyen en entornos de alta temperatura, lo que lo hace inadecuado para su uso en condiciones corrosivas y de alta temperatura.
Debido a su tendencia a oxidarse, los equipos y componentes de acero al carbono requieren un mantenimiento regular o protección con recubrimiento.
El efecto de los oligoelementos en la soldabilidad del acero al carbono
El impacto de los oligoelementos en la soldabilidad del acero al carbono es crucial, ya que estos elementos afectan directamente las propiedades del baño fundido, el rendimiento mecánico de la unión soldada y la calidad de la soldadura.
Azufre
El azufre es un elemento nocivo que puede aumentar significativamente la fragilidad de la unión soldada, especialmente a altas temperaturas. Reduce la soldabilidad del acero, lo que provoca defectos de soldadura como grietas (p. ej., grietas en caliente) y otros defectos de soldadura.
Fuente: https://www.researchgate.net/figure/Solidification-cracking-in-GMAW-Fig3-Hydrogen-induced-cracking-in-HY-80-steel_fig1_263656906
Fósforo
El fósforo también es un elemento perjudicial que reduce la tenacidad del acero, especialmente en entornos de baja temperatura, donde su efecto es más pronunciado. El acero con alto contenido de fósforo es más propenso a agrietarse durante la soldadura, especialmente a baja temperatura.
Manganeso
El manganeso es uno de los elementos de aleación más comunes en el acero y tiene un impacto positivo en la soldabilidad del acero al carbono. Mejora la capacidad desoxidante del acero, reduciendo la probabilidad de porosidad y defectos de soldadura durante el proceso.
Silicio
El silicio, presente habitualmente como agente desoxidante en el acero al carbono, se encuentra generalmente en bajas concentraciones, generalmente entre 0,11 TP₃T y 0,31 TP₃T. Ayuda a eliminar el oxígeno del metal de soldadura y mejora su fluidez.
Aplicaciones comunes del acero al carbono en diversas industrias
El acero al carbono se utiliza ampliamente en diversos campos, principalmente debido a sus excelentes propiedades mecánicas, facilidad de procesamiento y rentabilidad. A continuación, se presentan algunas aplicaciones comunes del acero al carbono:
Ingeniería de Construcción y Estructural: El acero al carbono se utiliza comúnmente en la construcción de puentes, marcos de edificios, estructuras de acero y estructuras de soporte.
Tuberías y accesorios para tuberías: Los tubos de acero al carbono soldados y sin costura, como los que cumplen con las normas ASTM A106 y ASTM A53, se utilizan ampliamente para el transporte de petróleo, gas y agua.
Fabricación de automóviles: El acero al carbono se utiliza en piezas como carrocerías de automóviles, componentes de motores y chasis.
Fabricación de maquinaria: Se utiliza para producir piezas mecánicas, herramientas, engranajes, ejes y otros componentes.
Productos de acero: Las placas, tubos, varillas y otros productos de acero se utilizan comúnmente para fabricar diversos equipos industriales y electrodomésticos.
Industria energética: Los tubos de acero al carbono y los tubos para calderas se utilizan ampliamente en la construcción y operación de centrales térmicas, nucleares y de otros tipos de energía.
Industria petroquímica: Se utiliza para fabricar reactores, intercambiadores de calor, torres, recipientes a presión y otros equipos.
Construcción naval e ingeniería marina: El acero al carbono se utiliza en estructuras de cascos de barcos, plataformas marinas y otras aplicaciones marinas.
Transporte ferroviario: El acero al carbono se utiliza para vías ferroviarias, vagones y otros equipos de transporte.
Debido a su alta resistencia y excelente soldabilidad, el acero al carbono juega un papel crucial en muchas aplicaciones industriales donde la resistencia y la confiabilidad son esenciales.
Resumen
En este artículo, exploramos varios aspectos del acero al carbono, incluidos sus elementos de aleación, procesos de fabricación y diversas aplicaciones.
Analizamos cómo elementos de aleación como el manganeso, el silicio, el cromo y el níquel afectan las propiedades mecánicas, la resistencia a la corrosión y el rendimiento a altas temperaturas del acero al carbono. El artículo también abordó el proceso de fabricación del acero al carbono, destacando los pasos desde la preparación de la materia prima hasta el procesamiento del producto final, junto con las ventajas y desventajas del material.
Además, revisamos las aplicaciones comunes del acero al carbono en industrias como la construcción, la automoción, la energía y la construcción naval. El análisis detallado de las propiedades y usos del acero al carbono demuestra su versatilidad e importancia en los sectores de la ingeniería y la industria modernos.
Más recursos:
https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_steel
ES 
EN 
DE 
RU 
FA 
ID 
FR 
NL