C (Carbono)
Añadir C al proceso de fundición de acero es una forma habitual de fundir. Cuando el contenido de C es inferior a 2%, lo llamamos acero colado; cuando es superior a 2%, lo llamamos acero C. Sin embargo, el C por sí mismo no tiene resistencia ni dureza. Sin embargo, como Fe(3)C, el carburo de hierro en la solución sólida, el C es el principal elemento de control de la resistencia y la dureza.
El protagonismo de C:
En la fundición de acero inoxidable, a medida que aumenta el contenido de C, aumentan la resistencia, la dureza y la templabilidad del acero. Sin embargo, reduce la plasticidad, la tenacidad y las propiedades magnéticas y eléctricas. La combinación de C y determinados elementos de aleación en el acero forma diversos carburos, que tienen diferentes efectos sobre las propiedades del acero.
Contenido de C en algunos rangos de fundición de acero: Acero C 0,03 ~ 1,04%, acero para herramientas de alta velocidad 0,75 ~ 1,60%, acero para herramientas de trabajo en caliente 0,22 ~ 0,70%, acero para herramientas de trabajo en frío 0,45 ~ 2,85%.
Mn
Vemos Mn en el acero fundido en el proceso de desoxidación y desalinización, pero en este punto, permanece en el acero en cantidades inferiores a 1%. Cuando la cantidad de Mn en el acero supera los 1%, el Mn es un elemento de aleación añadido intencionadamente.
El papel principal del Mn:
Para mejorar la resistencia a la tracción, la templabilidad, la alta tenacidad y las propiedades de procesamiento de la fundición de acero. En los aceros que contienen S, el Mn minimiza la fragilización en caliente y en frío provocada por el S. Los aceros con alto contenido en Mn presentan una elevada resistencia al desgaste tras un trabajo duro o un impacto. Sin embargo, tiende a favorecer el crecimiento del grano del acero y a aumentar el segundo tipo de fragilidad por revenido. El elemento de Mn se utiliza en acero estructural, acero de refuerzo y acero para muelles.
Mn en algunos de fundición de acero en el rango de contenido: Acero C 0,25 ~ 0,65%, acero Mn 1,6 ~ 1,9%, acero para herramientas en frío 0,30 ~ 2,50%, auténtico acero inoxidable Cr - Ni 2,00 ~ 15,5%.
Si
El Si es un elemento formador de ferrita. Eleva las temperaturas A(1) y A(3). Como el Si tiene un efecto grafítico, suele combinarse con el Mn en el acero como estabilizador de los carburos. Es un desoxidante de uso común.
El papel principal de Si:
En los aceros para chapas eléctricas, el Si aumenta la permeabilidad y la resistividad y permite pérdidas por histéresis poco profundas. El Si hace que algunos aceros resistentes a altas temperaturas sean resistentes a la oxidación. Y la fundición de acero mejora la templabilidad, la resistencia y la tenacidad al impacto mediante la combinación de Si y Mn. Especialmente después del temple y revenido, puede mejorar el límite elástico y el límite de fluencia del acero. El alto contenido de Si en la fundición de acero, sus propiedades magnéticas, y la resistencia se incrementan significativamente. Sin embargo, el Si tiende a promover la grafitización, y cuando el acero contiene altos niveles de C, el efecto es aún mayor.
El contenido de Si en el acero ordinario oscila entre 0,17 y 0,37%.
Cr
El papel principal de Cr:
La fundición de acero inoxidable contiene suficiente C cuando el Cr mejora la dureza del acero. En general, los aceros con bajo contenido en Cr que contienen 1% C son muy duros. El Cr añadido a los aceros de bajo C puede mejorar la resistencia pero reducir la ductilidad. El Cr mejora la resistencia a altas temperaturas y la templabilidad del acero; en el acero de alto C y la resistencia al desgaste.
Cuando se añade en grandes cantidades, hasta 25%, el Cr mejora la resistencia a la corrosión debido a que forma una capa de óxido protectora en la superficie del acero. En combinación con elementos como el Ni, mejora la resistencia a la oxidación y la resistencia térmica del acero y mejora aún más la resistencia a la corrosión. El Cr favorece el crecimiento del grano, lo que aumenta la fragilidad del acero. El Cr es un elemento muy utilizado en los aceros estructurales, para herramientas, para rodamientos, inoxidables y resistentes al calor.
W
El W es un elemento sólido formador de carburos. Forma los carburos W(2)C, WC y el carburo complejo Fe(4)W(2)C, que son muy duros y estables. Estos carburos se disuelven muy lentamente y sólo a temperaturas muy elevadas. El W es un componente importante de los aceros para herramientas, especialmente de los aceros rápidos para herramientas. En estos aceros, el W aumenta significativamente la dureza tras el endurecimiento secundario. Como elemento formador de ferrita, el W disminuye la temperatura A(4) y aumenta la temperatura A(3).
El papel protagonista de W:
El W inhibe el crecimiento del grano y, por tanto, tiene un efecto refinador del grano. El W reduce la descarburación durante el trabajo en caliente y el tratamiento térmico. Aumenta la dureza a alta temperatura de los aceros templados y revenidos. En algunas aleaciones de alta temperatura, el W aumenta la resistencia a la fluencia. La fundición de acero inoxidable que contiene W se calienta a 600~700℃ carburo sigue sin precipitar, evitando así el reblandecimiento del acero. Es uno de los elementos más utilizados en el acero rápido para herramientas y en el acero aleado para herramientas. Sin embargo, no es adecuado para la resistencia a la oxidación del acero fundido.
W en algunos rangos de contenido de acero: Acero W-Cr 1.75%, acero para herramientas de alta velocidad 1.15 ~ 21.0%, acero para herramientas de trabajo en caliente 0 ~ 19.0%, acero para herramientas de trabajo en frío 0 ~ 2.0%, acero resistente al impacto 0 ~ 3.0%.
Mo
El Mo es un robusto elemento formador de carburos. Forma el carburo rígido y estable Mo(2)C, así como otros carburos complejos como Fe(4)Mo(2)C y Fe(21)MoC(6).
El papel protagonista de Mo:
Una pequeña cantidad puede reducir eficazmente la tasa de transformación y mejorar la resistencia a altas temperaturas y a la fluencia del acero fundido. También puede mejorar la resistencia a la corrosión del acero inoxidable, especialmente en soluciones de ácido clorhídrico. El W desempeña un papel similar en el acero rápido para herramientas, a menudo con Mo en lugar de W. Esto reduce la acumulación de carburo en los aceros que contienen W y mejora las propiedades mecánicas. El Mo es uno de los componentes esenciales de los aceros al Mo, que presentan una elevada resistencia a la tracción y una buena plasticidad. En los aceros al Cr, el Mo se añade para mejorar la maquinabilidad y las propiedades mecánicas. En los aceros Ni-Mo, el Mo aumenta la dureza superficial del acero inoxidable fundido.
Mo en algunos rangos de contenido de acero: Acero al Mo 0,15 ~ 0,60%, acero para herramientas de alta velocidad 0 ~ 10,0%, acero para herramientas de trabajo en caliente 0 ~ 5,5%, acero para herramientas de trabajo en frío 0 ~ 1,8%, acero inoxidable Cr - Ni auténtico 0,~ 4,0%, acero Cr martensítico 0 ~ 1,25%, acero ferrocromo 0 ~ 1,25%.
V
El V es un elemento sólido formador de carburos. Forma carburos VC. El V está presente en el acero moldeado en forma de carburos y nitruros de grano fino y difuso. No se descomponen a temperaturas medias de tratamiento térmico y pueden inhibir el crecimiento del grano. Una cantidad suficiente de carbono y V soluble a temperaturas elevadas provoca el efecto de endurecimiento secundario más significativo observable.
El papel protagonista de V:
El V es un elemento esencial para el afino del grano. Inhibe el crecimiento de austenita, y tan sólo 0,1% V inhibirá eficazmente el crecimiento de grano durante el temple. Sin embargo, el crecimiento de grano comienza inmediatamente cuando el acero fundido se calienta a una temperatura en la que el crecimiento de grano inhibe la disolución de las partículas de carburo y nitruro.
Hierro, relación de contenido de carbono superior a 5,7 puede prevenir o reducir los medios de comunicación en la corrosión intergranular de acero inoxidable ácido. Y mejorar significativamente la resistencia de acero inoxidable fundido a alta temperatura, alta presión, y la capacidad de corrosión por hidrógeno. Puede refinar el grano y ralentizar la tasa de transferencia de elementos de aleación, pero la resistencia a la oxidación a alta temperatura del acero de hierro fundido no es buena.
V en algunos rangos de contenido de acero y aleación: acero al cromo - V 0,10 ~ 0,20%, acero para herramientas de alta velocidad 0,90 ~ 5,25%, acero para herramientas en caliente 0 ~ 2,20%, acero para herramientas en frío 0 ~ 5,15%
Co
El Co es un elemento formador de carburos. Su tendencia a formar carburos es ligeramente superior a la del hierro. Mejora las propiedades del acero a altas temperaturas y su resistencia a la oxidación y la corrosión. El Co es un componente crucial de algunos aceros superduros para herramientas de alta velocidad, algunas aleaciones de imanes permanentes y aleaciones de alta temperatura.
El protagonismo de Co:
El Co aumenta sustancialmente la resistencia y la tenacidad al favorecer el proceso de endurecimiento por precipitación. El Co se disuelve en ferrita o austinita e inhibe el reblandecimiento durante el aumento de temperatura.
El rango de contenido de Co en algunos aceros y aleaciones: 0~13,0% para aceros de herramientas de alta velocidad, 0~4,5% para aceros de herramientas de trabajo en caliente.
Ti
El Ti es un elemento formador de carburos sólidos. En estado de solución sólida, el efecto de refuerzo de la solución fiable es extremadamente fuerte, pero reduce simultáneamente la tenacidad de la solución sólida.
El papel protagonista de Ti:
En los aceros de cromo medio, el Ti retira el carbono de la solución sólida y reduce la dureza y la templabilidad de la martensita. En los aceros con alto contenido en cromo, el Ti impide la formación de austenita. En los aceros inoxidables austeníticos, el Ti retira el carbono de la solución sólida a altas temperaturas, impidiendo así la formación de carburos de cromo en los límites de grano. En las aleaciones austeníticas de alta temperatura, el Ti favorece el endurecimiento por precipitación. En los aceros sedimentarios de alta resistencia y baja aleación, el Ti mejora la tenacidad del acero. El Ti puede refinar el grano y fijar el carbono, beneficiando la soldabilidad del acero de fundición.
El contenido de Ti en el acero de baja aleación de alta resistencia oscila entre 0~0,10%
Pb
El plomo tiene una solubilidad limitada en el acero fundido. Como tiene una densidad mucho más excelente que el acero, se hunde en el acero fundido y se separa del acero. Está presente en el acero en forma de inclusiones. Estas inclusiones son blandas y actúan como lubricantes intersticiales. Su contenido de aproximadamente 0,20% y la presencia de partículas muy pequeñas pueden mejorar la maquinabilidad del acero sin afectar significativamente a otras propiedades.
Ni
El Ni no forma carburos. La presencia de Ni en el acero de fundición desestabiliza los carburos de hierro y favorece así la grafitización. El Ni actúa reforzando la ferrita mediante el desarrollo de soluciones sólidas de sustitución simple. Como elemento formador de austenita, el Ni estabiliza la austenita aumentando la temperatura A(4) y disminuyendo la temperatura A(3). Si el hierro puro contiene más de 25% de Ni, la aleación resultante es austenita pura aunque se enfríe lentamente a temperatura ambiente.
El papel protagonista de Ni:
En los aceros aleados con un contenido de Ni de hasta 5%, el Ni mejora la resistencia y la tenacidad. El Ni permite la formación de austenita con un alto contenido de cromo, dando lugar a aceros inoxidables austeníticos al cromo-Ni. Su uso está muy extendido, sobre todo en aceros inoxidables y aceros resistentes al calor. Los aceros con alto contenido en Ni que contienen pequeñas cantidades de carbono aumentan significativamente la histéresis térmica de la transformación heterocristalina isotrópica. Esto conduce a la retención de martensita en aceros martensíticos envejecidos cuando se calientan a 600°C. El Ni reduce el coeficiente de dilatación térmica y, en las aleaciones con alto contenido en Ni, aumenta la permeabilidad. Cuando el contenido de Ni en el acero moldeado es elevado, combinarlo con cromo puede mejorar significativamente la resistencia a la corrosión y al calor del acero.
Nb
El Nb aumenta la resistencia endureciendo por precipitación y refinando aún más el grano de ferrita.
El papel principal del Nb:
Pequeñas cantidades de Nb (aprox. 0,02%) pueden aumentar eficazmente la resistencia a la tracción y el límite elástico del acero al carbono. El Nb es un componente esencial de algunos aceros de baja aleación y alta resistencia.
Cuando su contenido es superior a 8 veces el contenido de carbono, puede fijar casi todo el carbono del acero moldeado. Los aceros auténticos evitan la corrosión intergranular del acero fundido por medios oxidantes. Debido a la fijación del carbono en el acero y al efecto de endurecimiento por precipitación, puede mejorar las propiedades a alta temperatura de los aceros de resistencia en caliente, como la resistencia a la fluencia.
Cu
El cobre es un elemento formador de austinita. Dado que el cobre tiende a grafitizarse, solo se añade al acero dulce y en cantidades no superiores a 1,5%.
La función principal del cobre es mejorar la resistencia a la corrosión y aumentar la resistencia a la tracción de la aleación mediante el endurecimiento por precipitación. El cobre puede aumentar ligeramente el límite elástico en aquellos aceros en los que no se produce el endurecimiento por precipitación. Sin embargo, reduce la plasticidad y la tenacidad de la fundición de acero inoxidable. El acero al carbono aumenta la templabilidad y disminuye la ductilidad. Cuando el contenido de cobre supera 0,4%-0,5%, hace que la superficie de las piezas de acero se agriete fácilmente durante el trabajo en caliente.
Al
El Al tiene una capacidad de formación de carburos inferior a la del hierro. El Al favorece la grafitización en la fundición de acero inoxidable.
El papel protagonista de Al:
Al y nitrógeno u O para producir dispersiones finas eficaces para inhibir el crecimiento del grano. Genera una capa eficaz de endurecimiento superficial mediante la difusión a baja temperatura del nitrógeno (nitruración). Y el Al hace que el acero sea resistente a la corrosión al desarrollar una capa sólida de óxido de Al en la superficie del acero de fundición. El Al refina los granos de acero inoxidable fundido, aumentando así la resistencia y tenacidad del acero.
El contenido de Al en algunos aceros y aleaciones oscila entre 0,01 y 0,03% en el acero ordinario, entre 0 y 0,30% en el acero inoxidable ferrítico y entre 0 y 1,5% en el acero inoxidable endurecido por precipitación.
B
B es un sólido muy duro que funde a 2300°C.
El papel protagonista de B:
La adición de pequeñas cantidades de B (0,0005 a 0,005%) en acero inoxidable fundido totalmente desoxidado puede mejorar significativamente la templabilidad del acero. Esto se debe a una reducción de la velocidad de transición de fase durante el enfriamiento, pero cuando el contenido de carbono aumenta, la templabilidad disminuye. Por lo tanto, el B añadido a un acero de carbono bajo o medio con un contenido de carbono <0,6% tiene un efecto significativo. Si se añade una pequeña cantidad de B, se reduce a la mitad la cantidad de otros elementos de aleación más caros, y aún así el acero fundido mantiene el mismo índice de transformación. B mejora la ductilidad y las propiedades mecánicas del acero inoxidable fundido.
S
El S es el elemento más perjudicial para el acero moldeado. Tiene el efecto más perjudicial sobre el acero al formar el frágil sulfuro FeS. El sulfuro está presente en el acero en cantidades tan bajas como 0,01% y también puede excitar la precipitación de sulfuro a lo largo de los límites de grano.
El papel principal de S:
Cuando se añade una cantidad suficiente de manganeso al acero fundido, el S forma MnS, que es plástico a temperaturas de trabajo en caliente. El S puede aumentar las inclusiones no metálicas en el acero, de modo que la resistencia del acero se reduce y reduce significativamente las propiedades de soldadura del acero. En el trabajo en caliente, es fácil que se produzca fragilidad (quebradizo en caliente), pero un contenido de S ligeramente superior puede mejorar la maquinabilidad del acero con bajo contenido en carbono.
El contenido de S en el acero ordinario es ≤ 0,045%.
P
El S es el elemento más perjudicial para el acero fundido. El S tiene el efecto más perjudicial sobre el acero al formar el frágil sulfuro FeS. El sulfuro está presente en el acero en cantidades tan bajas como 0,01% y también puede excitar la precipitación de sulfuro a lo largo de los límites de grano.
El papel principal de S:
Cuando se añade una cantidad suficiente de manganeso al acero fundido, el S forma MnS, que es plástico a temperaturas de trabajo en caliente. El S puede aumentar las inclusiones no metálicas en el acero, de modo que la resistencia del acero se reduce y reduce significativamente las propiedades de soldadura del acero. En el trabajo en caliente, es fácil que se produzca fragilidad (quebradizo en caliente), pero un contenido de S ligeramente superior puede mejorar la maquinabilidad del acero con bajo contenido en carbono.
El contenido de S en el acero ordinario es ≤ 0,045%.
N
El N en el acero puede tanto formar nitruros como disolverse en los intersticios tras la solidificación. En ambos casos, el N fragiliza el acero y lo hace inadecuado para el trabajo en frío. Por lo tanto, el contenido de N debe ser tan bajo como 0,002% para producir aceros blandos con alta plasticidad. La reducción del contenido de N también reduce el envejecimiento por enfriamiento rápido. En los aceros laminados en caliente o forjados, el fósforo crea las llamadas "zonas anómalas", que se convierten en puntos débiles del acero.
H
El hidrógeno puede difundirse en el acero a temperatura ambiente. Esta difusión es más eficaz durante un aumento lento de la temperatura. Un contenido de hidrógeno superior a aproximadamente 0,0005% provoca una reducción de la ductilidad del acero. Un contenido de hidrógeno superior a 0,0005% puede provocar la rotura interna del acero. Esto ocurre generalmente durante el enfriamiento del metal tras el laminado o la forja.
Hace que el acero sea susceptible a defectos inadmisibles como los puntos blancos, que pueden provocar fragilización por hidrógeno y es también un factor esencial que conduce a la fisuración en frío (fisuración retardada) en la zona afectada por el calor de la soldadura.
O
Durante el proceso de soplado de la siderurgia, se insufla una gran cantidad de O en el baño de fusión. Al final del proceso de soplado, el acero contiene un exceso de O. Si no se desoxida, afectará a la posterior operación de colada. Y en el proceso de solidificación del acero, el O se encuentra en forma de precipitación de óxido en grandes cantidades. El acero inoxidable fundido también producirá inclusiones no metálicas de óxido, lo que reducirá la plasticidad y la tenacidad al impacto del acero, haciéndolo quebradizo.
En
Como el contenido no supera 0,20%, las propiedades mecánicas generales del acero inoxidable fundido no son significativas, pero aumentan la sensibilidad de la fragilidad del revenido.
Zr
Una pequeña cantidad de Zr ha desgasificado, purificado y refinado el papel del grano. La tenacidad a baja temperatura del acero es beneficiosa. También puede eliminar el fenómeno de envejecimiento y mejorar las propiedades de estampación de acero.
