CLASIFICACIÓN DE ACEROS

DIAPOSITIVA 1: Título de la presentación

DIAPOSITIVA 2: CLASIFICACIÓN DE ACEROS

En este módulo vamos a dar los lineamientos fundamentales de como están clasificados las principales familias de los aceros de mayor volumen de uso destinados a la construcción tanto metalmecánica como estructural.

Para ello haremos un breve repaso de las principales propiedades y características que esperamos deben tener los aceros de acuerdo con el uso para el que fueron diseñados.

Nótese que se empleó la palabra “diseñados" y es así, por cuanto un acero se lo crea o se lo diseña o se mejora uno ya diseñado en función de las prestaciones que se espera deben tener.

Definir un acero puede resultar un tanto complicado, pero a los fines de este análisis, será suficiente decir que:

Un acero es básicamente una aleación de hierro y carbono con un contenido de este último de hasta 2,11% en peso. Además puede contener elementos aleantes que le confieren a la aleación básica de hierro y carbono propiedades químicas, físicas y mecánicas, especiales.

Nota: Tengamos en cuenta que los aceros motivo de nuestro análisis contendrán volares muy inferiores al indicado en la definición.

El diseño del acero al que hacíamos referencia justamente está en encontrar la composición química adecuada de cada uno de los elementos que componen la aleación básica de hierro y carbono. Tarea que no es nada fácil para los aceristas ya requiere gran experiencia y desarrollo científico-técnico importante.

DIAPOSITIVA 3: PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DE LOS ACEROS

Las propiedades físicas, tecnológicas y características mecánicas que se esperan obtener de los aceros son fundamentalmente las que se indican en la DIAPOSITIVA.Hay propiedades físicas que tienen una gran utilidad en el uso de los aceros como los puntos críticos superior (Ac3) e inferior (Ac1).

Nota: Estos datos en general, no se encuentran en las normas pero si es información que suelen aportar las acerías y que puede resultar de mucha utilidad en los tratamientos térmicos de los aceros, por cuanto estos datos indican las temperaturas de transformación de los microcontituyentes durante el enfriamiento, como la austenita en ferrita-austenita y en ferrita-perlita.Para entender con mayor detalle este tema se sugiere consultar el Diagrama Hierro-Carbono y los diagramas TTT (Temperatura-Tiempo-Transformación) de cualquier acero y especialmente el

Material de Lectura de la Unidad “Normalización y Clasificación de Aceros” 1

Manual de “Aceros para Construcciones Mecánicas-Hojas de Características” que emite el IAS.

El coeficiente de dilatación térmica también es otra propiedad física importante para determinado tipo de acero fundamentalmente en piezas de herramentales de grandes dimensiones.

Las Propiedades Tecnológicas como la maquinabilidad y la soldabilidad tienen importancia dependiendo del tipo de acero. Por ejemplo la maquinabilidad es muy usada en aceros destinados mecanizados severos.Esta es otra de las propiedades que no se encuentran especificadas en las normas.Los aceros diseñados para ser mecanizados, la maquinabilidad en general la especifican los aceristas por comparación con el acero SAE 1212 por ser el acero que mejor se comportaba al mecanizado y por lo tanto se le asigna un índice de maquinabilidad de 100%.

Nota: Actualmente se disponen de aceros con índices de maquinabilidad mayores de 100% como por ejemplo el IRAM 12L14

La Soldabilidad y a los fines de este curso, es una de las propiedades tecnológicas que debe ser bien entendida por cuanto mide la propiedad que tiene el acero de poderse soldar sin precauciones especiales.Esta propiedad, las normas le asignan en general suma importancia, fundamentalmente en los aceros estructurales que luego analizaremos con detenimiento, y lo consideran como un requisito que el acero debe cumplir y se mide a través del Carbono Equivalente por el contenido de determinados constituyentes que de acuerdo con el tipo de acero puede darse por lo que se llama la fórmula corta o la fórmula larga siguiente.

Carbono equivalente =

Las características mecánicas como la resistencia a la tracción, el límite de fluencia y el alargamiento son las características básicas y fundamentales de los aceros estructurales.El límite de fluencia junto con la resistencia a la tracción son los elementos sobre los que se basa todo el cálculo resistivo de la estructura.El alargamiento define la ductilidad del acero Estas tres características son los requisitos en los que se basan todas las normas de aceros estructurales.

En cambio la dureza la resiliencia y la estricción son características de segundo orden para los aceros estructurales. En general suelen indicarse en las normas como requisitos adicionales, lo que significa que si el comprador no los requiere, el acero no tiene que cumplirlo.La resiliencia suele usarse como requisito adicional para los aceros estructurales que deben soportar en forma permanente o aleatoria, temperaturas bajo cero.

Material de Lectura de la Unidad “Normalización y Clasificación de Aceros” 2

DIAPOSITIVA 4: INFORMACIÓN QUE APORTAN LAS PROPIEDADES Y LAS CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS.

En éste DIAPOSITIVA se realiza un resumen de lo visto hasta aquí

DIAPOSITIVA 5: VARIABLES QUE INTERVIENEN EN LAS PROPIEDADES MECÁNICAS.

Ahora analizaremos como se logran las características y las propiedades mecánicas de los aceros en general.

Imaginemos que estamos dentro de una acería y hemos definido fabricar un acero con una determinada composición química. Se podría pensar que con una misma composición química se debería obtener siempre una misma microestructura, sin embargo no es así por cuanto la misma puede ser distinta dependiendo del proceso de aceración empleado. Por ejemplo; en colada continua se obtienen microestructuras distintas que si empleo la colada en lingotes. Se recuerda que estamos frente a una misma composición química.

Además si dejamos fija la composición química y el proceso de aceración pero fabricamos distintas secciones de productos (por ejemplo, palanquillas de distintas secciones o planchones) se pueden observar microestructuras distintas. Resumiendo, misma composición química, mismo proceso, pero distintas secciones, microestructuras distintas.

Vayamos ahora a la condición sustancial.Tomemos a un acero que tiene una determinada composición química, y lo sometemos a distintos tipos de tratamientos, tanto térmicos como mecánicos, de cada uno de ellos obtendremos microestructuras diferentes, pero no un poco diferentes como lo eran en los casos anteriores, sino muy diferentes.Un ejemplo práctico sería este:Tomamos una barra de un acero p.e IRAM 1045 que ha sido laminada en caliente y cortamos.5 trozos de la misma barra y a cada una de ellas la sometemos a un temple a una misma temperatura y con un mismo medio de enfriamiento, Luego tomamos a cada una de ellas la sometimos a distintas temperaturas de revenido. Cada una de ellas tendrá una microestructura distinta y por lo tanto características mecánicas distintas. Un mismo acero, un mismo temple pero 5 temperaturas de revenido distintas, se obtiene 5 microestructuras distintas o sea 5 características distintas.

Continuando con este mismo ejercicio si a cada uno de los 5 trozos de la misma barra le hacemos un temple distinto con temperaturas de revenido también distintas podemos obtener una variedad muy grande de microestructuras con un mismo tipo de acero.

Este último ejemplo es válido para aceros destinados a construcciones mecánicas los que en general se usan tratados térmicamente.

Material de Lectura de la Unidad “Normalización y Clasificación de Aceros” 3

Esta es la variedad de posibilidades es la que le permiten al ingeniero de materiales disponer de aceros cuyas propiedades se pueden variar mediante tratamientos térmicos o mecánicos, reduciendo de esta manera el número de aceros disponibles.

Basándose en lo dicho hasta aquí, estamos en condiciones de poder definir dos grandes familias de aceros:

Aceros para construcciones mecánicas

Aceros para estructuras (estructurales)

DIAPOSITIVA 6: ACEROS PARA CONSTRUCCIONES MECÁNICAS

Hay una primera gran familia de aceros para construcciones mecánicas que son los aceros al carbono los que están clasificados en aceros de bajo carbono (con un contenido de carbono menor a 0,25%), aceros de medio carbono (contenido de carbono entre 0,25% y 0,60%) y los aceros de alto carbono (contenido de carbono mayor de 0,60%).

La segunda familia son los aceros aleados de baja aleación (contenido de elementos aleantes menor que 2%) de media aleación (elementos aleantes entre 2% y 5%) y de alta aleación (elementos aleantes mayor del 5%)Dentro de este grupo están los aceros microaleado en los que el contenido de carbono no es mayor que 0,25% y el contenido de los elementos aleantes debe ser menor del 2%. Los elementos microalentes más comunes son el Nb, el V y el Ti.

Como vemos en este grupo de aceros su clasificación se basa en la cantidad y tipo de elementos que conforman la composición química y en ningún momento se consideraron o tuvieron en cuenta sus características mecánicas.

Este concepto es fundamental que lo entendamos y para ello haremos el siguiente planteo:Los aceros destinados a Construcciones Mecánicas se compran en estado de laminación (generalmente en caliente) y el acerista lo que está garantizando es su composición química.El usuario lo toma y lo va transformando hasta obtener las piezas o los componentes mecánicos que corresponda, para lo cual deberá, generalmente someterlo a operaciones mecánicas (mecanizado, forja, u otro tipo de conformados) para obtener las dimensiones de diseño del elemento. Todos los aceros en estado de laminación en caliente son de fácil mecanización.Hasta aquí tenemos una pieza que posee las dimensiones adecuadas y las propiedades mecánicas del acero en el estado de laminación en caliente de la acería.

Es probable que en un uso muy limitado de piezas el ingeniero de materiales haya previsto aprovechar para el uso final de la pieza, las propiedades mecánicas del acero en estado de laminación en caliente, pero en general este grupo de aceros luego de obtener las dimensiones

Material de Lectura de la Unidad “Normalización y Clasificación de Aceros” 4

adecuadas de diseño, se los somete a la operación de tratamiento térmico o mecánico para obtener las propiedades mecánicas previstas por el ingeniero de materiales, y es aquí donde la composición química es la condición fundamental del acero, y no las características mecánicas en el estado de laminación en caliente, que se transforman con los tratamientos térmicos con propiedades totalmente distintas.

Con lo dicho debe quedar en claro que los aceros clasificados por su composición química no se usan en el estado de entrega, es decir con las características mecánicas en el estado de laminación en caliente de la acería, sino que se someten a tratamientos térmicos o mecánicos para obtener las propiedades y características deseadas.

También hay que tener en cuenta que la costumbre de nombrar a determinados aceros por su composición química nos puede llevar a errores. Por ejemplo pedir chapa de SAE 1010 o 1020 para usos en los que se requiere un comportamiento sin requerimientos particulares, es un error común porque cuando se analiza el uso al que se destina. Como por ejemplo cerramientos, o elementos de máquinas que no requieren ningún tratamiento adicional o que no tienen exigencias resistivas importantes, lo que correspondería es pedir es chapa de calidad comercial o de uso general, en donde la composición química no interesa ni siquiera tenerla en cuenta. Lo que pasa es que la chapa de calidad comercial se fabrica con aceros que tienen un contenido de carbono que puede variar entre 0.10% a 0,20%, y esto llevó al error de definirla como chapa SAE 1010 o 1020.

La selección del tipo de acero para obtener las características requeridas, no es una tarea fácil y se requiere de especialistas con gran experiencia. De ello depende el éxito o el fracaso del comportamiento del elemento mecánico.

Los tratamientos térmicos requieren de técnicas particulares y son la base fundamental para la obtención de las propiedades requeridas y sería importante que tuviésemos en claro algunos conceptos que nos pueden ser de utilidad.

Teniendo en cuenta que el acero es una aleación de hierro-carbono y otros elementos, el carbono es el elemento que le confiere al acero, entre otras propiedades, la resistencia y la dureza (a mayor carbono mayor resistencia y mayor dureza). Las restantes propiedades como el límite de fluencia, el alargamiento, la resiliencia o la extricción, están influenciadas, además del carbono, por los elementos aleantes.

El tratamiento térmico es el que modifica la microestructura granular que se originó en el proceso de solidificación del acero y como vimos las distintas microestructuras originan las distintas propiedades mecánicas de los aceros.

NOTA: la siguiente explicación de la microestructura se da a modo indicativo.

Esa microestructura esta compuesta por:

Material de Lectura de la Unidad “Normalización y Clasificación de Aceros” 5

FERRITA, que es el constituyente mas blando, dúctil y maleable de los aceros.

CEMENTITA, que es el constituyente más duro y frágil que poseen los aceros.

AUSTENITA. Este constituyente no es común encontrarlo en los aceros a temperatura ambiente y cuando aparece es como consecuencia de que el acero, generalmente aleado, sufrió un temple muy enérgico. Es un constituyente de elevada resistencia al desgaste, dúctil y tenaz y sus propiedades están en relación con el contenido de carbono y de los elementos aleantes.

PERLITA. Este constituyente es resistente y tenaz y sus propiedades dependen fundamentalmente de la finura de sus láminas de Cm y hierro α que son función directa de la velocidad de enfriamiento.(a mayor velocidad mayor finura y por lo tanto mayor dureza). Esta propiedad de las láminas permite clasificar a la perlita en gruesa, media y fina.

ESFEROIDITA llamada también ESFEROIDITA GLOBULAR. Esta estructura está formada por glóbulos de Cm en una matriz de ferrita y se obtiene solamente en los aceros que han sido sometidos a tratamientos especiales como el recocido de globulización o por revenidos a muy altas temperaturas. En estos tratamientos térmicos no se forma la perlita.

Como resumen podemos decir que de cada tipo de microestructura se obtienen determinadas propiedades, o dicho de otra manera, a determinadas propiedades le corresponden determinado tipo de microestructuras.

El tamaño de grano también tiene influencia en las propiedades mecánicas y está relacionado con los distintos procesos a los que se somete el acero. Depende de la solidificación, y de todos los tratamientos térmicos y mecánicos posteriores.

Ahora sí, estamos en condiciones de analizar la norma IRAM-IAS U 500-600 referida a los aceros para construcciones mecánicas.Esta norma clasifica a los aceros por su composición química En la tabla 1 podemos ver la primera columna la clasificación, en la segunda columna, la clase de acero la que estaría indicando el elemento predominante de la composición química, y en la tercer columna la designación, la que está dada por la mayoría de los aceros por 5 dígitos. Dos primeros identifican al tipo de acero y dos restantes, tal como lo indica la tabla 2 en contenido de carbono en %. Por ejemplo; el acero IRAM 1045 corresponde a un acero al carbono de bajo y medio manganeso y que tiene un contenido de carbono del orden del 0,045%. En la tabla 2 vemos que el valor exacto del contenido de carbono debe estar comprendido entre 0,43 y 0,50%. Esta variación es la permitida por cuanto resultaría prácticamente imposible que el proceso de aceración, pueda garantizar un contenido de carbono de un valor exacto

Material de Lectura de la Unidad “Normalización y Clasificación de Aceros” 6

Como dijimos anteriormente el valor del carbono es el que define la resistencia y la dureza de los aceros por lo que el acerista debe garantizar un ámbito de variación entre un mínimo y un máximo, tal como vemos en la tabla 2. Sin embargo en esta misma tabla vemos que para los aceros IRAM 1005, 1006 y 1008 se requieren solamente un máximo por lo que teóricamente el valor mínimo podría ser cero con lo que podrían no tener carbono.

Por supuesto que esto es imposible ya que no existen aceros sin carbono. Lo que ocurre es que estos aceros en general no se los emplea para usos con exigencias resistivas, sino para altas deformaciones en frío como por ejemplo; remaches, chavetas, tornillos, bulones, de baja resistencia, en donde por su contenido de bajo carbono, los tratamientos térmicos no aumentarían significativamente las características mecánicas.

En la tercer columna de esa misma tabla se dan los valores de contenidos de Mn, elemento este que tiene un efecto fundamental en los tratamientos térmicos y es el que mayor influencia tiene sobre la Templabilidad.

En las columnas restantes de esta misma tabla se dan los contenidos de fósforo y azufre como valores máximos por cuanto estos elementos si no estuvieran presentes en los aceros sería mejor, pero el mineral de hierro como materia prima de los aceros contiene dichos elementos y su eliminación se hace imposible durante el proceso de aceración.

Sobre el azufre hay una exención ya que en los aceros llamados de corte libre, es importante que lo contengan, puesto que mejoran en proceso de mecanizado. (ver tabla)Aprovechando que estamos en esta tabla, vemos que acero 12L14 es el único acero que contiene plomo, convirtiéndolo en el acero de mejor maquinabilidad, tal como se dijo anteriormente.

En la tabla 3 que podemos observar en el hipervínculo anterior, los aceros al carbono de alto manganeso que como dijimos por su alto contenido de Mn, tienen un comportamiento muy bueno a la Templabilidad.

Por último, en la tabla 5 considera los aceros aleados Hagamos algunas consideraciones:Además del Mn como elemento aleante, cuya función ya se explicó, los aceros aleados tienen Si, Ni, Cr, Mo, y V. Resumir su función resulta un tanto complicado pero conceptualmente se puede decir favorecen a las propiedades que se pueden obtener de los aceros tratados y térmicamente.

Si tenemos oportunidad de ver alguna curva TTT (Temperatura, Tiempo, Transformación) también llamadas Curvas de la S, nombre que se le da ya que las curvas son parecidas a las S, la diferencia que tendría una curva S de un acero al carbono con respecto a un acero aleado, con un mismo contenido de carbono, es que en el aleado la curva S esta desplazada a la derecha lo que permite tener mayor tiempo para la transformación de la austenita a cualquier temperatura inferior a Ac1.

Material de Lectura de la Unidad “Normalización y Clasificación de Aceros” 7

Nota: Las tablas que se dieron, en sus títulos dicen “ Composición química de colada...” y esto es fundamental tenerlo en cuenta ya los valores de la composición química de colada no son los mismos que los valores que se obtienen sobre el producto terminado (perfiles, chapas, etc.).En las tablas 6, 7 y 8 se puede ver los ámbitos de variación entre la composición química de colada y de producto en función del tipo de acero y de sus dimensiones.

DIAPOSITIVA 7 Y 8: CLASIFICACIÓN (ACEROS POR SU COMPOSICIÓN QUÍMICA)

Acá podemos observar a modo de resumen los principales usos y las características que tienen las distintas familias de este grupo de aceros.

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS ESTRUCTURALES

Ahora analizaremos el segundo grupo llamados aceros estructurales.A estos aceros los podemos dividir en 4 grandes familias como las que muestra el DIAPOSITIVA.

En muchos casos los llamados de usos comunes suele confundirse el concepto, por cuanto los llamados aceros de calidad comercial se los suele identificar con aquellos, cometiéndose el siguiente error.

Los aceros de uso común deberían ser los llamados estructurales sin embargo el comercio los identifica por los de calidad comercial los que tienen la particularidad siguiente:En general no se requiere garantizar propiedades mecánicas puesto que su uso así lo indica.Pensemos en aceros destinados a herrería, a cerramientos a componentes de máquinas o equipos que no requieran ninguna condición resistiva, y que tal vez la única condición importante, además de ser un material que posee una determinada resistencia y que no importa mucho su valor puesto que al ser acero ya lleva implícito una característica propia, es el de que sea soldable.

En este caso, el único requisito exigible es el del carbono equivalente que vimos anteriormente. A modo indicativo para que un acero sea soldable sin requerir procesos especiales el valor debe ser menor que, 0,56% en peso de los elementos que dan las fórmulas correspondientes vistas anteriormente.Para este grupo de aceros las normas los titulan como de uso general.

Los aceros estructurales en cambio, que deberían ser los que denominamos para usos comunes, son los que garantizan como mínimo, un límite de fluencia mínimo, un ámbito de resistencia a la tracción, un alargamiento mínimo, un valor de doblado, y un valor de carbono equivalente. En condiciones especiales se puede requerir resistencia a la flexión por impacto y otros requisitos.Esta familia de aceros es la que tiene un mayor campo de uso.Pensemos en todo tipo de estructuras de acero donde intervienen perfiles laminados en caliente (U, T, doble T, ángulo) perfiles conformados con chapa, tanto laminada en caliente como en frío.

Material de Lectura de la Unidad “Normalización y Clasificación de Aceros” 8

Otra familia importante de aceros es los aceros de alto límite elástico los que si bien tienen un uso menos frecuente que los anteriores, permiten a los ingenieros estructuralistas lograr diseños novedosos e imposibles de lograr si no existiera esta familia de aceros.Los aceros estructurales resistentes a la corrosión se diseñaron en una época en la que había una gran demanda de aceros para la fabricación de grandes estructuras, como por ejemplo puentes, o edificios, los que además de tener las características mecánicas adecuadas, en su composición química tenían contenidos de cobre, elemento este que originaba en el acero, en estado de laminación en caliente, y en contacto con el medio ambiente, una reacción química que creaba una pátina superficial con contenido de cobre que la hacía anticorrosiva.

En nuestro país se dejaron de fabricar por la baja demanda frente al crecimiento de los recubrimientos anticorrosivos. Sin embargo en el ámbito mundial su uso es frecuente.

Como vemos los aceros estructurales se clasifican por sus características mecánicas. La composición química en cambio no interviene en esta clasificación.

A continuación analizaremos las principales normas que consideran a los aceros estructurales y comenzaremos por la norma IRAM IAS U 500-503 referida a los aceros al carbono para uso estructural.

En esta norma están concentrados casi la totalidad de los aceros llamados productos largos (barras de todo tipo de secciones, perfiles laminados en caliente, etc.)No contempla las chapas y flejes estructurales, tanto laminados en caliente como en frío.

La primera consideración que se hace está referida a como se denominan estos aceros. Podemos ver el cuadro donde se dan cuatro denominaciones, F18, F24, F36, y F 36.

Esta designación está en relación con el límite de fluencia indicado en la tabla 1 y se ha mantenido los valores en kg/mm2 , mientras que en la norma se emplean las unidades permitidas por el SIMELA (Mpa). Recordemos que 1 Mpa equivale a 9,8 kg/mm2

Una primera consideración que afirma lo dicho anteriormente sobre la diferencia entre aceros estructurales y los llamados comerciales, es el acero de designación F18. Este acero antiguamente estaba integrando una norma de aceros para uso generales y comerciales y de allí se mantuvo su designación.

También se verifica lo que se dijo anteriormente acerca de que en los aceros estructurales las designaciones de los aceros se hacían en base a las características mecánicas y no intervenía la composición química.

En cuanto a los requisitos fundamentales que considera esta norma, el primero de ellos es la soldabilidad y en el punto 5.6 (ver en el hipervínculo siguiente) se da la fórmula de carbono equivalente y que corresponde a

Material de Lectura de la Unidad “Normalización y Clasificación de Aceros” 9

la fórmula larga. En otras normas veremos que se emplea la fórmula corta.

Nótese que el valor del carbono equivalente de 0,55% es el valor máximo permitido para que los aceros se puedan soldar sin precauciones especiales, y en los puntos 5.6.2, 5.6.3, 5.6.4 y 5.6.5 se hacen una serie de consideraciones que en los procesos de soldadura se deberían tener en cuenta y que no requieren de mayores comentarios puesto que hablan por si solos y que durante el presente curso se verán con mayor profundidad y que además no son motivo de este módulo.

Volviendo a la tabla 1 podemos ver como los valores del límite de fluencia cambian, para una misma designación, en función del tamaño de la sección. Lo mismo ocurre para el alargamiento de rotura, y para el doblado a 180º.Además los valores máximos de resistencia a la rotura son indicativos, no así los valores mínimos.

Nota: Antiguamente los aceros de designaban por su resistencia a la rotura. En la actualidad la designación por el límite de fluencia mínimo tiene su explicación, ya que para el proyectista es el valor fundamental para el cálculo resistencial junto a la resistencia a la rotura. No hay que olvidar que la estructura debe trabajar dentro del límite elástico.

También podemos ver que en la tabla 2 se da la composición química.Esto podría indicar a priori una contradicción sobre lo que dijimos que en los aceros estructurales la composición química no era importante salvo el carbono equivalente. Pero nótese que aquí se dan valores máximos, lo que sigue indicando que si el acero no tuviese ninguno de estos elementos, por cuanto el mínimo podría ser cero, el acero sería aceptable. Por supuesto que esto, como ya se dijo, es imposible ya que no hay aceros que no contengan carbono.En la actualidad ya existen normas de aceros estructurales en chapas finas (Norma IRAM IAS U 500-214) en donde los valores máximos de composición se dan a título indicativo y no forman parte de los requisitos de la norma.

Otra familia importante de aceros es la de las chapas laminadas en cliente para uso estructural contempladas en la norma IRAM IAS U 500-42

Para esta norma también son válidos todos los conceptos indicados en la anterior (IRAM IAS U 500-503) en cuanto al significado de la designación de los aceros, el significado de la composición química etc., por lo que solamente analizaremos ciertos aspectos que son particulares de esta norma.

En cuanto al alcance, esta norma barre con casi la totalidad de espesores de chapas laminadas en caliente (1,6 mm hasta 150 mm)

Nota: Se aclara que en nuestro país en la actualidad se fabrican chapas hasta como máximo 50 mm, y en Brasil y en otros países de Europa se fabrica hasta espesores de 150 mm y es útil para el

Material de Lectura de la Unidad “Normalización y Clasificación de Aceros” 10

intercambio comercial que las normas contemplen las medidas que comúnmente se comercializan en el mundo.

En la tabla 1 que observamos anteriormente, se puede apreciar una variedad amplia de valores de características mecánicas, los que están dados en función de los espesores. La longitud de referencia (Lo) del alargamiento de rotura mínimo, está dada de tres formas distintas, una en función de la sección de la probeta (So), otra fija de 50 mm y la última en función del espesor del producto para una longitud Lo de 200 mm.

Esto se debe a que resulta conveniente, a los fines de una mayor rapidez en la toma de muestras y preparación de probetas, mantener el espesor de laminación de la chapa. Pero hay laboratorios que no disponen de máquinas con suficiente potencia para ensayar los espesores grandes. En este caso se tiene la opción de mecanizarlas hasta obtener una sección de ensayo de la probeta, acorde con la máquina de ensayo, para lo cual se calcula la longitud de referencia Lo en función de dicha sección.

Como se recordará, se habló de que el carbono equivalente se puede expresar mediante la fórmula larga (dada en la norma IRAM-IAS U 500-503) o con la fórmula corta, y cuyos límites máximos también están dados en función de los espesores según vemos en la tabla 4.

En el punto 7.1.1 se da como requisito adicional, la resistencia a la flexión por impacto. Recordemos que los requisitos adicionales son cumplibles cuando exista el acero entre el comprador y el vendedor.

Esto es así por cuanto para que la chapa pueda cumplir con este requisito, es necesaria que el acerista prevea durante el proceso de aceración determinadas condiciones, que no serían necesarias para la obtención de un acero común. Por otro lado hay que tener en cuenta que esto implica mayores costos, por lo que el comprador deberá saber si esta propiedad está definida por el diseño y comportamiento que deberá tener la estructura.

Otra norma que puede resultar útil conocer es la IRAM-IAS U 500-137 referida a las chapas para un uso específico como es el de recipientes o componentes sometidos a presión, que también están dentro de las chapas estructurales.

Las diferencias sustanciales que se pueden apreciar con respecto a la chapa estructurales comunes de la norma IRAM-IAS U 500-42, es que la resistencia máxima de rotura, es mayor. Además en el anexo de la norma indica el comportamiento del límite convencional de fluencia, para cada una de las dos calidades, en función de las temperaturas de ensayo las que pueden ser representativas de las temperaturas de uso de dichos recipientes. Esta información si bien es indicativa, resulta sumamente útil para el diseño y cálculo del recipiente.

Y hablando de la importancia que tiene el límite de fluencia, para todos los aceros que se vimos en las normas mencionadas, su valor es siempre mínimo, lo que significa que cuanto más alto sea el límite de fluencia,

Material de Lectura de la Unidad “Normalización y Clasificación de Aceros” 11

mejor será el comportamiento del acero. Esta es la condición básica de los aceros estructurales.

En cambio hay determinadas condiciones de uso que generaron una variedad distinta de chapas de acero. Estas son las destinadas a ser deformadas sin que alcance la rotura, como por ejemplo las chapas destinadas a embutidos tanto moderados, como por ejemplo las usadas en la panalería de los vehículos como guardabarros, puertas, etc., o embutidos profundos, como los tanques de combustibles o los carter de los motores.En estos casos lo que se requiere en un límite de fluencia máximo ya que la chapa al someterla a la deformación de embutido cuanto menor sea el límite de fluencia mayor será el ámbito del período plástico del acero, que es la condición optima para que el acero se deforme sin llegar a la rotura.

Esto se puede ver en la norma IRAM-IAS U 500-05, que se reitera no son chapas para uso estructural sino para embutido

Otro grupo de aceros estructurales son los destinados a las estructuras de hormigón armado y pretensado.

Los que específicamente se usan en estructuras de hormigón armado son los que considera la norma IRAM-IAS U 500-528. Estos productos son barras conformadas que poseen nervaduras para que se adhieran al hormigón, que es el elemento de la estructura de hormigón armado que soporta las fuerzas de la tracción, mientras que el hormigón es el que soporta las fuerzas de compresión.

Esta condición de uso es la generó este tipo de barras, cuya característica fundamental es el límite de fluencia y la resistencia a la tracción. Nótese que el único requerimiento para la composición química son los valores máximos de elementos residuales de fósforo y azufre.

Los productos siderúrgicos destinados a soportar grandes esfuerzos de tracción son los cables de acero construidos con cordones, los que a su vez se componen de alambres trenzados convenientemente.

Esos cables se emplean para soportar grandes estructuras en puentes o edificios y cada uno de sus alambres tiene un comportamiento de muy alta resistencia la que se obtiene con aceros de alta pureza, tratados mecánica y térmicamente a partir de alambrón.

Los cordones se usan en estructuras de hormigón pretensado. En la norma IRAM-IAS U500-03 en la tabla 2 se puede ver las grandes resistencia que soporta un solo cordón de siete alambres, los que sobrepasan los 1750 MPa, para el grado 250, y 1900 MPa, para el grado 270. Recordemos que un acero estructural común puede alcanzar a lo sumo valores entre 500 MPa y 600 MPa.

La norma IRAM-IAS U 500-517 referida a los alambres que se usan para los hormigones pretensados, son otro ejemplo de los aceros de alta resistencia.

DIAPOSITIVA 9:

Material de Lectura de la Unidad “Normalización y Clasificación de Aceros” 12

En el DIAPOSITIVA siguiente se puede observar una comparación de las características de aceros. Se muestran las principales características de los aceros estructurales.

La última consideración que debemos tener muy en claro, de todo lo visto hasta aquí, es la siguiente:Cuando se compra, por ejemplo, un perfil T o L laminado en caliente, lo que interesa es que la acería garantice las propiedades mecánicas, por cuanto esos productos se van a usar en el estado de entrega o sea, en estado de laminación en caliente, es decir, no se los va a someter a ningún tratamiento térmico o mecánico posterior, con lo cual al usuario no le interesa que el acero cumpla con ámbitos de composición química y solamente podrá requerir que no sobrepasen determinados límites que pudieran afectar su comportamiento.

Dicho de otra manera, no interesa con que está hecha el acero, sino que cumpla con las características de uso.

En cambio si se compra, por ejemplo, una barra de acero para la fabricación de algún elemento mecánico, como resortes helicoidales, tornillos de seguridad para tapas de cilindros de motores o para el anclaje de las patas de las torres de alta tensión, lo que se requiere es un acero con una determinada composición química que permita obtener las características mecánicas luego de someter a la pieza, a los tratamientos térmicos adecuados.

DIAPOSITIVA 10:

Este DIAPOSITIVA resume estos conceptos.

Aquí podemos ver los dos grandes grupos de aceros (por composición química y por características mecánicas).

En el primer grupo se han incluido, además de los aceros de construcciones mecánicas, los de herramientas y los aceros inoxidables. Sobre estas dos familias de aceros, no ahondaremos en detalles, y solamente comentaremos lo siguiente:

Los aceros de herramientas se comercializan en barras redondas, cuadradas, hexagonales, etc., en estado de laminación en caliente para la fabricación por ejemplo; de punzones, herramientas de corte. Las barras también pueden ser rectangulares (planchuelas) que se emplean para la fabricación de todo tipo de elementos en matrices de corte, de estampado, etc.

Para herramientas especiales y de gran volumen (por ejemplo las estampas para el estampado en caliente de cigüeñales y otros elementos mecánicos de grandes exigencias mecánicas), se fabrican bloques forjados, que se obtienen a partir de la aceración y forjado de tochos.

Material de Lectura de la Unidad “Normalización y Clasificación de Aceros” 13

En todos los casos, estos aceros se compran por su composición química de acuerdo con la designación que corresponde a cada tipo de acero.A esos productos de aceros, luego de transformados en piezas, se someten casi en su totalidad a los tratamientos térmicos específicos que les confieren las propiedades mecánicas tan particulares que se requieren para este tipo de elementos.

Quien desee ahondar en mayores detalles sobre este grupo de aceros, se recomienda consultar la norma IRAM IAS U 500-669 y para conocer las propiedades específicas, consultar las “HOJAS DE CARACTERÍSTICAS DE LOS ACEROS PARA HERRAMIENTAS” que dispone el IAS.

Los aceros inoxidables se dividen en tres grandes familias (FERRITICOS, MARTENSÍTICOS y AUSTENÍTICOS) y si bien se compran por su composición química, de acuerdo con su designación específica, se usan generalmente en el estado de entrega de la acería y, en general, no requieren de ningún tratamiento térmico.La norma IRAM-IAS U 500-690 define la composición de cada una de ellos.

Material de Lectura de la Unidad “Normalización y Clasificación de Aceros” 14