metalurgia del acero para certamen

7/24/2019 Metalurgia Del ACERO Para Certamen

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Metalurgia

Materiales Ferrosos

Los metales ferrosos son aquellos que estn basados en el hierro, entre los de mayor importancia son el

hierro y el carbono. Estas aleaciones se dividen en dos grupos: los aceros y las fundiciones de hierro.

La siguiente tabla presenta un anlisis del hierro:

Smbolo:

!"mero at#mico:

$ravedad especfica:

Estructura cristalina:

%emperatura de fusi#n:

M#dulo de elasticidad:

Mineral principal:

Elementos de aleaci#n:

&plicaciones tpicas:

Fe

'(

).*)

+

'*-' F

/-01-(lb.2pulg'

3ematita 4Fe'5/6

arb#n, cromo, manganeso, nquel, molibdeno,

vanadio y silicio.

onstrucci#n, maquinaria, autom#viles, vas y

equipo ferroviario.

Produccin del Hierro y del Acero

La mena7 principal usada en la producci#n de hierro y acero es la hematita 4Fe'5/6, otras menas pueden ser

la magnetita 4Fe/586, la siderita 4Fe5/6 y la limonita 4Fe'5/91.3'-6, generalmente estas menas contienen

entre un -; a un )-; de hierro.

5tras materias primas que utili


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Cmo se produce el hierro?

>ara producir el hierro, se de?a caer por la parte superior de un gran horno, una carga de menas de hierro,

coque y piedra cali


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hornos de mayor tama=o el mineral de hierro de la parte superior del horno se reduca a hierro metlico y a

continuaci#n absorba ms carbono como resultado de los gases que lo atravesaban. El producto de estos

hornos era el llamado arrabio, una aleaci#n que funde a una temperatura menor que el acero o el hierro

for?ado. El arrabio se refinaba despuBs para fabricar acero.

La producci#n moderna de acero emplea altos hornos que son modelos perfeccionados de los usados

antiguamente. El proceso de refinado del arrabio mediante chorros de aire se debe al inventor britnico

3enry +essemer, que en 1* desarroll# el horno o convertidor que lleva su nombre. esde la dBcada de

1G(- funcionan varios minihornos que emplean electricidad para producir acero a partir de material de

chatarra. Sin embargo, las grandes instalaciones de altos hornos contin"an siendo esenciales para producir

acero a partir de mineral de hierro.

Produccin del hierro y el acero

El diagrama general de la fusi#n primaria del hierro integra a la mayora de las actividades que se

desarrollan en el proceso productivo. !o se debe olvidar que los diagramas de flu?o son una de las

herramientas ms utili


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Limonita 4merma cafB6 (-9(; de hierro

La merma cafB es la me?or para la producci#n de hierro, e0isten grandes yacimientos de este mineral en

Estados Hnidos y en Suecia. En todo el mundo se pueden encontrar grandes cantidades de pirita, pero no

es utili


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Reduccin directa del mineral de hierro

>ara la producci#n del hierro tambiBn se puede utili


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En el mBtodo de reducci#n directa para procesar 1--- toneladas de mineral de hierro, se requieren 8G1,---

metros c"bicos de metano y con ello se obtienen (/- toneladas de hierro espon?a.

Di'erentes procesos de produccin de hierro y acero

Hna ve< obtenido el arrabio o el hierro espon?a es necesario refinar al hierro para que se transforme en

material "til para diferentes ob?etos o artefactos, o sea en hierro o acero comercial. & continuaci#n se

presentan los principales procesos de fabricaci#n de los hierros y aceros comerciales.

Otros m(todos de re'inado del hierro

&unque casi todo el hierro y acero que se fabrica en el mundo se obtiene a partir de arrabio producido en

altos hornos, hay otros mBtodos de refinado del hierro que se han practicado de forma limitada. Hno de ellos

es el denominado mBtodo directo para fabricar hierro y acero a partir del mineral, sin producir arrabio. En

este proceso se me


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Hornos )essemer

Es un horno en forma de pera que est forrado con refractario de lnea cida o bsica. El convertidor se

carga con chatarra fra y se le vaca arrabio derretido, posteriormente se le inyecta aire a alta presi#n con lo

que se eleva la temperatura por arriba del punto de fusi#n del hierro, haciendo que este hierva. on lo

anterior las impure


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Horno de hogar a*ierto

Es uno de los hornos ms populares en los procesos de producci#n del acero. Hn horno de este tipo puede

contener entre 1- y 8- toneladas de metal en su interior. %iene un fondo poco profundo y la flama da

directamente sobre la carga, por lo que es considerado como un horno de reverbero. Su combustible puede

ser gas, brea o petr#leo, por lo regular estos hornos tienen chimeneas laterales las que adems de e0pulsar

los gases sirven para calentar al aire y al combustible, por lo que se consideran como hornos regenerativos.

Los recubrimientos de los hornos de hogar abierto por lo regular son de lnea bsica sin embargo e0isten

tambiBn los de lnea cida 44ladrillos con slice y paredes de arcilla6. Las venta?as de una lnea bsica de

refractario, sobre una cida son que con la primera se pueden controlar o eliminar el f#sforo, el a


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La tBcnica de fundici#n laminar, por e?emplo, podra sustituir buena parte del acero que se produce hoy enlos altos hornos

Fotografa por !orman ennings, DL5.

Horno de arco el(ctrico

>or lo regular son hornos que s#lo se cargan con chatarra de acero de alta calidad. Son utili


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Horno de arco el(ctrico

Horno de re'inacin

Estos hornos pueden ser de varios tipos, en realidad puede ser cualquier horno al que por medio de aire uo0geno se obtenga hierro con carb#n controlado, sin embargo se pueden mencionar dos de los hornos ms

conocidos para este fin.

Horno de induccin

Htili


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Hornos de crisol para metales no 'errosos

Proceso de crisol a*ierto

ualquier proceso de producci#n de acero a partir de arrabio consiste en quemar el e0ceso de carbono y

otras impure


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El horno se carga con una me


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disminuye el tiempo necesario para producir el acero. La cantidad de o0geno que entra en el horno puede

regularse con precisi#n en todo momento, lo que evita reacciones de o0idaci#n no deseadas.

En la mayora de los casos, la carga est formada casi e0clusivamente por material de chatarra. &ntes de

poder utili


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on los mBtodos convencionales de fundici#n sigue siendo necesario pasar los lingotes por un tren de

desbaste para producir planchas lo bastante delgadas para el tren de laminado continuo.

El sistema de colada continua, en cambio, produce una plancha continua de acero con un espesor inferior a

cm, lo que elimina la necesidad de trenes de desbaste y laminado en bruto.

Horno de cu*ilote

Son equipos muy econ#micos y de poco mantenimiento, se utilior cada Jilogramo de coque que se consume en el horno, se procesan de * a 1- Jilogramos de hierro y por

cada tonelada de hierro fundido se requieren 8-Jg de piedra cali


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3u( es el Acero?

El Acero es bsicamente una aleacin o combinacin de hierro y carbono 4alrededor de -,-; hasta menosde un ';6. &lgunas veces otros elementos de aleaci#n especficos tales como el r 4romo6 o !i 4!quel6 se

agregan con prop#sitos determinados.

Qa que el acero es bsicamente hierro altamente refinado 4ms de un G*;6, su fabricaci#n comienor lo tanto, son materiales empleados para cortar y construir herramientas tales como

taladros, escariadores, fresas, terra?as y machos de roscar.

"speciales Los &ceros de &leaci#n especiales son los aceros ino0idablesy aquellos con un contenido de

cromo generalmente superior al 1';. Estos aceros de gran dure


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elementos de aleaci#n. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho

mayor que la del acero al carbono. >or e?emplo, los vagones de mercancas fabricados con aceros de ba?a

aleaci#n pueden transportar cargas ms grandes porque sus paredes son ms delgadas que lo que sera

necesario en caso de emplear acero al carbono. &dems, como los vagones de acero de ba?a aleaci#n

pesan menos, las cargas pueden ser ms pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con

estructuras de aceros de ba?a aleaci#n. Las vigas pueden ser ms delgadas sin disminuir su resistencia,

logrando un mayor espacio interior en los edificios.

AC"RO4 !O6DA)1"4

Los aceros ino0idables contienen cromo, nquel y otros elementos de aleaci#n, que los mantienen brillantes

y resistentes a la herrumbre y o0idaci#n a pesar de la acci#n de la humedad o de cidos y gases corrosivos.

&lgunos aceros ino0idables son muy durosP otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante

largos periodos a temperaturas e0tremas. ebido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean

muchas veces con fines decorativos. El acero ino0idable se utili


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siguiente composici#n: un G'; de hierro, un / o 8; de carbono, entre -, y /; de silicio, del -,'; al ',;

de manganeso, del -,-8 al '; de f#sforo y algunas partculas de a


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El aire insuflado en el alto horno se precalienta a una temperatura apro0imada de 1.-/- I. El calentamiento

se reali


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mon#0ido de carbono gaseoso y de este modo remover el carbono mediante el proceso de o0idaci#n. En

forma simplificada la reacci#n es :

arbono 9 50geno M5!5CD5 E &K+5!5 $&SE5S5

' 9 5' '5

#acimientos

En hile se encuentra la VFranja FerrferaV que se ubica entre la 'da. y 8ta. Kegi#n donde M>4empresa &>6 tiene sus principales instalaciones de e0tracci#n de Mineral de 3ierro entre las cuales

destacan Minas El Komeral, Los oloradosy la Mina El &lgarrobo,en la cual la e0tracci#n est en sus

"ltimas etapas.

El Mineral de 3ierro e0iste en casi todo el mundo y muchos pases son grandes productores. Las reservasmundiales de este mineral muestran a Kusia, +rasil e Dndia como los pases con importantes reservas.
http://www.infoacero.cl/acero/yacimientos.htm#Minas%20El%20Romeralhttp://www.infoacero.cl/acero/yacimientos.htm#Mina%20Los%20Coloradoshttp://www.infoacero.cl/acero/yacimientos.htm#Mina%20El%20Algarrobohttp://www.infoacero.cl/acero/yacimientos.htm#Mina%20El%20Algarrobohttp://www.infoacero.cl/acero/yacimientos.htm#Minas%20El%20Romeralhttp://www.infoacero.cl/acero/yacimientos.htm#Mina%20Los%20Coloradoshttp://www.infoacero.cl/acero/yacimientos.htm#Mina%20El%20Algarrobo


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>KD!D>&LES >EK%E!E!D&S FEKKDFEK&S E M> 4Empresa &>6

Minas en ",plotacin

Mina 1os Colorados

Esta mina est ubicada al interior del alle del 3uasco en la DDD Kegi#n y reempla


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Otras pertenencias sin e,plotacin

"l 1aco

Hbicada en la DD Kegi#n, preparado para producir gran


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>ellet Feed >ellet +sico o &utofundente >ellet de Keducci#n irecta

Finos $ranellet hip

Principales Productos de Acero en C4H

)ARRA4

+arras para hormig#n +arras para Molienda&lambr#n

P1A!O4

>lanchas $ruesas Kollos y >lanchas laminadas en aliente Kollos y >lanchas laminadas en Fro

Xinc&lum en >lanchas o Kollos 3o?alata Electroltica en Lminas o Kollos

0U)U1AR"4

%ubos Soldados por &rco Sumergido


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4U) PRODUC0O4ali


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4>L&!%& E >ELLE% &LLE EL 3H&S56

La planta de >ellet pertenece a M> 4empresa &>6

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Molienda y oncentraci#n >eletilanta Sider"rgica 3uachipato

El >roceso >roductivo Sider"rgico lo hemos dividido grficamente en ( pantallas debido a su e0tensi#n.

%ambiBn hemos puesto a su disposici#n un esquema simple y resumido del >roceso >roductivo del &cero en

la >lanta 3uachipato

B Preparacin de Materia Primas

a6Materias >rimas

b6>lanta de oque y Sub9productos

7B Reduccin del Mineral para o*tener Arra*io

a6&lto 3orno

8B Fa*ricacin del Acero

a6&cera de onvertidores al 50geno

b6olada ontinua de >lanchones

B 1aminacin del Acero en Productos 0erminados Finales

a6Laminador de +arras

b6Laminador de >lanos en aliente

c6 Laminador de >lanos en Fro

d6>roductos %ubulares

Kefinaci#n y esgasificaci#n


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ualquier proceso de producci#n de acero a partir del &rrabio consiste en quemar el e0ceso de carbono

y otras impure


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es)us de haberse com)letado la inyeccin de o1+eno( se anali7a el contenido de carbono y lacom)osicin *umica de diversas muestras de la masa fundida2

%uando la com)osicin es correcta( el horno se inclina )ara verter el acero fundido en una olla decolada2

Aun*ue se )ueden )roducir al+unos aceros de aleacin con este )roceso( el ciclo de tiem)o aumentaconsiderablemente( eliminando as su ventaja )rinci)al2 %onsecuentemente( el )roceso de o1+eno

bsico( como el del ho+ar abierto( se em)lea +eneralmente )ara )roducir altos tonelajes de acero con unbajo nivel de carbono( *ue son los de mayor consumo2 Estos aceros con bajo nivel de carbono seutili7an )ara barras( )erfiles y )lanchas +ruesas y del+adas2

HORNO E AR%O E'E%$R#%O

Es el ms verstil de todos los hornos )ara fabricar acero2 No solamente )uede )ro)orcionar altastem)eraturas( hasta /2>34=%( sino *ue tambin )uede controlarse elctricamente con un alto +rado de

)recisin2

ebido a *ue no se em)lea combustible al+uno( no se introduce nin+


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el )roceso de fabricacin2

&i los +ases no se remueven antes *ue el acero se solidifi*ue( su )resencia o sus reacciones con otroselementos en el acero )uede )roducir defectos tales comoB inclusiones ,)artculas slidas de 1ido-(so)laduras ,bolsas de +as-( descascarillamiento ,+rietas internas- y fra+ilidad ,)rdida de ductibilidad-2

'a des+asificacin del acero fundido se lleva a cabo e1)onindolo a un vaco2 'a )resin enormementereducida sobre la su)erficie del l*uido )ermite *ue los +ases esca)en2

El acero fundido )uede des+asificarse de varias maneras2 'as dos ms comunes sonB

C E&!AF#%A%#ON 9OR F'DO

C E&!AF#%A%#ON EN 'A O''A E %O'AA2

E&!AF#%A%#ON 9OR F'DO

En este )roceso( el acero fundido se vierte desde la olla de colada dentro de una lin+otera( la cual estcom)letamente encerrada en una cmara de vaco2 ientras el flujo de acero fundido cae dentro delvaco( se se)ara en +otitas2 ebido a la reducida )resin sobre el l*uido( los +ases disueltos revientan y

se e1traen fuera de la cmara )or medio de una bomba de vaco2 'ibre ya de +ases en la lin+otera( stese solidifica en un acero de alta )ure7a2

E&!AF#%A%#ON EN 'A O''A E %O'AA2

En este )roceso( el acero derretido se des+asifica en la olla de colada2 &e hace descender un reci)ientede vaco calentado de modo *ue su bo*uilla de absorcin *uede )or debajo del nivel l*uido del acerofundido2

'a )resin atmosfrica im)ulsa el acero fundido hacia arriba dentro de la cmara de vaco( en donde los+ases revientan y se e1traen mediante la bomba de vaco2 'a elevacin del reci)iente de vaco )ermite*ue el acero fundido fluya de vuelta( )or la fuer7a de +ravedad( dentro de la olla de colada2 Este ciclo se

re)ite varias veces hasta *ue la totalidad el acero fundido en la olla se ha des+asificado2

Clasi'icacin de los aceros

on el fin de estandari


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El segundo dgito. Es un n"mero que indica el porcenta?e apro0imado en peso del elemento de aleaci#n,

se=alado en el primer dgito. >or e?emplo un acero '8-, indica que tiene aleaci#n de nquel y que esta es

del ;.

Los dgitos / y 8. Dndican el contenido promedio de carbono en centBsimas, as en el e?emplo anterior se

tendra que un acero '8- es un acero con ; de nquel y .8; de carb#n.

uando en las clasificaciones se tiene una letra al principio esta indica el proceso que se utiliroceso de fabricaci#n

1- R %ipo de acero

C R ; de la aleaci#n del tipo de acero

C CR ; de contenido de carbono en centBsimas. Clasi'icacin del acero

Los diferentes tipos de acero se agrupan en cinco clases principales: aceros al carbono, aceros aleados,

aceros de ba?a aleaci#n ultra resistente, aceros ino0idables y aceros de herramientas.

Aceros al car*ono

Ms del G-; de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de

carbono y menos del 1,(; de manganeso, el -,(-; de silicio y el -,(-; de cobre. Entre los productos

fabricados con aceros al carbono figuran mquinas, carroceras de autom#vil, la mayor parte de las

estructuras de construcci#n de acero, cascos de buques, somieres y horquillas o pasadores para el pelo.

Aceros aleados

Estos aceros contienen una proporci#n determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, adems de

cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros se

emplean, por e?emplo, para fabricar engrana?es y e?es de motores, patines o cuchillos de corte.

Aceros de *a&a aleacin ultra resistentes


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Esta familia es la ms reciente de las cinco grandes clases de acero. Los aceros de ba?a aleaci#n son ms

baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos

elementos de aleaci#n. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho

mayor que la del acero al carbono. >or e?emplo, los vagones de mercancas fabricados con aceros de ba?a

aleaci#n pueden transportar cargas ms grandes porque sus paredes son ms delgadas que lo que sera

necesario en caso de emplear acero al carbono. &dems, como los vagones de acero de ba?a aleaci#n

pesan menos, las cargas pueden ser ms pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con

estructuras de aceros de ba?a aleaci#n. Las vigas pueden ser ms delgadas sin disminuir su resistencia,

logrando un mayor espacio interior en los edificios.

Aceros ino,ida*les

Los aceros ino0idables contienen cromo, nquel y otros elementos de aleaci#n, que los mantienen brillantes

y resistentes a la herrumbre y o0idaci#n a pesar de la acci#n de la humedad o de cidos y gases corrosivos.

&lgunos aceros ino0idables son muy durosP otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante

largos periodos a temperaturas e0tremas. ebido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean

muchas veces con fines decorativos. El acero ino0idable se utili


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>ara fabricar los diferentes ob?etos "tiles en la industria metal metlica, es necesario que el hierro se

presente en barras, lminas, alambres, placas, tubos o perfiles estructurales, los que se obtienen de los

procesos de rolado. El proceso de rolado consiste en pasar a un material por unos rodillos con una forma

determinada, para que al aplicar presi#n el material metlico adquiera la forma que se necesita. El material

metlico que se alimenta a los rodillos debe tener una forma determinada, esta forma se obtiene al colar en

moldes el metal fundido que ser procesado, a estos productos se les llama lingotes o lupias y pueden ser

secciones rectangulares, cuadradas o redondas. Los lingotes 4cilindros con un e0tremo menor que el otro6 o

lupias 4lingotes de gran tama=o con secciones rectangulares6 pueden tener desde ' Jg hasta varias

toneladas, todo depender de para quB se van a utiliosteriormente el material es conformado

con una serie de rodillos que al mismo tiempo lo arrastran hacia la parte e0terior del sistema. Hna veor este medio se pueden fabricar perfiles, varillas y barras de diferentes secciones y lminas o placas de

varios calibres y longitudes. La colada continua es un proceso muy efica< y efectivo para la fabricaci#n de

varios tipos de materiales de uso comercial.

Colada continua

Dlustraci#n de colada continua del libro 5peraci#n de Mquinas 3erramientas de Wrar.

Algunos elementos $u-micos en la 'undicin del hierro

E0isten muchos elementos qumicos que dan las caractersticas de ingeniera a las aleaciones ferrosas, sin

embargo hay algunos que se destacan por sus efectos muy definidos, a continuaci#n se presentan algunos

de estos elementos.

arbono. &rriba del 8; ba?a la calidad del hierro, sin embargo se puede decir que es el elemento que da la

dure


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propiedades de las aleaciones y su grado de maquinabilidad. on base a la cantidad de carbono en el hierro

las aleaciones se pueden definir o clasificar como se observ# en los temas anteriores.

Silicio. Este elemento hasta un /.'; es un ablandador del hierro y es el elemento predominante en la

determinaci#n de las cantidades de carbono en las aleaciones de hierro. El silicio arriba de /.'; act"a

como endurecedor. Las fundiciones con ba?o contenido de silicio responden me?or a los tratamientos

tBrmicos.

Manganeso. Es un elemento que cuando se agrega a la fundici#n arriba del -.; sirve para eliminar ala


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nitruriropiedades 2 &plicaciones

1

&ceros finos de

construcci#n

general

1. 4Finos al carbono6

' y /. 4&leados de granresistencia6

8. 4&leados de gran

elasticidad6

y (. 4e cementaci#n6

). 4e nitruraci#n6

>ropiedades: Son no aleados. uanto ms carbono

contienen son ms duros y menos soldables, pero

tambiBn ms resistentes a los choques. Se incluyen

tambiBn aceros con tratamientos tBrmicos y

mecnicos especficos para dar resistBncia,

elasticidad, ductabilidad, y dureropiedades: $eneralmente son aceros aleados o

tratados tBrmicamente.

&plicaciones:

!ru)os / y ;B %ornillera, tubos y perfiles.!ru)o 3B !"cleos de transformadores, motores debobinado.

!ru)o 6B >ie


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/

&ceros

resistentes a lao0idaci#n y

corrosi#n

1. 4Dno0idables6

' y /. 4Kesistentes al calor6

>ropiedades: +asados en la adici#n de cantidades

considerables de cromo y niquel, a los que se suman

otros elementos para otras propiedades ms

especficas. Kesistentes a ambientes h"medos, a

agentes qumicos y a altas temperaturas.

&plicaciones:

!ru)o /B uchillera, elementos de mquinashidrulicas, instalaciones sanitarias, pieie


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metalurgia del acero para certamen

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