Procesos y usos del acero
Procesos y usos del acero
7 fenómeno microestructural contribuye a mejorar la tenacidad y la resistencia al impacto del material.
El Ti se utiliza como microaleante para desarrollar aceros con mayor resistencia mecánica y mejor tenacidad, sin comprometer la soldabilidad ni la procesabilidad durante la fabricación. La formación de precipitados finos( Ti( C, N)), que actúan como potentes inhibidores del crecimiento de grano durante los procesos de calentamiento y laminado en caliente, lo que da lugar a una microestructura refinada y, por ende, mejores propiedades mecánicas.
2. Marco teórico
La adición de pequeñas cantidades de elementos de aleación como Niobio( Nb), Vanadio( V) y Titanio( Ti) al acero ofrece un enfoque rentable e importante para el control del tamaño de grano y propiedades mecánicas.
El control del tamaño de grano austenítico mediante los elementos de microaleación Nb, V y Ti se basa en los mismos principios descritos para las adiciones de aluminio para el control del tamaño de grano austenítico. Sin embargo, a pesar de que las adiciones de aluminio, del orden del 0.02 al 0.04 %, para el control del tamaño de grano, lo califican como un elemento microaleante, los aceros que contienen aluminio nunca se denominan acero microaleado. Este uso se debe en parte a que el aluminio suele añadirse a aceros de baja aleación que contienen cantidades significativas de los elementos de aleación Cromo( Cr), Níquel( Ni) y Molibdeno( Mo), mientras que los aceros microaleados con Nb, V y Ti ofrecen ventajas sin dichas adiciones [ 1 ].
Otro elemento de aleación importante en aceros al carbono es el B, que es un fuerte formador de nitruros, solo superado por el Ti, y proporciona una templabilidad mejorada en aceros de bajo y medio carbono con adiciones muy pequeñas. La fuerte capacidad del B para formar nitruros en algunas aplicaciones de aceros bajos en carbono hace que las adiciones de B sean deseables para eliminar el Nitrógeno( N) de la solución en microestructuras ferríticas, ya que se reduce significativamente la ductilidad y aumenta las temperaturas de transición de frágil a dúctil por impacto.
Favorecer la templabilidad es la principal razón para añadir B al acero. Sin embargo, para que el B sea eficaz, deben concurrir varios factores. En primer lugar, se debe evitar que el B se combine con el N, lo que se logra protegiendo el B mediante la adición de Ti, un elemento formador de nitruro más fuerte [ 1 ].
Según Thelning [ 2 ], la cantidad de Ti necesaria para proteger el B viene dada por la siguiente ecuación:
Otro factor que influye en la eficacia del B para aumentar la templabilidad es la necesidad de austenizar a un rango crítico de temperatura antes del temple. El mecanismo por el cual el B aumenta la templabilidad es la segregación de este a los límites de grano de austenita, lo que reduce la capacidad de la ferrita para nuclearse y crecer en dichos límites. A altas temperaturas de austenización, la estructura de la matriz FCC de la austenita se relaja y puede acomodar los átomos de B, lo que hace que el B sea ineficaz. Sin embargo, a temperaturas más bajas, los átomos de B no pueden acomodarse y, para aliviar la tensión de la matriz, los átomos de B se difunden a los límites de grano de austenita y mejoran la templabilidad.
Otro factor que debe considerarse al aplicar B para la templabilidad es el contenido de Carbono( C) del acero. El B segregado en los límites de grano de austenita es muy eficaz para retardar la nucleación de la ferrita, la fase principal que limita la templabilidad en aceros con bajo contenido de carbono. La ferrita es un componente principal de la bainita en aceros con contenido medio de carbono, en los cuales, si se forma, reduce la dureza en relación con la martensita. Sin embargo, al aumentar el contenido de carbono del acero, la efectividad del B en la templabilidad disminuye y se vuelve prácticamente insignificante en concentraciones de carbono entre 0.7 % y 0.9 % [ 1 ].
3. Desarrollo
Se seleccionaron muestras de barras redondas de 1 / 2” de ambos grados 1038 comercial y modificado para realizar la comparativa de las siguientes características:
● Composición química
● Microestructura
● Tamaño de grano
● Propiedades mecánicas
● Templabilidad
El análisis de composición química se realizó por medio de espectroscopia de emisión óptica con un equipo ARL 3460( Spark).
En el análisis microestructural, se realizó mediante la preparación metalográfica bajo el método ASTM E-3 y se utilizaron microscopios ópticos( MO) y electrónico de barrido( SEM) para su caracterización. Secuencia de preparación metalográfica, ver figura 1.
Figura 1
Preparación metalográfica: a) Corte de muestras, b) Desbaste, c) Pulido, d) Ataque químico.
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