Metalurgia del Hierro y Acero: Procesos, Fases y Propiedades Clave

Materias Primas y Procesos de Obtención de Hierro y Acero

Arrabio

Material obtenido a partir de mineral de hierro, coque y caliza. Es frágil, duro y difícil de mecanizar, careciendo de ductilidad.

Coque

Combustible con alto contenido de carbono que posee elevada resistencia mecánica. Es producido a partir de carbón bituminoso.

Caliza

Sustancia fundente que se combina con la sílice para formar silicato de calcio, facilitando la eliminación de impurezas en el proceso siderúrgico.

Proceso LD (Linz-Donawitz)

Consiste en la inyección vertical de oxígeno puro a alta presión sobre el arrabio fundido para refinarlo y convertirlo en acero.

Hierro Esponja

Se caracteriza por su fácil manejo y transporte, así como por su composición química uniforme. Es un material económico que permite la reducción directa del mineral de hierro. Puede producirse en diversos sistemas, incluyendo:

• Hornos rotatorios
• Crisoles
• Hornos de cuba
• Reactores
• Lechos fluidificados

Procesos de Colada del Acero

Colada en Lingotes

Los moldes, fabricados de acero con alto porcentaje de carbono, son llenados por su parte superior e inferior. Estos moldes pueden tener forma cuadrada o redonda, dando origen a lingotes de acero.

Colada Continua

Este proceso no requiere trenes de laminación, lo que reduce significativamente la pérdida de material y el tiempo de fabricación de productos semiacabados como palanquillas, planchones y cilindros.

Acero Obtenido en el Cucharón

El acero obtenido finalmente en el cucharón es apto para procesos posteriores como la colada continua y la fundición de acero, asegurando su calidad y composición.

Constituyentes y Fases del Acero

Constituyentes del Acero al Carbono sin Tratamiento Térmico

Los principales constituyentes del acero al carbono sin tratamiento térmico son: cementita, ferrita y hierro alfa.

Línea Solvus

Indica la solubilidad máxima de los componentes en las soluciones sólidas (fases alfa y beta) dentro de un diagrama de fases.

Punto Eutéctico

Es el punto de más baja temperatura en el cual una mezcla se encuentra completamente líquida y posee una temperatura de fusión menor que la de sus compuestos individuales.

Reacción Eutéctica

Proceso en el cual una fase líquida subenfriada se transforma simultáneamente en dos fases sólidas distintas al alcanzar una temperatura específica.

Estructura Eutéctica

La microestructura resultante de una reacción eutéctica, que consiste en capas alternadas de las fases alfa y beta, formadas simultáneamente durante la transformación.

Reacción Eutectoide

Proceso en el cual una fase sólida se transforma en dos fases sólidas distintas durante su enfriamiento lento.

Reacción Peritéctica

Proceso en el cual, durante un enfriamiento lento, una fase sólida y una fase líquida reaccionan para transformarse en una única fase sólida diferente.

Ferrita (Hierro Alfa)

Es una solución sólida intersticial de hierro alfa. Puede contener pequeñas cantidades de silicio y fósforo. Se caracteriza por ser el constituyente más blando, dúctil y maleable del acero.

Austenita

Posee una red cristalina cúbica de caras centradas (FCC). Es un constituyente clave del acero a altas temperaturas, conocido por su capacidad de disolver carbono.

Cementita

Es el constituyente más duro y frágil del acero, también conocida como carburo de hierro (Fe₃C).

Perlita

Es un compuesto eutectoide, una mezcla laminar de ferrita alfa y cementita, que le confiere al acero una combinación de resistencia y ductilidad.

Transformaciones Alotrópicas del Hierro Puro

A los 1539 °C, el hierro puro comienza a solidificar, cambiando de estado líquido a sólido. Al finalizar la cristalización, el hierro sólido presenta una estructura cristalina de tipo BCC (cúbica centrada en el cuerpo), conocida como hierro delta (δ). Esta estructura se mantiene en el rango de temperatura desde los 1539 °C hasta los 1394 °C.

Entre los 1394 °C y los 912 °C, el hierro se transforma en hierro gamma (γ), también conocido como Austenita, que posee una estructura cristalina FCC (cúbica de caras centradas).

Al descender la temperatura por debajo de los 912 °C, el hierro gamma se transforma en hierro alfa (α), que vuelve a tener una estructura BCC.

Finalmente, al descender la temperatura por debajo de los 768 °C (punto de Curie), el hierro alfa adquiere propiedades magnéticas, siendo conocido como hierro alfa magnético o ferrita magnética.