Acero

Te explicamos qué es el acero, cómo se fabrica y las variaciones de esta aleación metálica. Además, sus características, diversos usos y más.

¿Qué es el acero?

Se conoce como acero a un conjunto de aleaciones del hierro (Fe) con otros elementos, principalmente carbono (C), pero también zinc (Zn), silicio (Si) o aluminio (Al). Estas aleaciones alteran las propiedades del metal puro, el hierro en este caso, y se obtiene un material más resistente o menos oxidable.

El acero es un material muy importante en las industrias humanas. Es ampliamente utilizado como material de construcción y como materia prima de diversas herramientas y piezas mecánicas.

Es un caso ejemplar de aleación metálica. Las aleaciones consisten en la combinación de elementos químicos en la que uno de ellos obligatoriamente es un metal. Así, se combinan sus propiedades y se obtiene un material nuevo que tiene propiedades específicas para distintas aplicaciones.

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Historia del acero

El nombre del acero proviene del latín aciarius, que refiere al material del cual estaban hechas las armas blancas en la antigüedad.

Es difícil saber con exactitud en qué momento la humanidad descubrió la posibilidad de fundir el hierro para construir herramientas. Se han encontrado evidencias del registro de empleo de hierro en el antiguo Egipto (3.000 a. C.). Se cree que poco después se descubrió la posibilidad de mezclarlo con otros metales para obtener nuevos materiales.

Sin embargo, las primeras evidencias de acero wootz (acero primitivo de gran dureza y alto contenido de carbono) datan de 300 a. C. y se encontraron en India y Sri Lanka. Se encontraron también mezclas de hierro fundido con hierro forjado provenientes de la Dinastía Han de China (100 a.C.).

Con la llegada de la modernidad y de la industrialización, la obtención del acero ocupó el interés de muchos científicos e industriales, gracias al uso de la electricidad para el calentado de los hornos. En 1948 se inventó el proceso de oxígeno básico L-D, en la Austria de posguerra; y en 1950 la técnica de colada continuó.

¿Cómo se fabrica el acero?

La técnica de obtención del acero en la actualidad incluye diversos metales, no metales y metaloides que forman ferroaleaciones, que le proporcionan dureza y resistencia. Además, el proceso involucra la llamada metalurgia secundaria. Esta segunda etapa le otorga las propiedades químicas y el nivel deseado de inclusiones e impurezas.

El procedimiento habitual involucra el añadido al hierro de una cantidad de carbono no superior al 2 %, dependiendo del grado de dureza que se quiera incorporar al acero. Esto se realiza en un proceso que involucra varias etapas:

En el alto horno se añade una mezcla de hierro mineral (hierro impuro) y cok, que es un combustible similar al carbón y que sirve para separar las impurezas del material. Luego, queda hierro bastante puro con pequeñas cantidades de carbono. Después, se añade carbono en la cantidad necesaria según el tipo de acero que se vaya a fabricar, esto se hace mientras el acero está en estado líquido. Finalmente se moldea y se deja enfriar.

Otra forma de fabricar acero es mediante el reciclaje de chatarras fabricadas con acero. Para esto se funde la chatarra en un alto horno eléctrico.

Aleaciones del acero

El acero es esencialmente hierro mezclado con carbono. Pero también existen aleaciones del acero, lo que significa que se le añaden otros elementos químicos que modifican algunas de sus propiedades, como la dureza y la resistencia a la corrosión. Algunos de estos elementos y las propiedades que le modifican al acero son:

• Carbono. Reduce la ductilidad y soldabilidad del hierro mientras añade dureza a la mezcla.
• Aluminio (Al). Evita que el grano del acero crezca demasiado y así se produce acero de grano fino.
• Azufre (S). Suele considerarse una impureza del hierro, pero a veces se añade para aumentar la maquinabilidad del acero.
• Cromo (Cr). Aumenta la profundidad de endurecimiento y mejora la resistencia a la corrosión.
• Cobre (Cu). Aumenta la dureza del acero.
• Manganeso (Mn). Este elemento tiene mayor afinidad por el hierro que el azufre, que suele ser una impureza. Se utiliza para enlazarse al azufre y facilitar la laminación y moldeo del acero.
• Silicio (Si). Antioxidante y endurecedor.
• Níquel (Ni). Mejora el resultado del tratamiento térmico, y junto con el cromo, previene la corrosión.
• Molibdeno (Mo). Aumenta el endurecimiento profundo y la resistencia a la corrosión.

Clasificación del acero

El acero puede clasificarse de diversas formas:

Según el método utilizado para darle forma:

• Acero moldeado. Se deja enfriar en un molde.
• Acero forjado. Se calienta, modela y se enfría en una forja.
• Acero laminado. Está hecho de láminas más o menos gruesas y planas.

Según su utilización:

• Acero refractario
• Acero para la construcción
• Acero para fabricar imanes
• Acero indeformable
• Acero para fabricar herramientas
• Acero inoxidable

Según su composición:

• Aceros ordinarios. Son los que están compuestos por hierro y carbono exclusivamente.
• Aceros especiales. Son los que además de hierro y carbono, contienen otros elementos químicos.

Propiedades del acero

Las propiedades del acero varían de acuerdo a su composición, es decir, a los elementos químicos que estén aleados en su interior. También varían según el método químico o físico que se utilizó para producirlo. Por eso es difícil determinar sus propiedades universales, aunque a grandes rasgos, algunas son:

• Tiene una densidad de 7850 kg/m³.
• Se dilata si se calienta y se contrae si se enfría.
• Tiene un punto de fusión (temperatura a la que un sólido se transforma en líquido) de aproximadamente 3000 °C.
• Tiene gran tenacidad (energía que absorbe el material antes de romperse) y es bastante dúctil (propiedad que le permite ser deformado sin romperse hasta poder obtener alambres).
• Es muy maleable (propiedad que le permite a un material ser laminado). Las láminas de acero suelen ser llamadas ‘hojalata’.
• Suele ser un material susceptible a la corrosión, problema que se corrige añadiéndole otros elementos químicos como níquel y cromo.
• Se puede soldar muy fácilmente.
• Es buen conductor de electricidad.
• La mayoría de los aceros tiene propiedades magnéticas, es decir, son atraídos por los imanes.
• Su dureza depende de la cantidad de carbono que contenga la mezcla de hierro y carbono. Mientras mayor porcentaje de carbono se le añada al hierro, más duro será el acero resultante.

Usos del acero

El acero se encuentra en nuestras vidas en casi todas partes, en distintas formas y presentaciones, tales como:

• Piezas de maquinaria. Para automóviles, maquinaria agrícola, armamento militar o tecnología
• Vehículos enteros. Como la carrocería y esqueleto de barcos, vehículos blindados, y ferrocarriles y vías.
• Herramientas y aplicaciones. Todo tipo de objetos como soldaduras, tornillos, tuercas, remaches, chapas troqueladas, muelles de válvulas, martillos, llaves, destornilladores, etc.
• Herramientas de cocina. Como sartenes, ollas, cubiertos, etc.
• Piezas de construcción. Como las vigas para el embaulado del hormigón.

Tratamiento del acero

La fabricación del acero implica el “tratamiento” del hierro, para mejorar algunas de sus propiedades o modificarlas en función del destino de la pieza. Se trata de:

• Tratamientos superficiales. Vinculados con el embellecimiento del acero resultante o con la protección de sus capas externas. Suele implicar la añadidura de capas externas de otros metales, de la siguiente manera:
  • Cincado. Se somete la superficie a procesos electrolíticos o mecánicos que le confieren propiedades antioxidantes.
  • Cromado. Se le añade cromo para embellecer el metal y protegerlo contra la oxidación y corrosión.
  • Galvanizado. Se le da a la chapa de acero mediante procesos electroquímicos que derriten un metal recubriendo a otro. En este caso, se usa zinc para recubrir la chapa.
  • Niquelado. Se le da un baño de níquel para proteger el acero de la oxidación.
  • Pavonado. Es ideal para piezas pequeñas, como la tornillería, ya que las hace más resistentes. Consiste en la producción superficial de una capa de óxido-ferroso-diférrico (Fe₃O₄).
• Tratamientos térmicos. A diferencia de los superficiales, estos procedimientos cambian la microestructura de la aleación, y cambian significativamente sus propiedades. Pueden ser:
  • Templado. Consiste en calentar la pieza hasta cierto punto y luego enfriarla rápidamente, lo que permite la alteración de sus propiedades profundas. Es lo que se hacía con las espadas en el medioevo: se las sumergía en agua luego de haberlas forjado al rojo vivo.
  • Revenido. Es una técnica usada para reducir la fragilidad de los aceros luego del temple, por lo que a menudo es su tratamiento complementario. Consiste en aplicar a la aleación una temperatura inferior a su punto crítico (temperatura a la que la densidad de un líquido es igual a la de su vapor), donde se la deja durante un tiempo largo para mejorar su resistencia y tenacidad.
  • Recocido. Es una técnica que sirve para ablandar la aleación, recuperar su estructura o eliminar tensiones internas. Esto consiste en calentar el metal hasta una temperatura determinada y luego dejar que se enfríe lentamente, dejando que la temperatura baje progresivamente hasta alcanzar la temperatura ambiente.
  • Normalizado. Es el tratamiento idóneo para dar al acero la estructura necesaria para forjar, laminar o prepararlo para el temple. Se calienta la pieza entre 30 y 50 °C por encima de la temperatura crítica y se la mantiene durante el tiempo necesario para transformarla en austenita (forma específica de ordenamiento de los átomos de hierro y carbono), y luego dejar enfriar uniformemente.

Reciclaje de acero

El acero puede reciclarse, tal y como otros metales, al final de su vida útil. Para ello sirven los desguazaderos de automóviles y otros vehículos, que obtienen chatarra reusable, que es prensada y reenviada a la acería para su fundición y reutilización. La chatarra de este tipo suple el 40 % de las necesidades de acero mundiales.

Importancia del acero

El acero es un material sumamente importante en el mundo industrial contemporáneo, pues se utiliza en la fabricación de objetos en casi todos los rubros de la industria. Además, jugó un papel vital en la construcción y diversas obras de ingeniería como la Estatua de la Libertad en Estados Unidos.

Diferencia entre hierro y acero

El hierro es un elemento químico que rara vez está en estado puro (suele estar formando compuestos). En condiciones minerales suele hallarse en hematites, magnetita, limonita, pirita, etcétera.

En cambio, el acero no es un elemento químico sino una mezcla de hierro y otros elementos químicos, es decir, una aleación metálica. Esta mezcla se comporta como si fuera un solo material, debido a que no se dan reacciones químicas de ningún tipo entre sus componentes.

Además, el acero es duro, bastante dúctil, muy maleable y resistente, mientras que el hierro es también maleable, pero menos duro. Esta es la principal razón por la cual existe el acero: para compensar las debilidades de su metal madre a través de la incorporación de carbono, que le ofrece mucha dureza al material resultante.

Puede servirte: Edad de los metales

Referencias

• “Acero” en Wikipedia.
• “Acero” en Acero Argentino.
• “¿Qué es el acero?” en InfoAcero.
• “Steel (Metallurgy)” en The Enciclopaedia Britannica.
• “¿Qué es el acero?” en UNESID50.
• "Proceso de fabricación del acero" en Área Tecnología.
• "¿De qué material está hecha la Torre Eiffel?" en Tour Eiffel.