Acero de baja aleación de alta resistencia
| Aceros |
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| Otros materiales a base de hierro |
El acero de baja aleación de alta resistencia ( HSLA ) es un tipo de acero de aleación que proporciona mejores propiedades mecánicas o mayor resistencia a la corrosión que el acero al carbono . Los aceros HSLA varían de otros aceros en que no están hechos para cumplir con una composición química específica, sino con propiedades mecánicas específicas. Tienen un contenido de carbono entre 0,05 y 0,25% para conservar la conformabilidad y la soldabilidad . Otros elementos de aleación incluyen hasta un 2,0% de manganeso y pequeñas cantidades de cobre , níquel , niobio , nitrógeno , vanadio , cromo , molibdeno., titanio , calcio , elementos de tierras raras o circonio . [1] [2] Se agregan cobre, titanio, vanadio y niobio con fines de fortalecimiento. [2] Estos elementos están destinados a alterar la microestructura de los aceros al carbono, que suele ser un agregado de ferrita - perlita , para producir una dispersión muy fina de carburos de aleación en una matriz de ferrita casi pura. Esto elimina el efecto reductor de la tenacidad de una fracción de volumen perlítico pero mantiene y aumenta la resistencia del material al refinar el tamaño de grano, que en el caso de la ferrita aumenta el límite elástico.en un 50% por cada reducción a la mitad del diámetro medio de grano. El fortalecimiento de la precipitación también juega un papel menor. Su límite elástico puede oscilar entre 250 y 590 megapascales (36 000 a 86 000 psi). Debido a su mayor resistencia y tenacidad, los aceros HSLA generalmente requieren de un 25 a un 30% más de potencia para formarse, en comparación con los aceros al carbono. [2]
Se agregan cobre, silicio, níquel, cromo y fósforo para aumentar la resistencia a la corrosión. Se agregan elementos de circonio, calcio y tierras raras para el control de la forma de inclusión de sulfuro que aumenta la conformabilidad. Estos son necesarios porque la mayoría de los aceros HSLA tienen propiedades direccionalmente sensibles. La conformabilidad y la resistencia al impacto pueden variar significativamente cuando se prueban longitudinalmente y transversalmente al grano. Las curvas que son paralelas a la fibra longitudinal tienen más probabilidades de agrietarse alrededor del borde exterior porque experimenta cargas de tracción. Esta característica direccional se reduce sustancialmente en aceros HSLA que han sido tratados para el control de la forma de sulfuro. [2]
Se utilizan en automóviles, camiones, grúas, puentes, montañas rusas y otras estructuras que están diseñadas para soportar grandes cantidades de estrés o que necesitan una buena relación resistencia-peso. [2] Las secciones transversales y estructuras de acero HSLA suelen ser entre un 20 y un 30% más ligeras que un acero al carbono con la misma resistencia. [3] [4]
Los aceros HSLA también son más resistentes a la oxidación que la mayoría de los aceros al carbono debido a su falta de perlita, las finas capas de ferrita (hierro casi puro) y cementita en perlita. [5] Los aceros HSLA suelen tener densidades de alrededor de 7800 kg / m 3 . [6]
La placa de blindaje militar está hecha principalmente de aceros aleados, aunque algunos blindajes civiles contra armas pequeñas ahora están hechos de aceros HSLA con temple a temperaturas extremadamente bajas. [7]
Clasificaciones
- Aceros resistentes a la intemperie : Aceros que tienen mejor resistencia a la corrosión. Un ejemplo común es COR-TEN.
- Aceros laminados de control : Aceros laminados en caliente que tienen una estructura de austenita altamente deformada que se transformará en una estructura de ferrita equiaxial muy fina al enfriarse.
- Aceros reducidos en perlita : Aceros con bajo contenido de carbono que producen poca o ninguna perlita, sino una matriz de ferrita de grano muy fino. Se refuerza por endurecimiento por precipitación.
- Aceros de ferrita acicular : Estos aceros se caracterizan por una estructura de ferrita acicular muy fina de alta resistencia, un contenido de carbono muy bajo y una buena templabilidad .
- Aceros de doble fase : estos aceros tienen una microestructura de ferrita que contiene pequeñas secciones de martensita distribuidas uniformemente. Esta microestructura da a los aceros un bajo límite elástico, una alta tasa de endurecimiento por trabajo y una buena conformabilidad. [1]
- Aceros microaleados : Aceros que contienen muy pequeñas adiciones de niobio, vanadio y / o titanio para obtener un tamaño de grano refinado y / o endurecimiento por precipitación.
Un tipo común de acero microaleado es HSLA de conformabilidad mejorada. Tiene un límite elástico de hasta 80.000 psi (550 MPa) pero solo cuesta un 24% más que el acero A36 (36.000 psi (250 MPa)). Una de las desventajas de este acero es que es de un 30 a un 40% menos dúctil . En los EE. UU., Estos aceros se rigen por las normas ASTM A1008 / A1008M y A1011 / A1011M para láminas de metal y A656 / A656M para placas. Estos aceros fueron desarrollados para la industria automotriz para reducir el peso sin perder resistencia. Los ejemplos de usos incluyen vigas de intrusión de puertas, miembros del chasis, soportes de montaje y refuerzo, piezas de dirección y suspensión, parachoques y ruedas. [2] [8]
Grados SAE
La Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) mantiene estándares para los grados de acero HSLA porque a menudo se usan en aplicaciones automotrices.
| Calificación | % Carbono (máx.) | % Manganeso (máx.) | % Fósforo (máx.) | % De azufre (máx.) | % Silicio (máx.) | Notas |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 942X | 0,21 | 1,35 | 0,04 | 0,05 | 0,90 | Tratado con niobio o vanadio |
| 945A | 0,15 | 1,00 | 0,04 | 0,05 | 0,90 | |
| 945C | 0,23 | 1,40 | 0,04 | 0,05 | 0,90 | |
| 945X | 0,22 | 1,35 | 0,04 | 0,05 | 0,90 | Tratado con niobio o vanadio |
| 950A | 0,15 | 1,30 | 0,04 | 0,05 | 0,90 | |
| 950B | 0,22 | 1,30 | 0,04 | 0,05 | 0,90 | |
| 950C | 0,25 | 1,60 | 0,04 | 0,05 | 0,90 | |
| 950D | 0,15 | 1,00 | 0,15 | 0,05 | 0,90 | |
| 950X | 0,23 | 1,35 | 0,04 | 0,05 | 0,90 | Tratado con niobio o vanadio |
| 955X | 0,25 | 1,35 | 0,04 | 0,05 | 0,90 | Tratados con niobio, vanadio o nitrógeno |
| 960X | 0,26 | 1,45 | 0,04 | 0,05 | 0,90 | Tratados con niobio, vanadio o nitrógeno |
| 965X | 0,26 | 1,45 | 0,04 | 0,05 | 0,90 | Tratados con niobio, vanadio o nitrógeno |
| 970X | 0,26 | 1,65 | 0,04 | 0,05 | 0,90 | Tratados con niobio, vanadio o nitrógeno |
| 980X | 0,26 | 1,65 | 0,04 | 0,05 | 0,90 | Tratados con niobio, vanadio o nitrógeno |
| Calificación | Formulario | Límite elástico (min) [psi (MPa)] | Resistencia máxima a la tracción (min) [psi (MPa)] |
|---|---|---|---|
| 942X | Platos, formas y barras de hasta 4 pulg. | 42.000 (290) | 60.000 (414) |
| 945A, C | Hoja y tira | 45.000 (310) | 60.000 (414) |
| Platos, formas y barras: | |||
| 0–0,5 pulg. | 45.000 (310) | 65.000 (448) | |
| 0,5–1,5 pulg. | 42.000 (290) | 62.000 (427) | |
| 1,5–3 pulg. | 40.000 (276) | 62.000 (427) | |
| 945X | Láminas, tiras, placas, formas y barras de hasta 1,5 pulg. | 45.000 (310) | 60.000 (414) |
| 950A, B, C, D | Hoja y tira | 50.000 (345) | 70.000 (483) |
| Platos, formas y barras: | |||
| 0–0,5 pulg. | 50.000 (345) | 70.000 (483) | |
| 0,5–1,5 pulg. | 45.000 (310) | 67.000 (462) | |
| 1,5–3 pulg. | 42.000 (290) | 63.000 (434) | |
| 950X | Láminas, tiras, placas, formas y barras de hasta 1,5 pulg. | 50.000 (345) | 65.000 (448) |
| 955X | Láminas, tiras, placas, formas y barras de hasta 1,5 pulg. | 55.000 (379) | 70.000 (483) |
| 960X | Láminas, tiras, placas, formas y barras de hasta 1,5 pulg. | 60.000 (414) | 75.000 (517) |
| 965X | Láminas, tiras, placas, formas y barras de hasta 0,75 pulg. | 65.000 (448) | 80.000 (552) |
| 970X | Láminas, tiras, placas, formas y barras de hasta 0,75 pulg. | 70.000 (483) | 85.000 (586) |
| 980X | Láminas, tiras y placas de hasta 0.375 pulg. | 80.000 (552) | 95.000 (655) |
| Rango | Soldabilidad | Conformabilidad | Tenacidad |
|---|---|---|---|
| Peor | 980X | 980X | 980X |
| 970X | 970X | 970X | |
| 965X | 965X | 965X | |
| 960X | 960X | 960X | |
| 955X, 950C, 942X | 955X | 955X | |
| 945C | 950C | 945C, 950C, 942X | |
| 950B, 950X | 950D | 945X, 950X | |
| 945X | 950B, 950X, 942X | 950D | |
| 950D | 945C, 945X | 950B | |
| 950A | 950A | 950A | |
| Mejor | 945A | 945A | 945A |
Laminado controlado de aceros HSLA
Mecanismo
Balanceo controlado
El laminado controlado es un método para refinar granos de acero mediante la introducción de una gran cantidad de sitios de nucleación de ferrita en una matriz de austenita mediante laminación con control de temperatura, lo que aumenta la resistencia del acero. Hay tres etapas principales durante el laminado controlado: [12]
1) Deformación en la región de recristalización . En esta etapa, la austenita se recristaliza y refina y, por lo tanto, puede refinar los granos de ferrita en la etapa posterior.
2) Deformación en la región de no recristalización. Los granos de austenita que se alargan por el enrollamiento y las bandas de deformación también pueden presentarse dentro de la banda. Los límites de grano alargados y las bandas de deformación son todos sitios de nucleación de la ferrita.
3) Deformación en la región bifásica de austenita-ferrita. Los nucleados de ferrita y la austenita se endurecen aún más.
Mecanismo de fortalecimiento
Los aceros HSLA laminados de control contienen una combinación de diferentes mecanismos de refuerzo. El principal efecto de fortalecimiento proviene del refinamiento del grano ( fortalecimiento del límite del grano ), donde la resistencia aumenta a medida que disminuye el tamaño del grano. Los otros mecanismos incluyen el fortalecimiento de la solución sólida y el endurecimiento por precipitado a partir de elementos microaleados. [13] [14] Después de que el acero pasa la temperatura de la región de austenita-ferrita, se refuerza aún más mediante el endurecimiento por trabajo . [13] [12]
Propiedades mecánicas
Los aceros HSLA laminados bajo control suelen tener mayor resistencia y tenacidad, así como una temperatura de transición dúctil-frágil más baja [14] y propiedades de fractura dúctil. [13] A continuación se muestran algunos elementos microaleados comunes que se utilizan para mejorar las propiedades mecánicas.
Efecto de los elementos microaleados:
Niobio: Nb puede aumentar la temperatura de recristalización alrededor de 100 ° C, [12] extendiendo así la región de no recristalización y ralentizando el crecimiento del grano. El Nb puede aumentar tanto la resistencia como la tenacidad mediante el fortalecimiento de los precipitados y el refinamiento del grano. [14] Además, el Nb es un fuerte formador de carburo / nitruro, el Nb (C, N) formado puede obstaculizar el crecimiento del grano durante la transición de austenita a ferrita. [14]
Vanadio: V puede aumentar significativamente la resistencia y la temperatura de transición al fortalecer el precipitado. [14]
Titanio: el Ti tiene un ligero aumento en el fortalecimiento a través del refinamiento del grano y el fortalecimiento del precipitado.
Nb, V y Ti son tres elementos de aleación comunes en los aceros HSLA. Todos son buenos formadores de carburo y nitruro, [12] donde los precipitados formados pueden prevenir el crecimiento del grano al fijar el límite del grano. También son todos formadores de ferrita, que aumentan la temperatura de transición de la región de dos fases austenita-ferrita y reducen la región de no recristalización. [12] La reducción en la región de no recristalización induce la formación de bandas de deformación y límites de granos activados, que son sitios alternativos de nucleación de ferrita distintos de los límites de granos. [12]
Otros elementos de aleación son principalmente para el fortalecimiento de soluciones sólidas, incluidos silicio, manganeso, cromo, cobre y níquel. [14]
Referencias
- ^ a b "Clasificación de aceros al carbono y de baja aleación" . Consultado el 6 de octubre de 2008 .
- ^ a b c d e f "Acero HSLA" . 2002-11-15. Archivado desde el original el 3 de enero de 2010 . Consultado el 11 de octubre de 2008 .
- ^ Degarmo, pág. 116.
- ^ Misma densidad que el acero al carbono, consulte el siguiente párrafo
- ^ Krishan Kant, Lalit Kumar, Kanika Verma, Deepak Rawat, "Efectos de varios parámetros de proceso por prueba de tracción y tenacidad en la calidad de la junta de soldadura del acero HSLA durante la soldadura por arco sumergido", Revista internacional de investigación científica en ciencia, ingeniería y tecnología (IJSRSET ), ISSN en línea: 2394-4099, ISSN impreso: 2395-1990, Volumen 2, Edición 2, págs. 652-659, marzo-abril de 2016. URL de la revista: http://ijsrset.com/IJSRSET1622216}}
- ^ "Propiedades del acero inoxidable para aplicaciones estructurales automotrices" (PDF) . Euro Inox. Junio de 2000. Archivado desde el original (PDF) el 28 de septiembre de 2007 . Consultado el 14 de agosto de 2007 .
- ^ "Acero de protección balística Swebor Armor 500" (PDF) . Swebarmor .
- ^ Chapa de acero laminada en frío , archivada desde el original el 30 de abril de 2008 , consultado el 11 de octubre de 2008
- ^ Oberg, págs. 440-441.
- ^ Oberg, p. 441.
- ^ Oberg, p. 442.
- ↑ a b c d e f Tamura, Imao (1988). Procesamiento termomecánico de aceros de alta resistencia y baja aleación . Butterworth.
- ↑ a b c Morrison, WB (1976). "Balanceo controlado". Transacciones filosóficas de la Royal Society de Londres. Serie A, Ciencias Físicas y Matemáticas . 282 : 289-303.
- ↑ a b c d e f Tanaka, T. (1981). "Laminado controlado de chapa y fleje de acero". Reseñas internacionales de metales . 26: 1 : 185–212.
Fuentes
- Degarmo, E. Paul; Black, J T .; Kohser, Ronald A. (2003), Materiales y procesos en la fabricación (9a ed.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.
- Oberg, E .; et al. (1996), Manual de maquinaria (25a ed.), Industrial Press Inc
- Aceros
- Armadura
