ACEROS. Estructura y propiedades de aceros al carbono y de baja aleación

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Sara Cabrera Bustamante
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1 ACEROS Estructura y propiedades de aceros al carbono y de baja aleación 1

2 OBTENCION DE HIERRO Y ACERO 2

3 OBTENCION DE PRODUCTOS DE ACERO 3

4 Diagrama de Fases Fe-Fe 3 C 4

5 Microestructura (acero eutectoide) %C = 0,8 PERLITA 5

6 Microestructura (acero hipoeutectoide) %C < 0.8 ferrita perlita 6

7 Microestructura (acero hipereutectoide) %C > 0,8 cementita perlita 7

8 Propiedades función % C (aceros normalizados) 8

9 Propiedades f(%c) en aceros simples normalizados 9

10 Propiedades f(%c) - aceros con estructura distinta 10

11 Designaciones de aceros (y otros) Cada material (producto) tiene un nombre El nombre o designación lo da la organización responsable de la Normalización en cada país En Chile es el INN (NCh) Otros: ASTM, AWS, ASME, DIN, BS, JIS, AFNOR, etc. Todas son diferentes. Para el caso de aceros, ha sido de uso tradicional las designaciones SAE/AISI. A nivel de compatibilidad universal, se definió las designaciones UNS: unified numbering system. 11

12 Aceros de bajo Carbono Designación AISI/SAE ASTM UNS Composición(%peso) C Mn Otros Aceros simples de bajo Carbono (Plain Low Carbon Steels) 1010 G G A36 K Cu (min.) A516 Grado 70 K Si Aceros de Alta Resistencia y Baja Aleación (High Strength Low Alloy Steels) A440 K Si (máx.) 0.2Cu (min.) A633 Grado E K Si 0.08 V 0.02 N 0.03 Nb A656 Grado 1 K Si 0.1V 0.2 Al N

13 Aceros bajo Carbono: Propiedades Mecánicas AISI/SAE ASTM σ máx. [MPa] σ f [MPa] Ductilidad % El en 2 [in] Plain Low-Carbon Steels A A516 Grade High Strength, Low Alloy Steels A A 633 Grade E A656 Grade

14 ACERO ESTRUCTURAL TÍPICO Composición química C: 0.18% Si: 0.39% Mn: 0.57% S: 0.008% P: 0.007% Microestructura: ferrito-perlítica 14

15 Factores determinantes del esfuerzo de fluencia φg (µm)

16 Composición química de aceros (SAE/AISI) No. UNS C Mn P S Si Cr Mo Ni 1020 G ,18-0,23 0,30 0,60 0,040 0, G ,43 0,50 0,60 0,90 0,040 0, G ,43 0,48 1,60 1,90 0,035 0,040 0,15 0, G ,28 0,33 0,40 0,60 0,035 0,040 0,15 0,30 0,80 1,10 0,15 0, G ,38 0,43 0,75 1,00 0,035 0,040 0,15 0,30 0,80 1,10 0,15 0, G ,38 0,43 0,60 0,80 0,035 0,040 0,15 0,30 0,70 0,90 0,20 0,30 1,65 2, G ,56 0,64 0,75 1,00 0,035 0,040 0,15 0,30 0,70 0,90 Nota: dos valores indican un rango de composiciones; un valor denota un máximo tolerable por la Norma respectiva. Este último es el caso de P y S. 16

17 Composición química de productos (ASTM) ASTM Uso C Mn P S Si Cr Mo Ni Otro A 36 Estructural, plancha/barra 0,25-0,29 0,85 1,20 0,04 0,05 0,40 0,20% Cu A 500 Seamless tubing 0,23 0,30 1,35 0,035 0,035 0,20% Cu A 516 Pressure vessel 0,18 0,31 0,60 1,30 0,035 0,035 0,15 0,40 A 588 Weathering HSLA 0,15 0,20 0,50 1,35 0,04 0,05 0,15 0,65 0,30 0,70 0,20 0,50 Cu A 106 High-T seamless pipe 0,25 0,35 0,27 1,06 0,035 0,035 0,10 0,40 0,15 0,40 A 335 Gr. P22 High-T seamless pipe 0,05 0,15 0,30 0,60 0,025 0,025 0,50 1,90 2,60 0,87 1,13 A 335 Gr. P9 High-T seamless pipe 0,08 0,12 0,30 0,60 0,020 0,010 0,50 8,00 9,50 0,85 1,05 V; N; Ni; Al; Nb 17

18 Transformaciones de la Austenita 18

19 Dureza de la Martensita es f(%c) MARTENSITA Estructura-origen Formación adifusional Composición química Temperaturas Ms-Mf Fase Metaestable Propiedades Mecánicas 19

20 La formación de la perlita requiere difusión y por ello ocurre en función de Temperatura y tiempo Ej. acero eutectoide, llevado a T= 675ºC, la transformación se inicia a los 20 s y se completa a los 500 s 20

21 Progreso de la transformación isotérmica de un acero eutectoide a 620ºC, mostrando diferentes grados de progreso ( %) 21

22 Diagrama de transformacion isotérmica (TTT) o (IT) Acero eutectoide 0.8% C 22

23 Diferentes trayectorias de enfriamiento rápido y mantención a la temperatura de interés. Trayectoria a) da lugar a 100% Bainita (B) Trayectoria b) da lugar a 100% Martensita (M) Trayectoria c) da lugar a 50% Perlita y 50% Bainita 23

24 Situación más realista: transformaciones bajo enfriamiento continuo. Esto da lugar a los diagramas de transformaciones bajo enfriamiento continuo, Diagramas CCT o CT. 24

25 Diagrama CCT para un acero AISI

26 Diagrama CCT para un AISI 1541 ( 26

27 Consecuencias de aplicar diferentes velocidades de enfriamiento sobre aceros con curvas CCT desplazadas: efecto de los elementos aleantes. T A B Concepto de templabilidad Ms Templabilidad: facilidad con la que un acero es endurecido por temple (enfriamiento rápido) t

Para un acero dado, las curvas con diferentes

(Adicionalmente, a un acero templado debe

28 Para un acero dado, las curvas con diferentes velocidades de enfriamiento dan lugar a los TT s denominados: Recocido (annealing) Normalizado (normalizing) Temple (Quench) (Adicionalmente, a un acero templado debe dársele el TT de Revenido (Temper) ) temple normalizado recocido 28

29 Tamaño Medio enfriador posición %Carbon %Aleantes TGA VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO DE LA AUSTENITA RESPUESTA TERMICA DEL ACERO (TEMPLABILIDAD) MICRO-ESTRUCTURA (fases-cantidades-tamaños) PROPIEDADES 29

30 Templabilidad : Ensayo Jominy 30

31 Ejemplos de Diagramas Jominy 31

32 Designación Aceros baja Aleación AISI /SAE USN Rangos de Composición (%p) Ni Cr Mo Otros 13xx G13xx0 < 1.0 Mn 41xx G41xx xx G43xx xx G51xx xx G61xx V 86xx G86xx xx G92xx Si 32

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