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El acero como material de fabricación
El acero desempeña un papel fundamental en la fabricación de objetos. Desde edificios altos hasta coches e incluso pequeñas herramientas, su resistencia y larga vida útil lo convierten en la mejor elección para muchos trabajos. Veamos por qué el acero es tan importante y cómo ayuda a construir nuestro mundo.
Índice
Por qué el acero domina la fabricación
El acero es el metal más utilizado del mundo. Cada año, los fabricantes producen unos 1.900 millones de toneladas de acero. Es más que todos los demás metales juntos. ¿Por qué se utiliza tanto acero?
- Es fuerte pero puede moldearse fácilmente
- En dura mucho tiempo y no se rompe fácilmente
- Es más barato que muchos otros metales
- Puede ser reciclado una y otra vez
El acero también ayuda a la economía mundial: cada año aporta unos $2,9 billones a la economía mundial. Eso es mucho empleo y crecimiento.
¿Qué es el acero? Composición y ciencia
En esencia, el acero es hierro mezclado con una pequeña cantidad de hierro. carbono (entre 0,02% y 2,1%). Esta mezcla hace que el hierro sea mucho más fuerte. Es como añadir un poco de chocolate a la leche: ¡lo cambia todo!
Los siderúrgicos también añaden otros elementos para dotar al acero de poderes especiales:
| Elemento añadido | Qué hace | Dónde se utiliza |
|---|---|---|
| Cromo | Combate el óxido y la corrosión | Acero inoxidable para cocinas |
| Níquel | Endurece y flexibiliza el acero | Piezas de automóviles, edificios |
| Manganeso | Endurece el acero | Herramientas, vías férreas |
| Molibdeno | Ayuda al acero a mantenerse fuerte en caliente | Piezas de motor, tubos |
Los científicos llaman al acero "metal ferroso"porque contiene hierro. Otros metales como el aluminio y el cobre son "no ferrosos" porque no tienen hierro.
Tipos de acero y sus aplicaciones
No todo el acero es igual. Diferentes tipos funcionan mejor para diferentes trabajos:
Acero al carbono
Es el tipo más común y representa aproximadamente el 90% de toda la producción de acero. Se presenta en tres tipos principales:
- Acero bajo en carbono (acero dulce): Fácil de moldear y soldar, utilizado para carrocerías de automóviles.
- Acero al carbono medio: Más fuerte, utilizado para Mecanizado CNC de piezas de acero en maquinaria
- Acero con alto contenido en carbono: Muy duro, utilizado para herramientas de corte y muelles
Acero inoxidable
Este acero especial contiene al menos 10,5% de cromo, lo que le ayuda a combatir la oxidación. Existen diferentes tipos:
- Austenítico: El más común, utilizado para fregaderos de cocina y equipos alimentarios
- Martensítico: Puede tratarse térmicamente para que sea muy duro, se utiliza para cuchillos
- Dúplex: Muy resistente a la corrosión, se utiliza en lugares hostiles como plantas químicas.
Acero para herramientas
Fabricados para cortar, moldear y dar forma a otros materiales. Estos aceros se mantienen duros incluso cuando se calientan al cortar. Se utilizan para hacer cosas como brocas y sellos metálicos.
Acero aleado
A estos aceros se les añaden elementos especiales para que funcionen mejor en trabajos específicos. Los engranajes de los automóviles, por ejemplo, utilizan aceros aleados con molibdeno y níquel.
Cómo se fabrica el acero: Procesos de producción
Fabricar acero es como cocinar una receta compleja. Las dos formas principales de fabricar acero son:
Alto horno - Acería al oxígeno (BF-BOS)
Este método tradicional produce aproximadamente 70% del acero mundial:
- El mineral de hierro, el carbón y la piedra caliza entran en un alto horno
- La mezcla se calienta a unos 1.200°C (2.200°F).
- Sale hierro fundido
- El hierro va a un horno de oxígeno básico donde el oxígeno sopla en
- El carbono y otras sustancias no deseadas se queman
- Se añaden otros elementos para obtener el tipo de acero adecuado
Horno eléctrico de arco (EAF)
Este nuevo método utiliza principalmente acero reciclado:
- La chatarra va a parar a una olla grande
- Enormes electrodos crean arcos eléctricos (como relámpagos)
- La electricidad funde el acero
- Se añaden nuevos elementos para
- El acero se vierte en moldes
El EAF utiliza 60% menos energía que los altos hornos, lo que es bueno para nuestro planeta. De hecho, se reciclan 90% de acero, lo que lo convierte en el material más reciclado de la Tierra.
Propiedades críticas del acero
El acero tiene características especiales que lo hacen ideal para muchos trabajos:
Propiedades mecánicas
- Resistencia a la tracción: Cuánta fuerza de tracción puede soportar el acero antes de romperse. El acero puede soportar entre 400 y 2.000 MPa (megapascales), lo que es mucho más fuerte que la madera o el plástico.
- Ductilidad: Cuánto puede estirarse el acero sin romperse. Esto le ayuda a absorber energía.
- Dureza: Medido en la escala Rockwell, muestra la resistencia del acero a las abolladuras y arañazos.
Propiedades funcionales
- Conductividad térmica: El acero puede mover el calor, pero no tan bien como el cobre o el aluminio.
- Magnetismo: La mayor parte del acero puede magnetizarse, lo que ayuda en motores y generadores.
- Resistencia a la corrosión: Algunos aceros (como el inoxidable) combaten la oxidación mejor que otros. El acero normal puede galvanizado (recubierto de zinc) para evitar la oxidación.
Normas
La calidad del acero se comprueba con normas de grupos como ASTM (American Society for Testing and Materials), ISO (International Organization for Standardization) y EN (European Standards). Así se garantiza que el acero funcione correctamente para su trabajo.
Principales aplicaciones industriales
El acero funciona en muchos sitios. Aquí están los mayores usuarios:
Construcción (50% totalmente de acero)
Edificios, puentes y viviendas utilizan el acero para:
- Barras de refuerzo del hormigón
- Vigas y pilares estructurales
- Tejados y revestimientos
El acero refuerza los edificios contra terremotos y tormentas.
Automoción (12% de todo acero)
Los fabricantes de automóviles utilizan acero para mecanizado de precisión en:
- Bastidores y carrocerías
- Piezas de motor
- Engranajes y ejes
Los nuevos aceros de alta resistencia contribuyen a que los coches sean más ligeros, pero también más seguros.
Aeroespacial
Los aviones y cohetes necesitan aceros especiales que:
- Se mantiene fuerte a altas y bajas temperaturas
- No pese demasiado
- No te rompas por el estrés repetido
Industria energética
Las turbinas eólicas, las plataformas petrolíferas y las centrales eléctricas necesitan acero que pueda:
- Resiste las inclemencias del tiempo
- Manejar fuerzas fuertes
- Duran décadas
Ventajas e inconvenientes
El acero tiene muchos puntos positivos, pero también algunos retos:
Pros
- Longevidad: Las estructuras de acero pueden durar más de 100 años con los cuidados adecuados
- Adaptabilidad: Puede adoptar casi cualquier forma
- Rentabilidad: Más barato que muchos metales de resistencia similar
- Ecológico: Puede reciclarse muchas veces sin perder calidad
Contras
- Corrosión: El acero común se oxida a menos que esté protegido con revestimientos
- Consumo de energía: Fabricar acero nuevo a partir del mineral consume mucha energía y contamina
- Peso: Más pesado que el aluminio o los materiales compuestos
- Conductor térmico: Puede perder calor en invierno y ganarlo en verano
Innovaciones para el futuro
Steel sigue mejorando. He aquí algunas novedades interesantes:
Impresión 3D con acero
Ahora las máquinas pueden imprimir piezas de acero capa por capa. Esto ayuda a fabricar:
- Formas complejas que antes no se podían hacer
- Piezas a medida para dispositivos aeroespaciales y médicos
- Prototipos mucho más rápidos
Acero verde
Nuevas formas de fabricar acero con menos contaminación:
- Utilizar hidrógeno en lugar de carbón para extraer el oxígeno del mineral de hierro
- Capturar el dióxido de carbono antes de que llegue al aire
- Mayor uso de acero reciclado en los hornos de arco eléctrico
El proyecto HYBRIT de SSAB ha reducido las emisiones de CO₂ en 90% utilizando hidrógeno.
Revestimientos inteligentes
Los nuevos revestimientos mejoran aún más el acero:
- Recubrimientos autorregenerativos que reparan pequeños arañazos
- Superficies nanopotenciadas que se limpian solas
- Recubrimientos que cambian de color cuando el acero está sometido a tensión
Preguntas frecuentes sobre el acero
¿Por qué el acero inoxidable es resistente a la oxidación?
El acero inoxidable contiene al menos 10,5% de cromo, que forma una capa invisible de óxido de cromo en la superficie. Esta capa impide que el oxígeno y el agua lleguen al hierro que hay debajo, evitando así la oxidación.
¿Cuál es el tipo de acero más resistente?
El acero martensítico envejecido es uno de los más resistentes, con una resistencia a la tracción de hasta 2.000 MPa. Contiene níquel, cobalto y molibdeno y se utiliza en motores de cohetes y piezas de alto rendimiento.
¿Cómo se recicla el acero?
El reciclaje del acero utiliza hornos de arco eléctrico (EAF) para fundir la chatarra. Alrededor de 70% del acero del mundo se recicla, lo que ahorra energía y reduce la minería. Se necesita 60% menos de energía para reciclar el acero que para fabricarlo a partir del mineral.
¿Ayuda al medio ambiente utilizar acero?
Sí y no. La producción de acero genera unas 7-9% de emisiones mundiales de CO₂. Sin embargo, la larga vida útil del acero y su perfecta reciclabilidad hacen que, con el tiempo, sea mejor para el planeta que muchos otros materiales que no pueden reutilizarse.
¿Qué diferencia hay entre el acero y el aluminio?
El acero es más resistente y barato que el aluminio, pero más pesado. El aluminio resiste mejor la corrosión de forma natural. La elección correcta depende de si el peso, la resistencia, el coste o la resistencia a la corrosión son lo más importante para su proyecto.
Conclusión
El acero sigue siendo la columna vertebral de la fabricación moderna porque combina resistencia, asequibilidad y versatilidad mejor que casi cualquier otro material. Desde el Fresado CNC de componentes de acero hasta las enormes vigas de los rascacielos, el acero está presente en casi todos los elementos de nuestro mundo construido.
De cara al futuro, las innovaciones en la producción de "acero verde" y de mecanizado de acero a medida contribuirá a que este asombroso material sea aún más sostenible, al tiempo que mantiene su lugar como el material de fabricación más importante del mundo.
