Descripción del acero Cor-ten

Descripción del acero Cor-ten
El acero utilizado como material base para las probetas de impacto
cumple los requerimientos de la clase S355J2G1W de la norma EN 10155 de
1993.
Para entender un poco mejor la notación de los requisitos, describiremos
los distinto números y letras que aparecen.
El número “355” designa el valor mínimo garantizado de la resistencia a la
tracción para espesores menores o iguales a 16mm expresado en N/m2. Los
términos “J2G1” son grados relativos con respecto a la soldabilidad y valores
de energía absorbida en el ensayo de flexión por choque.
Y “W” nos indica que tiene resistencia mejorada a la corrosión atmosférica.
Estos aceros definidos en la norma europea están pensados para su
utilización en estructuras soldadas, roblonadas o atornilladas, cuya temperatura
de servicio sea la ambiente y deben tener una resistencia mejorada a la
corrosión atmosférica. Estos, no están destinados a ser tratados térmicamente,
salvo los productos a los que se le realiza un conformado de normalización
(proceso de laminación en que la deformación final se realiza dentro de un
intervalo de temperatura tal que el estado del material es equivalente al que se
obtendría después de un tratamiento de normalización y que permite que los
valores especificados de las características mecánicas se mantenga aún
después de un nuevo tratamiento de normalización). Se le está permitido el
recocido de eliminación de tensiones.
Como se dijo es un acero con resistencia mejorada a la corrosión
atmosférica, que se añaden ciertos elementos de aleación, tales como el
fósforo (P), cobre (Cu), cromo (Cr), níquel (Ni), molibdeno (Mo), etc. para
aumentar resistencia a la corrosión atmosférica, formando una capa de óxidos
que protege el metal base subyacente a la influencia de las condiciones
atmosféricas. Tienen un valor máximo de carbono equivalente de 0.52%
Para realizar ensayo de flexión por choque en este acero se debe tener
en cuenta que si el espesor nominal del producto no permite preparar una
probeta estándar para el ensayo de flexión por choque, se preparan probetas
de anchura menor.
Además las probetas entalladas en V deben ser cortadas de forma que
su eje sea paralelo a la dirección principal de laminación. Y la forma de
calificación de este ensayo sería que, el valor medio de los resultados de las 3
primeras probetas deberá cumplir con las exigencias especificadas. Uno de
estos 3 valores individuales puede ser inferior al mínimo de la medida
especificada, pero no debe ser inferior al 70 % de dicho valor.
Hay que tener en cuenta que si se ha especificado en el pedido,
productos de espesor nominal menores de 6 mm, el tamaño de grano ferrítico
será mayor o igual a 6.
En cuanto a su soldabilidad hay que recordar que estos aceros definidos
en esta norma no tienen aptitud ilimitada a los distintos procedimientos de
soldeo, puesto que su comportamiento durante y después del soldeo depende,
no solo del material, sino también de las medidas y de la forma, así como de
las condiciones de fabricación y de servicio de los elementos de construcción.
Si el metal de aporte utilizado tiene un a resistencia mejorada a la corrosión
atmosférica, se debe verificar que la soldadura también la tiene. También hay
que tener en cuenta que antes de proceder a soldar, se debe eliminar la capa
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de óxido superficial ya formada hasta una distancia de los bordes de la unión
de 10 a 20mm. Cuanto mayor sea el espesor del producto, y mayor el nivel de
resistencia y el carbono equivalente, tanto mas importante será el riesgo de
que se produzcan grietas en frío en la zona de la soldadura. El agrietamiento
en frío se puede producir por la acción combinada de los factores:
• Cantidad de hidrógeno difusible en el metal de aportación
• Estructura frágil en la zona afectada por el calor
• Concentraciones importantes de tensiones de tracción en la unión
soldada.
Las formas de suministro de este tipo de acero se entrega en forma de
productos planos, con un espesor nominal menor que 100 mm, y los productos
largos, que dentro de ellos se clasifican en perfiles de formas y barras, y tienen
un espesor nominal o diámetro menor o igual que 40mm y 100mm
correspondientemente.
La composición química del análisis de la colada
Elementos
C
Si
Mn
P
S
N
Ni
Cu
Ni
Mo
Zr
Nb
V
Ti
Contenido máximo para Desviación admisible en
el análisis de colada (%) el análisis de producto
respecto a los límites
especificados para el
análisis de colada (%)
<= 0.16
+ 0.03
<= 0.75
+ 0.05
<= 0.60
+/- 0.05
> 0.60
+/- 0.10
<= 0.040
+ 0.005
> 0.040
+/- 0.01
<= 0.040
+ 0.005
<= 0.012
+ 0.001
<= 0.80
+/- 0.05
> 0.80
+/- 0.10
<= 0.55
+/- 0.05
<= 0.65
+ 0.05
<= 0.30
+ 0.05
<=0.15
+ 0.02
<= 0.060
+/- 0.005
<= 0.15
+ 0.02
<= 0.15
- 0.01
<= 0.10
+ 0.02
<= 0.10
- 0.01
El signo de +/- significa que para una misma colada, las desviaciones
pueden producirse, bien por encima del límite superior, o bien por debajo del
limite inferior de los valores limites especificados, pero no ambas desviaciones
al mismo tiempo.
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Además este tipo de acero tiene ciertas restricciones:
P(%) max
0.035
S(%) max.
0.035
N(%) máx.
-
Adición
elementos
fijadores
nitrógeno
Si (1)
de
de
(1)
quiere decir que contiene al menos uno de los siguientes elementos: Al
total>= 0.020%, Nb: 0.015-0.060%, V:0.02-0.12%, Ti:0.02-0.10%
Este acero tiene un método de desoxidación, llamado FF que es para
aceros calmados, conteniendo elementos fijadores de nitrógeno en cantidades
suficientes para fijar nitrógeno disponible.
Orientación Alargamiento mínimo en la rotura %
de
la
probeta
Lo=80mm
Lo=5,65(So)1/2
Espesor nominal en (mm)
Espesor nominal en (mm)
>1.5
>2
>2.5
>3
>40
>63
<=2
<=2.5
<=3
<=40
<=63
<=100
L
16
17
18
22
21
20
Estos valores se aplican a probetas longitudinales (L) de ensayo de tracción
Las características mecánicas de la energía absorbida en KJ, en el
ensayo de flexión por choque en productos planos y largos, se da que a una
temperatura de –20ºC la energía mínima absorbida es 27J.
Dependiendo del tipo de ensayo y del espesor se determina que:
Tipo de ensayo
Tracción
Flexión
choque
Espesor
producto
<=30
>30
por >12
del Orientación de
anchura
<600mm
Longitudinal
Longitudinal
las
probetas
para
>=600mm
Transversal
Longitudinal
El efecto inhibidor a la corrosión de la capa autoprotectora de óxidos
depende de la naturaleza de los componentes de dicha capa así como de la
distribución y de la concentración de los elementos de aleación. La resistencia
a la corrosión atmosférica depende de que en las condiciones ambientales se
produzca un ciclo de períodos secos y húmedos, para la formación de una
capa de óxido autoprotector en la superficie de metal. La protección depende
de las condiciones ambientales y de aquellas que dominan en la zona donde
se encuentra la estructura.
El proyecto de la construcción debe integrar la posibilidad de formación y de
regeneración sin problemas de la capa autoprotectora de óxido.
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El proyectista debe tener en cuenta en los cálculos la corrosión de los
aceros no protegidos, y en la medida de lo posible compensarlos aumentando
el espesor de los productos.
También es recomendado proveer una protección superficial clásica
cuando exista en el ambiente contenidos elevados de ciertas sustancias
químicas particulares; esta protección es indispensable cuando la estructura va
a estar en contacto con el agua durante largos períodos, permanentemente
expuesto a la humedad (esto debería ser tenido en cuenta en nuestro caso al
dejar depositado los materiales todavía no utilizados) o en una atmosfera
marina. Se debe decapar los productos antes de pintarlos. En condiciones
análogas, la susceptibilidad de los aceros con resistencia mejorada a la
corrosión es menor que en la de los aceros de construcción tradicionales.
Se deben tener cuidado también con la ventilación esta debe ser adecuada, en
superficies no expuestas, pero que puedan estar sometidas a fenómenos de
condensación. En caso contrario es necesaria una protección superficial
adecuada. La dependencia de estos factores de las condiciones climáticas
prevalecen en el más amplio sentido y los detalles de construcción no permiten
establecer un a fórmula general válida para todo los casos del proceso de
corrosión.
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Comparación con otro acero
Comparemos ahora resultados del acero dado en la muestra con uno
similar (HPS 70W).
Primero daremos todas las propiedades que lo caracterizan:
Este acero es una nueva High-Performance Steels (HPS), que se ha
desarrollado para puentes en un programa operativo junto a la Federal
Highway Administration, del instituto American Iron Steels, y la División
Carderock de la Naval Surface Warfare Center.
Tiene un contenido de carbono menor al 60 % y 15 % menos de sulfuro
que los aceros convencionales. Propiedades de tenacidad que pueden mostrar
200 J comparado con 30 J a 50 J para aceros convencionales. Su alta
resistencia permiten aplicaciones de HPS que extenderá la vida de las
estructuras de acero para puentes y reducen su peso. Otros propiedades son
su buena soldabilidad, resistencia a la corrosión, ductilidad, fatiga y resistencia
al calor. Por su contenido bajo de carbono, son requeridos mínimos o nulos
precalentamientos para su soldabilidad, y esto nos lleva a una facilidad de
fabricación y reducción de costos.
Las mejores propiedades del acero HPS70W son su alta resistencia, alta
resistencia a la corrosión, bajo carbono equivalente y su excelente tenacidad.
Una de las causas por las que se dan todas estas buenas propiedades se debe
a su composición química:
Min/Max C
Mn P
S
Si Cu Ni
Cr Mo V
Al
N
Aceros
de
puentes
1.1 0.3 0.25 0.25 0.45 0.02 0.04 0.01 HPS70W Min.
y
HPS50W
0.11 1.35 0.02 0.006 0.5 0.4 0.4 0.7 0.08 0.08 0.04 0.05
HPS70W Max.
y
HPS50W
Una de las mejores ventajas son su punto de elasticidad de 485 MPa,
simplifica el proceso de construcción. Ya que por su punto de elasticidad se
necesitan menos componentes en una estructura que en una estructura
convencional de acero. Una aplicación puede ser los pilares de un puente, que
pueden ser separados más lejos por la fuerza superior de esta aleación.
Aunque el costo de HPS 70W y de sus materiales de construcción
acompañantes son usualmente más que sus contrapartes de acero de límite de
elasticidad inferiores, el hecho de que se necesiten menos puede contrarrestar
y aun puede mejorar el factor de costo global.
Su alta resistencia a la corrosión esta dada por la "W" que simboliza
desgaste, y denota el hecho que este material tiene características de
"oxidación controlada" que lo deja corroerse hasta cierto punto, causando una
barrera de óxido a formarse. Por esta barrera, la pintura no es requerida.
También tiene bajo carbono equivalente, queriendo decir que es resistente a
fracturar y endurecerse en la zona afectada por el calor (HAZ) después de
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soldarse. Por razones de seguridad, esto es de suma importancia ya que
cualquier agrietamiento puede afectar la integridad del puente. HPS 70W
también toma un más bajo precalentamiento de temperatura - algo ventajoso
debido al tamaño total de la mayoría de vigas del puente. Su precalentamiento
reducido ahorra dinero y tiempo, así como también menos energía consumida
en el proceso de precalentamiento.
La alta tenacidad de la fractura de aceros de alto rendimiento es muy
superior que aquel de los aceros convencionales, y la temperatura de transición
dúctil-frágil es mucho más baja que del acero convencional del 50W Grade. El
acero HPS 70W ha mejorado su tenacidad para retardar el crecimiento de
discontinuidades en la soldadura, tal como grietas en la soldadura, porosidad.
En la inspección del puente, el objetivo es que las discontinuidades crezcan
lentamente, a fin de que pueden ser detectadas antes de que la viabilidad del
puente sea comprometida.
Los aceros HPS 70W se producen por procesamientos térmicos y
mecánicamente controlados, y para producir acero con espesores de hasta 50
mm y largos de hasta 38 m.
Al estudiar la soldabilidad de este acero se vió que era necesario cumplir
ciertos requerimientos en la zona soldada:
• El límite de elasticidad mínimo de 510 MPa
• La fuerza de impacto de V-Notch Charpy de 34 J en - 30 º C
• La composición que incluye un mínimo de níquel de 1 %
Este tipo de acero se suelda por medio del procedimiento de soldadura
por arco sumergido que por mucho tiempo, ha sido el proceso predominante de
soldadura en la fabricación de la viga del puente por su alta calidad (tiene una
tasa de enfriamiento relativamente lenta, y la habilidad para soldarse sin gas de
protección). Es también el proceso ideal para soldar las junturas largas, rectas
de las vigas del puente.
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Luego de ver todas sus propiedades vemos que la composición química
del HPS 70W es bastante similar al S355J2G1W, aunque los valores del
ensayo de impacto pueden llegar a tener una gran dispersión vemos que
igualmente uno de los valores obtenidos en el ensayo de nuestras probetas se
encuentra en valores próximos (294J) a los determinados en HPS 70W (260J
aprox.). Recordando un poco las muestras vemos que el valor que acabamos
de ver es el correspondiente al de la probeta 3, en el que habia muy poco
material de aporte y la mayoria es material base. Entonces podemos observar
que hay una correspondencia con la muestra 3, y como vimos también tienen
propiedades en las que se vinculan como lo son, la resistencia a la corrosión, y
la soldabilidad. Y por todo esto podemos decir que estos aceros son similares.
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