aceros aceros

ACEROS
Estructura y propiedades de
aceros al carbono y de baja
aleación
1
OBTENCION DE HIERRO Y ACERO
2
OBTENCION DE PRODUCTOS DE ACERO
3
Diagrama de Fases Fe-Fe3C
4
Microestructura
(acero eutectoide)
%C = 0,8
PERLITA
5
Microestructura
(acero
hipoeutectoide)
%C < 0.8
ferrita
perlita
6
Microestructura
(acero
hipereutectoide)
%C > 0,8
cementita
perlita
7
Propiedades función % C (aceros normalizados)
8
Propiedades f(%C) en aceros simples normalizados
9
Propiedades f(%C) - aceros con estructura distinta
10
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
Aceros de bajo Carbono
Designación
AISI/SAE
ASTM
Composición(%peso)
UNS
C
Mn
Otros
Aceros simples de bajo Carbono (Plain Low–Carbon Steels)
1010
G10100
0.10
0.45
1020
G10200
0.20
0.45
A36
K02600
0.29
1.00
0.2 Cu (min.)
A516 Grado 70
K02700
0.31
1.00
0.25 Si
Aceros de Alta Resistencia y Baja Aleación (High
Strength Low Alloy Steels)
A440
K12810
0.28
1.35
0.3 Si (máx.) 0.2Cu (min.)
A633 Grado E
K12002
0.22
1.35
0.3 Si 0.08 V 0.02 N 0.03 Nb
A656 Grado 1
K11804
0.18
1.60
0.6Si 0.1V 0.2 Al 0.015
12 N
Aceros bajo Carbono: Propiedades Mecánicas
AISI/SAE
ASTM
σmáx.
σf
[MPa]
[MPa]
Ductilidad
% El en 2 [in]
Plain Low-Carbon Steels
1010
325
180
28
1020
380
205
25
A36
400
220
23
A516 Grade 70
485
260
21
High Strength, Low Alloy Steels
A440
435
290
21
A 633 Grade E
520
380
23
A656 Grade 1
655
552
15
13
ACERO ESTRUCTURAL TÍPICO
Composición química
C: 0.18%
Si: 0.39%
Mn: 0.57%
S: 0.008%
P: 0.007%
Microestructura: ferrito-perlítica
14
Factores determinantes del esfuerzo de fluencia
φg (µm)
40
10
4
15
Composición química de aceros (SAE/AISI)
No. UNS
C
Mn
P
S
Si
Cr
Mo
1020
G10200
0,18 0,23
0,30 –
0,60
0,040
0,050
1045
G10450
0,43 –
0,50
0,60 –
0,90
0,040
0,050
1345
G13450
0,43 –
0,48
1,60 –
1,90
0,035
0,040
0,15 –
0,30
4130
G41300
0,28 –
0,33
0,40 –
0,60
0,035
0,040
0,15 –
0,30
0,80 –
1,10
0,15 –
0,25
4140
G41400
0,38 –
0,43
0,75 –
1,00
0,035
0,040
0,15 –
0,30
0,80 –
1,10
0,15 –
0,25
4340
G43400
0,38 –
0,43
0,60 –
0,80
0,035
0,040
0,15 –
0,30
0,70 –
0,90
0,20 –
0,30
5160
G51600
0,56 –
0,64
0,75 –
1,00
0,035
0,040
0,15 –
0,30
0,70 –
0,90
Ni
1,65 –
2,00
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
Composición química de productos (ASTM)
ASTM
Uso
C
Mn
P
S
Si
A 36
Estructural,
plancha/barra
0,25 0,29
0,85 –
1,20
0,04
0,05
0,40
A 500
Seamless
tubing
0,23 –
0,30
1,35
0,035
0,035
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
A 106
High-T
seamless pipe
0,25 –
0,35
0,27 –
1,06
0,035
0,035
0,10
0,40
0,15
A 335
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
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
Gr. P22
A 335
Gr. P9
Cr
Mo
Ni
Otro
0,20%
Cu
0,20%
Cu
0,20 –
0,50 Cu
0,40
V; N; Ni;
Al; Nb
17
Transformaciones de la Austenita
18
Dureza de la
Martensita es
f(%C)
MARTENSITA
• Estructura-origen
• Formación adifusional
• Composición química
• Temperaturas Ms-Mf
• Fase Metaestable
• Propiedades Mecánicas
19
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
Progreso de la transformación isotérmica de un acero eutectoide a
620ºC, mostrando diferentes grados de progreso (1 – 50 – 99%)
21
Diagrama de
transformacion
isotérmica
(TTT) o (IT)
Acero eutectoide
0.8% C
22
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
Situación más realista:
transformaciones bajo
enfriamiento continuo.
Esto da lugar a los
diagramas de
transformaciones bajo
enfriamiento continuo,
Diagramas CCT o CT.
24
Diagrama CCT para un acero AISI 1040
25
Diagrama CCT para un AISI 1541 (
26
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)
1
2
3
t
27
Para un acero dado,
las curvas con
diferentes velocidades
de enfriamiento dan
lugar a los TT´s
denominados:
recocido
•Recocido (annealing)
•Normalizado (normalizing)
•Temple (Quench)
(Adicionalmente, a un
acero templado debe
dársele el TT de
•Revenido (Temper)
temple
normalizado
)
28
Tamaño
Medio
enfriador
posición
VELOCIDAD DE
ENFRIAMIENTO
DE LA AUSTENITA
%Aleantes
TGA
%Carbon
RESPUESTA TERMICA
DEL ACERO
(TEMPLABILIDAD)
MICRO-ESTRUCTURA
(fases-cantidades-tamaños)
PROPIEDADES
29
Templabilidad : Ensayo Jominy
30
Ejemplos de Diagramas Jominy
31
Designación Aceros baja Aleación
AISI
/SAE
Rangos de Composición (%p)
USN
Ni
Cr
Mo
13xx G13xx0
41xx G41xx0
Otros
< 1.0 Mn
0.8-1.1
0.15-0.25
43xx G43xx0 1.65-2.0 0.4-0.9 0.20-0.30
51xx G51xx0
0.7-1.1
61xx G61xx0
0.5-1.1
0.1-0.15 V
86xx G86xx0 0.4-0.7 0.4-0.6 0.15-0.25
92xx G92xx0
1.8-2.2 Si
32