El acero es, básicamente, una aleación de Hierro y Carbono. El primero es su principal componente, y el segundo se debe encontrar en un porcentaje inferior al 2,1%. Ambos elementos son abundantes en nuestro planeta, siendo una de las principales razones de la popularidad del acero. Los dos conforman la base de composición del acero. Sin embargo, existe una gran cantidad de variables, que se pueden generar con la utilización de otros elementos añadidos.
Porque la segunda gran características que le ha hecho tan popular es su capacidad de metamorfosis. Dicho de otro modo, existen más de 5.000 variaciones de acero disponibles. Cada una de ellas ha sido creada tras procesos de investigación, en donde han intervenido diversos componentes aleados. Nuevos elementos que, añadidos a los ya comentados, confieren al acero de características distintas.
Dependiendo del uso que vayamos a dar a este material, será necesario ampliar algunas de sus cualidades. Una de las más comunes es la elasticidad. Por eso se ha convertido en uno de los materiales más utilizados para la construcción de ciertas infraestructuras, rascacielos u otro tipo de edificios de gran envergadura y popularidad a nivel internacional. Imaginemos que un arquitecto va a realizar un determinado diseño, para el que requiere ampliar aún más dicha característica. O reducirla, manteniendo intactas otras propiedades del acero.
Esto se puede conseguir a través de nuevas aleaciones o manipulaciones de la base de metal y metaloide ya comentada (el Hierro y el Carbono). La composición del acero cambiará, modificándose con ello algunas de las características básicas que conocemos. Como comentábamos, esta maleabilidad es realmente apreciada por multitud de industrias y profesionales. Ven en el acero un componente fácil de manipular, en función de intereses y objetivos concretos para cada tipo de trabajo.
La lista de elementos que pueden añadirse a la composición básica es muy larga. Fósforo, Manganeso, Boro, Molibdeno o Tungsteno son algunos de los menos conocidos. Pero también tenemos otros más comunes como el ya mencionado Carbono, el Plomo, el Cobre o el Aluminio. Cada uno de ellos ofrece características mecánicas distintas, que vamos a analizar a continuación.
Cambios que genera cada componente en el acero
Dependiendo del tipo de aleación, el componente aplicado y la cantidad del mismo, obtendremos un acero de unas u otras características. Empecemos por un ejemplo muy fácil de entender, que aportará mucha luz a cómo se realiza este proceso de modificación del acero.
El cobre es uno de esos elementos que pueden utilizarse para mejorar ciertas características del acero. Como mucha gente sabe, este metal tiene una gran resistencia a la corrosión. Imaginemos un tipo de acero que necesite potenciar esta característica, porque se encuentre expuesto en mayor medida a factores ambientales o externos que puedan aumentar el daño por corrosión en el material base. Trabajar una aleación en donde el cobre esté presente, ayudaría a mejorar en esta línea, sin limitar otras ventajas inherentes a la aleación inicial de Hierro y Carbono.
Como hemos adelantado, los usos del acero son prácticamente infinitos. En la sección sobre las aplicaciones y usos de esta misma web demostramos cómo este elemento está presente en casi todas las facetas de la vida. Son multitud los artilugios, productos e infraestructuras que nos rodean y que, en mayor o menor medida, se componen de acero. Y gran parte de esta multipresencia, se deriva de su alto grado de manipulación, en función de la finalidad concreta.
Aunque se ha convertido en nuestro primer ejemplo, en realidad el cobre es sólo uno de los componentes del acero. Existen muchos más, capaces de aportar ciertas características muy concretas al material resultante:
El Carbono
Es el principal elemento aleante del acero. De hecho, y según diversas fuentes estadísticas oficiales a nivel mundial, esta modalidad ha ocupado hasta hace algunos lustros el 90% de la producción total a nivel internacional. Esto se debe a que su destino principal ha sido uno de los sectores más boyantes y representativos: la construcción. De hecho, esta modalidad también es conocida como acero de construcción.
Sin embargo, los mencionados avances en investigación y desarrollo, junto a las nuevas necesidades que demandan tanto industrias tradicionales como emergentes, están provocando un cambio de tendencia. Cada vez se produce menos esta modalidad, en busca de las mencionadas características especiales que confieren otro tipo de aleadores. Por ejemplo, cuando se utiliza el acero para la fabricación de electrodomésticos, herramientas o para determinados vehículos, la participación del Carbono resulta menos relevante.
Dicho lo anterior, el Carbono es maleable en sí mismo, lo que permite aumentar, por ejemplo, el valor elástico del acero final resultante. Esto se consigue mediante la aplicación de procesos de temple y revenido al material en cuestión, lo que aumentará el porcentaje de carga de rotura admitido.
El Molibdeno en el acero
El MO (siglas químicas de la tabla de los elementos atribuidas al Molibdeno) le confiere dos características principales:
- Más endurecimiento.
- Más resistencia a los impactos.
¿Qué ocurre en este caso? Que estaremos ante un tipo de material que mantendrá características básicas del acero, como la ligereza, y potenciará otras en mayor medida. Como, por ejemplo, la absorción de golpes.
De ahí que sea de los más utilizados en la industria automovilística, y más concretamente, en la fabricación de carrocerías para vehículos comerciales. Este tipo de aportaciones son ya comunes en esta industria, con una gran participación de aceros conocidos como ‘de fase compleja’.
El objetivo es conseguir carrocerías de coches que, en caso de impacto, absorban mejor este, evitando deformaciones en la parte externa del vehículo. Todo ello, manteniendo la ligereza que demandan los fabricantes de automóviles, para fabricar coches menos pesados, que requieran menos potencia (y menos energía para moverlos) y, en consecuencia, contaminen menos.
Este es un buen ejemplo de aplicación de un componente del acero a un caso práctico y real. Una demostración de cómo la manipulación de la aleación básica, puede dar lugar a nuevas utilidades. Por eso el acero está presente en tantas industrias. Su alto nivel de personalización favorece su aplicación a diversos usos.
Aleaciones de acero con Cromo
Otro componente del acero puede ser el Cromo. Se utiliza para conferir materiales que estén expuestos a altas temperaturas y con mayor riesgo de corrosión. El Cromo, además, genera carburos, lo que amplía su utilización a ciertas piezas que puedan estar en rozadura o erosión constante. Por lo tanto, el cromo aporta:
- Más endurecimiento.
- Más resistencia a las altas temperaturas.
- Una mayor resistencia al desgaste.
- Impide en mayor medida la inoxibilidad.
Si la aplicación final del acero requiere estas característica el Cromo será un componente a añadir durante el proceso de aleación.
El Manganeso
Otro de los elementos comunes en una aleación de acero. Su principal características es que aumenta la desoxidación, aportando a su vez más endurecimiento al elemento final.
Su presencia puede oscilar entre el 2 y el 12%, en función de la aplicación o utilidad que se vaya a aplicar a la aleación resultante. Las principales características que aporta son:
- Aumenta la durabilidad bajo presión.
- Lo consigue sin afectar a la fragilidad. Esto es interesante si tenemos en cuenta que existen elementos del acero que aportan lo primero, pero también incrementan las posibilidades de resquebrajamiento o deformación bajo presión. No es el caso del manganeso, de ahí que su uso esté tan extendido.
- Más resistencia a altas temperaturas sin división.
Estas propiedades se derivan de la generación de austenita, derivada del MagnesioC. uando ésta entra en contacto con el Azufre, se inicia un proceso de prevención que evita la llegada de sulfuro. Esto es algo a evitar durante el proceso de laminación, que es común en el acero. De ahí que el Manganeso esté tan presente, pues su aportación ayuda a realizar prevenciones en esta línea.
El Boro: elemento endurecedor del acero
Si lo que buscamos es aportar capacidad de endurecimiento, la aleación debe contar con Boro como componente. Es muy común porque, además, no requiere de grandes cantidades para generar una mayor capacidad de endurecimiento.
Apenas un 0,001% ayudará a crear un acero con un revestimiento duro. Una cantidad ínfima al lado de la que necesitas añadir con otros elementos para generar un endurecimiento similar. En consecuencia, tiene un coste bajo de fabricación, y el resultado es un acero con multitud de aplicaciones finales. Por ejemplo, maquinaria agrícola, cuchillas, fabricación de revestimientos o fabricación de piezas de desgaste.
El Cobalto
Al contrario que los compuestos analizados con anterioridad, el Cobalto no es uno de los elementos comunes. Esto se debe a que tiene efectos positivos que, a su vez, conlleva otros limitantes. Como consecuencia de lo anterior, se utiliza en necesidades muy concretas que hacen que su presencia en aleaciones de acero sea menor.
¿Cuál es su efecto positivo sobre el producto resultante? Produce un revestimiento que puede ser muy útil para exposiciones a alta temperatura. Lo que a priori genera una cualidad positiva, también sirve para fabricar un acero con menor capacidad de endurecimiento. Cuestión que es importante para muchas de las principales industrias consumidoras de esta aleación, como por ejemplo la construcción.
Su uso, aunque más específico, sí puede resultar de gran utilidad en la fabricación de elementos cortantes con altos niveles de fricción. En este tipo de impactos, se generará un aumento de la temperatura del acero, que será mejor soportado a partir de la utilización de un aleado con aplicación de cobalto.
Fósforo, ¿un enemigo del acero?
Seguimos repasando en esta lista otros elementos de reducido uso. Tanto que dichos componentes pueden ser considerados incluso como enemigos del acero. Lógicamente, no en todos los ámbitos, puesto que su aleación existe con ciertas finalidades. La utilización de Fósforo como aleado genera un acero menos dúctil y menos resistente al impacto.
Sin embargo, como contrapartida, ofrece más resistencia a la tensión. A priori, da la sensación de que ofrece más desventajas que ventajas. Sin embargo existen aplicaciones que requieren más tensión, sin que importe perder para ello algo de ductilidad o resistencia al impacto. Este es uno de los valores fundamentales del acero: su facilidad de manipulación en función de la aplicación.
De este modo, y aunque su uso sea limitado, puede tener sentido utilizar fósforo como componente del acero que requiera alta maquinabilidad. Esto es, que ofrezcan una menor resistencia al corte, de manera que el cliente final puede contar con productos de acero pero que, por la razón que sea, requiera que sean sesgados con facilidad con una máquina de corte.
Otros componentes del acero
Otros elementos importantes durante el proceso de generación del acero son el Aluminio, el Silicio, el Nitrógeno, el Plomo, el Titanio, el Wolframio, el Níquel, el Vanadio o el Niobio.
El primero de ellos se utiliza como desoxidante durante la fase de elaboración. El Silicio tiene también un alto poder desoxidante, aportando además características de mayor endurecimiento.
El Nitrógeno afecta principalmente a las propiedades mecánicas del acero (sobre todo, elasticidad y resistencia de tracción). Se añade como componente para aquellos procesos que, por diversas circunstancias requieran de un aumento de la austenita y una reducción del Níquel.
Con el Plomo lo que conseguimos es aumentar la capacidad de corte del acero, a través de una mejora de la maquinabilidad. Algo similar a lo que ocurre en aleaciones con composición predominante de Fósforo. Con el Titanio conseguimos desoxidar el acero. La presencia del Wolframio otorgará una mayor resistencia calórica. Mientras, con el Níquel conseguiremos más tenacidad y resistencia al impacto.
Con el Vanadio generaremos un acero más duro, con más resistencia tanto al impacto como a la fatiga. El Niobio por su parte, también ayuda a mejorar la resistencia.
Como se puede comprobar, las combinaciones son infinitas. No sólo por la gran cantidad de elementos que pueden intervenir en la composición del acero. Sino también porque estos se pueden añadir en diversas cantidades. Esto multiplica las opciones. Y nos ayuda a entender el dato de que en la actualidad haya más de 5.000 tipos de acero diferentes, que han nacido a partir de la aplicación de diversos procesos de investigación y desarrollo.