Acero: Tipos, como se obtiene y para qué se utiliza

En términos generales, el acero es una aleación de hierro que contiene hasta un 2 por ciento de carbono, mientras que otras formas de hierro contienen entre un 2 y un 4 por ciento de carbono. De hecho, hay miles de tipos diferentes de hierro y acero, todos ellos con cantidades ligeramente diferentes de otros elementos de aleación.

En este post vamos a ver los tipos de acero que existen, cómo se obtiene y cómo se fabrican los productos de acero, además de ver algunos usos.

Tipos de acero

Estrictamente hablando, el acero es sólo otro tipo de aleación de hierro, pero tiene un contenido de carbono mucho más bajo que por ejemplo el hierro fundido, el hierro forjado y otros metales que a menudo se añaden para darle propiedades adicionales.

El acero es un material tan increíblemente útil que tendemos a hablar de él como si fuera un metal en sí mismo, una especie de «hijo de hierro» más elegante y moderno que se ha apoderado de la empresa familiar.

Sin embargo, es importante recordar dos cosas: En primer lugar, el acero sigue siendo esencialmente (y en su inmensa mayoría) de hierro. En segundo lugar, hay literalmente miles de tipos diferentes de acero, muchos de ellos diseñados con precisión por científicos de materiales para realizar un trabajo particular en condiciones muy exigentes.

Cuando hablamos de «acero», normalmente nos referimos a «aceros»; en términos generales, los aceros se dividen en cuatro grupos: aceros al carbono, aceros aleados, aceros para herramientas y aceros inoxidables.

Estos nombres pueden ser confusos, porque todos los aceros aleados contienen carbono (como todos los demás aceros), todos los aceros al carbono son también aleaciones, y tanto los aceros para herramientas como los aceros inoxidables son también aleaciones.

Aceros al carbono

La gran mayoría del acero producido cada día (alrededor del 80-90 %) es lo que llamamos acero al carbono, aunque sólo contiene una pequeña cantidad de carbono, a veces mucho menos del 1 %. En otras palabras, el acero al carbono es sólo un acero básico y corriente.

Los aceros con un 1 ó 2 %o de carbono se denominan (lo que no es sorprendente) aceros con alto contenido de carbono y tienden a ser duros y quebradizos. Los aceros con menos del 1 % de carbono se conocen como aceros con bajo contenido de carbono y son más blandos y fáciles de moldear.

Con aceros al carbono se fabrica una gran variedad de artículos de uso cotidiano, desde carrocerías de automóviles hasta latas de acero y piezas de motores.

Aceros aleados

Además de hierro y carbono, los aceros aleados contienen uno o más elementos, como cromo, cobre, manganeso, níquel, silicio o vanadio.

En los aceros aleados, son estos elementos adicionales los que marcan la diferencia y proporcionan alguna característica adicional importante o una propiedad mejorada en comparación con los aceros al carbono ordinarios.

Los aceros aleados son generalmente más fuertes, más duros, más resistentes y más duraderos que los aceros al carbono.

Aceros para herramientas

Los aceros para herramientas son aceros de aleación especialmente dura utilizados para fabricar herramientas, matrices y piezas de máquinas.

Están hechos de hierro y carbono con elementos añadidos como níquel, molibdeno o tungsteno para dar mayor dureza y resistencia al desgaste.

Los aceros para herramientas también son templados mediante un proceso llamado templado, en el que el acero se calienta primero a una temperatura alta, luego se enfría muy rápidamente y luego se calienta de nuevo a una temperatura más baja.

Aceros inoxidables

El acero que seve con más frecuencia en el uso diario es el acero inoxidable, que se utiliza en los cubiertos, tijeras e instrumentos médicos de uso doméstico.

Los aceros inoxidables contienen una alta proporción de cromo y níquel, son muy resistentes a la corrosión y a otras reacciones químicas, y son fáciles de limpiar, pulir y esterilizar.

Son resistentes a la corrosión porque los átomos de cromo reaccionan con el oxígeno del aire para formar una especie de piel protectora que impide que el oxígeno y el agua ataquen a los átomos de hierro vulnerables del interior.

Cómo se obtienen el acero

La mayor parte del acero está hecho de hierro en bruto (aleación de hierro que contiene hasta un 4% de carbono) mediante uno de varios procesos diferentes diseñados para eliminar parte del carbono y (opcionalmente) sustituir uno o más elementos. Los tres procesos principales de fabricación de acero son:

• Proceso básico de oxígeno: El acero se fabrica en un recipiente gigante en forma de huevo, abierto en la parte superior, llamado horno de oxígeno básico, que es similar a un alto horno ordinario, sólo que puede girar hacia un lado para verter el metal acabado. La corriente de aire utilizada en un alto horno se sustituye por una inyección de oxígeno puro a través de un tubo llamado lanza.
• Proceso de corazón abierto: Un poco como una chimenea gigante en la que el hierro en bruto, la chatarra y el mineral de hierro se queman con piedra caliza hasta que se fusionan. Se añade más hierro, el carbono no deseado se combina con oxígeno, las impurezas se eliminan como escoria y el hierro se convierte en acero fundido. Trabajadores calificados toman muestras del acero y continúan el proceso hasta que el hierro tenga exactamente el contenido de carbono adecuado para fabricar un tipo particular de acero.
• Proceso de horno eléctrico: Con un horno eléctrico, que utiliza arcos eléctricos (chispas gigantescas), se funde el hierro o la chatarra de acero. Como son mucho más controlables, los hornos eléctricos se utilizan generalmente para fabricar aceros de aleación, de carbono y para herramientas de mayor especificación.

Fabricación de productos de acero

Los productos de acero se fabrican en tres etapas principales. Primero, se obtiene el acero a partir del hierro. En segundo lugar, se trata el acero para mejorar sus propiedades (tal vez templándolo o recubriéndolo con otro metal) y finalmente, se enrolla o se forma el acero en el producto terminado.

El acero líquido fabricado se funde en enormes barras llamadas lingotes, cada uno de los cuales pesa desde un par de toneladas (en plantas siderúrgicas típicas) hasta cientos de toneladas (en plantas realmente grandes que fabrican objetos de acero gigantescos).

Los lingotes se laminan y prensan para fabricar tres tipos de «bloques de construcción» básicos de acero conocidos como blooms (barras gigantes con extremos cuadrados), losas (bloques con extremos rectangulares) y palanquillas (más largas que los blooms pero con extremos cuadrados más pequeños).

Estos bloques se moldean y trabajan para fabricar todo tipo de productos finales de acero. El proceso básico de conformado suele consistir en laminar en caliente (por ejemplo, recalentar los bloques y luego voltearlos una y otra vez para hacerlos más finos).

Las vigas se fabrican laminando el acero y luego forzándolo a través de troqueles o fresadoras para hacer cosas como vigas para edificios y vías de trenes.

Mediante rodillos que están muy juntos se pueden utilizar para exprimir el acero en láminas extremadamente delgadas. Los tubos se fabrican envolviendo hojas redondas en círculos y luego forzando los dos bordes para que se fusionen bajo presión en el lugar donde se unen.

El acero conformado puede ser tratado de todas las maneras posibles. Por ejemplo, las «latas» para envases de alimentos (que en su mayoría son de acero) se fabrican mediante la galvanoplastia de chapas de acero con estaño fundido mediante el proceso de electrólisis (el inverso del proceso electroquímico que se produce en las baterías).

El acero que necesita ser especialmente resistente a la intemperie puede ser galvanizado (sumergido en un baño caliente de zinc fundido para que adquiera una capa protectora general).

¿Por qué un tipo acero es más duro o más blando que otro?

Los diferentes tipos  de acero se comportan casi como materiales completamente diferentes bajo diferentes condiciones. ¿Qué hace que una forma de hierro o acero sea diferente de otra? ¿Por qué algunos son muy duros y quebradizos mientras que otros son relativamente blandos y maleables (fáciles de trabajar)?

Hay que observar la estructura interna del del acero bajo un microscopio electrónico y verá que la respuesta se reduce en gran medida a la cantidad de carbono que contiene el hierro y cómo se distribuye.

El acero consisten en granos hechos de diferentes tipos de hierro y carbono, algunos de los cuales son duros, mientras que otros son blandos. Cuando predominan los tipos más duros, se obtiene un material duro y quebradizo; cuando hay tipos más blandos en el medio, el material puede doblarse y flexionarse para que pueda trabajar y darle forma más fácilmente.

Dentro del acero se incluyen algunos (o todos) de los siguientes compuestos:

• Ferrita: Hierro relativamente puro con pequeñas cantidades de carbono que es suave y fácil de moldear. Da al hierro su propiedad magnética.
• Cementita (carburo de hierro): Hierro con mucho más carbono (y a veces otros elementos) que es muy duro y quebradizo. Se comporta esencialmente como un material cerámico.
• Grafito: Cristales de carbono puro, que hacen que las aleaciones de hierro sean duras y quebradizas.
• Perlita: Mezcla de capas alternas de ferrita y cementita que se asemeja a la madreperla bajo un microscopio (de ahí el nombre de «perlita»).
• Austenita: Una aleación de hierro y carbono presente en el acero calentado a altas temperaturas.
• Martensítica: Similar a la ferrita pero mucho más dura.

Diferentes tipos de acero contienen diferentes cantidades de estos ingredientes dispuestos en diferentes estructuras cristalinas. Hacer aleaciones de hierro o acero por un método u otro cambiará las cantidades relativas de los ingredientes, alterando sus propiedades.

El tratamiento del acero de diferentes maneras después de su fabricación cambia sus propiedades físicas al alterar su estructura cristalina interna. Por ejemplo, el acero tratado térmicamente transforma la austenita que se encuentra en su interior en martensita, lo que hace que su estructura interna sea mucho más dura.

El acero martillado y laminado rompe los cristales de grafito y otras impurezas que acechan en su interior, cierra las brechas que podrían conducir a debilidades y, en general, produce una estructura cristalina más regular.

Para qué se utiliza el acero

El acero es uno de los materiales más versátiles, utilizado en todo tipo de aplicaciones, desde motores a instrumentos quirúrgicos y desde cuchillos de mesa hasta máquinas herramienta.

La mayoría de los edificios modernos están «silenciosamente» sostenidos por un esqueleto de acero,que se vuelve invisible una vez que están terminados.

Entre los principales consumidores de acero se encuentran las industrias del automóvil y la construcción naval, la industria de la construcción, los productores de latas para alimentos y los fabricantes de electrodomésticos.