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• Joel Figueroa

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DEFINICION Acero al boro es un término genérico para definir a una familia de aceros templados y recocidos de baja aleación. El estudio de estos aceros se inició durante la segunda guerra mundial y experimentó un impulso notable en los años cincuenta cuando, a raíz de los acontecimientos bélicos, resultó crítico encontrar elementos de calidad y se hizo necesario encontrar elementos que constituyeran una alternativa a los aglomerantes más costosos. Tras una larga fase experimental, los aceros al boro solamente empezaron a tomar pie en los años 70/80 con la aparición de tecnologías siderúrgicas avanzadas, y ocupan hoy en día una posición de relieve en el mercado de los aceros templados y recocidos. CAMPO DE APLICACIÓN Este productos tiene diferentes campos de aplicación ligados a la característica del boro que, añadido en pequeñas proporciones (estos aceros también son llamados "microaliados al boro"), permite aumentar sensiblemente la templabilidad de los aceros al carbono de baja aleación, manteniendo moderado el incremento de los costes de fabricación. En general, los aceros al boro se emplean en los mismos ámbitos que los aceros templados y recocidos, para muelles (en particular al silicio), y en menor medida para cementación. Además de la tornillería, también se utilizan ampliamente en la fabricación de tractores tanto en los elementos de desgaste (zapatas de orugas y dientes para excavadoras) como para órganos mecánicos. En la industria relacionada con la agricultura, ha sustituido ampliamente a los sayetes y otros elementos

de acero al silicio, teniendo en cuenta la ventaja que presenta desde el punto de vista ecológico el temple en agua en lugar de en aceite. En la fabricación de las horquillas de carretillas elevadoras, el acero al boro ha mostrado una gran adaptabilidad y fiabilidad. En conclusión, resulta demasiado restrictiva la definición del acero al boro como un acero alternativo; esta clase de aceros cuenta con sus propias cualidades específicas, con una tecnología de fabricación consolidada, una gran adaptabilidad y una absoluta fiabilidad en el uso. CONDICIONES DE EMPLEO Puesto que el campo de utilización más corriente de los aceros al boro es el de los aceros templados y recocidos, se aplicarán las mismas consideraciones generales que para estos últimos. Por tanto, se utilizarán de manera óptima tratados térmicamente, y en particular en estado templado y revenido. EFECTO BORO El boro añadido en pequeñas proporciones (en general 10 -50 ppm) tiene la facultad de intensificar la templabilidad respecto a la de un acero con la misma composición química pero sin boro. La eficacia del boro sobre la templabilidad se puede evaluar según el método GROSSMAN que se halla recogido en la norma ASTM A255-89. De manera general, siguiendo el esquema del Grossman indicando con D.I. el diámetro ideal de una barra de acero que presentará una estructura con 50% de martensita en el núcleo después del temple óptimo (ideal), se define como F.B., factor boro, la relación:

D.I. con boro (medido en el acero con boro) F.B. =

------------------------------------------------------------------------------------------------------

D.I. senza boro (medido en el acero sin boro) CARACTERISTICAS DE TENACIDAD Los aceros al Boro afinados y templados tienen una resistencia óptima a la ruptura frágil. En el estado afinado y templado, el 30MCB5, tiene una resiliencia (KV) ampliamente superior a 27 J incluso a -20ºC (sobre material afinado y templado a 600° aproximadamente). En caso de revenido a temperaturas más bajas, el mismo valor de resiliencia está garantizado a temperaturas de + 20°C. CARACTERISTICAS DE SOLDABILIDAD La soldabilidad es más o menos equivalente a la del acero base correspondiente. FORJADO Y TRATAMIENTO TERMICO La temperatura de forjado debe estar comprendida entre los 900ºC y los 1200ºC, el periodo de

permanencia después de haber llevado el material a la temperatura debe ser el más breve posible para evitar que el boro presente pierda su eficacia. El temple puede realizarse en la mayor parte de los casos por el calor del forjado y el medio de templado (normalmente agua) debe tener una temperatura constante, La elección de la temperatura de revenido está en función de los caracteres mecánicos deseados: entre 180ºC y 220ºC se obtienen los valores de resistencia más elevados. Con temperaturas 450ºC - 550ºC se mejoran netamente las características de tenacidad, con valores resistenciales inferiores. RECOCIDO DE MECANIZABILIDAD El acero al boro presenta ya naturalmente una buena mecanizabilidad en frío y por ello raramente necesita ser recocido. En caso de especiales y difíciles moldeados en frío, se necesita el tratamiento de recocido de alrededor de 6/8 horas que confiere al acero una dureza de 150 HB aproximadamente. CONCLUSION El acero al boro es la solución óptima para obtener un producto de alta calidad a un coste relativamente bajo.

ropiedades Los aceros templables al boro representan un significativo avance en la tecnología de los tratamientos térmicos. En ellos se utiliza el boro como elemento endurecedor. Los procesos de colada y afino del acero, junto con el tratamiento termomecánico aplicado durante la fase de laminación controlada, hacen posible que los aceros templables al boro producidos por ArcelorMittal alcancen un notable grado de endurecimiento y una microestructura altamente uniforme, lo que, a su vez, redunda en un excelente comportamiento de la pieza acabada en condiciones de carga mecánica después del tratamiento térmico.

Ventajas

Después del tratamiento térmico Su extremada dureza, obtenida después de ser sometidos a tratamiento térmico, hace que estos grados sean especialmente adecuados para aplicaciones que requieran altos niveles de resistencia al desgaste/abrasión. Su utilización permite reducciones significativas en el peso de los componentes estructurales o del automóvil (de hasta un 50% en comparación con los aceros de alto límite elástico y baja aleación-HSLA). El rasgo más distintivo de los aceros templables al boro de ArcelorMittal es su aptitud para tratamientos de templado en agua, facilitando de este modo que los procesos de transformación sean más ecológicos (menores requisitos de tratamiento de efluentes) que los utilizados en el caso de los aceros al carbono clásicos. Su capacidad de endurecimiento es excelente, tanto en medios líquidos como gaseosos. La oferta de ArcelorMittal comprende las siguientes calidades de aceros templables al boro: 22MnB5 AM FCE, 30MnB5 AM FCE y 38MnB5 AM FCE. La selección de la calidad más adecuada dependerá de los siguientes factores:

  

Dureza exigida a la pieza acabada Resistencia a la abrasión requerida Condiciones previstas del proceso de conformado

Los grados 22MnB5 AM FCE, 30MnB5 AM FCE y 38MnB5 AM FCE son aptos para procesos de conformado en caliente y en frío. Estado normal de suministro A pesar de sus moderados valores de dureza y propiedades mecánicas, las calidades de acero al boro, en su estado normal de suministro, presentan una excelente resistencia a la abrasión, obtenida gracias a su microestructura compuesta, constituida por una fase perlítica dura embebida en una matriz de ferrita. Por ello, son soluciones que ofrecen una muy buena relación coste-prestaciones para aplicaciones que requieren una elevada resistencia a la abrasión.

30MnB5 Estructura ferrítica-perlítica

Aplicaciones

Los aceros templables al boro se utilizan en aplicaciones en las que se requieren excelentes propiedades de resistencia al desgaste. Los principales usos de estas calidades de acero, tras tratamiento térmico, se inscriben en los campos de la maquinaria agrícola (discos, rejas y

vertederas de arados), maquinaria para obras públicas y minería, equipos de corte, etc. Una aplicación frecuente de estos grados de acero, sin tratamiento previo, es la fabricación de tambores de hormigoneras.

Recomendaciones de uso Curvas de Jominy

Se incluyen a continuación las curvas de Jominy para las calidades 22MnB5 AM FCE y 30MnB5 AM FCE, en las cuales se representa la dureza en función de la distancia al área templada.

Caracterización TEC del grado 22MnB5 AM FCE La temperatura de austenización recomendada es de 880°C. La temperatura de inicio del proceso de templado (a la velocidad máxima de enfriamiento) es de 750°C. La temperatura Ac3 equivale a 860°C para una velocidad de calentamiento de 5°C/s. La temperatura Ac1 es de 750°C y la temperatura Ms (inicio de fase martensítica) alcanza los 400°C. En el ensayo de resistencia a la tracción, la muestra obtenida presenta una estructura totalmente martensítica tras un periodo de austenización de 5 minutos a 850°C seguido de templado en agua. Cuando este mismo ensayo se realiza a una temperatura de 840°C, se aprecia un reducido número de islas de ferrita distribuidas regularmente. Caracterización TEC del grado 30MnB5 AM FCE La temperatura de austenización recomendada está comprendida en el rango 830-850°C. La temperatura de inicio del proceso de templado (a la velocidad máxima de enfriamiento) es de 730°C. Los clientes que así lo soliciten podrán disponer de los correspondientes diagramas TEC. Conformación Las calidades 22MnB5 AM FCE, 30MnB5 AM FCE y 38MnB5 AM FCE son aptas para procesos de conformado en caliente o en frío.

Tratamiento térmico

En la siguiente tabla se incluyen las propiedades mecánicas más habituales para una probeta de 6 mm, obtenida en sentido de laminación, antes y después de ser sometida a un proceso de templado: Estado de suministro Calidad

Re (MPa) Rm (MPa)

Templado

A (%)

Dureza HRC

Re (MPa) Rm (MPa)

A (%)

22MnB5 AM FCE

350

520

27

45

1100

1500

10

30MnB5 AM FCE y EN 10083

440

660

25

50

1200

1700

8

38MnB5 AM FCE

480

760

18

55

1300

2000

7

N.D. = No disponible El cambio del grado 30MnB5 AM FCE al grado 38MnB5 AM FCE permite aumentar en aproximadamente un 10% la dureza de las piezas sometidas a un proceso de temple. Los ensayos de abrasión demuestran que esto supone una sustancial mejora del 40% en la resistencia al desgaste.

Calidad superficial

Las calidades 22MnB5 AM FCE, 30MnB5 AM FCE y 38MnB5 AM FCE solamente se suministran con aspecto A (partes no expuestas).

Resistencia a la fatiga

La resistencia a la fatiga se determina después del tratamiento térmico y templado del material. En la siguiente tabla, se presentan los resultados obtenidos con una probeta de acero 22MnB5 AM FCE de 2,65 mm de espesor en una prueba de resistencia a la fatiga, consistente en la aplicación de una carga de tracción con un ratio de carga de Rs = 0,1 y tras varios tratamientos térmicos. Las muestras fueron sometidas a una fase de austenización a 950°C durante 5 minutos. Probeta calentada durante 5 minutos a 950°C seguido de:

Resistencia a la fatiga sD (MPa)

Amplitud (sigma) (MPa)

Tensión máxima sD (MPa)

Temple en agua

253

6

562

Temple en aceite

260

5

578

Temple en agua + tratamiento térmico a 200°C durante 20 minutos

293

26

651

sD = (smax - smin)/2 Observaciones: La resistencia a la fatiga de los aceros templables al boro de ArcelorMittal es entre un 40 y un 60% superior a la de la calidad S355MC AM FCE; puede reducirse en más del 30% si se realiza una descarburación total.

Equivalencia marcas y normas EN 10083 3:200 6

NF A 36102

DIN 165 UNI BS970 4 375 Part 1 Teil 6 4

UNE 36034

J1268

UNS

21B3/20Mn B5

10B21/15B H1521 21 1

22MnB5 AM FCE

20MnB 20MnB5R 22B 174H2 21B 5 R 2 0 3

30MnB5 EN 10083-3

30MnB 30MnB5R 28B 5 R 2

15B30

H1530 1

30MnB5 AM FCE

30MnB 30MnB5R 28B 5 R 2

15B30

H1530 1

38MnB5 EN 10083-3

38MnB 5

38MnB5 AM FCE

38MnB 5

En cursiva, grados que no figuran en la norma

Dimensiones No decapado 22MnB5 AM FCE Espesor (mm)

1,70 ≤ esp. < 2,00

30MnB5 EN 10083-3, 30MnB5 AM FCE

38MnB5 EN 10083-3, 38MnB5 AM FCE

Ancho mín.

Ancho máx.

Ancho mín.

Ancho máx.

Ancho mín.

Ancho máx.

685

1015

685

1065

-

-

2,00 ≤ esp. < 2,30

1265

2,30 ≤ esp. < 2,40

1265 1250

2,40 ≤ esp. < 3,00

1460

3,00 ≤ esp. < 4,00

1650

4,00 ≤ esp. < 4,50

1850

1850

4,50 ≤ esp. < 5,00

1950

1950

2150

2150

1460

1370

1650 600

600

1575

5,00 ≤ esp. < 8,00 8,00 ≤ esp. < 14,00

685

14,00 ≤ esp. < 15,00 15,00 ≤ esp. < 16,00

800 1370 -

-

800

1370

Decapado 22MnB5 AM FCE

30MnB5 EN 10083-3, 30MnB5 AM FCE

38MnB5 EN 10083-3, 38MnB5 AM FCE

Ancho máx.

Ancho máx.

Ancho máx.

1,70 ≤ esp. < 2,00

1050

1050

2,00 ≤ esp. < 2,40

1260

1250

2,40 ≤ esp. < 3,00

1450

3,00 ≤ esp. < 4,00

1630

Espesor (mm)

4,00 ≤ esp. < 4,50

Ancho mín.

1280

660

1830

4,50 ≤ esp. < 5,00

1930

5,00 ≤ esp. < 6,00

2130

6,00 ≤ esp. < 7,00

1550

7,00 ≤ esp. < 8,00

1280

1100

-

Análisis químicos Estas calidades reciben un tratamiento de esferoidización de los sulfuros de manganeso. La incorporación de elementos ligantes del nitrógeno permite optimizar la eficiencia del boro.

Entre las calidades propuestas, el menor contenido de carbono supone una mejor capacidad de expansión de orificios. C (% Mn (% P (% ) ) ) 22MnB5 AM FCE

0,20 00,25 0

1,10 1,40

≤ 0,02 5

30MnB5 EN 10083-3

0,27 00,33 0

1,15 1,45

≤ 0,02 5

30MnB5 AM FCE

0,27 00,33 0

1,15 1,45

≤ 0,02 5

38MnB5 EN 10083-3

0,36 00,42 0

1,15 1,45

≤ 0,02 5

38MnB5 AM FCE

0,36 00,42 0

1,15 1,45

≤ 0,02 5

S (%)

Si (% )

Al (%)

Ti (%)

≤ 0,00 0,15 - ≥ 0,01 0,020 - 0,05 8 0,35 5 0

≤ 0,035

≤ 0,40

-

-

≤ 0,00 0,17 - ≥ 0,01 0,020 - 0,05 5 0,35 5 0

≤ 0,035

≤ 0,40

-

-

≤ 0,00 0,17 - ≥ 0,01 0,020 - 0,05 5 0,35 5 0

B (%) 0,0020 0,0050 0,0008 0,0050 0,0010 0,0050 0,0008 0,0050 0,0010 0,0050

En cursiva, grados que no figuran en la norma En negrita, valor más estricto que la norma

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