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Departamento de Mecánica Tuberías

Ingeniería Mecánica. Área de tuberías. Disciplina de materiales. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN

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Tabla de contenido Módulo I

Objetivo Alcance Materiales Historia Metalurgia

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Tabla de contenido Módulo II Procesos de Fabricación Productos Fundición de Hierro

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Tabla de contenido Módulo III Aceros Clasificación de los aceros Aceros al Carbono

Acero aleados

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Tabla de contenido Módulo IV

Denominación de los aceros Normas ASTM materiales de acero para sistemas de tuberías

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Tabla de contenido Módulo V

Procesos de conformación del acero Tratamientos de los aceros

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Tabla de contenido Módulo VI

Materiales metálicos no ferrosos Normas ASTM materiales no Ferrosos para sistema de tuberías Materiales no metálicos

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Tabla de contenido Módulo VII Materiales plásticos Soldadura y soldabilidad

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Tabla de contenido Módulo VIII Criterios para comparación de materiales Bases para la selección de materiales Normas de materiales para tuberías Conclusiones

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Módulo I

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Departamento de Mecánica Tuberías Módulo I

Objetivo Esta presentación tiene como objetivo dar a conocer cuales son los materiales más comúnmente usados en los sistemas de tuberías, definir los criterios que se establecen para su comparación y establecer las premisas que se siguen en la selección de estos materiales según sea la naturaleza del fluido y las condiciones de diseño del sistema.

Para lograr el objetivo anterior se hará un resumen que abarcará los diferentes materiales, sobre todo los materiales metálicos, en especial se mencionará al hierro, su historia, metalurgia, el proceso de su fabricación, sobre los altos hornos y del acero, el acero al carbono, el acero aleados y los aceros inoxidables, se mencionará los principales procesos de conformación del los aceros, sus tratamientos térmicos y los superficiales, también se hablará sobre los materiales no ferrosos, los no metálicos, se mencionarán los criterios de fallas, las bases de comparación y selección de los materiales.

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Alcance Esta información esta dirigida a los ingenieros que van a trabajar en el área de materiales de la organización y esta enmarcada dentro de la política de calidad de la empresa que establece lo siguiente: “Promover la mejora continua de cada uno de los procesos del negocio y la eficacia operativa, durante la presentación de los servicios.”

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MATERIALES

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MATERIALES En la naturaleza existen una infinidad de materiales que pueden componer a los distintos tipos de roca, de suelo o de nacimientos minerales, o acumulaciones de petróleo, asfalto, gas natural, etc. Los materiales se dividen en 2 tipos, los naturales y los sintéticos o más bien dicho, materias primas naturales que se obtienen de la naturaleza y que el hombre las utiliza a su antojo y la materia prima sintética, que es elaborada por el hombre, mediante la manipulación y a veces mezcla de materia prima natural.

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MATERIALES

Los materiales se pueden clasificar en los siguientes grupos:

Ferrosos Metálicos

No ferrosos

Materiales cerámicos

No metálicos

Materiales poliméricos Materiales electrónicos

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MATERIALES Metálicos Se define a los materiales metálicos, como aquellos elementos químicos que se caracterizan por tener las siguientes propiedades: Poseen una estructura interna común Son sólidos a temperaturas normales, excepto el mercurio y el galio Tienen una alta densidad

Tienen elevada conductividad térmica y eléctrica Tienen considerable resistencia mecánica

Suelen ser maleables Se pueden fundir, conformar y reciclar

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MATERIALES Metálicos Propiedades fisicoquímicas Peso específico Punto de fusión Calor específico Calor latente de fusión Dilatación y contracción Resistencia a la oxidación Resistencia a la corrosión Aleabilidad Fluencia Resistencia al impacto Dureza Magnetismo Conductividad eléctrica Conductividad térmica MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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MATERIALES Metálicos Propiedades Fisicoquímicas Las propiedades principales que sirve de base para la selección y comparación de materiales metálicos que se usan en tuberías, son básicamente las siguientes: La composición química El esfuerzo de fluencia

La resistencia al impacto La dureza. Cada una de estas propiedades se detallará más adelante.

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MATERIALES Ferrosos Definición del Metal Ferroso Un material es ferroso o férrico, cuando su componente principal es el hierro. Normalmente posee pequeñas cantidades de Carbono que se han incorporado en el proceso de obtención y otros metales incorporados, para que la aleación resultante adquiera propiedades especiales. El Fe puro no presenta buenas propiedades mecánicas, por lo que tiene muy pocas aplicaciones técnicas.

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MATERIALES Ferrosos Características del hierro puro -Es un material magnético - Color blanco azulado - Muy dúctil y maleable - Punto de fusión: aproximadamente 1500 ºC - Densidad alta (7.870 kg/m3) - Buen conductor del calor y la electricidad - Se corroe y oxida con mucha facilidad - Bajas propiedades mecánicas (al corte, limado, conformado) -Es un metal más bien blando

En la industria, el hierro se emplea aleado con carbono y otros materiales, lo que mejora mucho sus propiedades. Una aleación de Fe + C es un producto siderúrgico, que se define como toda sustancia férrea que ha sufrido un proceso metalúrgico. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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HISTORIA DEL HIERRO, DE LOS ALTOS HORNOS Y DEL ACERO

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HISTORIA DEL HIERRO Mucho antes de aprender a utilizar los minerales ferrosos terrestres, los antiguos trabajaron el hierro de los meteoritos. Los guerreros dotados de armas de origen meteórico sentían el poder de los cielos en las batallas. Probablemente de allí viene la conexión entre la siderurgia, la industria del hierro, y lo sideral, que se relaciona con las estrellas. La materia prima para fabricar las espadas de Damasco venía de la India y se llamaba "wootz". El wootz era un acero muy rico en carbono que producían los herreros indios con la forma y el tamaño de un queso fresco chico que se comercializaba intensamente en el Oriente.

Los herreros del Medio Oriente que compraban el wootz de la India, seguían un proceso de forja para producir las hojas de espada.

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HISTORIA DEL HIERRO Hierro wootz

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HISTORIA DEL HIERRO Hay indicios de que alrededor del año 1200 A.C. ya se sabía cómo convertir la superficie del hierro forjado en acero. Una vez conformada un hacha de hierro forjado, por ejemplo, se empacaba en medio de carbón de leña molido. El paquete se mantenía en un recipiente al rojo vivo por varias horas para que el carbono de la leña se difundiera hacia el interior del hacha, formando una capa dura de acero (hierro + carbono) alrededor de una matriz de hierro. Este proceso, con algunas variantes, todavía se emplea en la actualidad y se conoce como cementación.

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HISTORIA DEL HIERRO En el siglo XVIII se desconocía el motivo por el cual el hierro forjado, el acero y el arrabio eran distintos. No fue sino hasta 1820 cuando Kersten planteó que era el contenido de carbono la razón de sus diferencias. El primer método para determinar con precisión el contenido de carbono en el acero fue desarrollado en 1831 por Leibig. Los chinos ya en el siglo VI de nuestra era, conocían y aprovechaban la composición eutéctica para producir fundiciones en hornos de leña. Eran hornos, mayores que los europeos y por su mayor escala podían alcanzar temperaturas superiores a los 1150 °C. El producto de estos hornos era una aleación líquida llamada arrabio que contenía abundantes impurezas. Por su baja temperatura de fusión, el arrabio servía como punto de partida para la fabricación de hierro fundido, al cual solamente se le eliminaban las impurezas manteniendo un alto contenido de carbono. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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HISTORIA DEL HIERRO El primer paso para lograr la transformación masiva del arrabio en acero lo dio el inglés Henry Bessemer en 1856. La idea de Bessemer era simple: Eliminar las impurezas del arrabio líquido y reducir su contenido de carbono mediante la inyección de aire en un "convertidor" de arrabio en acero.

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HISTORIA DE LOS ALTOS HORNOS Los altos hornos más antiguos, fueron construidos en China 200 A.C. Los altos hornos deben diferenciarse de los hornos de lupias, en los cuales se evitaba la fusión y el hierro salía del horno como una masa esponjosa, llamada lupia (hierro esponja). Luego el hierro esponja era recalentado y martillado repetidas veces para forzar la salida de la escoria.

Normalmente el término “Alto Horno” se reserva para los hornos que producen metal fundido que puede sangrarse del horno, en los que se refina el hierro del mineral. Los altos hornos más antiguos que se conocen en el oeste fueron construidos en Durstel, Suiza, Markische Sauerland, Alemania y Lapphyttan, Suecia alrededor del año1100.

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HISTORIA DE LOS ALTOS HORNOS

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HISTORIA DE LOS ALTOS HORNOS El predecesor directo de los hornos que hoy se usan en Europa provino de la región de Namur, Bélgica. El diseño se había extendido desde la región a fines del siglo XV y fue introducido en Inglaterra en 1491. La industria del hierro alcanzó su mejor momento en 1590, y la mayoría del arrabio de estos hornos se llevaba a forjas de afino para la producción de hierro en barra. La próxima evolución en la tecnología siderúrgica tuvo lugar en Gran Bretaña, en donde Abraham Darby introdujo exitosamente el coque en 1709. El combustible que se usaba antes en los altos hornos era el carbón vegetal.

La eficacia del proceso se mejoró aún más al cambiar por el viento caliente, desarrollado por James Beaumont Nelson en 1828. Dentro de unas décadas, se empezó a usar la estufa, en la cual se quemaban los gases de escape. Luego se usaba el calor para precalentar el aire que se inyectaba al horno.

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HISTORIA DE LOS ALTOS HORNOS Los altos hornos continúan siendo una parte importante de la producción moderna del hierro.

Los hornos modernos son altamente eficaces. Incluyen las estufas Cowper para precalentar el aire soplado y usan sistemas de recuperación para extraer el calor de los gases calientes que salen del horno. La competencia que hay en la industria impulsa los índices de producción más altos. Un alto horno grande tiene un volumen de 5500 m3 y produce alrededor de 80.000 toneladas de hierro por semana, en comparación con los primeros altos hornos que promediaban alrededor de 400 toneladas de hierro por año.

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HISTORIA DEL ACERO La primera utilización de los productos elaboradas con acero datan de aproximadamente del año 3000 A.C., sin embargo los primeros aceros producidos con características de calidad similares al acero actual fueron obtenidos por Sir Henry Bessemer en 1856 con la ayuda de un proceso diseñado por él, utilizando fósforo y azufre. Este proceso fue sustituido por el sistema inventado por Sir William Siemens en 1857, en el cual se descarburiza la aleación de acero con la ayuda de oxido de hierro.

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HISTORIA DEL ACERO Como se obtiene el acero Para conseguir un material duro, resistente y tenaz, es necesario reducir el contenido de carbono y modificar la composición de los demás elementos presentes en el arrabio. Esta operación se denomina afino y de ella se obtienen los aceros.

Proceso de afino del arrabio MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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METALURGIA Fe-C

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METALURGIA Fe-C Estructura cristalina de los materiales Los cuerpos sólidos se pueden presentar en dos estados fundamentales Amorfo. Cuando solamente presentan una ordenación espacial a corta distancia. Es el caso de los vidrios y de los polímeros vítreos. Cristalino. Cuando están constituidos por átomos perfectamente ordenados en el espacio. En este grupo se encuentran englobados los metales, los materiales cerámicos y algunos polímeros que poseen regularidad suficiente.

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METALURGIA Fe-C Estructura cristalina de los materiales Conviene destacar que la mayor parte de los metales de interés industrial únicamente cristalizan en tres tipos de redes: Cubica centrada en el cuerpo Cubica centrada en las caras

Hexagonal compacta En la próxima lámina se muestra un esquema de cada una de estas estructuras.

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METALURGIA Fe-C Estructura cristalina de los materiales Cúbica centrada en el cuerpo (que se designa abreviadamente por BCC).

Cúbica centrada en las caras (FCC).

Hexagonal compacta (HCP).

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METALURGIA Fe-C Estructura cristalina de los materiales A continuación se puede observar el tipo de red cristalina presente en algunos metales y los tipos de metales que cristalizan en este tipo de redes cristalinas.

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METALURGIA Fe-C Estructura cristalina de los materiales

En la tabla se muestra el tipo de red cristalina presente en algunos metales y la dimensión fundamental de la celda .

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METALURGIA Fe-C Diagrama de fases o equilibrio de Fe-C En el diagrama de equilibrio o de fases, Fe-C se representan las transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura, admitiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente de modo que los procesos de difusión (homogeneización) tienen tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene experimentalmente identificando los puntos críticos y las temperaturas a las que se producen las sucesivas transformaciones. Las principales transformaciones ocurren en el punto eutectoide, y estas condicionan el tipo de microestructuras que presentan los aceros y que definirán la mayoría de las propiedades físicas. Tal como se muestra el la figura siguiente, el punto eutectoide, ocurre para una aleación hierro - carbono cuando el porcentaje de carbono corresponde al 0,8% del peso de la aleación. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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METALURGIA Fe-C Diagrama de fases Fe-C

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METALURGIA Fe-C

Diagrama de fases Fe-C

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METALURGIA Fe-C Microestructuras de las aleaciones Fe-C En las aleaciones Fe-C pueden encontrarse hasta once microestructuras constituyentes diferentes, que se denominan: Ferrita Cementita Perlita Austenita Martensita Troostita sorbita Bainita Ledeburita Steadita Grafito

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Tamaño del grano El tamaño de grano tiene considerable influencia en las propiedades mecánicas de los metales y aleaciones, por eso es de gran interés conocerlo. Así pues, podemos entender que la realización de los diferentes tratamientos térmicos tenga como principal objetivo obtener el tamaño de grano deseado.. Cálculo teórico del tamaño de grano El tamaño de grano se expresa, según norma ASTME112 , mediante el número G obtenido de la expresión: Número de granos / pulg2 a 100X = 2G-1

Donde G es el número de tamaño de grano de uno a ocho; este método se aplica a metales que han recristalizado completamente. Según el mismo criterio, se considera:  grano grueso cuando G < 5 (diámetro de grano 62 micras)  grano fino cuando G > 7 (diámetro de grano 32 micras) MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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Tamaño del grano

Podemos hacernos una idea del tamaño de grano, según el índice G si observamos la siguiente figura:

Tamaño de grano ordenado desde G=1 (esquina superior izquierda) hasta 8 (esquina inferior derecha). Estas imágenes han sido tomadas sobre una superficie de 0.01mm2

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Tamaño del grano Determinación del tamaño de grano 1

2

4

3

1

5

2

15

6 3

Granos enteros: 8 Medios granos: 15 Granos totales: 8 + 15 / 2 = 15,5

4 14

5

7

6

7 8 8 13

12

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Tamaño del grano Determinación del tamaño de grano Según ASTM E 112 American Society for Testing Materials n= 2N-1@100x Siendo: n = número de granos en una pulgada cuadrada a 100 x N = número de grano ASTM (E 112) Tamaño de la micrografía: (77 mm * 101 mm) n = Granos totales / (tamaño micrografía/25,42) n = 15,5 / [(77*101)/(25,4*25,4)] = 1,3 granos/inch2 n = 1,3 n = 2N-1 log 1,3 = (N - 1) log 2 N = (log 1,3 / log 2) + 1 N = 1,4 N≈1 MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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Tamaño del grano Los límites de grano, son el lugar en que ocurren, preferentemente, las reacciones en estado sólido. En general, la energía libre de una cantidad de masa de metal dada disminuye a medida que aumenta el tamaño de grano. La causa del cambio de energía es la disminución de la energía interfacial asociada a los límites de grano. Esta disminución de energía es la fuerza impulsora que tiende a producir el crecimiento del grano. Ahora bien, en la mayoría de las condiciones de aplicación de los metales, la velocidad de crecimiento del grano es muy pequeña, y sólo a temperaturas elevadas el crecimiento se produce rápidamente. Un material de grano fino será, por lo tanto, más duro y más resistente que un material de grano grueso, el cuál (este último) tendrá más juntas de grano donde se acumularán más tensiones.

Por todo lo anterior debe verificarse que la dureza es inversamente proporcional al tamaño de grano MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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Tamaño del grano En metales, por lo general, es preferible un tamaño de grano pequeño que uno grande.

Los metales de grano pequeño tienen mayor resistencia a la tracción, mayor dureza y se distorsionan menos durante el temple, así como también son menos susceptibles al agrietamiento. El grano fino es mejor para herramientas y dados. Sin embargo, en los aceros el grano grueso incrementa el endurecimiento, lo cual es deseable para los aceros que se someterán a largos procesos de trabajo en frío

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METALURGIA Fe-C Punto Euctetoide Considerando la importancia que tiene el punto de transformación euctetoide, a continuación se describirá los cambios de este punto así como el de los puntos adyacentes que son las transformaciones hipoeutectoide y hipereutectoide. Aceros hipoeutectoides: Son aquellos que poseen menos de 0,77% C. La microestructura presente en estos aceros, consiste de ferrita y perlita. Aceros Eutectoides: Los que poseen la composición eutectoide, 0,77% C, su estructura es 100% Perlita. Aceros hipereutectoides: Son aquellos que contienen más de 0,77% C hasta 2,11% C su estructura es Perlita - Cementita (Ferrita - Cementita). MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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METALURGIA Fe-C Punto Euctetoide Aceros transformación eutectoide

α = Ferrita γ = Austenita

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METALURGIA Fe-C Punto Euctetoide Microestructura de un acero eutectoide enfriado lentamente

Perlita eutecotide, la fase oscura es cementita y la blanca ferrita MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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METALURGIA Fe-C Punto Hipo eutectoide

α = Ferrita γ = Austenita

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METALURGIA Fe-C Punto Hipo eutectoide Microestructura de un acero hipoeutectoide con 0,35% de C enfriado lentamente

El constituyente blanco es ferrita y el oscuro es perlita.

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METALURGIA Fe-C Punto Híper eutectoide

α = Ferrita γ = Austenita

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METALURGIA Fe-C Punto Híper eutectoide Microestructura de un acero híper eutectoide con 1,2% de C enfriado lentamente

El constituyente blanco es cementita pro eutectoide que se formo en los limites de grano de la austenita y el resto es perlita laminar.

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Módulo II

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PROCESOS DE FABRICACIÓN

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Arrabio

El arrabio se obtiene como material fundido en un alto horno mediante reducción del mineral de hierro. Y se utiliza como materia prima en la obtención del acero en los hornos siderúrgicos. El arrabio tiene un alto contenido en carbono, generalmente entre 3,5 - 4,5%, además de sílice y otras impurezas, que lo hacen muy frágil por lo que tiene limitados usos como material. Los materiales básicos empleados para fabricar arrabio son mineral de hierro, coque y caliza. El coque se quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera monóxido de carbono, que se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico. La ecuación de la reacción química fundamental de un alto horno es:

Fe2O3 + 3CO → 3CO2 + 2Fe. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Esquema del proceso de fabricación del arrabio

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Esquema de un alto horno

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Tipos de Aceros La norma COVENIN 803 - 89 Aceros, Definiciones y clasificaciones, clasifica los aceros según sea el método empleado su elaboración tal como sigue: Acero Thomas Acero Bessemer Acero Básico al oxigeno Acero Eléctrico Siemens - Martin Siemens - Martin Ácido Siemens - Martin Básico Acero Calmado Acero Efervescente Acero Semicalmado

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Aceros Definiciones Acero Thomas Es el acero obtenido insuflándole aire en la masa de arrabio en un convertidor provisto de revestimiento básico.

Acero Bessemer Es el acero obtenido insuflándole aire en la masa de arrabio en un convertidor provisto de revestimiento básico. Acero Básico al oxigeno Es el acero obtenido a partir del carbono líquido en un convertidor provisto de revestimiento básico, insuflándole oxigeno por la parte superior , a través de una tobera enfriada por agua.

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Aceros Definiciones Acero Eléctrico Es un acero de alta calidad, aleado o no, fabricado mediante horno de arco eléctrico. Siemens - Martin Es el acero producto de la transformación de arrabio y chatarra mediante los hornos de regeneración. Las altas temperaturas que se alcanzan durante la fabricación de este acero, son el resultado de la utilización del calor de los gases de escape para calentar el combustible y el aire en los recuperadores. Siemens - Martin ácido Es aquel acero Siemens - Martin que presente escoria de carácter ácido.

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Aceros Definiciones Siemens - Martin Básico Es aquel acero Siemens - Martin que presente escoria de carácter básico. Acero Calmado Es un acero desoxidado mediante la adición de un fuerte desoxidante, tal como, el silicio o el aluminio, para reducir el contenido de oxigeno a un nivel donde no ocurra un desprendimiento gaseoso durante la solidificación.

Acero Efervescente Es un acero no desoxidado o con pequeñas adiciones de desoxidantes, con el objeto de obtener suficiente oxigeno, para crear una evolución continua y vigorosa de los gases durante la solidificación del lingote, resultando una piel de lingote libre de poros.

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Aceros Definiciones Acero Semicalmado Es aquel acero cuya desoxidación fue llevada a un punto intermedio entre la del calmado y la del efervescente.

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Convertidores Para explicar el proceso de fabricación de cada uno de los aceros mencionados anteriormente, se debe hacer un paréntesis para explicar que son los convertidores.

La esencia del método de los convertidores para la obtención del acero consiste, en que a través del hierro fundido líquido cargado al convertidor, se inyecta aire, que burbujea dentro de la masa fundida y cuyo oxígeno oxida el carbono y otras impurezas.

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Figura de un convertidor

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Convertidores El recipiente (reactor o convertidor) está compuesto por una carcaza de acero, revestida internamente con ladrillos refractarios (magnesita o dolomita), sostenida por un robusto anillo de acero equipado con muñones, cuyo eje es accionado por un sistema basculante o de volcado.

Figura de un convertidor

Esta geometría típica de un convertidor muestra la nariz (N), la lanza de oxígeno (L), el anillo de muñones (B), el muñón (T), el mecanismo basculante (M), y la piquera (H).

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Convertidores El método de los convertidores en general, tiene la ventaja de su alto rendimiento, la simplicidad relativa de la instalación, gastos básicos bajos y la ausencia del consumo de energía para calentar el metal, pero no resuelve de manera óptima la obtención de aceros de diferentes calidades, no sirven para tratar todos los tipos de arrabio nacidos de la infinidad de menas disponibles y en ellos solo puede utilizarse de manera limitada la gran cantidad de chatarra disponible en la industria.

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Acero Básico al oxigeno Un horno de oxígeno básico o BOF (por sus siglas en inglés) crea el acero de la fundición en bruto producida a partir de mineral de hierro en un alto horno, junto con un máximo de 25 por ciento de la chatarra de acero.

Este horno funciona mediante la inyección de oxígeno a alta presión en el hierro fundido para quemar el exceso de carbono y otras impurezas combustibles. Los compuestos fundentes añadidos a la masa fundida eliminan las impurezas no combustibles que flotan a la parte superior de la masa fundida como escorias. El BOF obtiene la energía necesaria para convertir el hierro en acero del calor original del hierro fundido junto con el calor generado por la quema de exceso del carbono y otras impurezas en la presencia de oxígeno puro. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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PROCESOS DE FABRICACIÓN

Acero Básico al Oxigeno BOF

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Hierro de Reducción Directa y MIDREX Procesos de HRD Varios métodos se han usado durante los últimos 50 años para producir hierro de reducción directa. En la práctica, funcionan tres procesos principales: MIDREX, HyL (I, II y III) y FIOR. La unidad de FIOR en Venezuela, usa un lecho fluidizado para la reducción del mineral de hierro.

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Desgasificación del acero En las lingoteras puede haber o no desprendimiento de gases, dependiendo del grado de desgasificación, la cual se realiza en el acero porque éste en estado fundido ha retenido en su interior sustancias gaseosas como el O, N, H y CO las cuales dan malas propiedades mecánicas, baja ductilidad y baja resistencia a la fatiga y dependiendo de si se añadieron o no agentes de efervescencia; algunos de estos agentes son el silicio, aluminio y manganeso los cuales se combinan con el oxigeno del FeO evitando la formación del CO. Si + 2FeO 2Al + 3FeO Mn + FeO

2Fe + SiO2 3Fe + Al2O3 Fe + MnO

(Estos agentes se añaden al finalizar el proceso de afino) .

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Esta salida de gases del lingote mientras el acero está fundido tiene lugar porque cuando disminuye la temperatura de éste, la solubilidad de los gases también disminuye y tienden a salir del lingote. Desgasificación del acero

Dependiendo de la cantidad de gases que se desprendan podemos clasificar a los aceros en tres categorías: - Aceros calmados. - Aceros Semicalmados. - Aceros efervescentes.

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Desgasificación del acero Aceros Calmados

Este tipo de acero es sometido a un tratamiento mediante la adición de manganeso, silicio o aluminio antes de la colada. Esto permite conseguir piezas perfectas pues no se producen gases durante la solidificación, de modo que tal adición impide la formación de sopladuras. El acero calmado se emplea generalmente para piezas solicitadas dinámicamente, por ejemplo, en la construcción de maquinaria o para piezas que deben ser sometidas a fuertes conformaciones o para mecanizado con arranque de viruta.

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Desgasificación del acero Características Principales Aceros Calmados Especial para el estirado Propiedades uniformes Embutidos severos El nitrógeno se combina con aluminio formando otro compuesto Condiciones aceptable para almacenarse Lámina recocida muestra elongación en el punto de cedencia El laminado de temple elimina permanentemente el punto de cedencia Acero Semicalmado

Son aquellos en los que se produce un incremento gradual en la cantidad de gases desprendidos durante la solidificación. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Desgasificación del acero Acero Efervescente

Los aceros efervescentes son aceros a los que no se les adiciona silicio como desoxidante; se fabrican realizando una desoxidación incompleta y controlada por medio de la adición de ferromanganeso. Suelen contener Mn 0,35% y nada de silicio, a estos aceros se les suele añadir, en ocasiones, una pequeña cantidad de aluminio a la cuchara o a las lingoteras para regular más exactamente su grado de desoxidación. Los aceros efervescentes que se usan en la industria tienen un contenido en carbono menor al 0,15%, los aceros con bajo contenido en carbono sueldan mas fácilmente en estado sólido. Éste tipo de aceros se emplea fundamentalmente para chapa y alambre de acero. Las chapas y flejes fabricados con lingotes efervescentes son de muy buena calidad superficial y su capa periférica, de 10 a 20 mm de espesor, no tiene porosidades y está constituida por hierro de muy alta pureza. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Desgasificación del acero Características Principales de los Aceros Efervescente

Presencia de Carbono y Nitrógeno. Alta ductilidad. Elongación en punto de fluencia.

Costo relativamente bajo. Favorito para aplicaciones de embutido. La superficie con muy bajo carbono favorece el esmaltado.

El nivelado con rodillos es necesario para desaparecer las bandas de Lüders lo que reduce la ductilidad. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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PRODUCTOS DEL HIERRO EN FUNCIÓN A SU COMPOSICIÓN QUÍMICA Clasificación: Fundición de Hierro Acero al carbono

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PRODUCTOS DEL HIERRO EN FUNCIÓN A SU COMPOSICIÓN QUÍMICA Fundición de hierro La fundición es una aleación hierro carbono con tenores mínimos y máximos en el orden de 2,11% y hasta el 6,67% en peso de carbono, con cantidades de silicio del 2 al 4%, del manganeso hasta 1%, bajo azufre y bajo fósforo.

Cuando se solidifica la fundición de hierro resulta un material muy duro, pero su contenido en carbono y otras impurezas hace que sea frágil y quebradizo y que no admita la forja ni la soldadura. En estas condiciones no puede utilizarse para fabricar piezas que vayan a estar sometidas a esfuerzos. Según las impurezas que contiene, se distinguen la fundición gris y la fundición blanca, nombre que reciben por el aspecto que presenta su superficie de fractura. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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PRODUCTOS DEL HIERRO EN FUNCIÓN A SU COMPOSICIÓN QUÍMICA Fundición de hierro La fundición es una aleación hierro carbono con tenores mínimos y máximos en el orden de 2,11% y hasta el 6,67% en peso de carbono, con cantidades de silicio del 2 al 4%, del manganeso hasta 1%, bajo azufre y bajo fósforo.

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FUNDICIONES DE HIERRO Características generales Se caracterizan por que se pueden vaciar del horno cubilote para obtener piezas de muy diferente tamaño y complejidad pero no pueden ser sometidas a deformación plástica, no son dúctiles ni maleables y son poco soldables pero sí maquinables, relativamente duras y resistentes a la corrosión y al desgaste.

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FUNDICIONES DE HIERRO Las fundiciones tienen innumerables usos y sus ventajas más importantes son:

- Son más fáciles de maquinar que los aceros. - Se pueden fabricar piezas de diferente tamaño y complejidad. - En su fabricación no se necesitan equipos ni hornos muy costosos. - Absorben las vibraciones mecánicas y actúan como auto lubricantes. -Son resistentes al choque térmico, a la corrosión y de buena resistencia al desgaste. De acuerdo con la apariencia de su fractura, las fundiciones pueden ser grises, blancas, atruchadas, aunque también existen las fundiciones maleables, nodulares y especiales o aleadas.

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FUNDICIONES DE HIERRO Propiedades de las fundiciones Las fundiciones son muy frágiles, su dureza es baja de unos 80 a 100 HB, es resistente al choque térmico, a la corrosión, absorbe las vibraciones, tienen un bajo costo y son poco soldables en comparado con el acero.

A continuación se describen las principales propiedades mecánicas de las fundiciones: -Peso específico de las fundiciones -Resistencia a la tracción -Resistencia a la flexión -Resistencia al choque -Dureza -Resistencia química

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FUNDICIONES DE HIERRO Tipos de fundiciones Las fundiciones se pueden clasificar en los siguientes tipos: Fundición Gris

Fundición Nodular Fundición Maleable Fundición Blanca

Fundición Atruchada Fundición Aleada

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundición Gris Es la que se obtiene cuando el contenido de silicio es elevado. El carbono cristaliza entonces en forma de grafito y sólo puede emplearse para piezas moldeadas. La mayor parte del contenido de carbono en el hierro gris se da en forma de escamas o láminas de grafito, las cuales dan al hierro su color y sus propiedades.

El hierro gris es fácil de maquinar, tiene alta capacidad de templado y buena fluidez para el colado, pero es quebradizo y de baja resistencia a la tracción.

Microestructura del hierro gris (ferrita y perlita)

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundición Gris

Clasificación de las láminas de grafito según la forma, tamaño y distribución MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundición Nodular La fundición nodular, dúctil o esferoidal se produce en hornos cubilotes, con la fusión de arrabio y chatarra mezclados con coque y piedra caliza. La mayor parte del contenido de carbono en el hierro nodular, tiene forma de esferoides. Para producir la estructura nodular el hierro fundido que sale del horno se inocula con una pequeña cantidad de materiales como magnesio, cerio, o ambos.

Esta microestructura produce propiedades deseables como alta ductilidad, resistencia, buen maquinado, buena fluidez para la colada, buena endurecibilidad y tenacidad. No puede ser tan dura como la fundición blanca, salvo que la sometan a un tratamiento térmico, superficial, especial.

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundición Maleable Los hierros maleables son tipos especiales de hierros producidos por el tratamiento térmico de la fundición blanca. Estas fundiciones se someten a rígidos controles y dan por resultado una microestructura en la cual la mayoría del carbono está en la forma combinada de cementita, debido a su estructura la fundición blanca es dura, quebradiza y muy difícil de maquinar.

Microestructua de la fundición maleable ferrítica

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundición Blanca Es la que se obtiene cuando el contenido de manganeso es elevado. En estas condiciones, el carbono se combina con el hierro formando carburo de hierro y se utiliza como una de las materias primas para la obtención del acero. Se forma al enfriar rápidamente la fundición de hierro desde el estado líquido, siguiendo el diagrama hierro - cementita metaestable; durante el enfriamiento, la austenita solidifica a partir de la aleación fundida en forma de dendritas. A los 1130 °C el líquido alcanza la composición eutéctica (4,3% C) y se solidifica como un eutéctico de austenita y cementita llamado ledeburita. Este eutéctico aparece en su mayor parte como cementita blanca que rodea las dendritas de forma de helecho.

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundición Atruchada Se caracteriza por tener una matriz de fundición blanca combinada parcialmente con fundición gris. El carbono se encuentra libre y combinado, siendo difícilmente maquínable.

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundición Aleada Las fundiciones aleadas son aquellas que contienen Ni, Cr, Mo, Cu, etc., en porcentajes suficientes para mejorar las propiedades mecánicas de las fundiciones ordinarias o para comunicarles alguna otra propiedad especial, como alta resistencia al desgaste, alta resistencia a la corrosión, al calor etc.

Efectos de los elementos de aleación en las fundiciones: -Los elementos de aleación modifican la microestructura de las fundiciones y con ello su dureza y resistencia, estando en ocasiones estos cambios influenciados, además, por una variación de la templabilidad. Ciertos elementos como el Silicio, aluminio, níquel y cobre, que se disuelven en la ferrita, la endurecen y la hacen aumentar su resistencia, Son elementos que favorecen la grafitización. -Otros elementos como el cromo, manganeso, y molibdeno son formadores de carburos, son elementos que tienden a formar fundición blanca en vez de gris y dificultan la grafitización. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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FUNDICIONES DE HIERRO Clasificación de las fundiciones aleadas De una forma general, se pueden clasificar las fundiciones aleadas en dos grupos: Fundiciones de baja y media aleación Fundiciones de alta resistencia a la tracción

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FUNDICIONES DE HIERRO Clasificación de las fundiciones aleadas Fundiciones de baja y media aleación -Se caracterizan por tener pequeñas cantidades de Ni, Cr, Mo, y Cu, generalmente en porcentajes inferiores a 5%. En general, son fundiciones de alta resistencia a la tracción, de 25 a 50 kg/mm2 , muy superior a la de las fundiciones ordinarias. -Suelen ser de estructura perlitica, sorbítica, bainítica y martensítica. También pertenecen a este grupo de fundiciones de baja aleación las fundiciones con 1 a 2% de cromo resistente al calor y las fundiciones martensíticas muy resistentes al desgaste.

Fundiciones de alta resistencia a la tracción En esta familia, se suelen agrupar las fundiciones muy resistentes al desgaste, al calor y a la corrosión y cuya micro estructura suele ser austenítica o ferriítica. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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ACERO AL CARBONO

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ACERO AL CARBONO ACERO Definición según COVENIN 803

El acero es una aleación hierro - carbono, capaz de ser deformado plásticamente, con tenores mínimos y máximos de carbono en el orden de 0,008 % y 2% en peso de carbono respectivamente, pudiendo contener otros elementos de aleación, así como también impurezas inherentes al proceso de fabricación. El porcentaje de carbono en el acero es el factor más importante, este factor gobierna las propiedades del acero y por consiguiente sus aplicaciones. En un principio el acero se fabricaba por un proceso de adición de carbono al hierro forjado en estado sólido, por un tratamiento térmico llamado cementación. En la actualidad todos los aceros se fabrican partiendo del hierro en estado de fusión y el carbono se añade al hierro liquido. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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ACERO AL CARBONO Definición según COVENIN 803 El acero al carbono es una aleación de hierro - carbono que contiene además otros elementos, cuyas proporciones no deben exceder los limites establecidos en la tabla que se muestra a continuación.

Elemento de aleación en los aceros Elemento Concentración En % Aluminio 0,10% Manganeso 1,65% Silicio 0,50% Manganeso + silicio 2,00% Cobre 0,40% Níquel 0,30% Molibdeno 0,08% Vanadio 0,10% Tungsteno 0,10% Cobalto 0,10% Plomo 0,40% Bismuto 0,10% Boro 0,008% Circonio 0,10% Niobio 0,05% Selenio 0,10% Telurio 0,102% Titanio 0,05% Lantánidos 0,05% Otros (excepto C; P; S; N y O) 0,05%

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ACERO AL CARBONO Elementos constituyentes de los aceros aleados A continuación se describirán las principales propiedades que cada uno de los elementos constituyentes de la aleación le dan al acero ALUMINIO - Al: Empleado en pequeñas cantidades, actúa como un desoxidante para el acero fundido y produce un Acero de Grano Fino. Se emplea como elemento de aleación en los aceros de nitruración, que suele tener 1% aproximadamente de aluminio. Todos los aceros aleados de calidad contienen aluminio en porcentajes pequeñísimos, variables generalmente desde 0,001 a 0,008%.

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ACERO AL CARBONO Elementos constituyentes de los aceros aleados Azufre - S: Normalmente es una impureza y se mantiene a un bajo nivel. Sin embargo, alguna veces se agrega intencionalmente en grandes cantidades (0,06 a 0,30%) para aumentar la maquinabilidad (habilidad para ser trabajado mediante cortes) de los aceros de aleación y al carbono, los aceros altos en azufre son difíciles de soldar y pueden causar porosidad en las soldaduras.

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ACERO AL CARBONO Elementos constituyentes de los aceros aleados BORO - B: El Boro logra aumentar la capacidad de endurecimiento cuando el acero esta totalmente desoxidado. Una pequeña cantidad de Boro, (0,001%) tiene un efecto marcado en el endurecimiento del acero, ya que también se combina con el carbono para formar los carburos que dan al acero características de revestimiento duro.

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ACERO AL CARBONO Elementos constituyentes de los aceros aleados Cobalto - Co: Aumenta la dureza del acero en caliente y su resistencia a la corrosión, a la oxidación y al desgaste. Los aceros con cobalto poseen unas propiedades magnéticas más acusadas. Sin embargo el Cobalto es un elemento poco habitual en los aceros, ya que disminuye la capacidad de endurecimiento.

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ACERO AL CARBONO Elementos constituyentes de los aceros aleados Cromo - Cr: Es un formador de ferrita, aumentando la profundidad del endurecimiento. Así mismo, aumenta la resistencia a altas temperaturas y evita la corrosión. También aumenta la dureza, la resistencia a la corrosión y la tenacidad del acero. El Cromo es un elemento principal de aleación en aceros inoxidables, y debido a su capacidad de formar carburos se utiliza en revestimientos o recubrimientos duros de gran resistencia al desgaste, como émbolos, ejes, etc.

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ACERO AL CARBONO Elementos constituyentes de los aceros aleados Fósforo - P: Fósforo se considera un elemento perjudicial en los aceros, casi una impureza, al igual que el Azufre, ya que reduce la ductilidad y la resistencia al impacto. Sin embargo, en algunos tipos de aceros se agrega deliberadamente para aumentar su resistencia a la tensión y mejorar la maquinabilidad.

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ACERO AL CARBONO Elementos constituyentes de los aceros aleados Manganeso - Mn: El Manganeso es uno de los elementos fundamentales e indispensables, esta presente en casi todas las aleaciones de acero. El Manganeso es un formador de austenita, y al combinarse con el azufre previene la formación de sulfuro de hierro en los bordes del grano, altamente perjudicial durante el proceso de laminación. El Manganeso se usa para desoxidar y aumentar su capacidad de endurecimiento.

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ACERO AL CARBONO Elementos constituyentes de los aceros aleados Molibdeno - Mo: El Molibdeno también es un elemento habitual, ya que aumenta mucho la profundidad de endurecimiento del acero, así como su resistencia al impacto. El Molibdeno es el elemento mas efectivo para mejorar la resistencia del acero a las bajas temperaturas, reduciendo, además, la perdida de resistencia por templado. Los aceros inoxidables austeíticos contienen Molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosión.

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ACERO AL CARBONO Elementos constituyentes de los aceros aleados Níquel - Ni: Es el principal formador de austenita, que aumenta la tenacidad y resistencia al impacto y a la tracción. El Níquel se utiliza mucho en los aceros inoxidables, para aumentar la resistencia a la corrosión. El Níquel ofrece propiedades únicas para soldar la fundición.

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ACERO AL CARBONO Elementos aleados

constituyentes

de

los

aceros

Nitrógeno - N: El Nitrógeno puede agregarse a algunos tipos de acero, para promover la formación de austenita. Plomo - Pb: El Plomo es un ejemplo de elemento casi insoluble en Hierro. Se añade plomo a muchos tipos de acero para favorecer el mecanizado del acero por procedimientos de arranque de viruta, puesto que el plomo hace de lubricante (su punto de fusión es bajo). No se debe sobrepasar el 0,5% de plomo pues, en caso contrario, se dificultaría la posibilidad de templado del acero y se disminuiría su tenacidad en caliente. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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ACERO AL CARBONO Elementos constituyentes de los aceros aleados Silicio - Si: Elimina el exceso de oxígeno en los aceros y les comunica una gran elasticidad. En proporciones suficientes confiere a los aceros unas buenas características magnéticas. Titanio - Ti: Básicamente, el Titanio se utiliza para estabilizar y desoxidar acero, aunque debido a sus propiedades, pocas veces se usa en soldaduras.

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ACERO AL CARBONO Elementos aleados

constituyentes

de

los

aceros

Vanadio - V: Elimina el oxígeno, al igual que el silicio. Proporciona al acero una buena resistencia a la fatiga y a la tracción. El Vanadio facilita la formación de grano pequeño y reduce la perdida de resistencia durante el templado, aumentando por lo tanto la capacidad de endurecimiento. Wolframio - W: (Tungsteno). Le confiere una gran dureza a todas las temperaturas. Con porcentajes elevados se obtienen los llamados aceros rápidos, utilizados para construir herramientas de corte. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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ACERO AL CARBONO Efectos del contenido del carbono en la resistencia de los aceros

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ACERO AL CARBONO Efectos del contenido del carbono en la ductibilidad de los aceros

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CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS

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CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS Por tipos Acero al carbono Aceros aleados

Aceros inoxidables

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CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS Acero al carbono Acero de bajo carbono ( C < 0,30%) Acero de medio carbono ( 0,30 < C < 0,55%) Acero de alto carbono ( 0,55 < C < 1,40%)

Aceros aleados Aceros de baja aleación, cuando tienen hasta 5% de elementos adicionales. Aceros de media aleación, entre 5% y 10% de elementos adicionales. Aceros de alta aleación, más de 10% de elementos adicionales

Aceros inoxidables Aceros inoxidables Austeníticos Aceros inoxidables Ferríticos Aceros inoxidables Martensíticos Inoxidables Austeníticos - Ferríticos Aceros Dúplex Aceros Súper Dúplex MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS

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ACEROS AL CARBONO Aceros bajos en carbono o aceros suaves (C 0,1% - 0,3%). Constituye la mayor parte de todo el acero fabricado. Su densidad es de 7,8 g/cm3 y funde a 1600 °C. No responde al tratamiento térmico para dar martensita. La microestructura consiste en ferrita y perlita. Por tanto, son relativamente blandos y poco resistentes pero con extraordinaria ductilidad y tenacidad. Son de fácil mecanizado, soldables y baratos. Se utilizan para fabricar vigas, carrocerías de automóviles, y láminas para tuberías edificios y puentes.

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ACEROS AL CARBONO Aceros bajos en carbono o aceros suaves (C 0,1% - 0,3%). Otro grupo de aceros de bajo contenido en carbono son los de alta resistencia y baja aleación. Contienen concentraciones variables de Cu, V, Ni y Mo totalizando ≈ 10% en peso. Poseen mucha más resistencia mecánica, que puede aumentar por tratamiento térmico y mantienen las propiedades de fácil mecanizado. Se emplean en componentes donde la resistencia mecánica es crítica: puentes, torres, columnas de soportes de edificios altos, bastidores de camiones y vagones de tren.

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ACEROS AL CARBONO Aceros bajos en carbono o aceros suaves (C 0,1% - 0,3%). Un ejemplo de este tipo de acero es el ASTM A 106 Gr A, cuya composición química es: C % max. 0,25

Mn % 0,27-0,93

Si % 0,10

Y sus principales propiedades mecánicas son :

Ruptura (Kg/mm2) 34

Fluencia (Kg/mm2) 20

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ACEROS AL CARBONO Aceros medios en carbono. Contienen entre el 0,25 y 0,60% en peso de C. Estos aceros pueden ser tratados térmicamente mediante austenización, temple y revenido para mejorar las propiedades mecánicas. La microestructura generalmente es martensita revenida. Las adiciones de Cr, Ni y Mo facilitan el tratamiento térmico que en su ausencia es difícil y útil solo para secciones de pieza relativamente delgadas. Son más resistentes que los aceros bajos en carbono pero menos dúctiles y maleables. Se suelen utilizar para fabricar cinceles, martillos, cigüeñales, pernos, etc.

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ACEROS AL CARBONO Aceros medios en carbono. Un ejemplo de este tipo de acero es el ASTM A 106 Gr B Cuya somposición quimica es la siguiente:

C % max. 0,30

Mn % Si % 0,29 - 1,06 0,10

Y sus propiedades mecánicas son: Ruptura (Kg/mm2) 41

Fluencia (Kg/mm2) 24

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ACEROS AL CARBONO Aceros altos en carbono. Generalmente contienen entre el 0,60 y 1,4% en peso de C. Son más duros y resistentes (y menos dúctiles) que los otros aceros al carbono. Casi siempre se utilizan con tratamientos de templado y revenido que lo hacen muy resistentes al desgaste y capaces de adquirir la forma de herramienta de corte. Generalmente contienen Cr, V, W y Mo, los cuales dan carburos muy duros como Cr23C6, V4C3 y WC. Se utilizan como herramientas de corte, matrices para fabricar materiales, herramientas de herrería y carpintería. Por ejemplo, cuchillos, navajas, hojas de sierra, brocas para cemento, corta tubos, troqueles, herramientas de torno, muelles e hilos de alta resistencia. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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ACEROS AL CARBONO Aceros altos en carbono. Un ejemplo de este tipo de acero es el ASTM A 106 Gr C, cuya composición química es la siguiente : C % max. 0,35

Mn % 0,29-1,06

Si % 0,10

Y sus propiedades mecánicas son: Ruptura (Kg/mm2) 48

Fluencia (Kg/mm2) 27

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ACEROS ALEADOS Se da el nombre de aceros aleados a los aceros que además de los cinco elementos: Carbono, Silicio, Manganeso, Fósforo y Azufre, contienen también cantidades relativamente importantes de otros elementos como el Cromo, Níquel, Molibdeno, etc., que sirven para mejorar alguna de sus características fundamentales.

También puede considerarse aceros aleados los que contienen alguno de los cuatro elementos diferentes del carbono que antes hemos citado, en mayor cantidad que los porcentajes que normalmente suelen contener los aceros al carbono, y cuyos límites superiores suelen ser generalmente los siguientes: Si=0,50%; Mn=0,90%; P=0,100% y S=0,100%. Los elementos de aleación que más frecuentemente suelen utilizarse para la fabricación de aceros aleados son: Níquel, Manganeso, Cromo, Vanadio, Wolframio, Molibdeno, Cobalto, Silicio, Cobre, Titanio, Circonio, Plomo, Selenio, Aluminio, Boro y Niobio. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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ACEROS ALEADOS Los casos en que se justifica usar aceros aleados o inoxidables son los siguientes:

-Altas temperaturas. -Bajas temperaturas (inferiores a -30 °C) donde los aceros al Carbono se tornan quebradizos. -Alta corrosión, el comportamiento de los aleados es mejor para resistencia a la erosión o severa corrosión. -Servicios de fluidos letales. -Para evitar contaminación en la industria de la alimentación o farmacéutica, donde los óxidos o residuos de las tuberías de acero al Carbono pueden deteriorar la calidad de los productos MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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ACEROS ALEADOS De baja aleación Un ejemplo de un acero aleado baja aleación es la especificación de materiales ASTM A 335 para alta temperatura, cuyos grados principales son:

A 335 P-1 A 335 P-5 A 335 P-11 A 335 P-3 A 333 Gr 3

Elementos % Cr Mo ½ 5 ½ 1-¼ ½ -

Ni Límites de temp. °C ( Serv. Cont.) 590 650 620 3 -100 3,18-3,82 -100 °C 590 °C

El agregado de Ni provee a las aleaciones que trabajan debajo de -30 °C buena ductilidad y resistencia al impacto.

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ACEROS ALEADOS Aceros inoxidables Los aceros inoxidables son aquellos que contienen Cr por sobre 11%. Los más usados son compuestos austeníticos, no magnéticos, de alta aleación (stainless steel) con 16% a 26% de Cr, 9 a 12% de Ni además de otros elementos. Son mucho más costosos que los de baja aleación y por eso menos usados. Tienen gran resistencia a la rotura, especialmente a altas temperaturas y elevada resistencia a la mayoría de los fluidos industriales. Es resistente a los compuestos sulfurosos y a la pérdida de ductilidad debida al hidrógeno libre (hydrogen embrittlement). Es un buen inhibidor de la grafitización a altas temperaturas.

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ACEROS ALEADOS Aceros inoxidables Son inertes en relación a la mayoría de los compuestos orgánicos, pero están sujetos a severa corrosión por picadura (pitting) cuando están en contacto con agua de mar y numerosos compuestos clorados.

La soldadura en los aceros inoxidables es más costosa y complicada que en los aceros al Carbono ya que deben hacerse con protección especial de gas inerte (argón), con electrodos de tungsteno y material de aporte afín con las partes a soldar.

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ACEROS ALEADOS Clasificación de los aceros inoxidables Aceros Inoxidables Martensíticos Aceros Inoxidables Ferríticos

Aceros Inoxidables Austeníticos Aceros Inoxidables Austeníticos - Ferríticos Acero Inoxidable Dúplex / Súper Dúplex

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ACEROS ALEADOS Clasificación de los aceros inoxidables Estructura

Composición básica (%)

Otros elementos

Martensítica a) C (CaO)2.SiO2 y pasa a la escoria.

El óxido de manganeso (MnO) y una parte del óxido ferroso (FeO) también pasan a la escoria, en este período el metal se calienta dado que las reacciones producen calor y comienza el segundo período.

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Acero Thomas Segundo período

El metal se ha calentado suficiente y el carbono comienza a quemarse de manera intensa según la reacción:

C + FeO ------> Fe + CO

El baño comienza a ebullir por la producción del monóxido de carbono y el horno genera una llamarada clara por la boca debido a la combustión del CO con el oxígeno del aire de la atmósfera. El contenido de carbono se reduce a un valor mínimo y el metal se enfría con lo que comienza el tercer período. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Acero Thomas Tercer período

En este momento comienza la oxidación del fósforo y comienza a elevarse de nuevo la temperatura del metal, las reacciones características de esta etapa son: 2P + FeO -----> P2O5 + 5Fe

P2O5 + 3FeO ----> (FeO)3.P2O5 + 2Fe (FeO)3.P2O5 + 4CaO ----> (CaO)4.P2O5 + 3Fe En la oxidación del fósforo y la subsiguiente reacción de su óxido con otros, se desprende una considerable cantidad de calor y el metal se calienta rápidamente. El fosfato cálcico formado pasa a la escoria. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Acero Thomas Cuando se ha terminado la oxidación del fósforo y su paso a la escoria, el convertidor se gira a la posición horizontal, se interrumpe el aire y se descarga la escoria para evitar que el fósforo y el óxido ferroso que contiene puedan volver al metal. Finalmente se desoxida el metal.

En el proceso Thomas se produce cierta extracción del azufre que pasa a la escoria en forma de sulfuros de manganeso (MnS) y de calcio (CaS). Después de la desoxidación el acero se sangra en la cuchara y se cuela en lingoteras para la producción de lingotes. El acero producido tiene aplicación en el laminado de hierro en chapas, alambres e hierro comercial. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Acero Bessemer. Para el procedimiento Bessemer el convertidor se reviste interiormente de ladrillos refractarios de sílice (no menos de 94,5% de SiO2) y arena cuarzosa, los que suelen fundirse a 1710 °C. Este revestimiento no se corroe por las escorias de carácter ácido, por consiguiente en este convertidor solo pueden tratarse arrabios al silicio. El aire que entra en la masa fundida suministra el oxígeno que en primera instancia interactúa con el hierro para formar óxido ferroso (FeO). Por consiguiente las impurezas comienzan a oxidarse en dos direcciones: por al oxígeno del aire que pasa a través del metal y por el óxido ferroso que se forma y disuelve en el metal fundido.

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Acero Bessemer Durante la inyección de aire para hacerlo pasar a través del metal se diferencias tres períodos característicos: La oxidación del hierro, silicio, manganeso y la formación de la escoria. La quema del carbono

La desoxidación o la desoxidación-carburación

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Acero Bessemer Primer período En esta etapa se oxida el hierro, el silicio y el manganeso generando calor por lo que el metal se calienta. Durante este tiempo se forma la escoria. Las reacciones químicas que se producen son: 2Fe + O2 -----> 2FeO Si + 2FeO ----> SiO2 + 2Fe Mn + FeO ----> MnO + Fe

A su vez los óxidos generados entran en combinación según: MnO + SiO2 -----> MnO.SiO2 FeO + SiO2 -----> FeO.SiO2 y forman la escoria.

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Acero Bessemer Primer período Continuación

Si la cantidad de SiO2 por la oxidación del silicio contenido en el arrabio no es suficiente, pasa a la escoria la sílice del revestimiento del convertidor. Todos estos procesos de oxidación han calentado el metal y se produce la segunda etapa.

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Acero Bessemer Segundo período Dada la alta temperatura del metal comienza a quemarse el carbono: C + FeO ----> CO + Fe

Este proceso se realiza con absorción de calor, pero el metal no se enfría porque al mismo tiempo se está oxidando el hierro en el convertidor que suple el calor necesario para mantener la temperatura. El monóxido de carbono que se produce, produce una fuerte ebullición del metal y al salir del convertidor se quema con el aire atmosférico, formando dióxido de carbono, el convertidor genera una llamarada clara. A medida que se consume el carbono, la llama comienza a extinguirse hasta desaparecer por completo, esto indica que el carbono se ha quemado casi en su totalidad y marca el fin de la segunda etapa. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Acero Bessemer Tercer período En este momento se interrumpe la insuflación de aire, ya que con su suministro ulterior y con muy poco carbono comenzará a oxidarse el propio hierro a óxido férrico con las consiguientes pérdidas de metal.

Una vez interrumpido el suministro de aire el convertidor se lleva a la posición horizontal para realizar la desoxidación y carburación del acero. El objetivo de este paso es eliminar el oxígeno disuelto como FeO, como desoxidantes generalmente se utilizan las ferroleaciones y el aluminio puro. Para elevar el contenido de carbono en el acero a los valores deseados se utiliza una fundición especial. El material terminado se convierte a grandes lingotes para su uso en los laminadores. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Acero Bessemer El acero Bessemer se utiliza en piezas de uso general, varillas para hormigón armado, vigas laminadas, hierro comercial para construcciones y similares. Las deficiencias de este método son: La imposibilidad de eliminar del metal el fósforo y el azufre.

La elevada pérdida de hierro por oxidación (8 -15%). La saturación del hierro con nitrógeno y óxido de hierro que empeoran su calidad.

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Hierro de Reducción Directa FINEX El proceso FINEX está construido sobre la experiencia del proceso FIOR de reducción directa de finos de mineral de hierro en lecho fluido, con reactores en cascada, que operó en Venezuela desde 1976 hasta mediados de los 90, cuando fue reemplazado por una instalación FINMET, que mejoró la eficiencia térmica al usar gas de tope para precalentar el mineral y al extraer el CO2 del gas reformado y del gas reciclado.

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Hierro de Reducción Directa FINMET Concepto FINMET® + EAF + Moldeado de Planchón Medio-Delgado y Rolado Directo Con acceso a mineral fino de hierro y gas natural, este concepto tecnológico ofrece el potencial económico más alto para la producción de productos de acero de la más alta calidad. El HBI producido en una planta FINMET® es cargado continuamente a un EAF seguido por formado y rolado en una instalación de Moldeado de Planchón MedioDelgado y Rolado Directo. La variación básica de este concepto ICM con una capacidad de producción de aprox. un millón t/a incluye un tándem en línea de planta Steckel. Esta configuración ofrece el diseño más compacto y los costos de inversión más bajos posibles para una fábrica viable de productos planos de acero con instalaciones integradas de manufactura de acero. HBI: Hierro de Reducción Directa Moldeado en Caliente tipo Briqueta. EAF: Hornos de Arco Eléctrico.

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Hierro de Reducción Directa FINMET

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Hierro de Reducción Directa FINMET Orinoco Iron es el mayor productor de Hierro Briqueteado en Caliente, en América. La planta usa la tecnología FINMET®, y está en capacidad de producir 2,2 millones de toneladas métricas al año. Sus productos han sido los recursos preferidos de unidades de hierro virgen a nivel mundial y su experiencia exportadora se remonta a finales de 1970.

Hierro Briqueteado en Caliente MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Acero en SIDOR Se cumple mediante procesos de Reducción Directa y Hornos Eléctricos de Arco, complementados con Metalurgia Secundaria en los hornos de cuchara que garantizan la calidad interna del producto.

Finos de mineral, con alto contenido de hierro, se aglomeran en la Planta de Peletización. El producto resultante, las pellas, es procesado en dos plantas de Reducción Directa, una HyL II (dos módulos de lecho fijo) y otra Midrex (cuatro módulos de lecho móvil), que garantizan la obtención de Hierro de Reducción Directa (HRD). El HRD se carga a los Hornos Eléctricos de Arco para obtener acero líquido. El acero líquido resultante, con alta calidad y bajos contenidos de impurezas y residuales, tiene una mayor participación de HRD y una menor proporción de chatarra (20% máximo). MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Acero en SIDOR Su refinación se realiza en las Estaciones de Metalurgia Secundaria, donde se le incorporan las ferroaleaciones. Posteriormente, pasa a las máquinas de Colada Continua para su solidificación, obteniéndose semielaborados, Planchones o Palanquillas, que se destinan a la fabricación de Productos Planos y Productos Largos, respectivamente.

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Hierro de Reducción Directa y MIDREX Sólo recientemente se han desarrollado cinco técnicas nuevas: FASTMET, IRON CARBIDE, CIRCORED, INMETCO y FINMET. Aproximadamente el 92% del HRD se produce usando gas natural (reformado) como combustible. En una cantidad limitada de plantas, se usa carbón como combustible. Como material de carga, se usa pélets de mineral de hierro y mineral granular en los procesos que utilizan un horno de cuba (MIDREX, HyL), se usa finos y concentrados en los procesos que utilizan un lecho fluidizado (CIRCORED, FINMET, IRON CARBIDE) o un horno de crisol rotativo (FASTMET, INMETCO).

El horno de cuba ha evolucionado y se convirtió en el reactor de reducción para los procesos basados en gas. Funcionan dos procesos principales: MIDREX y HyL III. HyL I y HyL II usan reactores por lotes para reducir el mineral de hierro. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Acero MIDREX Los procesos de reducción directa basados en gas son particularmente adecuados para las zonas donde el gas natural está disponible en abundancia y a un precio económico. El proceso MIDREX es un proceso de reducción directa en un horno de cuba en el cual los pélets de mineral de hierro, el mineral granular o una combinación se reducen en una cuba vertical (horno de reducción) a hierro metálico por medio de un gas reductor.

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PROCESOS DE FABRICACIÓN

Reducción Directa y MIDREX

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PROCESOS DE FABRICACIÓN

Reducción Directa y MIDREX El gas reductor se produce por una mezcla de gas natural (por lo general metano) y gas reciclado proveniente del horno de reducción. La mezcla fluye a través de tubos catalizadores donde se convierte químicamente a un gas que contiene hidrógeno y monóxido de carbono. La temperatura deseada del gas reductor es de alrededor de los 900 °C. El gas asciende por la columna del material en contracorriente y elimina el oxígeno de los transportadores de hierro. El producto, hierro de reducción directa, generalmente tiene un contenido total de hierro que oscila del 90% al 94% de Fe.

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Reducción Directa y MIDREX Después de que el hierro de reducción directa sale por el fondo de la cuba, puede comprimirse en el estado caliente a Hierro Briqueteado en Caliente (HBC) para un almacenaje y transporte seguros. El HRD y el HBC son fuentes de hierro virgen libre de elementos extraños y se usan cada vez más en los hornos de arco eléctrico para diluir los contaminantes presentes en la chatarra. HRD: Hierro de Reducción Directa. HBC: Hierro Briqueteado en Caliente (HBC).

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Proceso de fabricación del Acero Eléctrico Un horno de Arco Eléctrico Fabrica (EAF, por sus siglas en inglés) nuevo acero de la chatarra vieja de acero. Se trata de una caldera de acero con una tapa gigante forrada con material refractario de cerámica resistente al calor.

Su tapa se levanta para la carga con chatarra. La tapa también contiene los tres electrodos de grafito que crean el arco eléctrico para fundir la chatarra en acero nuevo. Después de la carga, se bajan los electrodos en la chatarra y se alimenta de energía al horno. La electricidad se arquea entre los electrodos generando el calor necesario para fundir la chatarra de acero. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Acero Eléctrico Los compuestos fundentes eliminan las impurezas. Para obtener más calor, las siderúrgicas inyectan carbón pulverizado y el oxígeno para complementar el calor eléctrico. Aproximadamente un tercio del calor en los hornos de arco eléctrico proviene de la inyección de combustible y del oxígeno.

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Acero Siemens – Martin Se trata de un horno de reverbero, es decir, el calor se aplica a los materiales por reflejo de una bóveda. Constan esencialmente de un hogar. Un laboratorio con solera y bóveda y de una chimenea. El tipo más sencillo quema hulla en una parrilla y la llama, con los productos de la combustión se refleja (reverbera) en la bóveda o techo del horno, atraviesan el espacio que hay sobre la solera (donde se sitúa la carga metálica) y son evacuados por la chimenea, colocada en el extremo opuesto a la parrilla.

En la actualidad se emplean más los combustibles gaseosos, Líquidos y el carbón pulverizado, los cuales se Insuflan en el horno, mezclados con aire precalentado, por medio de un quemador situado en un extremo.

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Acero Martin-Siemens La fundición de hierro fabricada en estos hornos puede tener una composición más precisa que la obtenida en el cubilote; por ello se emplean para obtener la fundición blanca destinada a la maleabilización. Otras veces se emplea en dúplex con los cubilotes, donde se funde previamente el metal y después se transfiere al horno de reverbero, donde se ajusta más exactamente la composición.

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PROCESOS DE FABRICACIÓN Acero Siemens – Martin ácido Si el revestimiento del horno es sílice es acido. Los refractarios ácidos entorpecen la eliminación del fósforo del arrabio.

Acero Siemens – Martin Básico Si el revestimiento del horno es magnesio es básico. Si el arrabio es rico en Fosforo, las paredes del horno se recubren de óxido de magnesio y se añaden trozos de piedra caliza, estos elementos reaccionan entre si para producir compuestos que flotan en la escoria eliminando parte del azufre.

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FUNDICIONES DE HIERRO Propiedades de las fundiciones Peso específico de las fundiciones El peso específico varía con la composición y por consiguiente con el aspecto de la fundición; se puede admitir, por término medio: Fundición gris = 7 a 7,2

Fundición atruchada = 7,3 a 7,4 Fundición blanca = 7,4 a 7,6

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ANEXO 3 FUNDICIONES DE HIERRO

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FUNDICIONES DE HIERRO Propiedades de las fundiciones Resistencia a la tracción Resistencia al choque

Dureza Resistencia química

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FUNDICIONES DE HIERRO Resistencia a la tracción La fundición gris tiene una resistencia de rotura a la tracción de 15 Kg/mm2, y llega a hasta los 45 Kg/mm2. Las fundiciones aleadas y las esferoidales sobrepasan este límite llegando a cargas que se pueden comparar a las de los aceros de calidad (70 y hasta 80 Kg/mm2 ) en las fundiciones maleables las cargas de rotura son de por lo menos 32 Kg/mm2, generalmente en torno a 40 Kg/mm2. La resistencia a la comprensión es mayor, y para las fundiciones grises normales resulta cerca de tres veces la de la tracción, como vemos, es aconsejable someter las piezas de fundición a esfuerzos de compresión, más bien que a los de tracción.

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FUNDICIONES DE HIERRO Resistencia al choque Las fundiciones grises, no resisten muy bien los choque y son frágiles porque no sufren deformaciones plásticas. Las fundiciones grises tienen un óptimo comportamiento, por su propiedad característica de amortiguar las vibraciones, por esto (además de por razones económicas) se ha llegado a sustituir los cigüeñales de acero tratado para compresores y para motores de combustión interna, por árboles colados con fundición gris, obteniéndose un funcionamiento más regular más suave y menos ruidoso.

Las fundiciones maleables, por el contrario, y las de grafito nodular (fundiciones dúctiles) resisten bien; siempre y cuando los choques estén contenidos en el límite de seguridad.

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FUNDICIONES DE HIERRO Dureza La dureza de la fundición es relativamente elevada. La fundición gris tiene una dureza de 140 a 250 Brinell, se puede mecanizar fácilmente, porque la viruta se desprende mejor y por la presencia de grafito liberado, que lubrica el paso de la viruta sobre el corte de la herramienta, la Viruta es siempre escamosa, excepto en las fundiciones maleables y en las de grafito nodular. La fundición blanca tiene una dureza superior a 350 a 400 Brinell. Hasta cerca de 550 Brinell se pueden mecanizar con herramientas de carburo; más allá, requieren la piedra de esmeril.

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FUNDICIONES DE HIERRO Resistencia química La fundición tiene una discreta resistencia química, es decir, a los ácidos, a los álcalis, a las oxidaciones y al fuego. Por esto se hacen elementos para máquinas e instalaciones químicas y elementos para máquinas e instalaciones térmicas (parrillas, por ejemplo, calderas).

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundición Gris El hierro gris se utiliza bastante en aplicaciones como bases o pedestales para máquinas, herramientas, bastidores para maquinaria pesada, y bloques de cilindros para motores de vehículos, discos de frenos, herramientas agrícolas entre otras.

Clase Resistencia a la tracción - (psi) 20 - 24000 30 - 34000 40 - 44000 50 - 54000 60 - 64000

Dureza Brinell

Estructura

130 - 180 170 - 210 210 - 260 240 - 280 260 - 300

F,P F,P,G P,G P,G B,G

Clasificación de las fundiciones grises según la norma ASTM A48-41. F: ferrita; P: perlita; G: grafito; B: bainita MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundición nodular Este tipo de fundición se caracteriza por que en ella el grafito aparece en forma de esferas minúsculas y así la continuidad de la matriz se interrumpe mucho menos que cuando se encuentra en forma laminar, esto da lugar a una resistencia a la tracción y tenacidad mayores que en la fundición gris ordinaria. La fundición nodular se diferencia de la fundición maleable en que normalmente se obtiene directamente en bruto de colada sin necesidad de tratamiento térmico posterior.

El contenido total de carbono de la fundición nodular es igual al de la fundición gris.

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundición nodular Las fundiciones nodulares perlíticas presentan mayor resistencia pero menor ductilidad y maquinabilidad que las fundiciones nodulares ferríticas.

Microestructura de la fundición nodular ferrítico perlítica

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundición nodular

Clasificación de la fundición nodular teniendo en cuenta sus características mecánicas de acuerdo con la norma ASTM A-536. Clase Res

Lím de fluencia (psi)

60-40-18 65-45-12 80-55-06 100-70-03 120-70-02

42000 45000 56000 70000 84000

28000 32000 38000 47000 63000

Dureza Brinell

149 - 187 170 - 207 187 - 255 217 - 267 240 - 300

Alargamiento (%)

18 12 6 3 2

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundición Blanca Al enfriarse las fundiciones desde 1130 °C hasta 723 °C el contenido de carbono de la austenita varía de 2 a 0,8% C al precipitarse cementita secundaria que se forma sobre las partículas de cementita ya presentes, a los 723 °C la austenita se transforma en perlita, el eutectoide de los aceros. La fundición blanca se utiliza en cuerpos moledores por su gran resistencia al desgaste, el enfriamiento rápido evita la grafitización de la cementita pero si se calienta de nuevo la pieza colada a una temperatura de 870 °C el grafito se forma lentamente adoptando una forma característica conocida como carbono de revenido, resultando la fundición maleable. La matriz de la fundición puede ser ferrítica o perlítica si la aleación se enfría más rápidamente a partir de los 723 °C al final del tratamiento de maleabilización. Las fundiciones maleables se utilizan en la fabricación de partes de maquinaria agrícola, industrial y de transporte. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundición Blanca

Microestructura de la fundición blanca MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundiciones de baja y media aleación Estas fundiciones suelen contener cantidades de níquel, cromo, molibdeno y cobre en porcentajes generalmente inferiores al 1,5%. En estas fundiciones de gran resistencia, es frecuente que los elementos aleados estén en la proporción de una parte de cromo y dos o tres partes de níquel.

El cobre y el molibdeno, en general, suelen encontrarse en cantidades relativamente pequeñas, empleándose estos elementos unas veces solos y otras con níquel o cromo, o con ambos a la vez. En ocasiones mucho menos frecuentes, estas fundiciones contienen también pequeñas cantidades de titanio y vanadio, que son añadidos principalmente para conseguir disminuir el tamaño de las láminas de grafito o para afinar la matriz, y para mejorar también la resistencia al desgaste. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundiciones de alta resistencia a la tracción En este grupo se incluyen una gran variedad de fundiciones de composiciones muy diversas y resistencia a la tracción, variables de 25 a 50 kg/mm2, a este grupo pertenecen ciertas fundiciones al níquel, fundiciones al cromo, al cromo-níquel, al cobre etc. Una de las ventajas más importantes del empleo de los elementos de aleación, es que con ellos se evita la formación de grandes laminas de grafito y se aumenta la resistencia de la matriz.

También es importante señalar que la presencia de esos elementos reducen la susceptibilidad de las fundiciones a las variaciones de sección. Es decir, se consiguen que las propiedades sean 10 más constantes en piezas de diferentes espesores. Además, la matriz de las fundiciones aleadas tienen más resistencia y dureza que la matriz de las fundiciones ordinarias. Como es tan grande el número de fundiciones que pertenecen a este grupo y tan numerosas y particulares sus aplicaciones, es difícil señalar las características propias de cada composición. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundiciones martensíticas resistentes al desgaste Para la fabricación de piezas que deban tener gran resistencia al desgaste, o que exijan muy altas durezas o deban sufrir grandes presiones, se emplean fundiciones martensíticas al níquel y al manganeso. Las fundiciones martensíticas más utilizadas son las blancas. Sin embargo, también se fabricaban fundiciones martensíticas que son de usos mas restringidos. Fundiciones martensíticas blancas al níquel Estas fundiciones suelen contener 4,5% de níquel, 2% de cromo, y bajo silicio 0,50 %, alcanzándose con ellas durezas variables de 500 a 700 Brinell. En Norte América estas fundiciones martensíticas al níquel que son fundiciones blancas son conocidas con la denominación Ni - hard.

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundiciones martensíticas resistentes al desgaste Fundiciones martensíticas grises Suelen conocerse a veces con la denominación de fundiciones autotemplables por la elevada dureza 400 a 45º Brinell que adquieren directamente de la colada sin ningún tratamiento. No pueden ser mecanizadas con herramientas ordinarias.

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundiciones resistentes al calor con 1% de cromo Una de las dificultades del empleo de las fundiciones ordinarias para ciertos usos es el hinchamiento que experimentan cuando sufren calentamiento a temperaturas superiores a 450 °C .

Para muy elevadas temperaturas de servicio y en ocasiones en que no importa mucho el precio, se emplean fundiciones austeníticas con 15 o 20% de níquel. Pero cuando el calentamiento del material no pasa de los 700 °C y no se pueden emplear materiales caros, se pueden usar las fundiciones aleadas con pequeños porcentajes de cromo y bajo contenido en silicio, con las que se obtienen muy buenos resultados. Se pueden usar de 0,6 a 1,25% de cromo que actúa como elemento estabilizador de carburos y contenidos bajos en silicio de 1,5 a 2% para limitar la grafitización, que es una de las causas de hinchamiento. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundiciones de alta dureza con 1 a 3 % de cromo Empleando contenidos de cromo variables de 1 a 2% se obtienen fundiciones blancas de dureza muy elevada. Estas fundiciones se emplean bastante poco, casi exclusivamente en casos en que interesa gran resistencia al desgaste y a la abrasión, y no importa mucho la tenacidad del material.

Se utilizan en la fabricación de placas de blindaje, piezas de rozamiento, zapatas de freno, guías de rodadura, son muy empleadas en fundiciones blancas de 2 a 3% de cromo, con durezas variables 400 a 450 Brinell.

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundiciones aleadas al cromo Las fundiciones con alto porcentaje de cromo se pueden clasificar en dos familias: 1.Fundiciones con 6 a 25% de cromo, que son fundiciones blancas de muy elevada dureza: 400 a 550 Brinell. 2. Fundiciones de 33% de cromo, que son de estructura ferrítica. Las primeras son de gran resistencia al desgaste y buena resistencia al calor, y las segundas tienen muy buena resistencia a la oxidación a temperaturas muy elevadas. La influencia que ejercen diversos contenidos de cromo, así como las microestructuras y características que se obtienen en cada caso, se verán a continuación. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundiciones aleadas al cromo El cromo en porcentajes de 0,10 a 0,20% afina la perlita y el grafito de las fundiciones ordinarias. Con 1% de cromo se provoca ya la aparición de carburos de gran dureza, que además son muy estables a altas temperaturas. Con 2% de cromo desaparece el grafito. La fundición gris se convierte en blanca y la proporción de carburos de cromo aumenta. Con 6% la matriz es perlítica y la cantidad de carburos que aparecen en la micro estructura es ya muy importante. A partir de 12% de cromo, los carburos se afinan y se disponen en red apareciendo austenita en la microestructura. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundiciones aleadas al cromo Cuando se llega a 30% de cromo, se observa que la matriz es ya ferrítica y que en ella hay pequeñas cantidades del eutéctico (ferrita - carburo de cromo). Estas fundiciones no tienen ya puntos de transformación en el calentamiento y en su estructura aparecen carburos de cromo fino incrustados en la matriz. Las fundiciones de muy alto porcentaje de cromo pueden resistir bien a la oxidación y a la corrosión. Se consigue buena resistencia a la oxidación cuando el contenido en cromo es por lo menos igual a 10 veces el del carbono, además resistirán también a la corrosión cuando el cromo es más de 15 veces el carbono.

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FUNDICIONES DE HIERRO Fundiciones aleadas con aluminio La adición de cantidades de aluminio superiores al 6,5% hace desaparecer el grafito en las fundiciones y hace que aparezca la matriz formada por ferrita y carburos complejos. Esta estructura ferrítica como la de las fundiciones al silicio es muy inoxidable y refractaria al calor.

Las dos clases más importantes son: Las fundiciones con 7% de aluminio que tienen buena resistencia al fuego y pueden utilizarse hasta 950 °C Se mecanizan bastante bien. Su resistencia a la tracción es de unos 18 kg/mm2 y su dureza 300 Brinell.

Las fundiciones con más de 8% de aluminio que tienen muy buena resistencia a la oxidación y pueden ser utilizadas a más altas temperaturas, hasta unos 1000 °C. Son difíciles de mecanizar salvo a la rectificación. Su resistencia a la tracción es de unos 13 kg/mm2 y su dureza suele variar de 250 a 500 Brinell. MATERIALES USADOS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS Y SU SELECCIÓN . Septiembre, 2014

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