El acero de alta resistencia y baja aleación ( HSLA ) es un tipo de acero aleado que proporciona mejores propiedades mecánicas o mayor resistencia a la corrosión que el acero al carbono . Los aceros HSLA se diferencian de otros aceros en que no están fabricados para cumplir con una composición química específica, sino con propiedades mecánicas específicas. Tienen un contenido de carbono entre 0,05 y 0,25% para conservar la conformabilidad y soldabilidad . Otros elementos de aleación incluyen hasta un 2,0 % de manganeso y pequeñas cantidades de cobre , níquel , niobio , nitrógeno , vanadio , cromo , molibdeno , titanio , calcio , elementos de tierras raras o circonio . [1] [2] Se añaden cobre, titanio, vanadio y niobio con fines de fortalecimiento. [2] Estos elementos están destinados a alterar la microestructura de los aceros al carbono, que suele ser un agregado de ferrita - perlita , para producir una dispersión muy fina de carburos de aleación en una matriz de ferrita casi pura. Esto elimina el efecto reductor de la tenacidad de una fracción de volumen perlítica pero mantiene y aumenta la resistencia del material refinando el tamaño del grano, lo que en el caso de la ferrita aumenta el límite elástico en un 50% por cada reducción a la mitad del diámetro medio del grano. El aumento de las precipitaciones también desempeña un papel menor. Sus límites elásticos pueden oscilar entre 250 y 590 megapascales (36 000 y 86 000 psi). Debido a su mayor resistencia y tenacidad, los aceros HSLA generalmente requieren entre un 25 y un 30% más de potencia para formarse, en comparación con los aceros al carbono. [2]
Se añaden cobre, silicio, níquel, cromo y fósforo para aumentar la resistencia a la corrosión. Se agregan circonio, calcio y elementos de tierras raras para controlar la forma de la inclusión de sulfuro, lo que aumenta la formabilidad. Estos son necesarios porque la mayoría de los aceros HSLA tienen propiedades direccionalmente sensibles. La formabilidad y la resistencia al impacto pueden variar significativamente cuando se prueban longitudinal y transversalmente a la fibra. Las curvaturas que son paralelas a la fibra longitudinal tienen más probabilidades de agrietarse alrededor del borde exterior porque experimenta cargas de tracción. Esta característica direccional se reduce sustancialmente en los aceros HSLA que han sido tratados para controlar la forma del sulfuro. [2]
Se utilizan en automóviles, camiones, grúas, puentes, montañas rusas y otras estructuras diseñadas para soportar grandes cantidades de tensión o que necesitan una buena relación resistencia-peso. [2] Las secciones y estructuras de acero HSLA suelen ser entre un 20 y un 30% más ligeras que un acero al carbono con la misma resistencia. [3] [4]
Los aceros HSLA también son más resistentes a la oxidación que la mayoría de los aceros al carbono debido a su falta de perlita, las finas capas de ferrita (hierro casi puro) y cementita en la perlita. [5] Los aceros HSLA suelen tener densidades de alrededor de 7800 kg/m 3 . [6]
Las placas de blindaje militar están hechas principalmente de aceros aleados, aunque algunas armaduras civiles contra armas pequeñas ahora están hechas de aceros HSLA con enfriamiento a temperaturas extremadamente bajas. [7]
Un tipo común de acero microaleado es el HSLA de conformabilidad mejorada. Tiene un límite elástico de hasta 80.000 psi (550 MPa) pero cuesta sólo un 24% más que el acero A36 (36.000 psi (250 MPa)). Una de las desventajas de este acero es que es entre un 30 y un 40% menos dúctil . En EE.UU., estos aceros están dictados por las normas ASTM A1008/A1008M y A1011/A1011M para chapa y A656/A656M para placas. Estos aceros fueron desarrollados para la industria automotriz para reducir peso sin perder resistencia. Ejemplos de usos incluyen vigas de intrusión de puertas, miembros del chasis, soportes de montaje y refuerzo, piezas de dirección y suspensión, parachoques y ruedas. [2] [8]
Resistencia superior: Las placas HSLA brindan una resistencia excepcional, lo que las hace perfectas para aplicaciones de servicio pesado. Al mismo tiempo, reducen el peso total de estructuras o maquinaria.
Rentable: a pesar de sus propiedades mejoradas, las placas HSLA son rentables debido a su menor uso de material y su mayor vida útil.
Resistencia a la corrosión: Estas placas están diseñadas para resistir la corrosión, lo que garantiza una vida útil más larga incluso en entornos hostiles.
Soldabilidad mejorada: las placas HSLA son más fáciles de soldar, lo que permite procesos de fabricación y construcción eficientes.
Versatilidad: Con la capacidad de personalizarse en varios tamaños y dimensiones, las placas HSLA encuentran aplicaciones versátiles en diversas industrias. [9]
La Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) mantiene estándares para los grados de acero HSLA porque se utilizan a menudo en aplicaciones automotrices.
Rodadura controlada
La laminación controlada es un método para refinar el grano del acero mediante la introducción de una gran cantidad de sitios de nucleación para la ferrita en la matriz de austenita laminándola a una temperatura controlada con precisión, aumentando así la resistencia del acero. Hay tres etapas principales en la laminación controlada: [13]
1) Deformación en regiones de recristalización . En esta etapa, la austenita se recristaliza y refina, lo que permite el refinamiento de los granos de ferrita en una etapa posterior.
2) Deformación en regiones de no recristalización. Los granos de austenita se alargan mediante laminación. También pueden presentarse bandas de deformación dentro de la banda. Los límites de grano alargados y las bandas de deformación son sitios de nucleación de la ferrita.
3) Deformación en la región bifásica austenita-ferrita. Los nucleados de ferrita y la austenita se endurecen aún más.
Mecanismo de fortalecimiento
Los aceros HSLA laminados de control contienen una combinación de diferentes mecanismos de refuerzo. El principal efecto de fortalecimiento proviene del refinamiento del grano ( Fortalecimiento de los límites del grano ), en el que la resistencia aumenta a medida que disminuye el tamaño del grano. Los otros mecanismos incluyen el fortalecimiento de soluciones sólidas y el endurecimiento por precipitados de elementos microaleados. [14] [15] Después de que el acero pasa la temperatura de la región de austenita-ferrita, se fortalece aún más mediante endurecimiento por trabajo . [14] [13]
Los aceros HSLA laminados de control generalmente tienen mayor resistencia y tenacidad, así como una temperatura de transición dúctil-frágil [15] y propiedades de fractura dúctil más bajas. [14] A continuación se muestran algunos elementos microaleados comunes que se utilizan para mejorar las propiedades mecánicas.
Efecto de los elementos microaleados.
Niobio: Nb puede aumentar la temperatura de recristalización en alrededor de 100 °C, [13] extendiendo así la región de no recristalización y ralentizando el crecimiento del grano. Nb puede aumentar la resistencia y la tenacidad mediante el fortalecimiento precipitado y el refinamiento del grano. [15] Además, el Nb es un fuerte formador de carburo/nitruro; el Nb(C, N) formado puede dificultar el crecimiento del grano durante la transición de austenita a ferrita. [15]
Vanadio: V puede aumentar significativamente la resistencia y la temperatura de transición mediante el fortalecimiento por precipitado. [15]
Titanio: El Ti tiene un ligero aumento en su fortalecimiento a través del refinamiento del grano y el fortalecimiento por precipitado.
Nb, V y Ti son tres elementos de aleación comunes en los aceros HSLA. Todos ellos son buenos formadores de carburos y nitruros, [13] donde los precipitados formados pueden impedir el crecimiento del grano al fijar los límites del grano. También son todos formadores de ferrita, lo que aumenta la temperatura de transición de la región de dos fases austenita-ferrita y reduce la región de no recristalización. [13] La reducción en la región de no recristalización induce la formación de bandas de deformación y límites de grano activados, que son sitios alternativos de nucleación de ferrita distintos de los límites de grano. [13]
Otros elementos de aleación son principalmente para el fortalecimiento de soluciones sólidas, incluidos silicio, manganeso, cromo, cobre y níquel. [15]
{{cite journal}}: Mantenimiento CS1: DOI inactivo a partir de enero de 2024 ( enlace )