Combinación de elementos de acero aleado

Los principales elementos de aleación del acero de aleación son silicio, manganeso, cromo, níquel, molibdeno, tungsteno, vanadio, titanio, niobio, circonio, cobalto, aluminio, cobre, boro, tierras raras, etc.
1. Carbono (C): A medida que aumenta el contenido de carbono en el acero, aumentan el límite elástico y la resistencia a la tracción, pero disminuyen la plasticidad y la resistencia al impacto. Cuando el contenido de carbono supera el 0,23 %, el rendimiento de soldadura del acero se deteriora, por lo que se utiliza para soldadura. En el acero estructural de baja aleación, el contenido de carbono generalmente no supera el 0,20 %. Un alto contenido de carbono también reduce la resistencia a la corrosión atmosférica del acero, y el acero con alto contenido de carbono en los corrales de almacenamiento al aire libre se oxida fácilmente. Además, el carbono puede aumentar la fragilidad en frío y la sensibilidad al envejecimiento del acero.
2. Silicio (Si): El silicio se añade como agente reductor y desoxidante durante el proceso de fabricación de acero, por lo que el acero calmado contiene entre un 0,15 % y un 0,30 % de silicio. Si el contenido de silicio en el acero supera el 0,50 % y el 0,60 %, se considera un elemento de aleación. El silicio puede aumentar significativamente el límite elástico, el límite elástico y la resistencia a la tracción del acero, por lo que se utiliza ampliamente en aceros para muelles. Añadir entre un 1,0 % y un 1,2 % de silicio al acero estructural templado y revenido puede aumentar su resistencia entre un 15 % y un 20 %. El silicio se combina con molibdeno, tungsteno, cromo, etc., para mejorar la resistencia a la corrosión y a la oxidación, y puede utilizarse para fabricar acero resistente al calor. El acero con bajo contenido de carbono, que contiene entre un 1 % y un 4 % de silicio, tiene una permeabilidad magnética extremadamente alta y se utiliza en la industria eléctrica para fabricar láminas de acero al silicio. Un mayor contenido de silicio reducirá el rendimiento de la soldadura del acero.

3. Manganeso (Mn): En la fabricación de acero, el manganeso es un buen desoxidante y desulfurante. Generalmente, el acero contiene entre un 0,30 % y un 0,50 % de manganeso. Cuando se añade más del 0,70 % al acero al carbono, se denomina "acero al manganeso". El acero con mayor contenido de manganeso que el acero convencional no solo ofrece suficiente tenacidad, sino también mayor resistencia y dureza, mejora la templabilidad y el rendimiento del trabajo en caliente. Por ejemplo, el límite elástico del acero 16Mn es un 40 % superior al del acero A3. El acero con un contenido de manganeso del 11 % al 14 % presenta una resistencia al desgaste extremadamente alta y se utiliza en cucharones de excavadoras, revestimientos de molinos de bolas, etc. Un mayor contenido de manganeso reduce la resistencia a la corrosión del acero y reduce el rendimiento de la soldadura.
4. Fósforo (P): En circunstancias normales, el fósforo es un elemento perjudicial para el acero, lo que aumenta su fragilidad en frío, empeora el rendimiento de la soldadura, reduce la plasticidad y empeora el rendimiento de la flexión en frío. Por lo tanto, el contenido de fósforo en el acero suele ser inferior al 0,045 %, y el requisito para un acero de alta calidad es aún menor.
5. Azufre (S): El azufre también es un elemento perjudicial en circunstancias normales. Provoca fragilidad en caliente del acero, reduce su ductilidad y tenacidad, y causa grietas durante el forjado y el laminado. El azufre también perjudica el rendimiento de la soldadura, reduciendo la resistencia a la corrosión. Por lo tanto, el contenido de azufre suele ser inferior al 0,055 %, y el acero de alta calidad debe ser inferior al 0,040 %. Añadir entre un 0,08 % y un 0,20 % de azufre al acero puede mejorar su maquinabilidad y se suele denominar acero de fácil mecanización.
6. Cromo (Cr): En acero estructural y acero para herramientas, el cromo puede mejorar significativamente la resistencia, la dureza y la resistencia al desgaste, pero al mismo tiempo reduce la plasticidad y la tenacidad. El cromo también puede mejorar la resistencia a la oxidación y la corrosión del acero, por lo que es un importante elemento de aleación del acero inoxidable y del acero resistente al calor.

7. Níquel (Ni): El níquel puede mejorar la resistencia del acero, manteniendo una buena plasticidad y tenacidad. El níquel posee una alta resistencia a la corrosión por ácidos y álcalis, además de ser antioxidante y resistente al calor a altas temperaturas. Sin embargo, dado que el níquel es un recurso escaso, se recomiendan otros elementos de aleación en lugar del acero al níquel-cromo.
8. Molibdeno (Mo): El molibdeno puede refinar los granos del acero, mejorar la templabilidad y la resistencia térmica, y mantener una resistencia suficiente y una buena resistencia a la fluencia a altas temperaturas (la tensión prolongada a altas temperaturas causa deformación, conocida como fluencia). Añadir molibdeno al acero estructural puede mejorar las propiedades mecánicas. También puede reducir la fragilidad del acero aleado causada por el temple. En el acero para herramientas, se puede mejorar el enrojecimiento.
9. Titanio (Ti): El titanio es un potente desoxidante del acero. Puede densificar la estructura interna del acero y refinar la fuerza del grano; reduce la sensibilidad al envejecimiento y la fragilidad en frío. Mejora el rendimiento de la soldadura. La adición de titanio adecuado al acero inoxidable austenítico cromo-níquel-9 puede evitar la corrosión intergranular.
10. Vanadio (V): El vanadio es un excelente desoxidante para el acero. Añadir un 0,5 % de vanadio al acero puede refinar la estructura granular y mejorar la resistencia y la tenacidad. El carburo formado por vanadio y carbono puede mejorar la resistencia a la corrosión por hidrógeno a altas temperaturas y presiones.

11. Tungsteno (W): El tungsteno tiene un punto de fusión alto y una gran gravedad específica. Es un elemento de aleación esencial para la vida. El tungsteno y el carbono forman carburo de tungsteno, que posee alta dureza y resistencia al desgaste. Añadir tungsteno al acero para herramientas puede mejorar significativamente la dureza en rojo y la resistencia térmica, y se utiliza en herramientas de corte y matrices de forja.
12. Niobio (Nb): El niobio puede refinar los granos, reducir la sensibilidad al sobrecalentamiento y la fragilidad del acero, y aumentar su resistencia, pero reduce su plasticidad y tenacidad. Añadir niobio al acero común de baja aleación puede mejorar su resistencia a la corrosión atmosférica y a la corrosión por hidrógeno, nitrógeno y amoníaco a altas temperaturas. El niobio mejora las propiedades de soldadura. Añadir niobio al acero inoxidable austenítico puede prevenir la corrosión intergranular.
13. Cobalto (Co): El cobalto es un metal precioso raro, utilizado principalmente en aceros y aleaciones especiales, como aceros resistentes al calor y materiales magnéticos.
14. Cobre (Cu): El acero fabricado por Wuhan Iron and Steel Co., Ltd. a partir del mineral Daye suele contener cobre. El cobre puede mejorar la resistencia y la tenacidad, especialmente la resistencia a la corrosión atmosférica. La desventaja es que es propenso a la fragilidad térmica durante el procesamiento en caliente, y su plasticidad se reduce significativamente cuando el contenido de cobre supera el 0,5 %. Cuando el contenido de cobre es inferior al 0,50 %, no afecta la soldabilidad.
15. Aluminio (Al): El aluminio es un desoxidante de uso común en el acero. Añadir una pequeña cantidad de aluminio al acero puede refinar los granos y mejorar la tenacidad al impacto, como el acero 08Al para la embutición profunda de placas delgadas. El aluminio también posee propiedades antioxidantes y anticorrosivas. La combinación de aluminio, cromo y silicio puede mejorar significativamente la resistencia al pelado y a la corrosión a alta temperatura del acero. La desventaja del aluminio es que afecta el rendimiento del acero en el procesamiento en caliente, la soldadura y el corte.
16. Boro (B): Agregar una pequeña cantidad de boro al acero puede mejorar la densidad y las propiedades de laminado en caliente del acero y aumentar su resistencia.
17. Nitrógeno (N): El nitrógeno puede mejorar la resistencia, la tenacidad a bajas temperaturas y la soldabilidad del acero y aumentar la sensibilidad al envejecimiento.
18. Tierras raras (Xt): Los elementos de tierras raras se refieren a los 15 elementos lantánidos con números atómicos del 57 al 71 en la tabla periódica. Todos estos elementos son metales, pero sus óxidos son muy similares a la "tierra", por lo que se les suele llamar tierras raras. Añadir tierras raras al acero puede modificar la composición, la forma, la distribución y las propiedades de las inclusiones, mejorando así diversas propiedades del acero, como la tenacidad, la soldabilidad y las propiedades de trabajo en frío. Añadir tierras raras al acero de arado puede mejorar la resistencia al desgaste.
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