miércoles, 4 de abril de 2018

El acero: clasificación y breve historia


El acero es una aleación de hierro y carbono. Los aceros pueden contener otros elementos, en parte debido al propio proceso de obtención, o bien porque han sido añadidos a propósito; estos elementos secundarios son el silicio, el manganeso, el fósforo, el azufre, el oxígeno, el hidrógeno y el nitrógeno. Además, existen a menudo pequeñas cantidades de metales, como cromo, cobre y níquel, y otros constituyentes que suelen proceder de las chatarras aprovechadas para su fabricación. El añadido intencional de estos componentes en los aceros alados responde a la necesidad de obtener determinadas propiedades.

Acero y economia
La producción de acero se remonta a la Antigüedad. La actividad siderúrgica empezó a desarrollarse en aquellas regiones en las que había yacimientos de hierro de fácil acceso y suficiente carbón para utilizarlo como combustible.


- Clasificación de los aceros


Los aceros se clasifican por su composición química y por su aplicación. En función de la primera de estas características resultan tres grupos: aceros sin alear, aceros semialeados y aceros aleados.

La clasificación de los aceros por su utilización permite distinguir dos grupos: aceros comunes y de calidad, y aceros nobles. Los aceros sin alear y semialeados se consideran generalmente aceros comunes y de calidad, incluso los de elevada pureza. Si además del elevado grado de pureza se exigen otras condiciones para garantizar determinadas propiedades (por ejemplo, características constantes de tratamiento térmico), entonces también los aceros sin alear y los semialeados de alto grado de pureza entran a formar parte del grupo de los aceros nobles. En este apartado se incluyen, generalmente, los aceros aleados.

Con frecuencia, los aceros se dividen según su aplicación inmediata; así, se habla de acero para la construcción, acero para armar, acero para herramientas, etc. También se distinguen a menudo por el proceso de obtención –aceros Thomas, Siemens-Martin, Bessemer y aceros al horno eléctrico–. Esta diferenciación va desapareciendo poco a poco, porque existe ya una gran variedad de procedimientos, todos adecuados, especialmente los sistemas que operan con oxígeno insuflado.


- Breve historia del acero


A medida que los pueblos fueron desarrollándose, adquirieron conocimientos sobre la obtención del hierro y pudieron emplear este material para la construcción de armas y herramientas. Según se desprende del alto contenido en níquel de los primeros objetos de hierro encontrados, el metal utilizado procedía de meteoritos. Los primeros vestigios de hierro aparecen en Asia Menor y probablemente corresponden al pueblo de los cálibes, asentado en el sudoeste del mar Negro. Importantes muestras del desarrollo que alcanzó el trabajo del hierro en la Antigüedad son el tesoro de objetos de este material que poseía el rey Sargón II de Nínive (s. VIII a.C.), la artesanía egipcia o la consumada técnica de construcción de armas de los romanos.

En el ámbito europeo la Edad del Hierro comenzó en el siglo X a.C. y se prolongó hasta el III a.C.; se encuentra bien documentada en Alemania, gracias al hallazgo de numerosas puntas de lanza y hachas. Excavaciones relativamente recientes evidencian un amplio desarrollo de la siderurgia entre los pobladores de la región de Siegerland durante los siglos V a I a.C. Allí se encontró, en 1934, un horno acampanado que pudo ser extraído intacto. Se han realizado descubrimientos semejantes en la Baja Sajonia y en la región de Sauerland. El primer establecimiento industrial para la fundición del hierro conocido en la historia es, probablemente, el de la región de Ahrweilerwald.

La técnica de la siderurgia progresó con rapidez en las regiones en las que existían minerales de hierro de gran riqueza, fácilmente reducibles, y donde había suficiente madera para obtener el carbón necesario en el proceso de reducción. Habitualmente, el mineral de hierro, una vez lavado y tostado, era fundido con carbón vegetal en hornos de barro o piedra, excavados en zanjas y pozos. Denominados también hogares, estos hornos funcionaban, en origen, con tiro de aire natural; más tarde se usaron fuelles accionados a mano. En primer lugar, se obtenía un nódulo de hierro forjable, o acero, del tamaño de la cabeza de un niño; tras sucesivas operaciones de caldeo y de forja, se eliminaba la escoria que tenía adherida y entremezclada, empleándose a continuación el metal resultante para la confección de objetos diversos.

En la etapa final de la Edad Media se idearon fuelles movidos hidráulicamente y se construyeron hornos de paredes cada vez más altas; surgió así el horno de fosa. Como en el hogar, en los hornos perfeccionados se obtenía un producto que, una vez eliminada la escoria, se forjaba directamente, y cuyas dimensiones eran bastantes mayores que las de los nódulos conseguidos en los hornos primitivos. Resultó entonces insuficiente la fuerza muscular para trabajar en la forja las piezas de hierro, de modo que se recurrió también a la energía hidráulica para accionar el martillo. El gran cambio que trajo consigo la introducción del alto horno fue un rendimiento térmico más perfecto; se alcanzaron temperaturas suficientemente elevadas para lograr la fusión completa del hierro, en lugar de su reblandecimiento en esta pastoso, tal y como sucedía en los hornos anteriores. No se puede asegurar con certeza en qué momento se puso en marcha el primer horno alto, ni dónde se obtuvo su primer arrabio (hierro colado). Ciertamente, su descubrimiento no fue casual –los procedimientos para fundir completamente, en hornos de fosa, plomo, estaño y cobre, no eran desconocidos–. Hacia el año 1500 estaba generalizada la técnica de la colada, actividad que, probablemente, se inició en la región de Siegerland, donde pronto floreció una importante industria siderúrgica con variados productos: tuberías, campanas, parrillas, pesas, etc.

En 1709, Abraham Darby logró la primera fundición que procedía de un horno alto, cuyo único combustible era el coque. Al principio, la transformación en acero del arrabio fabricado a pleno rendimiento en los hornos altos no pudo alcanzar el ritmo precisado por esta producción, porque la capacidad de los hornos de afino utilizados era muy limitada. Tuvieron que pasar varios decenios antes de que la sustitución del carbón vegetal o la hulla se aplicara también a la producción de acero. La principal dificultad derivada del hecho de que el acero no podía estar en contacto con el carbón mineral o con el coque, puesto que se combinaba con el azufre y resultaba quebradizo en caliente. Este inconveniente fue eliminado gracias al horno de pudelado ideado por Henry Cort en 1784, en el cual el acero se hallaba en contacto con gases de combustión ricos en oxígeno. Para conseguir que el caldo en fusión estuviera siempre expuesto a la acción de gases oxidantes enérgicos, era constantemente removido; de la referida operación proviene el nombre del sistema de afino descrito (el verbo inglés to puddle significa "remover"). Tan pronto como se pudo emplear carbón mineral, tanto para la producción de arrabio como para la de acero, la penuria de combustibles dejó de ser un obstáculo para el ulterior desarrollo de la siderurgia.

Así como las máquinas medievales –las ruedas accionadas hidráulicamente– influyeron de forma decisiva en el avance de la siderurgia, la posterior aparición de la máquina de vapor representó una valiosa ayuda para el desarrollo de la industria del acero. Su aplicación no quedó reducida a la mejora de la alimentación forzada de aire para los hornos, sino que se empleó también para accionar máquinas –como trenes de laminación y martillos de forja– cada vez más potentes, lo que contribuyó a aumentar la producción. Hasta mediados del siglo XVIII la única herramienta empleada para trabajar el hierro y el acero había sido el martillo; en 1773 se construyó una laminadora para chapa en la región de Rasselstein, cerca de Neuwied. Aproximadamente hacia 1820 se empezó a laminar alambre en Alemania; diez años más tarde se fabricaban angulares, y en 1835 se laminaban los primeros carriles ferroviarios. En 1852, la sociedad Phoenix instaló en Eschweiler-Aue el primer taller de laminación para perfiles en doble T.