¿De qué está hecho el acero al carbono? Comprender las diferencias entre acero al carbono y acero inoxidable

En muchas industrias, los profesionales necesitan conocer las diferencias entre los tipos de acero utilizados en metalurgia. El acero al carbono y el acero inoxidable son dos metales comunes con propiedades y usos únicos, por lo que este artículo explicará de qué están hechos y los comparará de manera exhaustiva. Al consultar esta información sobre el acero inoxidable, las personas pueden comprender más sobre sus características especiales y dónde aplicarlas. Esta comprensión se vuelve necesaria al tomar decisiones durante la construcción o en cualquier otro campo que requiera una cuidadosa selección de materiales para fines de producción.

¿Qué es el acero al carbono?

¿Qué elementos componen el acero al carbono?

El hierro y el carbono constituyen la mayor parte del acero al carbono. Entre 0.05% y 2.0% es la cantidad promedio de carbono que contiene. Ocasionalmente, hay presentes pequeñas cantidades de metales como manganeso, silicio o cobre; sin embargo, esto rara vez cambia las características principales que definen lo que constituye "acero".

¿Cómo afecta el contenido de carbono al acero al carbono?

Las propiedades mecánicas y la usabilidad del acero al carbono se ven muy afectadas por la cantidad de carbono que contiene. Esto significa que si hay una mayor cantidad de carbono, la dureza y la resistencia del acero también aumentarán, aunque esto también lo hará menos dúctil y más quebradizo. Por otro lado, reducir su contenido de carbono hará que dicho acero sea más blando y dúctil, mejorando así también su soldabilidad y conformabilidad. Los diferentes niveles o cantidades de carbono también influyen a la hora de decidir dónde se puede utilizar mejor cada tipo de acero al carbono, por ejemplo, piezas de construcción versus bordes cortantes, entre otros.

Comparación entre acero al carbono y acero inoxidable

Tanto el acero al carbono como el acero inoxidable son aleaciones de hierro; sin embargo, las similitudes terminan ahí. El acero al carbono está compuesto principalmente de carbono, al que se le añaden trazas de otros elementos como silicio o manganeso. Por el contrario, los aceros inoxidables tienen un contenido mínimo de cromo del 10.5%; Este elemento reacciona con el oxígeno del aire o del agua para formar una capa protectora invisible (óxido de cromo) en su superficie, lo que les confiere propiedades de resistencia a la corrosión en muchos entornos diferentes, incluidos aquellos en los que los aceros comunes fallarían porque se oxidan fácilmente cuando se exponen sin protección durante demasiado largo.

• Resistencia al óxido: El acero inoxidable es sinónimo de resistencia a la oxidación debido a su composición de cromo, lo que lo hace perfecto para usar en lugares húmedos y otras condiciones corrosivas. Por el contrario, los aceros al carbono carecen de la capacidad de autorreparación contra la oxidación que se produce naturalmente a través de los mecanismos de pasivación inherentes a la mayoría de los grados de acero inoxidable; por lo tanto, si estos materiales no se recubren o tratan adecuadamente antes de exponerlos al aire libre (especialmente cerca de la humedad), se corroerán rápidamente.
• Fortalezas y durezas: En términos generales, los aceros inoxidables tienden a ser más blandos que los tipos endurecibles con alto contenido de carbono, aunque aún pueden alcanzar niveles de resistencia significativos mediante procesos de endurecimiento por trabajo como el laminado en frío, ofreciendo así un buen equilibrio entre ductilidad/facilidad de fabricación frente a las resistencias a la tracción máximas requeridas por algunos. aplicaciones, por ejemplo, estructuras aeroespaciales. Sin embargo, un mayor contenido de carbono conducirá a valores de dureza más altos pero también a ductilidades más bajas, ya que estas dos propiedades tienen una relación inversa.
• Gastos: El factor costo a menudo coloca al acero al carbono por delante de las opciones de acero inoxidable porque el cromo y el níquel (los elementos de aleación que crean resistencia a la corrosión) son más costosos que producir aceros básicos de baja aleación que se usan comúnmente en diversas industrias sin necesidad de adiciones especiales para requisitos de rendimiento específicos; por lo tanto, en general es más económico, aunque a veces pueden ser necesarios recubrimientos adicionales.
• Aplicaciones: La elección entre acero al carbono e inoxidable depende en gran medida de para qué los utilizará. Los aceros al carbono encuentran popularidad cuando la resistencia es lo más importante: hacer edificios lo suficientemente fuertes como para resistir terremotos o fabricar herramientas resistentes como martillos. Los aceros inoxidables son excelentes opciones en entornos donde no se puede tolerar la oxidación, como plantas de procesamiento de alimentos, hospitales y otras instalaciones médicas, así como aplicaciones marinas expuestas continuamente al agua de mar, etc.

En resumen, se debe elegir acero al carbono o acero inoxidable en función de la rentabilidad en relación con las propiedades mecánicas requeridas (resistencia, ductilidad...), las necesidades de resistencia a la corrosión en condiciones específicas de uso, etc.

¿Cuáles son los tipos de acero al carbono?

Diferencias entre acero con bajo contenido de carbono y acero con alto contenido de carbono

• Maquillaje: El acero con bajo contenido de carbono tiene menos del 0.3% de carbono, mientras que el acero con alto contenido de carbono tiene entre 0.6% y 1.0% de carbono.
• Potencia y dureza: En comparación con el acero con bajo contenido de carbono, que es relativamente blando y más dúctil, el acero con alto contenido de carbono posee mayor resistencia a la tracción y dureza.
• Soldabilidad: La razón por la que el acero con bajo contenido de carbono es más fácil de soldar es que contiene menos carbono; por el contrario, para no agrietarse durante la soldadura, los aceros con alto contenido de carbono necesitan técnicas de soldadura especiales.
• Aplicaciones: En el sector de la construcción se emplean ampliamente aceros con bajo contenido de carbono, así como en la industria de fabricación de carrocerías de vehículos o en la construcción de tuberías, mientras que las herramientas de corte requieren materiales muy resistentes, como por ejemplo muelles fabricados con este tipo de materiales: los componentes de estas máquinas también están expuestos a cargas más elevadas, por lo que se pueden producir a partir de aceros con alto contenido de carbono para un mejor rendimiento en condiciones de tensión.

Características del acero de medio carbono.

La composición del acero con contenido medio de carbono suele ser de entre un 0.3 y un 0.6 por ciento de carbono y entre un 0.60 y un 1.65 % de manganeso, situándose entre el menor contenido de carbono que se encuentra en los aceros con bajo contenido de carbono y el mayor que poseen los aceros con alto contenido de carbono.

• Fuerza y ​​Dureza: Por ejemplo, en este caso, el acero con contenido medio de carbono tiene una resistencia a la tracción y una dureza moderadas, lo que lo convierte en un material ideal para aplicaciones que requieren alta durabilidad sin ser quebradizo como los aceros con alto contenido de carbono, logrando así un equilibrio entre maleabilidad y dureza.
• También acero al carbono medio responde bien a tratamientos térmicos como el templado y revenido que pueden mejorar significativamente sus propiedades mecánicas; A través de procesos de tratamiento térmico como el enfriamiento y el revenido, se pueden lograr muchas mejoras en sus propiedades mecánicas.
• Maquinabilidad: Sin embargo, debido a estos mayores niveles de dureza, los aceros de medio carbono son más difíciles de mecanizar que los de bajo carbono, aunque tienen una maquinabilidad aceptable que podría mejorarse utilizando fluidos de corte y técnicas de herramientas adecuadas.
• Soldabilidad: Sin embargo, es necesario precalentarlo antes de soldarlo debido a algunos defectos de soldadura que pueden surgir cuando se suelda acero con medio contenido de carbono; por otro lado unas prácticas incorrectas de soldadura pueden provocar fisuras entre otros problemas.
• Aplicaciones: Algunas aplicaciones comunes incluyen componentes de automoción como ejes, cigüeñales, etc., piezas de maquinaria, engranajes, etc., vías de ferrocarril, etc.; Todos esos elementos prefieren la calidad combinada de resistencia y tenacidad, que es característica del acero al carbono.

Resumen de datos:

• Contenido de carbon: 0.3% a 0.6%.
• Contenido de manganeso: 0.60% a 1.65%.
• Resistencia a la tracción: Moderado (Dependiendo del Tratamiento Térmico).
• Dureza: Moderado (Aumenta con el Tratamiento Térmico).
• Maquinabilidad: Feria (Mejorada mediante Técnicas Adecuadas).
• Soldabilidad: Requiere Procedimientos Especiales.
• Aplicaciones clave: Piezas automotrices, componentes de maquinaria, engranajes, vías de ferrocarril.

Por lo tanto, podemos concluir que el acero con medio contenido de carbono tiene propiedades mecánicas equilibradas que lo convierten en un material excelente para su uso en una variedad de industrias donde se requiere una combinación de resistencia y ductilidad.

Usos del acero al carbono simple

Debido a su rentabilidad y versatilidad, el acero al carbono simple, también llamado acero dulce, es uno de los materiales más utilizados. Su uso principal es en partes estructurales de edificios o puentes debido a su resistencia y ductilidad. Además, este tipo de metal encuentra multitud de aplicaciones como la fabricación de tuberías, la fabricación de carrocerías de automóviles o distintos tipos de producción de maquinaria. Los aceros al carbono son fáciles de mecanizar, soldar o moldear, razón por la cual a menudo se eligen en la fabricación de herramientas, la construcción naval y la construcción donde es necesario construir carreteras o vías férreas. Además, los artículos para el hogar se elaboran a partir de esta sustancia, ya que es duradera y se puede encontrar en todas partes.

¿Cuáles son las desventajas del acero al carbono?

¿El acero al carbono se oxida fácilmente?

Sí, el acero al carbono puede oxidarse porque contiene hierro. El acero al carbono se oxida cuando el hierro reacciona con el oxígeno y la humedad del aire, formando óxido de hierro o lo que llamamos óxido. A diferencia del acero inoxidable, que tiene una cantidad importante de cromo que lo protege de la corrosión, los aceros al carbono carecen de ese nivel de protección, lo que los hace muy propensos a la oxidación. Muchos estudios de corrosión realizados a lo largo del tiempo han demostrado que la exposición a condiciones de humedad o agua salada aumenta en gran medida la velocidad a la que este tipo de metal se corroe.

Información Adicional:

Factores medioambientales:

• Humedad – Los altos niveles de humedad provocan una oxidación más rápida en los aceros al carbono.
• De agua salada – La presencia de sal acelera los procesos corrosivos, que se encuentran principalmente en ambientes marinos.

Métodos de protección:

• Revestimientos – La aplicación de pintura, laca o galvanizado (recubrimiento de zinc) ayudará a proteger la superficie contra tales ataques.
• Elementos de aleación: La aleación con cromo y níquel puede reducir la oxidación; sin embargo, esto técnicamente lo convierte en una aleación (acero aleado).

Tasa de corrosión:

• Sin ningún tipo de protección, se puede desarrollar óxido visible en el acero al carbono simple en cuestión de días o semanas a temperatura ambiente con humedad moderada.
• En entornos muy corrosivos, como cerca del mar, en cuestión de horas, se pueden notar señales que indican el punto de inicio de la corrosión, o más bien, se puede observar la formación de óxido antes de que uno se dé cuenta de que ha comenzado.

En resumen, si bien los aceros al carbono son conocidos por su susceptibilidad a la oxidación, lo que conduce a fallas estructurales si no se abordan lo suficientemente temprano, existen varios métodos destinados a mitigar estos efectos, mejorando así su rendimiento durante el ciclo de vida y manteniendo intactas sus propiedades de resistencia.

¿Cómo se compara el acero al carbono con el acero inoxidable en términos de resistencia a la corrosión?

La principal diferencia entre el acero al carbono y el acero inoxidable en cuanto a su capacidad para resistir la corrosión es el tipo de aleaciones que contienen. Por ejemplo, el cromo suele representar no menos del 10.5% en masa en el acero inoxidable, lo que crea una película autorreparable en la superficie, evitando que se produzcan más ataques. Por el contrario, los aceros al carbono no tienen cantidades suficientes de cromo, por lo que no se puede formar fácilmente una capa de óxido, lo que los hace susceptibles a la oxidación incluso en condiciones atmosféricas normales. Esto significa que si deja el acero al carbono sin protección en el exterior o lo expone con frecuencia al aire húmedo o al agua salada, se corroerá rápidamente. Entonces, en general, lo que esto significa es que el acero inoxidable es muy superior en resistencia al óxido y la degradación general causada por la exposición a productos químicos húmedos, etc., lo que los convierte en materiales más apropiados para su uso en lugares como muelles, puentes, plantas químicas, etcétera.

¿Por qué elegir acero con alto contenido de carbono?

Aplicaciones del acero con alto contenido de carbono en la fabricación de cuchillos.

Debido a su inigualable dureza y capacidad para mantener el filo durante mucho tiempo, el acero con alto contenido de carbono es muy valorado en la creación de cuchillos. Esta característica también le da al metal resistencia y nitidez, lo que a su vez lo hace perfecto para trabajos precisos. Es más, este tipo de cuchillos se pueden afilar con la agudeza necesaria para tareas delicadas y también para un alto rendimiento. Aunque es propenso a la corrosión, el cuidado adecuado, como el engrase y el secado regulares, garantizan la durabilidad y, por lo tanto, también la confiabilidad; No es de extrañar, por tanto, que este material sea el preferido tanto por los artistas culinarios como por los fabricantes de herramientas.

Ventajas del acero con alto contenido de carbono en términos de resistencia a la tracción

La tensión máxima que puede soportar el acero con alto contenido de carbono cuando se tira o se estira antes de romperse es mucho mayor que la del acero con bajo contenido de carbono. Esta cualidad es el resultado de tener mucho carbono, que generalmente oscila entre 0.6% y 1.0%. La dureza y resistencia del metal aumentan como resultado de introducir más carbono en su estructura ya que esto conduce a la formación de carburo de hierro (Fe3C), que también se llama cementita y actúa como fase de fortalecimiento.

Diferentes fuentes de datos han demostrado que los aceros con alto contenido de carbono pueden alcanzar resistencias a la tracción superiores a 1,200 MPa (megapascales), mientras que los aceros suaves se mantienen entre 400 y 550 MPa. Esta gran discrepancia señala la capacidad de dichos tipos para cumplir requisitos estrictos en los que necesitan una mayor resistencia al desgaste junto con una mayor capacidad de carga. En la industria de la construcción, por ejemplo, el sector automotriz, entre otros como las industrias manufactureras, generalmente utilizan esta propiedad durante procesos productivos que involucran la fabricación de piezas expuestas a presiones extremas como vigas de alta resistencia utilizadas en la construcción de casas o puentes, etc., resortes. se encuentran dentro de automóviles o camiones, además de cables destinados a soportar cargas muy pesadas, etc. Por lo tanto, sin duda, diría que el acero con alto contenido de carbono sigue siendo imbatible en cuanto a resistencia a la deformación incluso en condiciones extremas, convirtiéndose así en vital tanto en el campo de la ingeniería como en el industrial.

¿Existe alguna desventaja al utilizar acero con alto contenido de carbono?

A pesar de sus numerosos beneficios, el acero con alto contenido de carbono también tiene ciertos inconvenientes. Para empezar, la mayor cantidad de carbono que contiene hace que el metal sea frágil en lugar de elástico; esto significa que, bajo condiciones o impactos particulares, puede agrietarse y romperse fácilmente. En segundo lugar, en comparación con los aceros con bajo contenido de carbono, los aceros con alto contenido de carbono son más difíciles de soldar y mecanizar; necesitan equipos y técnicas especiales, lo que conlleva tiempos de producción más prolongados y costes más elevados. Además, estos tipos de acero se corroen más rápido y se oxidan más fácilmente que los aceros con bajo contenido de carbono; por lo tanto, deben tratarse con preventivos de oxidación o recubrirse antes de usarse para algunas aplicaciones donde se requiere resistencia a la corrosión. Por último, pero no menos importante, debido a que dichos materiales carecen de ductilidad y poseen una mayor dureza, lo que los hace menos trabajables, su uso debe limitarse sólo a aquellas áreas donde no se necesita flexibilidad o maleabilidad.

¿Cómo prevenir la corrosión en el acero al carbono?

Métodos de recubrimiento para proteger el acero al carbono de la corrosión.

1. Galvanizado: Es una actividad del acero recubierto de zinc para brindarle una fuerte protección contra la oxidación o cualquier otro daño causado por la corrosión.
2. Revestimiento epoxi: Este sistema utiliza una capa de resina epoxi para resistir productos químicos y mantener alejada la humedad.
3. Recubrimiento en polvo: Un tipo de recubrimiento que aplica un compuesto en polvo seco, que luego se cura con calor, formando un acabado de piel dura resistente a las astillas y la corrosión.
4. Recubrimiento de pintura: Esta aplicación donde se utilizan ciertos sistemas de pintura crea barreras entre los metales y su entorno, evitando así el contacto directo entre ellos.
5. Anodizado: Se realiza principalmente en materiales no ferrosos, pero se puede modificar para acero al carbono a fin de producir una película anticorrosión duradera.
6. Recubrimiento de poliuretano: Proporciona un acabado resistente que resiste productos químicos incluso en condiciones severas.

¿Cómo ayuda la adición de elementos de aleación como el cromo?

Incluir elementos como el cromo como aleaciones al acero al carbono mejora considerablemente su resistencia frente a la corrosión. Al crear una capa pasiva de óxido sobre la superficie del acero, el cromo evita que el oxígeno y la humedad reaccionen con él, reduciendo así la velocidad a la que se produce la oxidación. La capa de óxido se autocura; por lo tanto, incluso cuando se raya o se daña de otro modo, se reforma para continuar protegiendo el metal que se encuentra debajo de daños mayores. Además, el cromo aumenta la dureza y la resistencia a la tracción de los aceros, aumentando así su durabilidad y haciéndolos utilizables en áreas de aplicación más amplias.

Consejos de mantenimiento del acero al carbono para evitar la oxidación.

Prevenir la oxidación del acero al carbono consiste en cuidarlo con regularidad; estos son algunos de los consejos que se han encontrado:

1. Limpiar regularmente: El acero al carbono debe limpiarse con frecuencia para eliminar la suciedad, la humedad y la mugre que pueden provocar corrosión. Utilice únicamente detergentes suaves y evite materiales de limpieza fuertes o abrasivos.
2. Recubrimientos protectores: Aplique revestimientos protectores como aceite, cera o cualquier otro producto anticorrosión destinado a actuar como barrera entre el metal y el oxígeno o la humedad.
3. Almacenamiento seco: Coloque los artículos fabricados con acero al carbono en un ambiente sin humedad. Si es necesario almacenarlos, se pueden utilizar desecadores o deshumidificadores para eliminar el contenido de humedad dentro de las áreas de almacenamiento.
4. Comprobación y reparación: Compruebe periódicamente si hay signos de oxidación o daños en las piezas fabricadas con este tipo particular de acero. Cuando los detecte, trátelos inmediatamente convirtiéndolos con convertidores de óxido y papel de lija antes de volver a aplicar capas protectoras.
5. Suficiente ventilación: Asegúrese de que haya suficiente ventilación cuando se trabaje con estos metales, ya que su falta provoca condensación, que los humedece y provoca la formación de óxido en la superficie.

Estos pasos contribuirán en gran medida a garantizar que los productos fabricados con acero al carbono duren más mediante la prevención contra la corrosión causada por la oxidación.

Fuentes de referencia

Acero

Acero carbono

Acero inoxidable

Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿De qué está hecho el acero al carbono?

R: El acero al carbono es una aleación con hierro que contiene hasta un 2.1 por ciento de carbono en peso. Esto mejora la resistencia y dureza del acero, haciéndolo adecuado para su uso de muchas maneras diferentes.

P: ¿En qué se diferencian el acero inoxidable y el acero al carbono?

R: La principal distinción entre el acero inoxidable y el acero al carbono es que los aceros inoxidables contienen cromo, lo que les confiere propiedades de resistencia a la corrosión, mientras que los carbonos carecen de este elemento, lo que resulta en una mayor vulnerabilidad a la oxidación. Los aceros inoxidables son generalmente más costosos pero ofrecen mayor resistencia al desgaste y fácil mantenimiento en comparación con los aceros al carbono.

P: ¿Qué significa alto contenido de carbono en términos de acero?

R: Alto contenido de carbono se refiere a cualquier tipo o grado (no específico) que tenga más de 0.6 % de contenido de C; esto hace que estos tipos/grados sean extremadamente duros pero quebradizos porque contienen grandes cantidades de elementos endurecedores como cementita, que se forman durante los procesos de tratamiento térmico utilizados en ellos; creando así materiales perfectos para herramientas destinadas a cortar cosas, etc.

P: ¿Cómo afecta la cantidad de carbono a las propiedades del acero?

R: Con mayores cantidades de C habrá un aumento en la resistencia y la dureza, pero a un costo la ductilidad también disminuye, donde los suaves (menos del 0.25 % de C) tienen una excelente soldabilidad, mientras que los más duros son más fuertes y tienen mejor resistencia al desgaste, aunque son frágiles.

P: ¿Qué hace AISI respecto a la clasificación de los aceros?

R: El Instituto Americano del Hierro y el Acero (AISI) proporciona números o designaciones de especificaciones estándar a través de los cuales se pueden identificar varios grados según su composición química y propiedades mecánicas en su sistema.

P: ¿Para qué se utiliza principalmente el acero para herramientas al carbono?

R: El acero para herramientas al carbono se utiliza para fabricar herramientas de corte, troqueles y otros elementos que deben ser muy fuertes y duros. Estas herramientas a menudo deben poder soportar grandes cantidades de desgaste y al mismo tiempo mantener un borde afilado.

P: ¿Por qué se considera que el acero inoxidable es mejor para algunos usos?

R: A menudo se considera que el acero inoxidable es mejor que otros tipos de metal cuando se trata de resistir la corrosión en lugares como cocinas donde puede haber mucha humedad o sal; instrumentos médicos que estén expuestos a fluidos corporales que puedan tener efectos corrosivos en ellos; entornos marinos donde los barcos entran constantemente en contacto con agua salada, etcétera. Otra razón por la que la gente podría elegir el acero inoxidable en lugar de, por ejemplo, el acero al carbono, tendría algo que ver con la estética, porque no sólo tiene buen aspecto, sino que también resiste la oxidación y las manchas.

P: ¿Qué es el acero eutectoide?

R: El acero con un contenido de carbono de aproximadamente 0.8% se llama acero eutectoide. En este punto, las propiedades mecánicas del material se optimizan y, durante el enfriamiento, la austenita se transforma directamente en perlita, dándole resistencia y ductilidad.

P: ¿Cómo afecta el contenido de carbono al contenido de carbono en los aceros hipereutectoides y hipereutectoides?

R: Los aceros hipoeutectoides tienen menos del 0.8% de carbono, por lo que son más blandos y dúctiles, mientras que los aceros hipereutectoides contienen más del 0.8%, lo que los convierte en materiales más duros pero quebradizos. Esto significa diferentes formas de utilizar o procesar estos dos tipos dependiendo de las distintas aplicaciones.

P: ¿Qué determina el grado de acero en acero al carbono?

R: El grado de cualquier tipo determinado (o “grado”) dentro de esta categoría familiar más amplia conocida colectivamente como aceros al 'carbono' dependerá principalmente de su composición química junto con propiedades mecánicas específicas, incluida la dureza (HRC), la resistencia a la tracción ( TS) límite elástico (YTS) y ductilidad (EL). De esta manera podemos comprender qué hace que cada calidad sea única en comparación con otras, lo que nos ayuda a determinar dónde podrían emplearse dichas calidades.