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Aceros Aleados al Fósforo

Definición

Las aleaciones de acero con otros elementos son complejas y tienen procesos con ventajas y desventajas, como se puede ejemplificar con las aleaciones de acero y fósforo. Este elemento es uno de los fortalecedores de ferrita en solución sólida más potentes. Por lo tanto, se utilizan pequeñas adiciones de fósforo para aumentar de forma económica la resistencia de la lámina de acero con bajo contenido de carbono. Entre los elementos considerados, sólo el carbono y el nitrógeno producen un efecto fortalecedor mayor que el fósforo.

El fósforo se considera normalmente una impureza indeseable en los aceros. Está presente en concentraciones variables en el mineral de hierro, se retiene en el metal caliente, pero se elimina al principio del proceso de fabricación de acero. El fósforo se oxida fácilmente y se elimina del acero, que es absorbido por la escoria oxidante, antes de que tenga lugar la oxidación del carbono. El arrastre de cualquier acero que contenga escoria oxidante puede resultar en la reversión del fósforo al acero en operaciones posteriores de fabricación de acero.

Muchas propiedades son sensibles al contenido de fósforo y el efecto de este depende del método de procesamiento. Además, los procesos como el recocido galvanizado son sensibles al contenido de fósforo del acero base. Por lo tanto, un control estricto del nivel de fósforo y la elección de la ruta de proceso adecuada son importantes para obtener propiedades consistentes y evitar problemas de fragilización.

Acero Aleado al Fósforo

aleación de acero al fosforo

Composición del acero aleado con fósforo

El fósforo se agrega intencionalmente al acero para mejorar la resistencia, la maquinabilidad y la resistencia a la corrosión atmosférica. El fósforo se agrega al acero en forma de ferro-fósforo, que contiene 23% a 26% de fósforo. Los finos de ferro-fósforo generalmente se hacen un bloque sólido combustible, después de usar un aglutinante. Los ferro-fósforo son capaces de oxidar el silicio residual a sílice, lo que le permite flotar hacia la escoria de la cuchara durante la fabricación de acero. La intención es reducir la concentración de inclusiones silíceas residuales, que son perjudiciales para la maquinabilidad. Normalmente, el ferro-fósforo se agrega al cucharón lleno de acero solo después de que el acero se haya desoxidado completamente. La recuperación de fósforo está normalmente en el rango de alrededor del 90% al 95%.

En los aceros comerciales normales, el contenido de fósforo residual suele estar en un nivel de 0,05% máximo, pero concentraciones tan bajas como 0,005% no son inusuales. El fósforo se elimina fácilmente solo en los procesos básicos de fabricación de acero. Por lo tanto, los procesos ácidos deben comenzar con materias primas bajas en fósforo. Fue la capacidad de eliminar este elemento lo que llevó a la adopción generalizada de la fabricación de acero por los procesos de hogar abierto básico, horno de arco eléctrico, convertidor Bessemer básico y, posteriormente, horno de oxígeno básico (BOF).

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Tipos de acero aleado al fósforo

En los aceros, el fósforo existe exclusivamente como una solución sólida en ferrita. Es el reforzador de ferrita más potente después del carbono. La adición de sólo un 0,17% de fósforo aumenta tanto el rendimiento como la resistencia a la tracción de la chapa de acero con bajo contenido de carbono en aproximadamente 62 MPa, al mismo tiempo que mejora la respuesta de endurecimiento por horneado y la capacidad de trefilado profundo. 

Debido a estas propiedades, los aceros refosforizados de alta resistencia se utilizan ampliamente para aplicaciones de conformado en frío. Aunque se sabe que existe un fosfuro de hierro (Fe3P), nunca está presente en el contenido de fósforo que se encuentra en los aceros comerciales.

El fósforo endurece el tamaño del grano y tiende a producir segregados masivos e indeseables. Aparte de su propiedad de engrosamiento del grano, el fósforo tiene un efecto intrínsecamente positivo sobre la templabilidad, pero esta característica no se puede explotar a las bajas concentraciones presentes incluso en los aceros refosforizados. En ciertos aceros con alto contenido de carbono, como el acero para muelles, se deben respetar los límites de fósforo para evitar la formación de altas concentraciones de martensita.

Propiedades físicas del acero al fósforo

El fósforo aumenta la resistencia y la dureza y disminuye la ductilidad y la tenacidad de los aceros al impacto de muescas. Los efectos adversos sobre la ductilidad y la tenacidad son mayores en los aceros con alto contenido de carbono templados y revenido. Los niveles de fósforo normalmente se controlan a niveles bajos (máximo de 0,05%). El fósforo evita que se peguen las láminas de calibre ligero cuando se utiliza como aleación en acero.

Los efectos perjudiciales del fósforo en el acero incluyen varias formas de fragilización que reducen la tenacidad y la ductilidad. El ejemplo más conocido en esta categoría es el fenómeno clásico de fragilización por temple en aceros de baja aleación tratados térmicamente como resultado de la segregación de fósforo y otras impurezas en los límites de grano de austenita anteriores.

Debido a estas propiedades, los aceros de alta resistencia refosforizados se utilizan ampliamente para aplicaciones de conformado en frío. El fósforo también se utiliza como aditivo en aceros para mejorar las características de mecanizado y la resistencia a la corrosión atmosférica.

El fósforo puede estar presente en algunos aceros de baja aleación (HSLA) de alta resistencia hasta un 0,15% para aumentar la resistencia. Mientras que el fósforo generalmente se considera un elemento fragilizante en el acero, se pueden tolerar cantidades sustanciales cuando el Carbono es inferior al 0,15%. El Fósforo también mejora la resistencia a la corrosión atmosférica en aceros suaves y de baja aleación, especialmente cuando el cobre también está presente.

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