Estructura atómica del acero

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stainless steel image by Tom Oliveira from Fotolia.com

El acero es una forma refinada de hierro que tiene el agregado de una cantidad controlada de carbono. También ha sido fundido con varios minerales para quitar las impurezas a temperaturas específicas. Hay varios grados de acero, en los cuales se utilizan aleaciones con otros metales, dependiendo de cuál será su futuro uso. La conversión del hierro en acero fue desarrollada como proceso industrial eficiente recién en el siglo XIX.

Hierro

El hierro existe naturalmente en la piedra como mineral oxidado (hierro mezclado con oxígeno). Pueden estar presentes otras impurezas como azufre, manganeso y fósforo. El hierro fue extraído por primera vez hace 4.000 años. Suplantó el uso del bronce (una aleación de cobre y estaño) cuando se descubrió que era más duro y no se curvaba o perdía su forma fácilmente.

Fundición del hierro

El hierro mineral se funde en un horno con ráfagas de aire y el agregado de material de carbono, típicamente coque (el coque es carbón que ha sido calentado sin oxígeno para quemar el azufre y otras impurezas). El agregado de átomos de carbono a las moléculas de hierro cristalino aumenta la maleabilidad y la dureza.

Tipos de hierro

La forma de hierro más fácilmente producida es el hierro "forjado", que es hierro mineral fundido a una temperatura lo suficientemente alta como para ligar átomos de carbono con 0,2 a 0,8 por ciento del hierro fundido. Este tipo de hierro es duro pero lo suficientemente maleable como para ser martillado y modelado. Debido a que los altos hornos fueron mejorados para temperaturas más altas, se pudo fundir el hierro con un mayor contenido de carbono, de entre 3 y 4,5 por ciento; esto era conocido como hierro "fundido", que se vertía inmediatamente en moldes. Era más duro pero quebradizo, y no podía ser martillado o modelado.

Fabricación del acero

La calidad del acero depende de que el hierro sea fundido a una temperatura precisa con una cantidad controlada de carbono y otras aleaciones. Su contenido de carbono varía entre 0,2 a 1,5 por ciento. Si bien un mayor contenido de carbono lo endurece, también lo hace más quebradizo. Esto puede contrarrestarse con una variedad de métodos que consisten en calentamientos y enfriamientos del acero, llamados "templado".

Estructura molecular

El acero es una estructura cristalina de moléculas de hierro intercaladas con moléculas de carbono, cuyo nombre correcto es "cementita". La dureza y maleablidad del acero depende no sólo del contenido de carbono, sino de cómo se unen sus moléculas unas con otras. Las tensiones internas en la estructura cristalina del acero aumentarán o disminuirán dependiendo de la temperatura a la que está sujeto y la velocidad a la que es enfriado el acero líquido.

Grados del acero

Los aceros carbono se dividen en aceros de grado bajo, medio, alto y muy alto. Los aceros al carbono de grados medio y bajo son maleables y pueden ser soldados. Los de grado alto y muy alto son difíciles de soldar y requieren tratamientos adicionales de calor y mecanizados. Otros tipos de acero son el acero inoxidable (una aleación de acero, cromo y níquel), el acero con aleación de titanio y el acero al manganeso.