¿Por qué se rompe el acero?

Hay miles de variedades de acero utilizadas en diversas industrias. Cada acero tiene un nombre comercial diferente debido a las diferentes propiedades, composición química o tipo y contenido de aleación. Aunque los valores de tenacidad a la fractura facilitan en gran medida la selección de cada acero, estos parámetros son difíciles de aplicar a todos los aceros. Las principales razones son:

• 1. Debido a que se necesita agregar una cierta cantidad de algunos o más elementos de aleación en la fundición del acero, se puede obtener una microestructura diferente después de un tratamiento térmico simple, cambiando así las propiedades originales del acero;
• 2. Debido a que los defectos generados en el proceso de fabricación y colada del acero, especialmente los defectos concentrados (como poros, inclusiones, etc.) son extremadamente sensibles durante el laminado, y se producen diferentes cambios entre diferentes tiempos de horno del mismo acero de composición química, e incluso en diferentes partes del mismo tocho, afectando así la calidad del acero. Debido a que la tenacidad del acero depende principalmente de la microestructura y la dispersión de los defectos (prevenir estrictamente los defectos concentrados), en lugar de la composición química. Por lo tanto, la tenacidad cambiará mucho después del tratamiento térmico.

Para explorar profundamente las propiedades del acero y las causas de la fractura, también es necesario dominar la relación entre la metalurgia física y la microestructura y la tenacidad del acero.

La influencia de la tecnología de procesamiento

Se sabe por la práctica que el rendimiento al impacto del acero templado con agua es mejor que el del acero recocido o normalizado, porque el enfriamiento rápido evita la formación de cementita en los límites de los granos y promueve el refinamiento de los granos de ferrita.

Muchos aceros se venden en estado laminado en caliente, y las condiciones de laminado tienen una gran influencia en las propiedades de impacto. La temperatura final de laminado más baja reducirá la temperatura de transición al impacto, aumentará la velocidad de enfriamiento y promoverá que el grano de ferrita se vuelva más fino, mejorando así la tenacidad del acero. Debido a que la velocidad de enfriamiento de la placa gruesa es más lenta que la de la placa delgada, el grano de ferrita es más grueso que el de la placa delgada. Por lo tanto, bajo las mismas condiciones de tratamiento térmico, las placas gruesas son más frágiles que las placas delgadas. Por lo tanto, el tratamiento de normalización se usa comúnmente después del laminado en caliente para mejorar las propiedades de las placas de acero.

El laminado en caliente también puede producir aceros anisotrópicos y aceros dúctiles direccionales con varias estructuras mixtas, bandas de perlita y límites de grano de inclusión en la misma dirección de laminado. La banda de perlita y las inclusiones alargadas se dispersan gruesamente en escamas, lo que tiene una gran influencia en la tenacidad a la entalla a baja temperatura en el rango de temperatura de transición Charpy.

El impacto del contenido de carbono en 0,3% ~ 0,8%

El contenido de carbono del acero hipoeutectoide es 0,3% ~ 0,8%, y la ferrita proeutectoide es una fase continua y se forma primero en el límite del grano austenítico. La perlita se forma en los granos de austenita y representa el 35% ~ *** de la microestructura. Además, se forman una variedad de estructuras de agregación dentro de cada grano de austenita, lo que hace que la perlita sea policristalina.

Debido a que la resistencia de la perlita es mayor que la de la ferrita pre-eutectoide, el flujo de ferrita está limitado, de modo que el límite elástico y la velocidad de endurecimiento por deformación del acero aumentan con el aumento del contenido de carbono de la perlita. El efecto limitante se mejora con el aumento del número de bloques endurecidos y el refinamiento del tamaño de grano pre-eutectoide de la perlita.

Cuando hay una gran cantidad de perlita en el acero, se pueden formar microgrietas de escisión a bajas temperaturas y/o altas velocidades de deformación durante la deformación. Aunque hay algunas secciones de tejido agregado interno, el canal de fractura está inicialmente a lo largo del plano de escisión. Por lo tanto, existen algunas orientaciones preferidas en los granos de ferrita entre las placas de ferrita y en las estructuras de agregación adyacentes.

Fractura de acero inoxidable

El acero inoxidable se compone principalmente de aleaciones de hierro-cromo, hierro-cromo-níquel y otros elementos que mejoran las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión. La resistencia a la corrosión del acero inoxidable se debe a la formación de óxido de cromo en la superficie del metal para evitar una mayor oxidación, una capa impermeable.

Por lo tanto, el acero inoxidable en una atmósfera oxidante puede prevenir la corrosión y fortalecer la capa de óxido de cromo. Sin embargo, en una atmósfera reductora, la capa de óxido de cromo se daña. La resistencia a la corrosión aumenta con el aumento del contenido de cromo y níquel. El níquel puede mejorar la pasivación del hierro.

La adición de carbono es para mejorar las propiedades mecánicas y asegurar la estabilidad de las propiedades del acero inoxidable austenítico. En general, el acero inoxidable se clasifica por microestructuras.

• Acero inoxidable martensítico. Es una aleación de hierro-cromo que puede ser austenizada y tratada térmicamente posteriormente para producir martensita. Típicamente 12% de cromo y 0,15% de carbono.
• Acero inoxidable ferrítico. Contenido de cromo alrededor del 14% ~ 18%, carbono 0,12%. Debido a que el cromo es un estabilizador de la ferrita, la fase austenítica se suprime por completo con más del 13% de cromo y, por lo tanto, es una fase de ferrita completa.
• Acero inoxidable austenítico. El níquel es un fuerte estabilizador de la austenita, por lo que a temperatura ambiente, por debajo de la temperatura ambiente o a alta temperatura, un contenido de níquel del 8%, un contenido de cromo del 18% (tipo 300) puede hacer que la fase austenítica sea muy estable. Los aceros inoxidables austeníticos son similares a las formas ferríticas y no se pueden endurecer mediante la transformación martensítica.

Las características de los aceros inoxidables ferríticos y martensíticos, como el tamaño de grano, son similares a las de otros aceros ferríticos y martensíticos de la misma clase.