TIPOS DE ACERO SEGÚN COMPOSICIÓN

A diferencia de las aleaciones con base de Níquel, Titanio, Plomo, Cobalto, Estaño (entre otras) la cantidad de grados de Acero que existen es tan amplia que podría hacer un libro aparte sólo mencionando la mitad, ergo me centraré en las más usadas y explicaré el porqué de su elección en cada aplicación determinada. 

Antes de seguir, me gustaría darte un consejo que de seguro te servirá de ahora en adelante, por el resto de tu vida, si me apuras, y te interesa realmente el tema del que voy a hablar. 

A lo largo y ancho de la historia bibliográfica que tiene registrados tantos y tantos grados de Acero con nombres en forma de códigos que combinan letras con números la abundancia de los mismos es tal que resulta muy fácil perderse. Por eso, ante todo, debes seguir esta pauta: fíjate en la cantidad de Carbono. En un mundo tan vasto y complejo, un consejo tan sencillo como éste te facilitará mucho las cosas. Incluso en los Aceros donde los porcentajes de terceros elementos se mueven tanto que parecen absolutamente distintos entre sí, el porcentaje de Carbono debería servirte de pauta. Lo que quiero decir es que dos grados de Acero donde el % de Carbono esté entre un 0,45 y un 0,50 tendrán más cosas en común entre sí aunque uno tenga 5% de Cromo que dos que tengan la misma cantidad de Cromo y un % de Carbono muy distinto. Esto significa que es el % de Carbono en primer lugar, el que sitúa a cada grado en su propia clase. A éstas alturas del libro sabrás que existen tres grandes familias de Acero, ateniendo al % de Carbono. Hasta el 0,35% hablamos de Aceros “dulces”. Son los más suaves de todos. Se usan en aplicaciones sin grandes requerimentos mecánicos, como clavos o Acero estructural. A cambio de ésto, son muy maleables (se trabajan a martillazos en caliente) y dúctiles. 

Entre un 0,35 y hasta un 0,85% de Carbono hablamos de Aceros al medio Carbono. Son los más tenaces, ya que combinan la maleabilidad y ductilidad de los dulces con la rigidez de los más duros, sin llegar a ser frágiles. Con ellos se fabrican piezas que estén diseñadas para recibir o dar impactos, como los martillos. A partir del 0,85% el Acero ya es tratado como “duro” y recibe casi siempre tratamientos térmicos. Conforme se aumente la cantidad también lo hace la dureza y rigidez, pero se vuelven frágiles. Cuando digo “frágiles” no me refiero a que rompan con facilidad, si no que cuando se les somete al estrés suficiente, fracturan como lo haría un material vítreo en lugar de desprenderse con la suavidad típica de metales blandos como el Cobre o el Níquel, que se deforman antes de romper. Los Aceros con un % de Carbono a partir del 0,95% son muy duros, y a partir del 1,5%, ultra-duros. Éstos se usan en aplicaciones donde se busque una resistencia a las altas temperaturas y a la abrasión muy altas. Son extremadamente rígidos y sin embargo, frágiles. La temperatura de fusión se reduce conforme se aumenta la presencia de Carbono y otros elementos. 

Aceros dulces

Son los más baratos, pero no porque tengan tan poco Carbono, si no porque no requieren de tratamientos térmicos salvo en la superficie. Los grados AISI 1010, AISI 1015 y AISI 1035 son especialmente populares. Encuentran usos en aplicaciones donde no se necesite gran rigidez mecánica, dureza o resistencia a la deformación por estrés mecánico. 

Aceros al medio Carbono

Los grados más populares son el AISI 1045 y el AISI 1060, aunque hay más. Estos Aceros sí son tratables térmicamente, y se consideran (salvo Aceros especiales) los más tenaces entre los grados “estándar” al Carbono. Un 0,45% de éste elemento es más que suficiente para conseguir la tenacidad óptima para fabricar martillos, cinceles, yunques, et cétera. Es mi concentración de preferencia. 

Aceros al alto Carbono

Empezando por el AISI 1085, con 0,85% de Carbono en masa, el Acero comienza a volverse especialmente rígido y duro (resistencia a la abrasión). A partir de aquí empezamos con los Aceros para cuchillería de todo tipo. El grado AISI 1095 es el Acero más barato entre los que se consideran duros como panes congelados, con la ventaja de que mantiene una tenacidad decente. A partir del 1% ya empiezan a perder la tenacidad, por lo que no se suele rebasar este porcentaje. Es muy popular (o mejor dicho, lo era) para la fabricación de espadas, cabezas de hachas de guerra (actualmente se siguen usando pero en hachas civiles), puntas de lanza, et cétera. Siempre fue más caro que los grados con menor contenido de Carbono debido a que era (mejor dicho, es) más difícil de trabajar. La expresión “batirse el Cobre” que en nuestra cultura equivale a decir que se ha hecho gran sacrificio o trabajo extenuante se queda muy corta en comparación al sudor (y a veces lágrimas) que hay que vertir cuando se trabajan éstos grados de manera artesanal, incluso aunque el Acero esté al rojo y sea más receptivo. El grosor del bíceps del brazo/mano dominante de los herreros y herreras viene muy a cuento de éste grado de Acero que se torna tan rebelde durante el proceso de martillado en caliente. 

Aceros rápidos  

Técnicamente son Aceros al Carbono, sólo que contienen porcentajes de metales en su mayoría del grupo de los refractorios que forman Carburos internos que aumentan la dureza de la aleación. Es posible que los conozcas por su nombre en inglés, “HSS”. Éstas siglas corresponden a “High Speed Steel”, que significa “Acero de alta velocidad”. Lo de “alta velocidad” no tiene nada que ver con las carreras de ninguna índole, si no con el poco tiempo que demoran en hacer el mismo trabajo que con un Acero al Alto Carbono sería más tedioso. Llevan grandes cantidades de metales ya caros de por sí como el Molibdeno, el Wolframio, Cromo, Vanadio, y en ocasiones especiales, pequeños porcentajes de Níquel (para aumentar la tenacidad), manteniendo siempre el contenido de Manganeso y Silicio que es más producto de la fabricación del Acero en sí mismo que componentes agregados con un uso en particular. 

Se mezcla el Acero con Wolframio, Cromo, Molibdeno, et cétera (el grupo 6 de la Tabla Periódica es el más popular) para aumentar la rigidez. Estos grados de Acero se usan para fabricar barrenas, taladros, piezas de perforación y corte, abrasión, et cétera. Un dato que rara vez se menciona es que éstas aleaciones tienen una resistencia a la corrosión bastante buena, no en balde están en masa metales como los ya mencionados, que forman una capa de óxido medianamente resistente a la corrosión. Algunos Aceros rápidos, como el T1, con un 18% de Wolframio, eran antiguamente muy populares debido a la fama en buena lid ganada de las virtudes del Wolframio como endurecedor (con o sin Carbono de por medio) en los Aceros. El problema es que el Wolframio es muy caro y actualmente se usa como Carburo directamente, con propiedades superiores al HSS. 

El Cobalto es un metal que se usa mucho actualmente para la fabricación de Aceros HSS porque mejora la resistencia a las altas temperaturas y evita el debilitamiento de la aleación, que suele ocurrir cuando se superan temperaturas cercanas a los 150ºC en plena acción en el torno o la fresa (fresa es una máquina de corte). El Cobalto, que es naturalmente resistente al calor, ayuda a sostener la Martensita en condiciones extremas cuando el Hierro por sí mismo no podría hacerlo ni siquiera acompañado de otros metales como los típicamente usados. No obstante, he visto que ahora venden las puntas de los tornos como “de Cobalto”, no, perdone, no son “de Cobalto”. TIENEN Cobalto, que es distinto (a veces no pasa del 10% en masa), pero con tal de vender no se le explica a la persona lo que está comprando (incluso aunque sea un buen producto). 

Aceros para herramientas (Tool Steels)

No existen grados de Aceros más especializados que éstos, en el sentido de que han sido testados específicamente para desempeñar una función. La mayoría tienen composiciones químicas relativamente sencillas, pero que les valen para comportarse de manera sustancialmente distinta a los Aceros al Carbono estándares. 

Como su nombre indica, fueron pensados para la fabricación de herramientas de todo tipo (corte, impacto, et cétera). Es importante que tengas en cuenta que los Aceros que cortan bien no suelen ser buenos para fabricar piezas que reciban golpes, mientras que los que sí son tenaces a lo mejor no son lo suficientemente duros como para cumplir con el objetivo para el que han sido destinados. Nuevamente los americanos, para dolor o placer de muchos, pusieron todo el empeño y dieron de sí lo mejor para establecer una lista de grados, cada uno agrupado por una letra capital (ejemplos famosos: A, S y D). 

Se denominan con una letra capital seguida de un número de una sóla cifra, ejemplo O1. 

La letra capital alude a su uso, de tal forma que tenemos

“A” para “Air Hardening”, Aceros endurecidos “al aire”, “D” para los de alto contenido de Cromo y Carbono (parecidos a los Aceros rápidos HSS), “F” para los de alto contenido de Wolframio y Carbono, “H” para “Hot Working”, es decir, los que se usan para fabricar piezas sometidas a altas temperaturas y que contienen Wolframio, Cromo o Molibdeno, “L” para “Low Alloy”, es decir, Aceros económicos con % pequeños de elementos caros, “M” para los que son ricos en Molibdeno, “O” para los que se endurecen con aceite (tratamiento térmico), “P” para los de “Plastic Mold” que se usan para fabricar moldes donde vertir plástico y contienen Níquel para mejorar el proceso de limpieza, “S” para “Shock-Resistant” o sea, resistente a los golpes (mi favorito – se usa en martillos, cinceles, yunques) y finalmente la serie “T” que es rica en Wolframio (Tungsteno). 

Aceros económicos “Low alloy Steels”

Estos Aceros fueron creados con el propósito expreso de conseguir buen rendimiento en unas aleaciones que mezclaban dureza, tenacidad y resistencia a las altas temperaturas usando el contenido mínimo de aleantes que en otros casos son mucho más caros, debido al alto porcentaje en masa, como es el caso de los Aceros rápidos (HSS) o los de Tool Steel. Los Aceros “Low Alloy”, pese a su nombre, contienen muchos metales como el Níquel, Cromo, Vanadio, Molibdeno, Wolframio y en ocasiones especiales, Niobio, entre otros, pero se denominan “Low alloy” porque las cantidades de éstos elementos son muy bajas. Tal parece que se fabricaran con los desechos de otras aleaciones, pero lo cierto es que son muy interesantes y útiles. Como habrás adivinado, no existe un único grado. 

Silver Steel (“Acero Plateado”)

A pesar del nombre no es más que una versión del 1095 con valores alterados de Manganeso, Silicio, Fósforo y Azufre donde éste último ha sido reducido ad minimum para lograr una mejor calidad. Lo de “Silver”, el nombre inglés para la Plata viene, en teoría, por el brillo intenso de la aleación, aunque al ser inglesa no es de extrañar que lo hayan bautizado así ya que algunas aleaciones como la Plata Alemana (German Silver) o el Peltre con ligeros contenidos de Plata (Tibetan Silver) también llevan la palabra en el nombre, a veces como adjetivo otras como sustantivo nominal, cuando no tienen (o tienen muy poca, como es el caso de la “Plata” Tibetana) este metal precioso.  

Aceros al Cromo

Son los más populares entre los de baja aleación, y su precio es ligeramente superior al de los Aceros al Carbono, pero con mejores propiedades en lo tocante a la rigidez, dureza y por ende, durabilidad. También son más resistentes a las altas temperaturas. 

Éstos Aceros contienen aproximadamente un 1% de Carbono, siendo el AISI 52100 uno de los grados más populares. Se utiliza en cojinetes (bolas, jaulas, rodillos), cuchillería, et cétera. Aunque el Cromo es famoso por su papel en el Acero Inoxidable para mejorar la resistencia a la corrosión, en cantidades inferiores al 5% y en compañía de una cantidad alta de Carbono forma su propio Carburo, que a diferencia de la Cementita es más estable, duro y resistente a las altas temperaturas. A partir de un 5% el Cromo no se suele usar salvo directamente en el caso de los Aceros Inoxidables, donde salta directamente a un 12% típico, pero ésta vez como agente anti-corrosivo. 

Aceros al Cromo - Vanadio 

La mayoría de los “Tool Steels” más comunes entran en ésta categoría y viceversa, es decir, se puede decir que los Aceros de Cromo – Vanadio pertenecen a la categoría de los AISI de clase del grupo “Tool Steels” (aceros para herramientas) aunque el fabricante, especialmente si es Europeo o Asiático, no use el código AISI, si no el DIN, el SAE o cualquier otro. Ésto es un mero asterisco producto del celo más que nada del tipo “ellos con lo suyo y nosotros con lo nuestro”, los registros AISI son más concisos y por ende, los prefiero. 

Los Aceros al Cromo – Vanadio son similares a los del Cromo pero con la añadidura del Vanadio, que mejora las propiedades mecánicas. El % de Vanadio es típicamente bajo (un grado típico contiene alrededor del 0,35% de Vanadio) y forma, al igual que el Cromo, sus propios Carburos, refina el tamaño del grano y mejora la tenacidad y la durabilidad de la pieza. Se usa para fabricar todo tipo de herramientas, frecuentemente de uso doméstico o de baja responsabilidad. Son más caros que los Aceros al Cromo típicos como el AISI 52100 pero menos que los Aceros especializados o los Aceros rápidos (HSS) debido a que el contenido de Cromo – Vanadio es bajo incluso sumando las cantidades de ambos metales en masa. Los encontrarás frecuentemente en una pequeña inscripción que reza “CV Steel” o “CrV Steel” que como te habrás imaginado por sus siglas corresponde a “Chromium – Vanadium Steel”, o lo que es lo mismo, Acero al Cromo – Vanadio. 

Lamentablemente los fabricantes no suelen especificar qué grado exacto han usado para fabricar la pieza, si no que suelen limitarse a poner “CV” y ya. 

Aceros al Wolframio

Salvo en el caso de aleaciones exóticas como las que contienen mucho Renio, nos encontramos ante la familia de Aceros más densa, dura y resistente al calor. Aunque hoy en día sean relativamente escasas y cada vez se usen menos en aplicaciones mundanas, son de las más antiguas y explotadas en el ámbito militar. Es importante tener en cuenta que muchas aleaciones pasan primero por el escenario bélico antes de tener un uso civil o “comercial”. 

Ésta familia de Aceros se hizo muy popular durante la Segunda Guerra Mundial por su asociación a la tecnología alemana. Digo alemana y no “nazi” ya que muchos militares, ingenieros y diseñadores fueron absueltos o directamente no se consideraban parte del partido, aunque igualmente participaran de lo que para bien de unos y mal de otros sería la supremacía tecnológica y según mis profesores uno de los ejemplos responsables del porqué la metalurgia tiene mala fama o se le asocia con guerras, entre otras cosas. No está claro cuál fue el primer uso del Acero al Wolframio, sabemos que se usaba para fabricar proyectiles de alta capacidad de penetración capaces de perforar los cascos de tanques y acorazados aliados que hasta entonces parecían inexorables, ergo se puede decir que uno de los primeros usos, si no el primero, fue en el de la fabricación de munición. La leyenda cuenta que los proyectiles de Acero al Wolframio eran reservados para los mejores tiradores. Ésto es lógico, sea o no mito o leyenda, ya que el Wolframio es muy caro y cada proyectil significaba una pérdida. El porqué de la eficacia de dichos protectiles se debe a la mezcla de alta densidad, estabilidad dimensional (los protectiles de Plomo se deformarían por el calor nada más salir del barril del cañón) y dureza. No obstante, el auténtico material de preferencia para uso en artillería pesada era nada más y nada menos que el Uranio aleado con Zirconio e Ytria. En éste contexto, no se usaba porque fuera radiactivo, si no porque además de ser más denso que el Wolframio (y por ende mucho más que el Acero al Wolframio) tenía mayor capacidad de penetración. La naturaleza pirofórica del Uranio era otra ventaja, ya que estallaba al impactar. Muy letal. 

El Wolframio también se usaba para aleaciones de Acero estructurales en Tanques de primera línea diseñados para recibir cañonazos a tropel, sostener el fogueo y sobrevivir. La adición del Wolframio al Acero usado hasta entonces fue una suerte de “firma alemana” en el sentido de que fueron, si no los únicos, los que más uso hicieron del metal. 

Hay que aclarar que el % de Wolframio en éstos Aceros rara vez superaba el 20% en masa, principalmente porque con esa cantidad ya era más que suficiente, además se seguía la regla que hasta el día de hoy se sigue manteniendo: “la máxima calidad con el mínimo contenido”. Si ya el Acero de por sí era un bien preciado, imagínate el Wolframio, que es un metal en comparación al Hierro extremadamente escaso. 

En España, y concretamente en Galicia el metal se hizo famoso ya que era comprado “a precio de Oro” por los nazis durante éste período. Lo de “a precio de Oro” no es literal, claro. Se vendía el mineral, que era procesado en Alemania. Portugal, quien al igual que España se había mantenido neutral durante el conflicto, se vió en una posición difícil durante el mismo ya que los ingleses y alemanes pujaban por comprar los minerales de Wolframio (Portugal tiene las mayores reservas de Europa occidental). 

A día de hoy el Wolframio se usa cada vez menos, y ha sido reemplazado por mezclas de Cromo y Molibdeno. Los fabricantes se excusan en que son superiores, ésto es erróneo. Lo diré las veces que haga falta. De hecho, el Molibdeno y el Cromo se usan precisamente para reemplazar al Wolframio, que ha sido destinado a reservas gubernamentales de las actuales super-potencias militares ya que a diferencia de otros metales más abundantes, es muy escaso.

Aceros al Níquel

El Níquel es uno de los mejores acompañantes del Hierro, ya sea puro o como Acero normal o Inoxidable. Ningún otro elemento es más beneficioso en tanto a la tenacidad se refiere. El Níquel mejora la resistencia del Acero a los golpes y el estrés mecánico, incluso a altas temperaturas. A diferencia de la enorme mayoría de aleantes típicos del Acero, el Níquel NO aumenta la dureza, si no que de hecho la disminuye. Hasta un 5% el Níquel aumente la tenacidad (“fuerza”) de la aleación. Contenidos mayores comienzan a tener efectos positivos en lo tocante a la resistencia a la corrosión, pero nunca es tan buena como la que se logra con el Cromo, además de que el Níquel en sí mismo es carísimo. 

Normalmente, las variedades ultra-duras de Acero con saturación de Wolframio, Cromo, Molibdeno, et cétera llevan un % discreto de Níquel para compensar la fragilidad que fomentan éstos elementos y los Carburos internos que forman dentro de la matriz.