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Historia del Acero: Inoxidable, corrugado, carbono y más.

Conociendo la historia de los materiales, se ha visto una particularidad con respecto a la historia del acero, ya que este material es uno de los más duros, resistentes y duraderos que existen en el planeta, cuenta con usos desde piezas de maquinarias, hasta la joyería de acero.

historia del acero

¿Qué es?

El acero es una aleación de hierro, carbono y otros elementos. Debido a su alta resistencia a la tracción y bajo costo, es un componente importante utilizado en edificios, infraestructura, herramientas, barcos, automóviles, máquinas, electrodomésticos y armas.

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Con las invenciones en el acero se han creado distintos tipos de acero que cumplen con distintas funciones de manera eficaz y duradera. En la historia del acero los usos eran muy reducidos pero con el paso de los años se fueron aumentando, hasta hoy en día, que el acero se encuentra presente en muchas áreas.

El hierro es el metal base del acero. El hierro puede tomar dos formas cristalinas, que también se le conocen como formas alotrópicas, cúbica centrada en el cuerpo y cúbica centrada en la cara, dependiendo de su temperatura.

En la disposición cúbica centrada en el cuerpo, hay un átomo de hierro en el centro de cada cubo, y en la cúbica centrada en la cara, hay uno en el centro de cada una de las seis caras del cubo. Es la interacción de los alótropos de hierro con los elementos de aleación, principalmente el carbono, lo que da al acero y al hierro fundido su gama de propiedades únicas.

En el hierro puro, la estructura cristalina tiene relativamente poca resistencia a los átomos de hierro que se deslizan unos sobre otros, por lo que el hierro puro es bastante dúctil, o blando y fácil de formar. En el acero, pequeñas cantidades de carbono, otros elementos e inclusiones dentro del hierro actúan como agentes endurecedores que evitan el movimiento de las dislocaciones que son comunes en las redes cristalinas de los átomos de hierro.

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El carbono en aleaciones de acero típicas puede aportar hasta un 2,14% de su peso; variando la cantidad de carbono y muchos otros elementos de aleación, así como controlando su composición química y física en el acero final (ya sea como elementos solubles o como fases precipitadas), se ralentiza el movimiento de aquellas dislocaciones que hacen que el hierro puro sea dúctil y, por lo tanto, controla y mejora sus cualidades.

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Estas cualidades incluyen otros aspectos, como la dureza, el comportamiento de temple, la necesidad de recocido, el comportamiento de revenido, el límite elástico y la resistencia a la tracción del acero resultante. El aumento de la resistencia del acero en comparación con el hierro puro sólo es posible reduciendo la ductilidad del hierro. (Ver artículo: Historia de la plata)

El acero se producía en hornos de floración durante miles de años en los inicios de la historia del acero, pero su uso industrial a gran escala comenzó sólo después de que se idearon métodos de producción más eficientes en el siglo XVII, con la producción de acero ampolloso y luego de acero de crisol. Con la invención del proceso de Bessemer a mediados del siglo XIX, comenzó una nueva era de producción masiva de acero. A esto le siguió el proceso Siemens-Martin y luego el proceso Gilchrist-Thomas que refinó la calidad del acero. Con sus introducciones, el acero dulce reemplazó al hierro forjado.

historia del acero

Otros refinamientos en el proceso, como la fabricación básica de acero al oxígeno, sustituyeron en gran medida a los métodos anteriores, reduciendo aún más el coste de producción y aumentando la calidad del producto final. Hoy en día, el acero es uno de los materiales artificiales más comunes en el mundo, con más de 1.600 millones de toneladas producidas anualmente. El acero moderno se identifica generalmente por varios grados definidos por diversas organizaciones de estándares.

Historia del acero

El acero era conocido en la historia del acero y en la antigüedad y se producía en florerías y crisoles. La producción de acero más antigua conocida se observa en piezas de hierro excavadas en un yacimiento arqueológico de Anatolia (Kaman-Kalehoyuk) y tiene casi 4.000 años de antigüedad, que datan del año 1800 a.C. Horacio identifica armas de acero como la falcata en la Península Ibérica, mientras que el acero nórdico fue utilizado por el ejército romano

La reputación del hierro sérico del sur de la India (acero wootz) creció considerablemente en el resto del mundo. Las plantas de producción de metal en Sri Lanka empleaban hornos eólicos impulsados por los vientos monzónicos, capaces de producir acero con alto contenido de carbono. La producción a gran escala de acero Wootz en Tamilakam utilizando crisoles y fuentes de carbono como la planta Avāram tuvo lugar en el siglo VI a.C., y fue el precursor pionero de la producción moderna de acero y metalurgia.

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Los chinos del período de los Estados Guerreros (403-221 a.C.) tenían acero templado, mientras que los chinos de la dinastía Han (202 a.C. – 220 d.C.) crearon acero fundiendo hierro forjado con hierro fundido, obteniendo para el siglo I d.C. un producto final de acero al carbono intermedio.

Acero Wootz y acero Damasco

En la historia del aceo, la evidencia de la producción más temprana de acero  con alto contenido de carbono en el subcontinente indio se encuentra en Kodumanal en el área de Tamil Nadu, Golconda en el área de Andhra Pradesh y Karnataka, y en las áreas de Samanalawewa en Sri Lanka. La tecnología del acero existía antes del año 326 a.C. en la región, ya que se mencionan en la literatura de Sangam tamil, árabe y latina como el mejor acero del mundo exportado a los romanos, egipcios, chinos y árabes en ese momento, y por lo que ellos lo llamaban Seric Iron.

Un gremio comercial tamil del 200 a.C. en Tissamaharama, en el sureste de Sri Lanka, trajo consigo algunos de los más antiguos artefactos de hierro, acero y procesos de producción a la isla desde el período clásico. Los chinos y los locales de Anuradhapura, Sri Lanka, también habían adoptado los métodos de producción para crear acero Wootz a partir de los tamiles del sur de la India de la dinastía Chera en el siglo V d.C. (Ver artículo: Historia del aluminio)

En Sri Lanka, este método temprano de fabricación de acero empleaba un horno eólico único, impulsado por los vientos monzónicos, capaz de producir acero con alto contenido de carbono. Dado que la tecnología fue adquirida de los tamiles del sur de la India, el origen de la tecnología del acero en la India puede estimarse de forma conservadora entre los años 400-500 a.c

La fabricación de lo que llegó a llamarse Wootz en la historia del acero, o acero de Damasco, famoso por su durabilidad y capacidad para mantener su ventaja, puede haber sido tomada por los árabes de Persia, que lo tomaron de la India. Fue creado originalmente a partir de una serie de materiales diferentes, incluyendo varios rastros de otros elementos, al parecer, en última instancia, a partir de los escritos de Zósimos de Panópolis.

En el año 327 a.C., Alejandro Magno fue recompensado por el derrotado rey Porus, no con oro o plata sino con 30 libras de acero. Estudios recientes han sugerido que los nanotubos de carbono fueron incluidos en su estructura, lo que podría explicar algunas de sus cualidades legendarias, aunque dada la tecnología de la época, tales cualidades fueron producidas por casualidad más que por diseño.

El viento natural se utilizaba cuando el suelo que contenía hierro se calentaba con madera. Los antiguos cingaleses lograron extraer una tonelada de acero por cada 2 toneladas de suelo, una hazaña notable en ese entonces. Uno de estos hornos se encontró en Samanalawewa y los arqueólogos fueron capaces de producir acero como lo hacían los antiguos.

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El acero del crisol, formado por el lento calentamiento y enfriamiento de hierro puro y carbono (típicamente en forma de carbón vegetal) en un crisol, fue producido en la historia del acero, en Merv entre los siglos IX y X dC. En el siglo XI, existe evidencia de la producción de acero en Song China utilizando dos técnicas: un método “berganesco” que producía acero inferior e inhomogéneo, y un precursor del moderno proceso de Bessemer que utilizaba la descarbonización parcial mediante forja repetida en frío.

Usos modernos

Desde el siglo XVII, el primer paso en la producción europea de acero ha sido la fundición de mineral de hierro en arrabio en un alto horno. Originalmente empleando carbón de leña, los métodos modernos utilizan coque, que ha demostrado ser más económico.

Procesos a partir de barras de hierro

En estos procesos, el arrabio, que es el primer producto que se obtiene del hierro, se refinaba (clarificaba) en una forja para producir hierro en barras, que luego se utilizaba en la fabricación de acero.

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La producción de acero mediante el proceso de cementación se describió en un tratado publicado en Praga en 1574 y se utilizó en Nuremberg a partir de 1601. En un libro publicado en Nápoles en 1589 se describe un proceso similar para la cementación de armaduras y limas. El proceso se introdujo en Inglaterra alrededor de 1614 y fue utilizado para producir este tipo de acero por Sir Basil Brooke en Coalbrookdale durante la década de 1610.

La materia prima para este proceso eran barras de hierro. Durante el siglo XVII se descubrió que el mejor acero provenía del hierro de una región al norte de Estocolmo, Suecia. Esta era todavía la fuente habitual de materia prima en el siglo XIX, casi mientras se utilizara el proceso.

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El acero de crisol es el acero que se ha fundido en un crisol en lugar de haber sido forjado, con el resultado de que es más homogéneo. La mayoría de los hornos anteriores no podían alcanzar temperaturas suficientemente altas para fundir el acero. La moderna y temprana industria del acero de crisol fue el resultado de la invención de Benjamin Huntsman en la década de 1740. El acero blister  fue fundido en un crisol o en un horno, y fundido usualmente en lingotes.

Procesos a partir de arrabio

La era moderna de la siderurgia comenzó con la introducción del proceso Bessemer de Henry Bessemer en 1855, cuya materia prima era el arrabio. Su método le permitía producir acero en grandes cantidades de forma barata, por lo que el acero suae llegó a utilizarse para la mayoría de los fines para los que antes se utilizaba el hierro forjado. El proceso Gilchrist-Thomas, también conocido como proceso básico de Bessemer, fue una mejora al proceso de Bessemer, que se realizó forrando el convertidor con un material básico para remover el fósforo.

Otro proceso siderúrgico del siglo XIX fue el proceso Siemens-Martin, que complementó el proceso Bessemer. Consistía en barras de fundición de hierro (o chatarra de acero) con arrabio.

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Estos métodos de producción de acero quedaron obsoletos por el proceso Linz-Donawitz de fabricación básica de acero al oxígeno, desarrollado en la década de 1950, y otros métodos de fabricación de acero al oxígeno. La fabricación de acero al oxígeno básico es superior a los métodos anteriores de fabricación de acero porque el oxígeno bombeado en el horno limitaba las impurezas, principalmente el nitrógeno, que previamente había entrado desde el aire utilizado.

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Hoy en día, los hornos de arco eléctrico son un método común de reprocesamiento de chatarra para crear nuevo acero. También pueden utilizarse para convertir el arrabio en acero, pero consumen mucha energía eléctrica (alrededor de 440 kWh por tonelada métrica), por lo que por lo general sólo son económicos cuando hay un suministro abundante de electricidad barata.

Usos del acero en la historia

Antes de la introducción del proceso de Bessemer y otras técnicas modernas de producción, el acero era caro y sólo se utilizaba donde no existía ninguna alternativa más barata, especialmente para el filo de cuchillos, navajas de afeitar, espadas y otros artículos donde se necesitaba un filo duro y muy puntiagudo. También se utilizaba para los resortes, incluidos los utilizados en relojes y relojes.

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Con la llegada de métodos de producción más rápidos y económicos, el acero se ha vuelto más fácil de obtener y mucho más barato. Ha substituido el hierro labrado para una multiplicidad de propósitos. Sin embargo, la disponibilidad de plásticos a finales del siglo XX permitió que estos materiales sustituyeran al acero en algunas aplicaciones debido a su menor coste de fabricación y peso. La fibra de carbono está sustituyendo al acero en algunas aplicaciones insensibles a los costes, como los aviones, los equipos deportivos y los automóviles de gama alta.

Historia del acero inoxidable

La historia del acero inoxidable se inicia con la resistencia a la corrosión de las aleaciones de hierro-cromo que fue reconocida por primera vez en 1821 por el metalúrgico francés Pierre Berthier, quien notó su resistencia contra el ataque de algunos ácidos y sugirió su uso en cubertería. Los metalúrgicos del siglo XIX fueron incapaces de producir la combinación de bajo carbono y alto cromo que se encuentra en la mayoría de los aceros inoxidables modernos, y las aleaciones de alto cromo que podían producir eran demasiado frágiles para ser prácticas.

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En 1872, los ingleses Clark y Woods patentaron una aleación que hoy en día sería considerada un acero inoxidable.

A finales de la década de 1890, Hans Goldschmidt de Alemania desarrolló un proceso aluminotérmico para producir cromo libre de carbono. Entre 1904 y 1911 varios investigadores, en particular el francés León Guillet, prepararon aleaciones que hoy serían consideradas acero inoxidable.

Friedrich Krupp Germaniawerft construyó en 1908 en Alemania el velero Germania de 366 toneladas con casco de acero al cromo-níquel. En 1911, Philip Monnartz informó sobre la relación entre el contenido de cromo y la resistencia a la corrosión. El 17 de octubre de 1912, los ingenieros de Krupp Benno Strauss y Eduard Maurer patentaron el acero inoxidable austenítico como Nirosta.

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En los Estados Unidos, donde Christian Dantsizen y Frederick Becket estaban industrializando el acero inoxidable ferrítico, se estaban produciendo acontecimientos similares. En 1912, Elwood Haynes solicitó una patente estadounidense sobre una aleación de acero inoxidable martensítico, que no fue concedida hasta 1919.

En 1912, Harry Brearley, del laboratorio de investigación Brown-Firth en Sheffield, Inglaterra, mientras buscaba una aleación resistente a la corrosión para barriles de armas, descubrió y posteriormente industrializó una aleación de acero inoxidable martensítico. El descubrimiento fue anunciado dos años más tarde en un artículo de enero de 1915 en el periódico The New York Times. (Ver artículo: Historia del oro)

El metal fue comercializado más tarde bajo la marca “Staybrite” por Firth Vickers en Inglaterra y se utilizó para la nueva marquesina de entrada para el Hotel Savoy en Londres en 1929. Brearley solicitó una patente de EE.UU. durante 1915 sólo para encontrar que Haynes ya había registrado una patente. Brearley y Haynes unieron sus fondos y con un grupo de inversionistas formaron la Corporación Americana de Acero Inoxidable, con sede en Pittsburgh, Pennsylvania.

Al principio, el acero inoxidable se vendía en los EE.UU. bajo diferentes marcas como “Allegheny metal” y “Nirosta steel”. Incluso dentro de la industria metalúrgica el eventual nombre permaneció inestable; en 1921 una revista especializada lo llamaba “acero insostenible”. En 1929, antes de la Gran Depresión, se fabricaban y vendían en los Estados Unidos más de 25.000 toneladas de acero inoxidable.

Historia del acero al carbono

Primeramente, antes de referirse a la historia del acero al carbono, se debe saber cuando se habla de acero al carbono, que especificaciones tiene este tipo de acero; el acero se considera acero al carbono cuando:

No se especifica ni se exige ningún contenido mínimo para el cromo, el cobalto, el molibdeno, el níquel, el niobio, el titanio, el tungsteno, el vanadio o el circonio, ni para ningún otro elemento que deba añadirse para obtener un efecto de aleación deseado.

El mínimo especificado para el cobre no excede 0.40 por ciento.

El contenido máximo especificado para cualquiera de los siguientes elementos no exceda los porcentajes anotados: manganeso 1.65, silicio 0.60, cobre 0.60.historia del acero

El término “acero al carbono” también puede utilizarse para referirse al acero que no es acero inoxidable; en este uso, el acero al carbono puede incluir los aceros aleados.

En la época de transición de la Edad de Bronce a la Edad de Hierro, posiblemente el descubrimiento más importante en el progreso de la metalurgia humana fue el descubrimiento del acero.

Los primeros objetos de hierro forjados por los antiguos herreros, aunque menos frágiles y de mayor desgaste que los artefactos de bronce o cobre, eran todavía algo blandos y propensos a doblarse. De hecho, una de las sagas islandesas cuenta cómo el guerrero vikingo tuvo que seguir pisando la hoja de su espada en medio de la batalla para enderezarla. Aunque esto fue obviamente incluido para mostrar la intensidad de la batalla y la destreza del guerrero, habla más de la suavidad de su espada de hierro. (Ver artículo: Historia de la minería)

No se sabe con exactitud cuándo o cómo se hizo el descubrimiento del acero de carbono, aunque pueden haber sido los hititas quienes emergieron como la primera verdadera cultura de la Edad de Hierro de la historia. El combustible para el fuego del herrero en tiempos antiguos no era el carbón moderno que usamos hoy en día, sino carbón hecho de madera dura, y por lo tanto orgánico en la naturaleza.

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El antiguo herrero aprendió, con el paso de la historia del acero, quizás por puro accidente, que el hierro que se dejaba calentar durante más tiempo en el carbón absorbía parte del carbono y se volvía más duro y de color más oscuro que el hierro que se calentaba durante períodos de tiempo más cortos. Dado que la mayoría de las fraguas antiguas, al igual que sus homólogas modernas, sólo eran capaces de calentar pequeños trozos de hierro a la vez, se desarrolló el proceso del “faggoting”.

Aquí es donde capas alternas del acero carbeurizado más duro y el hierro más blando se calentaban para soldar al calor de la forja y se martillaban entre sí para formar un pedazo de acero resistente con la dureza para sostener un borde y un pedazo de hierro más blando para permitir flexibilidad. El proceso que utilizamos hoy en día en la creación de palanquillas de acero soldado por patrones es popular pero incorrectamente llamado acero “Damasco”. (Ver artículo: Historia del plástico)

A medida que el proceso de añadir carbono se fue refinando, algunos herreros añadían trozos de hueso al fuego de carbón para aumentar el carbono disponible y que este fuese a ser absorbido por el hierro. Finalmente, el hierro se colocó en vasijas de cerámica herméticas con materiales orgánicos para permitir la absorción del carbono, ya que éste se calentaba en el fuego sin absorber impurezas.

Nuestra era moderna debe mucho a estos hombres ocultos en las sombras de la antigüedad, porque sin su inquisición y perseverancia, cuán pocas de las cosas que usamos y damos por sentadas cada día habrían llegado a existir.

Historia del acero corrugado

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El hierro o acero corrugado y galvanizado, es un material de construcción compuesto de chapas de acero suave galvanizado en caliente, laminadas en frío para producir un patrón corrugado lineal en ellas. Aunque todavía se le llama popularmente “hierro” en el latinoamerica, el material utilizado es en realidad acero, y sólo las láminas antiguas que sobreviven pueden estar hechas de hierro. Las ondulaciones aumentan la resistencia a la flexión de la chapa en la dirección perpendicular a las ondulaciones, pero no paralela a ellas. Normalmente cada lámina se fabrica más larga en su dirección fuerte.

El acero corrugado es ligero y fácil de transportar. Fue y sigue siendo ampliamente utilizado, especialmente en edificios rurales y militares, como cobertizos y tanques de agua. Sus propiedades únicas se utilizaron en el desarrollo de países como Australia a partir de la década de 1840, y sigue ayudando a los países en desarrollo en la actualidad.

El acero corrugado en la historia del acero en general, fue inventado en la década de 1820 en Gran Bretaña por Henry Robinson Palmer, arquitecto e ingeniero de la London Dock Company. Originalmente era de hierro forjado. Resultó ser ligero, fuerte, resistente a la corrosión y fácil de transportar, y se prestó especialmente a estructuras prefabricadas y a la improvisación por parte de trabajadores semicalificados.

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Pronto se convirtió en un material de construcción común en la historia del acero, en las zonas rurales de los Estados Unidos, Chile, Nueva Zelanda y Australia y más tarde la India, y en Australia y Mexico también se convirtió en un material común para techos, incluso en las zonas urbanas. En Australia y Nueva Zelanda, en particular, se ha convertido en parte de la identidad cultural, y el uso arquitectónico de moda se ha vuelto común. El acero corrugado también se utiliza ampliamente como material de construcción en tugurios africanos y asentamientos informales.

Para la cubierta, las láminas se colocan de forma similar a las tejas, con un solapamiento lateral de una ondulación y media, y un solapamiento vertical de unos 150 milímetros (5,9 in), para garantizar la impermeabilización. En la historia del acero, el acero corrugado es también un material de construcción común para edificios industriales en todo el mundo.

El hierro forjado, fue gradualmente reemplazado por acero suave alrededor de la década de 1890, y el hierro de acero corrugado ya no se puede obtener pero el nombre común no ha sido cambiado. Las chapas galvanizadas con ondulaciones simples también están siendo desplazadas gradualmente por el 55% de las chapas de acero recubierto con Al-Zn o las chapas lacadas en bobina con perfiles complejos. El CGI sigue siendo común.

Para una mejor comprensión del texto ”Historia del acero”, se anexa el siguiente video: 

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