49 elementos y su impacto en las propiedades del acero! ¡Un resumen tan completo!

49 elementos y su impacto en las propiedades del acero! ¡Un resumen tan completo!

| H (Hidrógeno) | El hidrógeno es el elemento más dañino en el acero ordinario. La presencia de hidrógeno disuelto en el acero puede causar defectos como fragilidad por hidrógeno y puntos blancos. El hidrógeno, al igual que el oxígeno y el nitrógeno, tiene una solubilidad muy baja en el acero sólido. Se disuelve en el acero líquido a altas temperaturas, pero al enfriarse no tiene tiempo de escapar y se acumula en la estructura, formando microporos de alta presión, lo que reduce drásticamente la plasticidad, tenacidad y resistencia a la fatiga del acero. En casos graves, puede causar grietas y fracturas frágiles. La «fragilidad por hidrógeno» aparece principalmente en aceros martensíticos y es menos pronunciada en aceros ferríticos, aumentando conjuntamente con la dureza y el contenido de carbono.

Por otro lado, el hidrógeno puede aumentar la permeabilidad magnética del acero, pero también incrementa la coercitividad y las pérdidas por hierro (al agregar hidrógeno, la coercitividad puede aumentar de 0,5 a 2 veces).

| B (Boro) | El boro en el acero tiene como principal función aumentar la templabilidad del acero, lo que permite ahorrar otros metales más escasos y costosos como el níquel, cromo y molibdeno. Con este fin, su contenido generalmente se establece en el rango de 0,001% a 0,005%. Puede reemplazar 1,6% de níquel, 0,3% de cromo o 0,2% de molibdeno. Al usar boro en lugar de molibdeno, se debe tener en cuenta que el molibdeno puede prevenir o reducir la fragilidad por revenido, mientras que el boro tiende a promoverla ligeramente, por lo que no se puede reemplazar completamente el molibdeno con boro.

En el acero al carbono medio, la adición de boro, al aumentar la templabilidad, puede mejorar significativamente las propiedades del material de acero de más de 20 mm de espesor después del tratamiento térmico. Por lo tanto, los aceros 40B y 40MnB pueden reemplazar al 40Cr, y el acero 20Mn2TiB puede sustituir al acero cementado 20CrMnTi. Sin embargo, dado que el efecto del boro disminuye con el aumento del contenido de carbono en el acero e incluso puede desaparecer, al seleccionar aceros cementados con boro, se debe tener en cuenta que después de la cementación, la templabilidad de la capa cementada será inferior a la de la base.

Los aceros para resortes generalmente requieren una templabilidad completa, y dado que el área del resorte no es grande, es beneficioso usar aceros con boro. En los aceros para resortes con alto contenido de silicio, el efecto del boro varía mucho, lo que dificulta su uso.

El boro tiene una fuerte afinidad por el nitrógeno y el oxígeno. En acero calmado, la adición de 0,007% de boro puede eliminar el fenómeno de envejecimiento del acero.

| C (Carbono) | El carbono es el elemento principal después del hierro y afecta directamente la resistencia, plasticidad, tenacidad y soldabilidad del acero.

Cuando el contenido de carbono en el acero es inferior al 0,8%, al aumentar el contenido de carbono, la resistencia y dureza del acero aumentan, mientras que la plasticidad y tenacidad disminuyen; pero cuando el contenido de carbono es superior al 1,0%, al aumentar el contenido de carbono, la resistencia del acero disminuye. Con el aumento del contenido de carbono, la soldabilidad del acero empeora (cuando el contenido de carbono es superior al 0,3%, la soldabilidad disminuye notablemente), aumenta la sensibilidad a la fragilidad en frío y al envejecimiento, y disminuye la resistencia a la corrosión atmosférica.

| N (Nitrógeno) | El nitrógeno tiene un efecto en las propiedades del acero similar al del carbono y el fósforo. Con el aumento del contenido de nitrógeno, la resistencia del acero aumenta significativamente, mientras que la plasticidad, especialmente la tenacidad, disminuye notablemente. La soldabilidad empeora y aumenta la fragilidad en frío. Al mismo tiempo, aumenta la tendencia al envejecimiento y a la fragilidad en frío y caliente, perjudicando las propiedades de soldadura y doblado en frío del acero. Por lo tanto, se debe reducir y limitar al máximo el contenido de nitrógeno en el acero. Generalmente, se establece que el contenido de nitrógeno no debe ser superior al 0,018%.

El nitrógeno, en combinación con elementos como el aluminio, niobio y vanadio, puede reducir su influencia negativa, mejorando las propiedades del acero, y puede usarse como elemento de aleación en aceros de baja aleación. En algunos aceros inoxidables, se puede aumentar adecuadamente el contenido de nitrógeno para reducir el uso de cromo y disminuir efectivamente los costos.

| O (Oxígeno) | El oxígeno es un elemento perjudicial en el acero. Entra naturalmente en el acero durante el proceso de fabricación, y aunque al final del proceso de fabricación se añaden manganeso, silicio, hierro y aluminio para la desoxidación, no es posible eliminarlo por completo. Durante la solidificación del acero, el oxígeno en la solución reacciona con el carbono formando monóxido de carbono, lo que puede causar burbujas de gas. El oxígeno en el acero está presente principalmente en forma de inclusiones como FeO, MnO, SiO₂ y Al₂O₃, lo que reduce la resistencia y plasticidad del acero. Especialmente afecta severamente la resistencia a la fatiga y la tenacidad al impacto.

El oxígeno puede aumentar las pérdidas de hierro en el acero al silicio, reducir la permeabilidad magnética y la intensidad de la inducción magnética, y aumentar el efecto de envejecimiento magnético.

| Mg (Magnesio) | El magnesio puede reducir la cantidad de inclusiones en el acero, disminuir su tamaño, lograr una distribución uniforme y mejorar su forma. El magnesio en pequeñas cantidades puede mejorar el tamaño y distribución de los carburos en el acero para rodamientos; en el acero con magnesio, las partículas de carburo son finas y uniformes. Cuando el contenido de magnesio es de 0,002% a 0,003%, la resistencia a la tracción y el límite elástico aumentan más del 5%, y la plasticidad permanece básicamente sin cambios.

| Al (Aluminio) | El aluminio se agrega al acero como desoxidante o elemento de aleación. El aluminio tiene una capacidad de desoxidación mucho mayor que el silicio y el manganeso. La función principal del aluminio en el acero es refinar el grano y fijar el nitrógeno en el acero, lo que mejora significativamente la tenacidad al impacto del acero y reduce la tendencia a la fragilidad en frío y al envejecimiento. Por ejemplo, el acero estructural al carbono de grado D requiere que el contenido de aluminio soluble en ácido en el acero no sea inferior al 0,015%; el acero laminado en frío para estampado profundo 08Al requiere un contenido de aluminio soluble en ácido de 0,015% a 0,065%.

El aluminio también puede mejorar la resistencia a la corrosión del acero, especialmente cuando se usa en combinación con molibdeno, cobre, silicio y cromo.

En aceros de cromo-molibdeno y aceros con cromo, el contenido de aluminio puede aumentar su resistencia al desgaste. La presencia de aluminio en aceros para herramientas de alto carbono puede causar fragilidad por temple. La desventaja del aluminio es que afecta la trabajabilidad en caliente, soldabilidad y maquinabilidad del acero.

| Si (Silicio) | El silicio es un importante agente reductor y desoxidante en el proceso de fabricación del acero. En muchas calidades de acero al carbono, el contenido de silicio es inferior al 0,5%; este silicio generalmente se introduce durante el proceso de fabricación como agente reductor y desoxidante.

El silicio puede disolverse en ferrita y austenita, aumentando la dureza y resistencia del acero; su efecto solo es inferior al del fósforo, pero superior al del manganeso, níquel, cromo, tungsteno, molibdeno y vanadio. Sin embargo, cuando el contenido de silicio excede el 3%, la plasticidad y tenacidad del acero disminuyen significativamente. El silicio puede aumentar el límite elástico, el límite de fluencia y la relación de fluencia (σs/σb), así como el límite de fatiga y la relación de fatiga (σ-1/σb) del acero. Esta es la razón por la cual el silicio o los aceros silicio-manganeso pueden usarse como aceros para resortes.

El silicio reduce la densidad, conductividad térmica y conductividad eléctrica del acero. Puede promover el crecimiento de grano ferrítico y reducir la coercitividad. Reduce la tendencia a la anisotropía cristalina, facilita la magnetización y reduce la reluctancia, por lo que puede usarse para producir acero eléctrico; por lo tanto, las pérdidas por histéresis del acero con silicio son más bajas. El silicio puede aumentar la permeabilidad magnética de la ferrita, lo que hace que las láminas de acero tengan una mayor inducción magnética bajo campos magnéticos débiles. Sin embargo, en campos magnéticos fuertes, el silicio reduce la inducción magnética del acero. Debido a su fuerte capacidad de desoxidación, el silicio reduce el efecto de envejecimiento magnético del hierro.

El acero que contiene silicio, al calentarse en una atmósfera oxidante, forma una capa delgada de SiO₂ en la superficie, lo que mejora su resistencia a la oxidación a altas temperaturas.

El silicio puede promover el crecimiento de cristales columnales en el acero fundido, reduciendo la plasticidad. Si el acero con silicio se enfría rápidamente después del calentamiento, debido a su baja conductividad térmica, la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior es grande, lo que puede causar fracturas.

El silicio puede reducir la soldabilidad del acero. Debido a que el silicio tiene una mayor capacidad para combinarse con el oxígeno que el hierro, durante la soldadura es fácil que se formen silicatos de bajo punto de fusión, aumentando la fluidez de la escoria y del metal fundido, lo que provoca salpicaduras y afecta la calidad de la soldadura. El silicio es un buen desoxidante; al desoxidar con aluminio, agregar una cierta cantidad de silicio puede mejorar significativamente la eficiencia de la desoxidación. El silicio está presente en cierta cantidad en el acero, ya que se introduce como materia prima durante la fabricación del hierro y del acero. En el acero efervescente, el silicio se limita a menos del 0,07%; cuando se agrega intencionalmente, se introduce en el acero como ferro-silicio durante la fabricación.

| P (Fósforo) | El fósforo se introduce en el acero a partir del mineral y generalmente se considera un elemento perjudicial. Aunque el fósforo puede aumentar la resistencia y dureza del acero, disminuye significativamente la plasticidad y tenacidad al impacto del acero. Especialmente a bajas temperaturas, hace que el acero se vuelva notablemente frágil, fenómeno conocido como «fragilidad en frío». La fragilidad en frío empeora el procesamiento en frío y la soldabilidad del acero; cuanto mayor es el contenido de fósforo, mayor es la fragilidad en frío, por lo que el contenido de fósforo en el acero se controla estrictamente. Acero de alta calidad: P < 0,025%; acero de calidad: P < 0,04%; acero común: P < 0,085%.

El fósforo tiene un fuerte efecto en el endurecimiento por solución sólida y el endurecimiento por deformación en frío, y en combinación con el cobre mejora la resistencia a la corrosión atmosférica de los aceros de alta resistencia de baja aleación, pero reduce su capacidad de estampado en frío. En combinación con el azufre y el manganeso, mejora la maquinabilidad, aumenta la tendencia a la fragilidad por revenido y la sensibilidad a la fragilidad en frío.

El fósforo puede aumentar la resistividad, y debido a que facilita el crecimiento de grano, puede reducir la coercitividad y las pérdidas por corrientes parásitas; en cuanto a la inducción magnética, en campos magnéticos débiles y medios, el acero con alto contenido de fósforo tiene una inducción magnética más alta; el contenido de fósforo en el acero al silicio laminado en frío para uso eléctrico (acero eléctrico) es de 0,07% a 0,10%. El fósforo es el elemento más fuerte en la potenciación de la ferrita por solución sólida (el efecto del fósforo en la temperatura de recristalización y el crecimiento de grano en el acero al silicio supera de 4 a 5 veces el efecto del mismo contenido de silicio).

| S (Azufre) | El azufre proviene del mineral y del combustible coque durante el proceso de fabricación del acero. Es un elemento perjudicial en el acero. El azufre está presente en el acero principalmente en forma de sulfuro de hierro (FeS); FeS y Fe forman un compuesto de bajo punto de fusión (985℃). Dado que la temperatura de trabajo en caliente del acero suele ser superior a 1150-1200℃, cuando se trabaja en caliente, debido a la fusión prematura del compuesto FeS, la pieza se agrieta, fenómeno conocido como «fragilidad en caliente». Reduce la ductilidad y tenacidad del acero, causando grietas durante la forja y laminación. El azufre también es perjudicial para la soldabilidad, y reduce la resistencia a la corrosión del acero. Acero de alta calidad: S < 0,02% – 0,03%; acero de calidad: S < 0,03% – 0,045%; acero común: S < 0,055% – 0,7% o menos.

Debido a que la viruta es quebradiza y se puede obtener una superficie muy lisa, el acero que contiene azufre se puede usar para fabricar piezas de acero que no requieren cargas pesadas pero sí un alto acabado superficial (conocido como acero de fácil mecanizado), por ejemplo, en Cr14 se agrega intencionalmente una pequeña cantidad de azufre (0,2% – 0,4%). En algunos aceros de alta velocidad (aceros rápidos) para herramientas se realiza un tratamiento de sulfidación en la superficie.

| K/Na (Potasio/Sodio) | El potasio y el sodio pueden usarse como modificadores para esferoidizar los carburos en hierro blanco, aumentando la tenacidad al doble sin cambiar la dureza original; refinan la estructura en el hierro fundido nodular y estabilizan el proceso de tratamiento del hierro maleable; son elementos que promueven fuertemente la austenización, por ejemplo, pueden reducir la relación de manganeso a carbono en el acero al manganeso austenítico de 10:1~13:1 a 4:1~5:1.

| Ca (Calcio) | La adición de calcio al acero puede refinar el grano, desulfurar parcialmente y cambiar la composición, cantidad y forma de las inclusiones no metálicas. Su efecto es similar al de los elementos de tierras raras en el acero.

Mejora la resistencia a la corrosión, resistencia al desgaste, propiedades a altas y bajas temperaturas del acero; aumenta la tenacidad al impacto, resistencia a la fatiga, plasticidad y soldabilidad; mejora la capacidad de conformado en frío, resistencia a las vibraciones, dureza y duración de contacto del acero.

La adición de calcio al acero fundido mejora considerablemente la fluidez del acero; mejora la calidad superficial de las piezas fundidas, elimina la anisotropía en la estructura de las piezas fundidas; las propiedades de fundición, resistencia a las fisuras térmicas, propiedades mecánicas y maquinabilidad se mejoran en diversos grados.

La adición de calcio al acero puede mejorar la resistencia a las grietas por hidrógeno y a las fisuras en capas, prolongando la vida útil de equipos y herramientas. El calcio agregado en aleaciones base puede usarse como desoxidante y agente inoculante, y desempeña un papel en la microaleación.

| Ti (Titanio) | El titanio tiene una fuerte afinidad por el nitrógeno, oxígeno y carbono, y una afinidad por el azufre mayor que la del hierro; es un buen desoxidante, eliminador de gases y un elemento eficaz para fijar el nitrógeno y el carbono. Aunque el titanio es un elemento fuerte formador de carburos, no forma compuestos complejos con otros elementos. El carburo de titanio tiene una fuerte unión, es estable y no se descompone fácilmente; en el acero, solo se disuelve lentamente en la solución sólida cuando se calienta por encima de los 1000℃. Antes de disolverse, las partículas de carburo de titanio pueden impedir el crecimiento de grano. Debido a que la afinidad del titanio por el carbono es mucho mayor que la del cromo, en los aceros inoxidables, a menudo se utiliza el titanio para fijar el carbono y eliminar el empobrecimiento de cromo en los límites de grano, eliminando o reduciendo así la corrosión intergranular del acero.

El titanio es uno de los elementos formadores de ferrita más fuertes, aumentando significativamente las temperaturas A1 y A3 del acero. El titanio en los aceros de baja aleación comunes puede mejorar la plasticidad y tenacidad. Debido a que el titanio fija el nitrógeno y el azufre y forma carburo de titanio, aumenta la resistencia del acero. Tras el normalizado, refina el grano, y los carburos precipitados pueden mejorar significativamente la plasticidad y tenacidad al impacto del acero. Los aceros estructurales que contienen titanio tienen buenas propiedades mecánicas y tecnológicas, y su principal desventaja es una templabilidad algo menor.

En los aceros inoxidables de alto cromo, generalmente se agrega una cantidad de titanio que es aproximadamente 5 veces el contenido de carbono; esto no solo puede mejorar la resistencia a la corrosión (principalmente a la corrosión intergranular) y la tenacidad del acero, sino también inhibir la tendencia al crecimiento de grano a altas temperaturas y mejorar las propiedades de soldadura del acero.

| V (Vanadio) | El vanadio tiene una fuerte afinidad por el carbono, nitrógeno y oxígeno, formando compuestos estables correspondientes. El vanadio en el acero está presente principalmente en forma de carburos. Su función principal es refinar la estructura y grano del acero, reduciendo la resistencia y tenacidad del acero. Cuando se disuelve en la solución sólida a altas temperaturas, aumenta la templabilidad; por el contrario, si está presente en forma de carburos, reduce la templabilidad. El vanadio aumenta la estabilidad al revenido del acero templado y produce un efecto de endurecimiento secundario. El contenido de vanadio en el acero, excepto en el acero para herramientas de alta velocidad, generalmente no supera el 0,5%.

El vanadio en los aceros de baja aleación de bajo carbono puede refinar el grano, aumentar la resistencia y la relación de fluencia después del normalizado, y mejorar las propiedades a bajas temperaturas, mejorando la soldabilidad del acero.

El vanadio en los aceros estructurales de aleación puede reducir la templabilidad en condiciones normales de tratamiento térmico, por lo que en los aceros estructurales a menudo se utiliza en combinación con manganeso, cromo, molibdeno y tungsteno. En los aceros de temple y revenido, el vanadio aumenta principalmente la resistencia y la relación de fluencia del acero, refina el grano y reduce la sensibilidad al sobrecalentamiento. En los aceros cementados, debido a que puede refinar el grano, el acero después de la cementación puede templarse directamente sin necesidad de un segundo temple.

En los aceros para resortes y cojinetes, el vanadio puede aumentar la resistencia y la relación de fluencia, especialmente aumentando el límite proporcional y el límite elástico, reduciendo la sensibilidad al descarburado durante el tratamiento térmico, mejorando así la calidad superficial. El acero para cojinetes con cromo y vanadio tiene carburos finos dispersos y excelentes propiedades de servicio.

En el acero para herramientas, el vanadio refina el grano, reduce la sensibilidad al sobrecalentamiento, aumenta la estabilidad al revenido y la resistencia al desgaste, prolongando así la vida útil de la herramienta.

| Cr (Cromo) | El cromo puede aumentar la templabilidad del acero y tiene un efecto de endurecimiento secundario, puede aumentar la dureza y resistencia al desgaste del acero al carbono sin volverlo frágil. Cuando el contenido supera el 12%, el cromo otorga al acero una buena resistencia a la oxidación a altas temperaturas y resistencia a la corrosión oxidativa, y también aumenta la resistencia a altas temperaturas del acero. El cromo es el principal elemento de aleación en los aceros inoxidables, resistentes a los ácidos y resistentes al calor.

El cromo puede aumentar la resistencia y dureza del acero al carbono en estado laminado, disminuyendo el alargamiento y la reducción de área. Cuando el contenido de cromo supera el 15%, la resistencia y dureza disminuyen, y el alargamiento y la reducción de área aumentan correspondientemente. Las piezas de acero con contenido de cromo pueden obtener fácilmente una alta calidad superficial al ser pulidas.

La función principal del cromo en los aceros estructurales templados es aumentar la templabilidad, para que el acero después del temple y revenido tenga buenas propiedades mecánicas integrales; en los aceros cementados, puede formar carburos que contienen cromo, aumentando así la resistencia al desgaste de la superficie.

Los aceros para resortes que contienen cromo no son propensos al descarburado durante el tratamiento térmico. El cromo puede aumentar la resistencia al desgaste, dureza y resistencia al revenido de los aceros para herramientas, y tiene una buena estabilidad de revenido. En las aleaciones eléctricas, el cromo puede aumentar la resistencia a la oxidación, resistencia eléctrica y resistencia de la aleación.

| Mn (Manganeso) | El manganeso puede aumentar la resistencia del acero: debido a que el manganeso es relativamente económico y puede disolverse completamente en hierro, al aumentar la resistencia del acero, tiene un impacto relativamente pequeño en la plasticidad. Por lo tanto, el manganeso se utiliza ampliamente como elemento de refuerzo en el acero. Se puede decir que prácticamente todos los aceros al carbono contienen manganeso. Los aceros suaves que vemos comúnmente para estampado, los aceros de fase dual (aceros DP), los aceros con plasticidad inducida por transformación (aceros TRIP), los aceros martensíticos (aceros MS), todos contienen manganeso. Generalmente, el contenido de manganeso en los aceros suaves no supera el 0,5%; en los aceros de alta resistencia, el contenido de manganeso aumenta con el nivel de resistencia, por ejemplo, en los aceros martensíticos, el contenido de manganeso puede llegar hasta el 3%.

El manganeso aumenta la templabilidad del acero y mejora la trabajabilidad en caliente del acero: un ejemplo típico es el 40Mn y el acero 40. El manganeso puede eliminar el efecto del azufre: en el proceso de fabricación del acero, el manganeso puede formar sulfuro de manganeso de alto punto de fusión con el azufre, reduciendo y eliminando el efecto perjudicial del azufre.

Sin embargo, el contenido de manganeso es un arma de doble filo. El contenido de manganeso no es siempre mejor cuanto más alto sea. El aumento del contenido de manganeso puede reducir la plasticidad del acero y su soldabilidad.

| Co (Cobalto) | El cobalto se usa principalmente en aceros y aleaciones especiales. Los aceros rápidos que contienen cobalto tienen una alta dureza a altas temperaturas; cuando se agrega cobalto y molibdeno conjuntamente en aceros martensíticos envejecidos, se pueden obtener una dureza ultra alta y excelentes propiedades mecánicas integrales. Además, el cobalto es un elemento de aleación importante en aceros resistentes al calor y materiales magnéticos.

El cobalto reduce la templabilidad del acero, por lo que cuando se agrega solo al acero al carbono, puede reducir las propiedades mecánicas integrales después del temple y revenido. El cobalto puede reforzar la ferrita; cuando se agrega al acero al carbono en estado recocido o normalizado, puede aumentar la dureza, límite elástico y resistencia a la tracción del acero, pero tiene un efecto negativo en el alargamiento y la reducción de área; la tenacidad al impacto también disminuye con el aumento del contenido de cobalto. Debido a que el cobalto tiene resistencia a la oxidación, se utiliza en aceros y aleaciones resistentes al calor. Las aleaciones base cobalto muestran más sus propiedades únicas en turbinas de gas.

| Ni (Níquel) | Los beneficios del níquel son: alta resistencia, alta tenacidad, buena templabilidad, alta resistencia eléctrica y alta resistencia a la corrosión.

Por un lado, el níquel aumenta fuertemente la resistencia del acero, y por otro lado, mantiene la tenacidad del hierro en un nivel muy alto. Su temperatura de fragilidad es muy baja (cuando el níquel es inferior al 0,3%, su temperatura de fragilidad puede llegar a ser inferior a -100℃; cuando el contenido de níquel aumenta a alrededor del 4%~5%, su temperatura de fragilidad puede disminuir hasta -180℃). Por lo tanto, puede mejorar simultáneamente la resistencia y plasticidad de los aceros estructurales templados. Los aceros sin cromo que contienen 3,5% de níquel pueden templarse al aire; los aceros con cromo y 8% de níquel pueden transformarse en martensita incluso a velocidades de enfriamiento muy bajas.

Debido a que la constante de red del níquel es similar a la del hierro γ, pueden formar una solución sólida continua. Esto favorece el aumento de la templabilidad del acero. El níquel puede reducir los puntos críticos y aumentar la estabilidad de la austenita, por lo que la temperatura de temple puede reducirse y la templabilidad es buena. Para piezas de gran sección transversal y grandes, se utiliza acero con níquel. Cuando se combina con cromo, tungsteno o cromo y molibdeno, la templabilidad puede aumentar aún más. Los aceros níquel-molibdeno también tienen un límite de fatiga muy alto (los aceros con níquel tienen una buena resistencia a la fatiga térmica).

En los aceros inoxidables, el níquel se usa para proporcionar una estructura de austenita uniforme, mejorando la resistencia a la corrosión. Los aceros con níquel generalmente no son propensos al sobrecalentamiento, por lo que pueden evitar el crecimiento de grano a altas temperaturas y mantener una estructura de grano fino.

| Cu (Cobre) | El principal efecto del cobre en el acero es mejorar la resistencia a la corrosión atmosférica de los aceros de baja aleación comunes, especialmente cuando se usa en combinación con fósforo. La adición de cobre también puede aumentar la resistencia y la relación de fluencia del acero sin efectos negativos en la soldabilidad. Los aceros para rieles que contienen 0,20%~0,50% de cobre (U-Cu), además de ser resistentes al desgaste, tienen una vida útil frente a la corrosión atmosférica de 2 a 5 veces la del acero al carbono común.

Cuando el contenido de cobre supera el 0,75%, después del tratamiento de solución y envejecimiento, puede producirse un efecto de endurecimiento por envejecimiento. A bajo contenido, su efecto es similar al del níquel, pero más débil. A altos contenidos, afecta negativamente a la trabajabilidad en caliente, causando fragilidad por cobre durante la deformación en caliente. En algunos aceros inoxidables austeníticos, la adición de 2%~3% de cobre puede mejorar la resistencia a la corrosión frente al ácido sulfúrico, ácido fosfórico y ácido clorhídrico, y aumentar la estabilidad frente a la corrosión bajo tensión.

| Ga (Galio) | El galio en el acero es un elemento que cierra la región γ. Pequeñas cantidades de galio se disuelven fácilmente en la ferrita, formando una solución sólida de sustitución. No es un elemento formador de carburos y tampoco forma óxidos, nitruros o sulfuros. En la región de dos fases γ + α, pequeñas cantidades de galio se difunden fácilmente desde la austenita hacia la ferrita, teniendo una alta concentración en la ferrita. El efecto principal de pequeñas cantidades de galio en las propiedades mecánicas del acero es el refuerzo por solución sólida. El galio tiene un pequeño efecto en mejorar la resistencia a la corrosión del acero.

| As (Arsénico) | El arsénico del mineral solo puede eliminarse parcialmente durante el proceso de sinterización, y también puede eliminarse mediante tostación clorurada. Durante el proceso de fundición en altos hornos, el arsénico se reduce completamente y entra en el arrabio. Cuando el contenido de arsénico en el acero supera el 0,1%, hace que el acero se vuelva más frágil y empeore sus propiedades de soldadura. Se debe controlar el contenido de arsénico en el mineral, requiriendo que el contenido de arsénico no supere el 0,07%. El arsénico tiende a aumentar el límite elástico σs y la resistencia a la tracción σb del acero redondo de bajo carbono, y a reducir el alargamiento δ5; tiene un efecto más notable en disminuir la tenacidad al impacto Akv del acero al carbono común a temperatura ambiente. |

| Se (Selenio) | El selenio puede mejorar la maquinabilidad del acero al carbono, acero inoxidable y cobre, proporcionando una superficie lisa en las piezas. En el acero al silicio orientado de alta inducción magnética, el MnSe₂ se usa comúnmente como inhibidor; las inclusiones beneficiosas de MnSe₂ tienen una acción inhibidora más fuerte en el crecimiento de los granos durante la recristalización primaria que las inclusiones beneficiosas de MnS, y son más favorables para promover el crecimiento preferencial de los granos durante la recristalización secundaria, permitiendo obtener una textura de alta orientación {110}[001]. |

| Zr (Circonio) | El circonio es un elemento fuerte formador de carburos, su efecto en el acero es similar al del niobio, tántalo y vanadio. La adición de pequeñas cantidades de circonio tiene efectos de desoxidación, purificación y refinamiento del grano, lo que favorece las propiedades a baja temperatura del acero y mejora la estampabilidad. Se utiliza frecuentemente en aceros de ultra alta resistencia y aleaciones de alta temperatura basadas en níquel para motores a reacción y estructuras de misiles balísticos. |

| Nb (Niobio) | El niobio a menudo coexiste con el tántalo, y sus efectos en el acero son similares. El niobio y el tántalo se disuelven parcialmente en la solución sólida, ejerciendo un efecto de fortalecimiento por solución sólida. Al disolverse en la austenita, aumentan significativamente la templabilidad del acero. Sin embargo, cuando están presentes en forma de partículas finas de carburos y óxidos, refinan el grano y reducen la templabilidad del acero. Pueden aumentar la estabilidad al revenido del acero, produciendo un efecto de endurecimiento secundario. Pequeñas cantidades de niobio pueden aumentar la resistencia del acero sin afectar su plasticidad o tenacidad. Debido a su efecto de refinamiento del grano, puede mejorar la tenacidad al impacto del acero y reducir la temperatura de transición dúctil-frágil. Cuando el contenido supera ocho veces el contenido de carbono, casi puede fijar todo el carbono en el acero, otorgando al acero buenas propiedades de resistencia al hidrógeno. En el acero austenítico, puede prevenir la corrosión intergranular en medios oxidantes. Debido a su capacidad para fijar el carbono y su efecto de endurecimiento por precipitación, puede mejorar las propiedades a alta temperatura de los aceros resistentes al calor, como la resistencia al fluencia. |

| Mo (Molibdeno) | El molibdeno en el acero puede aumentar la templabilidad y resistencia al calor, prevenir la fragilidad por revenido, aumentar la inducción magnética remanente y la coercitividad, y mejorar la resistencia a la corrosión en algunos medios.

En los aceros templados y revenidos, el molibdeno puede hacer que las piezas de gran sección tengan una mayor profundidad de temple y templabilidad, aumentar la resistencia al revenido o estabilidad al revenido del acero, permitiendo realizar el revenido a temperaturas más altas, eliminando (o reduciendo) más eficazmente las tensiones residuales y mejorando la plasticidad.

En los aceros cementados, el molibdeno, además de los efectos anteriores, puede reducir la tendencia a la formación de carburos en forma de red continua en los límites de grano en la capa cementada, reducir la cantidad de austenita retenida en la capa cementada, aumentando así la resistencia al desgaste de la capa superficial.

En los aceros para matrices de forja, el molibdeno puede mantener una dureza relativamente estable del acero, aumentar la resistencia a la deformación, agrietamiento y desgaste.

En los aceros inoxidables resistentes a los ácidos, el molibdeno puede mejorar aún más la resistencia a ácidos orgánicos (como el ácido fórmico, acético y oxálico), así como al peróxido de hidrógeno, ácido sulfúrico, ácido sulfuroso, sulfatos, colorantes ácidos y soluciones de hipoclorito. Especialmente debido a la adición de molibdeno, se previene la tendencia a la corrosión por picaduras en presencia de iones cloruro. El acero rápido W12Cr4V4Mo con aproximadamente 1% de molibdeno tiene buena resistencia al desgaste, resistencia al revenido y resistencia al rojo. |

| Sn (Estaño) | El estaño siempre se ha considerado un elemento de impureza dañino en el acero, afectando la calidad de los productos de acero, especialmente la calidad de las palanquillas de colada continua, causando fragilidad en caliente, fragilidad por revenido, formación de grietas y fracturas, y afectando las propiedades de soldadura del acero; es uno de los «cinco elementos perjudiciales» en el acero. Sin embargo, el estaño juega un papel muy importante en el acero eléctrico, hierro fundido y acero de fácil mecanizado.

El tamaño de grano en el acero al silicio está relacionado con la segregación del estaño; la segregación del estaño impide el crecimiento de grano. Cuanto mayor es el contenido de estaño, mayor es la cantidad de segregación, lo que impide eficazmente el crecimiento de grano, reduciendo el tamaño de grano y disminuyendo las pérdidas por histéresis. El estaño puede cambiar las propiedades magnéticas del acero al silicio, aumentando la intensidad de la textura favorable {100} en el acero al silicio orientado, y aumentando significativamente la inducción magnética.

Cuando se agrega una pequeña cantidad de estaño al hierro fundido, se puede mejorar su resistencia al desgaste y afectar la fluidez del hierro fundido. El hierro maleable perlítico tiene alta resistencia y resistencia al desgaste; para obtener una perlita en estado de fundición, se agrega estaño durante la fusión. Dado que el estaño es un elemento que inhibe la nodulización del grafito, se debe controlar su cantidad, generalmente limitándola a ≤0,1%.

Los aceros de fácil mecanizado se pueden dividir en los basados en azufre, calcio, plomo y compuestos. El estaño tiene una tendencia notable a segregarse cerca de las inclusiones y defectos. El estaño no cambia la forma de las inclusiones de sulfuro en el acero, pero mediante la segregación en los límites de grano y fases, aumenta la fragilidad, mejorando la maquinabilidad del acero; cuando el contenido de estaño es >0,05%, el acero tiene una buena maquinabilidad. |

| Sb (Antimonio) | En el acero al silicio orientado de alta inducción magnética, la adición de antimonio conduce a la refinación del grano durante la recristalización primaria y secundaria, la estructura de la recristalización secundaria es más perfecta y las propiedades magnéticas mejoran. En el acero que contiene antimonio, después del laminado en frío y recocido de descarbonización, en sus componentes de textura, los componentes {110}〈115〉 o {110}〈001〉 que favorecen el desarrollo de la recristalización secundaria se refuerzan, aumentando la cantidad de granos de segunda fase.

En el acero estructural soldado que contiene antimonio, a temperaturas de austenita, el antimonio en el acero se precipita en las inclusiones de MnS y a lo largo de los límites de grano originales de austenita, aumentando la segregación y precipitación en las inclusiones de MnS, lo que permite refinar la estructura del acero y mejorar su tenacidad. |

| W (Tungsteno) | El tungsteno en el acero, además de formar carburos, se disuelve parcialmente en el hierro formando una solución sólida. Su efecto es similar al del molibdeno, pero generalmente menos efectivo en términos de masa. El papel principal del tungsteno en el acero es aumentar la estabilidad al revenido, la resistencia al rojo, la resistencia al calor y, debido a la formación de carburos, aumentar la resistencia al desgaste. Por lo tanto, se utiliza principalmente en aceros para herramientas, como aceros rápidos y aceros para matrices de forja en caliente.

En los aceros para resortes de alta calidad, el tungsteno forma carburos refractarios; al templar a temperaturas más altas, puede ralentizar el proceso de coagulación de carburos, manteniendo una alta resistencia a altas temperaturas. El tungsteno también puede reducir la sensibilidad al sobrecalentamiento del acero, aumentar la templabilidad y mejorar la dureza. El acero para resortes 65SiMnWA, después de la laminación en caliente y enfriamiento al aire, tiene una alta dureza; los resortes de acero con una sección de 50 mm² pueden templarse en aceite, y se pueden utilizar para fabricar resortes importantes que soportan cargas pesadas, resistentes al calor (no más de 350℃) y sometidos a impactos. El acero para resortes de alta resistencia y resistencia al calor 30W4Cr2VA tiene una alta templabilidad; después del temple a 1050℃~1100℃ y revenido a 550℃~650℃, la resistencia a la tracción alcanza 1470~1666 MPa. Se utiliza principalmente para fabricar resortes que operan en condiciones de alta temperatura (no más de 500℃).

Debido a la adición de tungsteno, se puede mejorar significativamente la resistencia al desgaste y las propiedades de corte del acero, por lo que el tungsteno es un elemento principal en los aceros para herramientas de aleación. |

| Pb (Plomo) | El plomo puede mejorar la maquinabilidad. Los aceros de fácil mecanizado con plomo tienen buenas propiedades mecánicas y son adecuados para el tratamiento térmico. Debido a la contaminación ambiental y los efectos perjudiciales durante la recuperación y fusión de chatarra, el plomo está siendo reemplazado gradualmente.

El plomo y el hierro difícilmente forman una solución sólida o compuestos, y fácilmente se segregan en los límites de grano en forma de partículas esféricas, lo que es la causa de la fragilidad del acero entre 200℃~480℃ y la aparición de grietas en las soldaduras. |

| Bi (Bismuto) | En los aceros de fácil mecanizado, la adición de 0,1%~0,4% de bismuto puede mejorar la maquinabilidad. Cuando el bismuto se dispersa uniformemente en el acero, las micro partículas de bismuto se funden al contacto con la herramienta de corte, actuando como lubricante, y hacen que la viruta se rompa, evitando el sobrecalentamiento, aumentando la velocidad de corte. Recientemente se ha añadido bismuto en grandes cantidades en los aceros inoxidables para mejorar su maquinabilidad.

El bismuto en el acero de fácil mecanizado existe en tres formas: individualmente en la matriz de acero, rodeado por sulfuros y entre la matriz de acero y los sulfuros. En los lingotes de acero S-Bi, el grado de deformación de las inclusiones de MnS disminuye al aumentar el contenido de bismuto. El bismuto metálico puede suprimir la deformación de los sulfuros durante el proceso de forjado de los lingotes de acero.

Cuando se agrega 0,002%~0,005% de bismuto en el hierro fundido, se pueden mejorar las propiedades de fundición del hierro maleable, aumentar la tendencia a la formación de hierro blanco y acortar el tiempo de recocido; las propiedades de extensión de las piezas mejoran. En el hierro fundido nodular, la adición de 0,005% de bismuto puede mejorar su resistencia a la vibración y resistencia a la tracción. La adición de bismuto al acero y al hierro presenta ciertas dificultades, ya que a 1500℃ el bismuto se volatiliza en gran medida y es difícil introducir el bismuto uniformemente en el acero. Actualmente, en el extranjero, se utiliza una aleación Bi-Mn con un punto de fusión de 1050℃ en lugar de bismuto como aditivo, pero la tasa de utilización del bismuto sigue siendo solo alrededor del 20%.

Nippon Steel, POSCO y Kawasaki Steel han presentado sucesivamente varias patentes sobre la adición de bismuto para mejorar significativamente el valor B8 del acero al silicio orientado. Según las estadísticas, el número total de invenciones de Nippon Steel y JFE en la producción de acero al silicio orientado de alta inducción magnética con adición de bismuto ha superado las cien. Después de agregar bismuto, la inducción magnética alcanza más de 1,90 T, llegando hasta 1,99 T en el máximo. |

| Re (Tierras raras) | Generalmente, los elementos de tierras raras se refieren a los 17 elementos que incluyen los lantánidos (elementos con números atómicos del 57 al 71: lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio), así como el escandio (21) e itrio (39). Tienen propiedades similares y son difíciles de separar. Los que no se han separado se conocen como tierras raras mixtas y son relativamente económicos. Las tierras raras en el acero pueden desoxidarse, desulfurarse, realizar microaleaciones y también pueden cambiar la capacidad de deformación de las inclusiones de tierras raras. Especialmente, pueden modificar parcialmente las inclusiones frágiles de Al₂O₃, mejorando las propiedades de fatiga de la mayoría de los tipos de acero.

Los elementos de tierras raras, como Ca, Ti, Zr, Mg y Be, son los modificadores más efectivos de los sulfuros. Al agregar una cantidad adecuada de elementos de tierras raras en el acero, los óxidos y sulfuros de las inclusiones pueden convertirse en pequeñas inclusiones esféricas dispersas, eliminando la influencia perjudicial de inclusiones como MnS. En la práctica de producción, el azufre en el acero existe en forma de FeS y MnS; cuando el contenido de Mn es alto, la tendencia a formar MnS es mayor. Aunque el MnS tiene un punto de fusión más alto y puede evitar la fragilidad en caliente, el MnS puede estirarse en bandas durante la deformación plástica, reduciendo significativamente la plasticidad, tenacidad y resistencia a la fatiga del acero. Por lo tanto, se considera necesario agregar elementos de tierras raras para modificar el acero.

Los elementos de tierras raras también pueden mejorar la resistencia a la oxidación y resistencia a la corrosión del acero; el efecto en la resistencia a la oxidación supera al de elementos como el silicio, aluminio y titanio. Pueden mejorar la fluidez del acero, reducir las inclusiones no metálicas y hacer que la estructura del acero sea densa y pura. El papel de las tierras raras en el acero se centra principalmente en la purificación, modificación y aleación. A medida que se controla gradualmente el contenido de oxígeno y azufre, el papel tradicional en la purificación del acero y la modificación disminuye gradualmente, siendo reemplazado por tecnologías de limpieza más avanzadas y el papel en la aleación.

En las aleaciones de hierro-cromo-aluminio, las tierras raras aumentan la resistencia a la oxidación de la aleación, mantienen el grano fino a altas temperaturas, mejoran la resistencia a altas temperaturas, extendiendo significativamente la vida útil de las aleaciones eléctricas. |