Acero: usos, propiedades, historia y el brillante futuro de este metal

que es el acero

Si hay un metal que está asociado al mundo moderno ese es el acero. Sin embargo el acero no es un metal independiente o puro, sino que es el resultado de una mezcla. Curiosamente la mayoría de la gente sabe lo que es el acero pero desconoce de dónde viene o cuáles son sus componentes.

¿Qué es el acero y para qué sirve?

El acero es una aleación entre hierro, carbono, manganeso, silicona, fósforo, sulfuro y oxígeno, donde el carbono suele ser menos del 2% y el manganeso menos del 1%, quedando el resto en cantidades muy pequeñas.

Por lo tanto vemos que es un metal derivado de la mezcla de otros metales y elementos, lo que por lógica nos indica que el mismo fue favorecido desde sus comienzos por sus propiedades para ciertas aplicaciones. En el mundo moderno el acero es bien conocido por ser el metal más usado en el mundo de la ingeniería y la construcción. Las construcciones de los rascacielos y muchas otras estructuras titánicas modernas no podrían ser concebidas sin este metal, como barcos, trenes, coches o armas.

El hierro es el componente fundamental del acero y en cierto modo podemos decir que el acero es un derivado del hierro, pero es que la producción del hierro no tendría sentido sin el acero, pues del orden del 97% del primero es usado para producir el segundo. Por lo tanto podemos afirmar que el hierro es minado y producido con el objetivo de conseguir acero.

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Para entender su importancia en la vida moderna, el acero producido en proyectos de ingeniería supera en más de 30 veces al segundo metal en discordia: el aluminio.

Las ciudades y métodos de transporte y producción del mundo moderno serían inconcebibles sin este conocido metal.

Características del acero

acero propiedades

Para que el acero se convirtiera en el metal más usado de la industria mundial tuvo que ser un metal con unas propiedades excepcionales.

Sus propiedades más importantes son la durabilidad, dureza, ductilidad y la soldabilidad. Dependiendo de las cantidades de los elementos en las aleaciones correspondientes encontraremos diferentes grados de dichas propiedades. Esto hace que el acero pueda servir para cualquier aplicación de la industria que requiera unas capacidades específicas.

Las propiedades mecánicas del acero derivan de la combinación de cuestiones como el tratamiento de calor, el proceso de fabricación y la composición química.

Por ejemplo, si queremos que el acero sea mucho más duro podemos conseguirlo mediante la añadidura de mayor cantidad de manganeso o vanadio. Pero como siempre ocurre en los casos de mezcla, a medida que aumentamos un elemento se pierden otras propiedades que serían mejores en el estado anterior.

Otras propiedades que pueden ser afectadas por diferentes elementos son:

  • Disminuyendo el sulfuro se puede aumentar la ductilidad
  • Añadiendo niquel extra se puede incrementar la dureza
  • Con cromo se aumenta la temperatura de fusión
  • El cromo se añade para evitar la corrosión
  • El tungsteno se añade para evitar la aparición de cementita
  • Aunque el azufre se considera como impureza para el acero normalmente a veces se añade en cantidades importantes para aumentar la maquinabilidad
  • El cobre contribuye a resistir la corrosión
  • El boro es bueno para mejorar la templabilidad del acero
  • El vanadio contribuye a mejorar la resistencia ante impactos
  • Con titanio se aumenta la resistencia a altas temperaturas

La clave en la producción de acero es ir calculando y probando la aleación resultante hasta encontrar las propiedades idóneas según el proyecto.

El tratamiento término es muy importante para el acero donde tenemos tres tipos muy comunes: enfriamiento, recocido y temple.

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La dureza del acero

El acero no es ajeno a las pequeñas grietas. Estas pueden propagarse rápidamente dependiendo de las condiciones del acero, en especial la resistencia.

Para medir la dureza de este metal es común usar una prueba de impacto de muesca denominada V Charpy. Dicha prueba consiste en medir la energía que produce el impacto con un golpe desde un péndulo. Esta prueba se traduce en unas designaciones tales como JR, J2 o K5, que nos dan los diferentes grados de resistencia.

La ductilidad en el acero

Esta es una propiedad realmente importante en los metales y no lo iba a ser menos en el acero. Esta es una propiedad que el diseñador tiene que tener muy en cuenta a la hora de buscar el equilibrio perfecto entre el diseño, el riesgo de propagación de grietas, el doblado, enderezado, etcétera.

Todo acero tiene que tener un valor mínimo de ductilidad.

Soldabilidad del acero

El acero es un metal que se caracteriza por ser perfectamente soldable. En este proceso hay que tener en cuidado porque la zona soldad supone una fundición del elemento, el cual acaba por enfriarse y en ese proceso se pueden dar casos de reducción de la tenacidad.

En este proceso de soldabilidad hay que tener en cuenta los elementos presentes en la aleación, sobre todo la cantidad de carbono.

La durabilidad en el acero

Como casi todos los metales, una de las propiedades fundamentales del acero es la prevención de la corrosión.

Dos maneras de aumentar la durabilidad de esta aleación es acudiendo al pintado o a la galvanización

Un tipo especial de acero es el resistente a la intemperie, ya que se trata de un acero resistente a la corrosión que no necesita protección extra ya que la misma forma una capa protectora de óxido adherente. Una estructura conocida que emplea dicho metal es El Ángel del Norte, en el Reino Unido.

acero resistente a la intemperie
Angel del Norte. Cerca de Newcastle, Reino Unido

Tipos de acero

  • Acero al carbono: puede ser Bajo, Medio y Alto, dependiendo de la cantidad de carbono
  • Acero aleado: que significa el acero trabajado con otros elementos que no sean el carbono
  • Acero inoxidable: que además contiene una cantidad de cromo de un mínimo del 10,5%
  • Acero corten: con características particulares de oxidación
  • Acero corrugado: usado para la fabricación con hormigón armado
  • Acero galvanizado: para luchar contra la corrosión
  • Acero laminado: proceso que trabaja los lingotes de acero para conseguir la forma deseada
  • Acero suave o dulce: con muy poco carbono, del orden del 0,15% al 0,25%
  • Acero estructural: aleación con carbono, hierro, silicio, fósforo, azufre y oxígeno
  • Acero quirúrgico: usado principalmente para fabricación de joyas
  • Acero para cementación: tiene poco carbono y se usa para cementar
  • Acero eléctrico: hecho para la transmisión de energía eléctrica. Necesita silicio.

Un método muy conocido internacionalmente para medir el acero es el del Instituto de Acero y Hierro Americano (AISI). Por ejemplo, los metales de carbono comienzan con el número 1; por ejemplo, 1xxx (siendo x otras posibles variables dependiendo del caso).

Historia del acero

¿De dónde viene este metal? ¿Por qué se hizo tan popular?

El término viene del latín “aciarium” y “acies” y vendría a significar punta o filo. Como veremos ahora, su uso militar en forma de espada fue el preeminente durante la mayor parte de la historia.

La historia de este metal es mucho más antigua de lo que se supone.

Si le preguntamos a una persona cualquiera lo más probable es que piense que este metal existe desde hace no demasiado tiempo y probablemente comenzó con la Revolución Industrial.

Sin embargo, para encontrar el origen del acero hay que remontarse a las estrellas, miles de millones de años antes de la época del humano moderno. Se cree que después de explosiones estelares restos de este material alcanzaron la Tierra en asteroides.

Más tarde, con la manía de los humanos por trabajar y producir no tardaron en sacar el hierro y fundirlo en acero.

Ese hierro que vino con los meteoritos tenía un contenido mayor de niquel, lo que hizo que los primeros descubridores le encontraran unas características especiales. Eso hizo que este hierro especial fuera el más usado en los bienes fabricados en la Edad de Bronce.

Allá por el segundo milenio Antes de Cristo se cree que ya se empezó a trabajar con el hierro y las mezclas que el mismo tenía debajo de la Tierra.

La verdad es que el proceso de conseguir el acero no fue en línea recta y durante cientos y miles de años las culturas y civilizaciones estuvieron trabajando el hierro con diferentes aleaciones acercándose muy cerca al concepto del acero pero sin llegar a perfeccionar el proceso.

En el 1.800 A.C. hay referencias a producción de acero o de un acabado cercano a este en Anatolia y en el Mar Negro.

Uno de los sitios de donde se tienen primeras referencias del uso de un “hierro mejorado” es la Península Ibérica con su famosa falcata, una de las espadas más famosas de la historia que fue usada nada menos que por los ejércitos de Aníbal.

También hay referencias del uso del acero antes de la era cristiana en la India y en China. En particular el Acero Wootz de la India fue el antecesor del acero de Damasco, el cual tuvo una gran influencia tanto en Oriente Medio como en Europa.

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Después de la caída del Imperio Romano Europa entró en una época de declive que también afectó al uso del acero pero el mismo no dejó de producirse y la industria de las espadas siempre estuvo intentando conseguir las mejores fusiones para tan importantes armas: desde los vikingos hasta los samuráis en Japón.

La llegada de la era industrial trajo consigo el auténtico despegue en la elaboración de acero y en sus mil y una aplicaciones para la sociedad fuertemente industrializada que estaba en ciernes. Los primeros trabajos en altos hornos con arrabio fueron cruciales.

¿Quién inventó el acero?

historia del acero
Proceso de Bessemer en la elaboración de acero

Pues a pesar de que es un elemento bien conocido desde la antigüedad se considera que el verdadero descubridor de la producción en masa moderna de acero de calidad fue el británico Henry Bessemer. El descubrimiento científico de este hombre revolucionó el Siglo XIX y sentó las bases para crear la civilización actual: eminentemente una civilización de acero. El nombre de este inventor está estrechamente relacionado a la ciudad inglesa de Sheffield, conocida como uno de los centros neurálgicos en la historia de los metales y la minería.

Usos del acero

El acero es un elemento crucial para la industria mundial. Se estima que aproximadamente entre el 25 y el 50% se dedica en la construcción y el 15% en transporte. También es usado de manera significativa en fabricación y en almacenamiento.

aplicaciones del acero
Los rollos de acero inoxidable son muy usados en los procesos industriales

Vamos a ver algunas de las aplicaciones más conocidas del acero:

  • Es duradero y por eso es favorecido en los planteamientos pro-medio ambiente
  • Mundo de la construcción como: hierro angular, estructuras, etcétera
  • Se usa mucho en la industria del automóvil: hasta el 50% de un coche es típicamente acero
  • En la construcción y producción de petróleo en plataformas y tuberías
  • Se usa para el empaquetado
  • Uso en electrodomésticos modernos como: TV, horno, mobiliario de cocina, etcétera
  • Construcción de maquinaria
  • Como utensilios para comer
  • Arquitectura moderna
  • En paneles solares o turbinas de viento y en general para la industria de las energías renovables
  • Se usa en barriles, almacenes, contenedores, y más elementos relacionados con el transporte y conservación
  • En cintos de seguridad de todos los sectores
  • Es un metal muy reciclable por lo que hay una industria fuerte al respecto

Producción de acero

produccion de acero mundial

Si hay un elemento que ha crecido en importancia en los últimos 100 años para la humanidad ese es el acero. Basta ver la evolución de la producción anual del acero para darnos cuenta de lo usado que es este metal en la vida moderna.

La evolución de la producción es impresionante, sobre todo si la comparamos con el aumento de la población mundial.

Comparación acero y población mundialProducción aceroPoblación mundial
1900281.65
201014337
Variación %5.017 %324 %

Como vemos, el aumento de la población mundial apenas se puede comprara con el crecimiento gigantesco que ha tenido el uso del acero en el mundo, y eso que en el Siglo XX, por el medio se sufrieron episodios como la Primera y Segunda Guerras Mundiales y la Gran Depresión. A pesar de ello, la producción de acero apenas se resintió y a finales de siglo se alcanzaron cuotas enormes debido al gran empujón de China, el nuevo jefe de la producción mundial.

¿Qué país produce más acero?

Desde su salida del sistema económico comunista China ha obtenido un crecimiento económico sin precedentes, con su economía creciendo de manera exponencial desde los años 80, y con ella la producción y consumo de todo tipo de materias primas, incluido el acero, del que China es el líder indiscutible en el mundo.

Veamos la lista de los países más importantes en la producción de este metal:

Países productores de acero 2018Producción en millones de toneladas cúbicas
1 China928,3
2 India106,5
3 Japón104,3
4 Estados Unidos86,6
5 Corea del Sur72,5
6 Rusia 71,7
7 Alemania42,4
8 Turquía37,3
9 Brasil34,9
10 Italia24,5
Mundo1.808,4

Como se ve en la tabla de países productores de acero en 2018, la producción mundial está fuertemente dominada por Asia, donde están 4 de los 5 primeros productores mundiales. Sin embargo es el dominio chino lo que llama fuertemente la atención es la desproporción de la producción china, que supone nada menos que la mitad de la producción mundial. Esto nos debe dar una idea del inmenso crecimiento que está teniendo ese país en los últimos años, posicionándose claramente como futuro dominador de la economía mundial. La construcción masiva de ciudades modernas es impresionante en ese país; para ello el acero es esencial.

Las mayores empresas mundiales en producción de acero son las siguientes:

  • ArcelorMittal: 96,42
  • China Baowu Steel: 67,43
  • NSSMC Group: 49,22
  • HBIS Group: 46,80
  • POSCO: 42,86
  • Shagang Group: 40,66
  • Ansteel: 35,36
  • JFE Holdings: 29,15
  • Shougang Group: 27,34
  • Tata Steel: 27,23

La mayoría de estas empresas son chinas y asiáticas. Curiosamente el grupo ArcelorMittal todavía tiene capital español, que le viene de la antigua Arcelor, un gran grupo siderúrgico europeo.

El precio del acero es muy dependiente de la evolución de la industria de construcción mundial, y se ha visto muy influido por el gran crecimiento de las economías en desarrollo desde los años 90, sobre todo China. El crecimiento del precio ha sido importante.

En los últimos años el precio creció muy fuerte del 2015 al 2017, estando estancado desde entonces. Hay que tener en cuenta que la subida del 2016 significó prácticamente doblar el precio y ese tipo de incremento no se puede sostener durante mucho tiempo, a no ser que haya una gran crisis inflacionaria en la que las divisas FIAT pierdan parte de su valor en el mercado.

¿Cómo se fabrica el acero?

Lo primero de todo es conseguir el hierro. ¿Cómo se consigue este?

Pues para ello hay que buscar los minerales en la superficie de la Tierra, ya que el hierro no ocurre de manera natural y se combina con otros elementos fácilmente. Por ello las grandes mineras se ocupan de buscar estos minerales, los cuales han de tener al menos un 20% de hierro para que su extracción sea viable. Un mineral típico de hierro es la magnetita Fe3O4.

La fabricación del acero solo comienza una vez se ha trabajado en el aislamiento del hierro.

Los métodos de fabricación del acero han evolucionado mucho desde la antigüedad e incluso desde su despegue en el siglo XIX. Aun así la mayoría de los métodos modernos aún están basados en el proceso de Bessemer.

El proceso requiere de mezclar mineral de hierro y un combustible de nombre cok (que también sirve para separar las impurezas). Una vez se eliminan las impurezas y tras añadir carbono se produce el acero tras la combustión del cok. Con esto se produce el arrabio o acero líquido. Luego habrá que moldearlo.

Aquí tienes un vídeo de cómo es el proceso básico de producción del acero:

El acero en el medio ambiente

¿Quién lo iba a decir?

Curiosamente el acero y los metales en general se han posicionado ventajosamente en el nuevo paradigma socioeconómico mundial: el cambio climático y la economía sostenible.

La gran ventaja del acero es que es un elemento completamente reciclable. Por ello el mismo es una de las esperanzas de los defensores del medio ambiente, que ven en metales como este una posibilidad de sustituir otros elementos productivos como las energías fósiles y hacer un planeta más sostenible.

Aunque no deje de ser un metal que requiere de procesos industriales de producción el mismo no deja rastros de contaminación como sí puede hacerlo el petróleo y otros elementos. Además, la producción de acero se ha vuelto cada vez más eficiente, ya que solo se requiere el 40% de energía necesaria que hacía falta en los años 60 del siglo pasado.

Es en el punto del reciclaje donde el acero y los metales van ganando terreno como los nuevos elementos de la economía mundial, cosa que se puede ver por ejemplo en su importancia para la construcción de los coches eléctricos, muy dependientes de estos metales.  Como el acero es perfectamente reciclable se puede usar una y otra vez para la fabricación de vehículos e instalaciones, algo que es una ventaja enorme comparada con otros elementos como la madera, por ejemplo.

De hecho, España y Europa son líderes mundiales en el reciclaje del acero, lo que muestra el camino a seguir en el futuro.

Para hacernos una idea de la capacidad de reciclaje de este compuesto, entre el 80 y el 90% del acero de la construcción, maquinaria e industria automóvil se puede reciclar.

Efectos contaminantes del acero

La producción de acero supone una fuente importante de contaminación. Su consumo de energía da lugar a emisiones de gases de efecto invernadero.

Un elemento importante a tener en cuenta es la producción de coque, que supone una fuerte emisión a la atmosfera de gas de dicho elemento, compuestos de amonio, azufre y otros elementos.

También se puede producir contaminación del agua usada para el enfriamiento, aunque esto puede mejorar con un buen proceso de eliminación por filtración para lo que es importante que el productor sea consciente de este problema.

Consideraciones personales sobre el futuro del acero

En mi opinión, es un mercado que creo que va a crecer incluso más en el futuro, sobre todo teniendo en cuenta las regulaciones que están por venir en el tema de la sostenibilidad y las energías fósiles. Aquí es donde el acero tiene la partida ganada.

Sin embargo, no es oro todo lo que reluce y un incremento aún mayor de la producción de acero y metales en el mundo crea otro tipo de problemas.

Es cierto que el acero es perfectamente reciclable pero ello no evita que para producir este y otros metales haya que recurrir a costosos procesos de minería que indudablemente van a meter mucha presión en el medioambiente de la Tierra. Estamos hablando de una actividad muy intensa en capital y energía.

No obstante, según los defensores de este modelo las ventajas superan con creces a las desventajas.

Esperemos que estén en lo cierto.

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