Características y aplicaciones de las tuberías de acero con alto contenido de carbono

El acero de alto carbono, a menudo llamado acero para herramientas, tiene un contenido de carbono que oscila entre el 0,60 % y el 1,50 %, y puede templarse y revenerse. Martillos, palancas, etc., se fabrican con acero con un contenido de carbono del 0,75 %; herramientas de corte como taladros, machos de roscar, escariadores, etc., se fabrican con acero con un contenido de carbono del 0,90 % al 1,00 %.

Características de rendimiento de los tubos de acero de alto carbono:

Ventajas:

1. Tras el tratamiento térmico, se obtiene una alta dureza (HRC60-65) y una buena resistencia al desgaste.
2. La dureza es moderada en el estado de recocido y presenta buena maquinabilidad.

3. Las materias primas son fáciles de obtener y el coste de producción es bajo.

Desventajas:

1. Baja dureza en caliente. Cuando la temperatura de trabajo de la herramienta supera los 200 °C, su dureza y resistencia al desgaste disminuyen drásticamente.
2. Baja templabilidad. El diámetro de temple completo durante el temple en agua suele ser de tan solo 15-18 mm; el diámetro o espesor máximo de temple completo durante el temple en aceite es de tan solo unos 6 mm, y es fácil de deformar y agrietar.

Ámbitos de aplicación de las tuberías de acero con alto contenido de carbono:

Las tuberías de acero con alto contenido de carbono se utilizan principalmente en los siguientes campos:

1. Fabricación mecánica
Las tuberías de acero con alto contenido de carbono se utilizan ampliamente en la fabricación mecánica. Muchos equipos y piezas mecánicas requieren el uso de tuberías de acero con alto contenido de carbono para garantizar la rigidez y la resistencia general del equipo.

Escenarios de aplicación: puntales hidráulicos, ejes de transmisión de maquinaria pesada y otras piezas que requieren alta resistencia a la compresión.

Cilindro hidráulico/cilindro de aceite: Se utiliza en el sistema hidráulico de maquinaria pesada (como excavadoras y máquinas de moldeo por inyección). Utiliza la alta resistencia a la compresión del acero de alto carbono (hasta 800 MPa o más) para soportar frecuentes impactos de alta presión.
Eje de transmisión, biela: Su alta dureza (HRC 50-60) es adecuada para piezas de transmisión de baja velocidad y alto par, pero requiere un tratamiento de temple superficial para mejorar la resistencia a la fatiga.
Manguito guía de molde: Al igual que el manguito guía del molde de estampación en frío, su resistencia al desgaste es superior a la del acero al carbono convencional.

2. Industria minera
Equipos y maquinaria minera resistentes al desgaste: Tuberías de transporte de lodos (vida útil de 3 a 5 veces mayor que la de las tuberías de acero convencionales), revestimientos de trituradoras, accesorios de molinos de bolas (alta dureza y resistencia al desgaste).

3. Industria automotriz
Piezas de suspensión:
Brazos de suspensión de alta tensión de algunos vehículos comerciales (requieren templado para mejorar su tenacidad).

Eje de embrague:
Los tubos sin costura de alta rigidez se utilizan para la transmisión de alto par, pero se debe evitar la soldadura (en su lugar, se recomienda utilizar conexiones con bridas).

4. Industria de la construcción
Los tubos de acero con alto contenido de carbono también se utilizan para soportes estructurales, ménsulas y otros componentes de la industria de la construcción, aprovechando su alta resistencia y plasticidad para satisfacer las necesidades de diversas formas y cargas complejas.

5. Sector militar y aeroespacial
En los sectores militar y aeroespacial, las tuberías de acero con alto contenido de carbono se utilizan para fabricar armas, municiones y ciertas piezas de vehículos aeroespaciales, gracias a su alta resistencia y fácil procesamiento.

6. Industria del petróleo y el gas
En el sector del transporte de petróleo y gas, las tuberías de acero con alto contenido de carbono se han convertido en la opción ideal para el transporte de petróleo y gas natural gracias a sus buenas propiedades mecánicas y resistencia a la presión.

7. Industrias especiales
Varillas de perforación, soportes para hojas de sierra (alta resistencia a la torsión).
Herramientas para maquinaria agrícola: como cuchillas de cosechadoras, soportes para hojas de sierra y casquillos de calibradores, dependen de la estabilidad dimensional del acero con alto contenido de carbono.
Anillos de cojinetes en bruto:

Los tubos sin costura de GCr15 y otros aceros al cromo con alto contenido de carbono se forjan para fabricar anillos de cojinetes.

La dureza y la resistencia del acero con alto contenido de carbono dependen principalmente de la cantidad de carbono sólido disuelto en el acero y aumentan con dicho contenido. Cuando el contenido de carbono sólido disuelto supera el 0,6 %, la dureza deja de aumentar tras el temple, pero aumenta el exceso de carburos, la resistencia al desgaste del acero aumenta ligeramente y la plasticidad, la tenacidad y la elasticidad disminuyen. Por ello, se suelen seleccionar diferentes grados de acero según las condiciones de uso y la compatibilidad entre resistencia y tenacidad. Por ejemplo, para fabricar resortes o piezas de resorte con poca fuerza, se puede seleccionar acero 65 con menor contenido de carbono. Generalmente, el acero con alto contenido de carbono se puede producir mediante hornos eléctricos, hornos abiertos y convertidores de oxígeno. Cuando se requiere una mayor calidad o una calidad especial, se puede utilizar la fundición en horno eléctrico con consumibles al vacío o la refundición por electroescoria. Durante la fundición, la composición química, especialmente el contenido de azufre y fósforo, se controla estrictamente. Para reducir la segregación y mejorar las propiedades isotrópicas, el lingote de acero puede someterse a un recocido por difusión a alta temperatura (especialmente importante para el acero para herramientas). Durante el procesamiento en caliente, la temperatura de parada de forja (laminado) del acero hipereutectoide debe ser baja (aproximadamente 800 °C). Tras el forjado y el laminado, se debe evitar la precipitación de carburos gruesos. Se debe prestar atención al enfriamiento lento por debajo de 700 °C para prevenir grietas causadas por tensión térmica. Se debe evitar la descarburación superficial durante el tratamiento térmico o el procesamiento en caliente (especialmente importante para el acero para resortes). La relación de compresión durante el procesamiento en caliente debe ser suficiente para garantizar la calidad y el rendimiento del acero.

Conclusión:
Las principales ventajas de las tuberías de acero con alto contenido de carbono son su alta resistencia, alta resistencia al desgaste, seguridad sin costuras y su idoneidad para maquinaria hidráulica, equipos de minería, herramientas de precisión y otros sectores. Sin embargo, su baja tenacidad y sus difíciles características de soldadura limitan su aplicación en entornos corrosivos, de baja temperatura o de impacto. Una selección adecuada de materiales y un tratamiento térmico adecuado pueden maximizar sus ventajas de rendimiento.

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