Acero al carbono vs hierro

La diferencia entre el acero al carbono y el hierro radica en su contenido de carbono. El término "acero" se refiere a las ferroaleaciones con un contenido de carbono de entre el 0,02 % y el 2,04 %. La composición química del acero varía considerablemente. El acero que contiene solo elementos de carbono se denomina acero al carbono o acero ordinario; en la producción real, el acero suele contener diferentes elementos de aleación, como manganeso, níquel, vanadio, etc., según sus diferentes usos.

¿Qué es el acero al carbono

De hecho, el acero al carbono (tubería sin costura CS/MS) se refiere al contenido de carbono del acero, del cual dependen sus propiedades mecánicas. Generalmente, el acero sin elementos de aleación también se denomina acero al carbono simple o acero al carbono, que se refiere a aleaciones de hierro-carbono con un contenido de carbono inferior al 2 %. El acero al carbono también contiene una pequeña cantidad de silicio, manganeso, azufre y, además de carbono, fósforo. En general, el acero al carbono con mayor contenido de carbono presenta mayor dureza y resistencia, pero menor ductilidad.

El acero al carbono se puede dividir en acero de bajo carbono, acero de medio carbono y acero de alto carbono según su contenido de carbono:
Acero de bajo carbono: el contenido de carbono es generalmente inferior al 0,25 % (fracción másica);
Acero de medio carbono: el contenido de carbono es generalmente del 0,25 % al 0,60 % (fracción másica);
Acero de alto carbono: el contenido de carbono es generalmente superior al 0,60 % (fracción másica).

¿Qué es el hierro

El hierro es un elemento químico y un metal de transición de uso común. El hierro tiene un número atómico de 26 y una masa atómica relativa de 55,847. El hierro presenta numerosos alótropos y es un metal relativamente activo, situándose por delante del hidrógeno en la lista de secuencias activas de metales.
A temperatura ambiente, el hierro no reacciona fácilmente con elementos no metálicos como el oxígeno, el azufre y el cloro en aire seco, pero reacciona violentamente a altas temperaturas.

El hierro se divide en arrabio y hierro forjado. Ambas son aleaciones de hierro y carbono que se distinguen por su contenido de carbono:
Generalmente, el hierro con un contenido de carbono inferior al 0,2 % se denomina hierro forjado o hierro puro, mientras que el hierro con un contenido de carbono superior al 1,7 % se denomina arrabio.
El hierro forjado es blando, maleable y fácilmente deformable, con baja resistencia y dureza, lo que lo hace menos utilizado.
El arrabio, con un alto contenido de carbono, es duro, frágil y prácticamente no posee plasticidad.

Acero al carbono vs. hierro: Composición

1. Hierro puro

Contiene ≤0,02 % de carbono (en masa) y prácticamente no contiene otros elementos de aleación. Es blando y se utiliza comúnmente en componentes electromagnéticos (como núcleos de transformadores).

2. Acero al carbono

Una aleación de hierro y carbono, que contiene entre un 0,02 % y un 2,1 % de carbono. Se pueden añadir elementos como el manganeso y el silicio para mejorar el rendimiento. Por ejemplo, el acero bajo en carbono (<0,25 % de carbono) se utiliza en chapa metálica para automóviles, mientras que el acero alto en carbono (>0,6 % de carbono) se utiliza en herramientas de corte. Las tuberías de acero al carbono contienen entre un 0,12 % y un 2,1 % de carbono (norma ASTM A53), junto con trazas de manganeso, fósforo y azufre.

Acero al carbono vs. hierro: Proceso de fabricación

1. Acero al carbono

El acero al carbono se produce normalmente mediante procesos como el calentamiento, la forja y el laminado. Tras el calentamiento, la palanquilla se forja o lamina para producir productos de acero al carbono de diversas formas. Por ejemplo, las tuberías de acero al carbono se suelen fabricar mediante laminación en frío o en caliente.

2. Hierro

El hierro se produce generalmente mediante la fabricación de hierro. Durante el proceso de fabricación de hierro, el mineral y el coque reaccionan a altas temperaturas para producir hierro fundido y escoria. Tras la purificación y el revenido, el hierro fundido se purifica y refina para producir hierro puro.

Acero al carbono vs. hierro: Rendimiento

1. Dureza y resistencia al desgaste

El hierro puro es relativamente blando, con una dureza de alrededor de 120 HV, y no es muy resistente al desgaste.
La dureza del acero al carbono aumenta con el contenido de carbono: el acero con bajo contenido de carbono tiene un HV de 150-250, el acero con contenido medio de carbono tiene un HV de 300-500 y el acero con alto contenido de carbono puede alcanzar un HV de 600. Cada aumento del 0,1 % en el contenido de carbono aumenta la dureza en aproximadamente 15 HV.

2. Tenacidad y deformabilidad

El hierro puro tiene una tenacidad excelente, un alargamiento del 28 % y puede soportar una deformación significativa. La tenacidad del acero al carbono aumenta a medida que disminuye su contenido de carbono: el acero con bajo contenido de carbono tiene una elongación del 25%, el acero con contenido medio de carbono tiene una elongación del 15% al 20% y el acero con alto contenido de carbono tiene una elongación inferior al 12%.

3. Resistencia a la corrosión

El acero al carbono es más resistente a la corrosión que el hierro. Ciertos elementos de aleación del acero al carbono pueden aumentar aún más su resistencia a la corrosión, lo que le permite mantener su resistencia e integridad en ambientes húmedos o hostiles.
Por ejemplo, las tuberías de acero al carbono comunes tienen una vida útil de aproximadamente 20 a 30 años en ambientes ligeramente corrosivos, mientras que las tuberías de hierro fundido son susceptibles a la oxidación en ambientes húmedos y, sin protección contra la corrosión, tienen una vida útil de tan solo 10 a 15 años.

Acero al carbono vs. Hierro: Precio

1. Precio del acero al carbono

Debido a sus propiedades superiores y a sus mayores costos de fabricación, el acero al carbono suele ser más caro que el hierro.
El precio del acero al carbono se ve influenciado por varios factores.
En primer lugar, su precio está relacionado con su contenido de carbono. El acero al carbono con mayor contenido de carbono suele ser más caro.

En segundo lugar, la adición de elementos de aleación y otros aditivos también aumenta el coste. 

Estos aditivos mejoran la resistencia, la resistencia al desgaste y la resistencia a la corrosión del acero al carbono.

Además, el proceso de producción y los costes de fabricación también son factores importantes que determinan el precio.

2. Precio del hierro

El precio del hierro es relativamente bajo, principalmente debido a su amplia gama de usos y a sus abundantes reservas.
Sin embargo, los diferentes tipos de hierro, como el arrabio y el hierro forjado, tienen precios diferentes.
El arrabio es una aleación de hierro con un contenido de carbono del 2 % al 4,5 %. Se utiliza habitualmente en la fabricación de equipos pesados y estructuras de construcción.
El hierro forjado es una forma de hierro posteriormente procesada con un menor contenido de carbono y un precio relativamente más alto.

Acero al carbono vs. hierro: Aplicación típica

1. Requisitos de gran deformación

El hierro puro es adecuado para aplicaciones que requieren gran deformación, como la fundición de puentes y los amortiguadores de edificios.
El acero al carbono es propenso a la concentración de tensiones durante grandes deformaciones, y el acero con alto contenido de carbono es más propenso a agrietarse, lo que lo hace inadecuado para piezas propensas a doblarse con frecuencia.

2. Alta resistencia y resistencia al desgaste

El acero al carbono es adecuado para entornos de alta carga y desgaste: el acero con bajo contenido de carbono se utiliza para la construcción de estructuras de acero, el acero con contenido medio de carbono para ejes de engranajes y el acero con alto contenido de carbono para moldes de herramientas.
El hierro puro carece de resistencia y no se puede utilizar para componentes sometidos a alta carga, como ejes de transmisión y herramientas.

Preguntas frecuentes

1. ¿Qué es más ligero, el acero al carbono o el hierro?

El hierro es un elemento metálico, por lo que, para el mismo volumen, pesa más que el acero al carbono.
Sin embargo, para el mismo peso, el acero al carbono es más duro y resistente que el hierro.

2. Acero al carbono vs. Hierro fundido: ¿Cuál debería elegir?

El acero al carbono tiene mejor maquinabilidad y procesabilidad, lo que lo hace más adecuado para la fabricación de piezas mecánicas.
El hierro fundido, por otro lado, es más adecuado para fabricar piezas que requieren alta dureza y resistencia al desgaste.

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