Aplicaciones del vanadio en la industria siderúrgica

Debido a que la adición de vanadio al acero aumenta la resistencia, la tenacidad y la flexibilidad del material, así como su dureza y resistencia a la abrasión, el vanadio se emplea en una amplia variedad de industrias, siendo el sector metalúrgico un tercio del consumo total. Actualmente, el vanadio se utiliza como un elemento de aleación significativo en una amplia variedad de aceros, incluidos el acero de baja aleación con alto contenido de carbono, el acero corrugado de alta resistencia, el acero para cojinetes, el acero para muelles, el acero para moldes, el acero resistente al calor martensítico, el acero de alta velocidad y otros.

Aplicaciones del acero de vanadio

Vanadio es un componente esencial de las aleaciones de acero para herramientas de alta velocidad. Previene el crecimiento de grano y mejora la dureza al rojo, la capacidad de corte, la resistencia al desgaste y la vida útil en el acero para herramientas de alta velocidad con contenido de tungsteno. Casi todos los tipos de acero para moldes de aleación, incluyendo el acero para herramientas de trabajo en caliente, el acero para herramientas de trabajo en frío y el acero para moldes de plástico, incluyen entre uno y tres por ciento de vanadio. Sin embargo, aquellos con aplicaciones exigentes pueden necesitar hasta un cinco por ciento. El vanadio se utiliza para endurecer el acero para moldes en frío y el acero para moldes en caliente.

Entre las muchas aplicaciones de los productos de acero de alta dureza (hasta 60 HRC) de HSS se encuentran los instrumentos y herramientas quirúrgicos, así como una amplia variedad de herramientas de corte (brocas, fresas, machos, plaquitas, hojas de sierra, cortadoras de engranajes, cepilladoras y brocas de enrutador).

Estos son solo algunos lugares donde encontrará acero de vanadio: ejes, cigüeñales, cuadros de bicicleta, engranajes y otras piezas mecánicas. La categoría de aceros aleados con vanadio se puede dividir en dos subcategorías: aleaciones de acero con alto contenido de carbono y alto contenido de vanadio y aceros para herramientas de alta velocidad. Los aceros para herramientas de alta velocidad se pueden endurecer hasta una dureza superior a 60 HRC. Por ejemplo, los instrumentos y herramientas utilizados en cirugía suelen estar hechos de acero de alta velocidad.

Los carburos de vanadio, abundantes en estos aceros de aleación, mejoran significativamente su resistencia al desgaste. La concentración de vanadio de los aceros aleados puede llegar hasta el 18%. Los aceros aleados con vanadio a veces se utilizan para fabricar herramientas y cuchillos. Además, el vanadio se utiliza en aceros para herramientas especiales para generar carburos de vanadio robustos y resistentes al desgaste.

El elemento vanadio se utiliza ampliamente para aumentar la durabilidad de los aceros para herramientas. Como resultado, varias hojas de herramientas de acero con aleaciones de vanadio están disponibles comercialmente. En estos aceros, los carburos ricos en vanadio que los hacen menos propensos a desgastarse se forman mientras el metal residual se solidifica o por separado.

La capacidad del vanadio para refinar el grano y mejorar la resistencia al revenido en aceros tratados térmicamente es una ventaja significativa. Se puede lograr una alta resistencia y dureza mediante el revenido, y los granos refinados contribuyen a este proceso al hacer que el material sea más resistente a los efectos del calor. Estos aceros tienen una concentración variable de vanadio entre 0,03% y 0,30%.

Las cualidades de fortalecimiento por precipitación del vanadio se utilizan en construcciones laminadas y forjadas, OCTG y aceros para generación y transmisión de energía. Estos aceros tienen una concentración promedio de vanadio entre 0,03% y 0,10%, pero puede ser mayor.

Para los aceros para automóviles, el vanadio se utiliza de diferentes maneras que dependen de la estructura final de la pieza.

Vanadio y aceros de baja aleación de alta resistencia

Durante bastante tiempo, los aceros estructurales de baja aleación de alta resistencia (HSLA) han utilizado vanadio como elemento de aleación. El vanadio fue el primer elemento de microaleación empleado (además del aluminio).

El vanadio, por sí solo o en combinación con otros elementos de microaleación como el aluminio, el titanio y el niobio, aumenta la resistencia de los aceros estructurales mediante la precipitación de nitruros y carburos.

El refinamiento de la estructura de grano de los aceros HSLA tiene el beneficio adicional de aumentar su tenacidad a baja temperatura. Los precipitados de vanadio y otros precipitados de elementos de microaleación pueden fortalecer los efectos mutuos sobre el acero, como se ve cuando se agrega aluminio.

Los precipitados de estas dos microaleaciones se utilizan para modificar la estructura y las propiedades de los materiales en otros contextos, como en las placas de acero de vanadio y niobio. El carburo de niobio, por ejemplo, permite lograr un tamaño de grano pequeño, mientras que el carbo-nitruro de vanadio ayuda a fortalecer la precipitación.

El fortalecimiento por precipitación y el tamaño de grano en los aceros HSLA que contienen vanadio afectan tanto a la tenacidad como a la resistencia. El tamaño de grano está linealmente relacionado con el contenido de vanadio y nitrógeno, y es bastante estable en un amplio rango de temperaturas de laminación final. La resistencia a la tracción y al límite elástico mejoran al aumentar los niveles de nitrógeno y vanadio, gracias al fortalecimiento por precipitación. Generalmente es preciso para aceros con contenido de carbono superior, mientras que la tenacidad se puede modificar cambiando la temperatura y la velocidad de enfriamiento.

La resistencia en los aceros HSLA se puede mejorar disminuyendo el tamaño de grano del componente ferrítico. Además, si la relación vanadio-nitrógeno se mantiene en o por encima de 4:1, no se observa envejecimiento por deformación debido al nitrógeno, incluso en aceros que contienen vanadio con una alta concentración de nitrógeno.