Magnesio (Mg) en el acero: propiedades, efecto sobre el acero y aplicaciones metalúrgicas.

Magnesio (Mg) es un elemento metálico ligero y muy reactivo que desempeña un papel completamente diferente en la metalurgia del acero que los aditivos de aleación típicos como cromo, Nikiel, molibdeno czy vanadioDebido a su muy alta afinidad por oxígeno i azufre El magnesio se utiliza principalmente como un elemento que modifica las inclusiones no metálicas, favorece la desoxidación y la desulfuración, y mejora la pureza metalúrgica del acero..
El magnesio no se suele incorporar al acero en grandes cantidades como elemento de aleación clásico. Sus efectos se asocian principalmente a pequeñas adiciones controladas utilizadas durante los procesos de metalurgia secundaria y refinación de acero líquido.
Un tratamiento con magnesio realizado correctamente puede cambiar tipo, tamaño, forma y distribución de las inclusiones no metálicaslo cual puede afectar la resistencia al impacto, la resistencia a la fatiga, las propiedades transversales, la maquinabilidad y el comportamiento del acero durante el procesamiento posterior.

Magnesio (Magnesio) – información básica

El papel del magnesio en el acero

En los aceros estructurales clásicos, el contenido de magnesio no suele ser uno de los parámetros principales que definen el grado del acero. Su importancia está relacionada principalmente con el proceso metalúrgico.
Las funciones más importantes del Mg incluyen:

• desoxidación del acero líquido,
• desulfuración,
• modificación de sulfuros,
• modificación de óxidos e inclusiones no metálicas complejas,
• limitando la aparición de inclusiones grandes y alargadas,
• mejorar la pureza metalúrgica del acero,
• influencia en la nucleación y el desarrollo de la microestructura en tecnologías específicas.

El efecto de la adición de magnesio depende de su cantidad, el método de introducción, el contenido de oxígeno y azufre , la desoxidación previa del acero y la presencia de otros elementos, especialmente aluminio , manganeso y calcio.

¿Por qué el magnesio es un aditivo metalúrgico difícil de utilizar?

El magnesio tiene un punto de ebullición mucho más bajo que el del acero líquido.
A la temperatura del acero líquido, el magnesio tiene una presión de vapor muy alta y una reactividad extremadamente elevada.
La adición directa e incontrolada de magnesio al acero líquido provocaría una evaporación muy rápida y reacciones intensas.
Por lo tanto, el magnesio debe introducirse de forma controlada, por ejemplo, en forma de aleaciones preparadas adecuadamente, alambres con núcleo o utilizando tecnologías especiales para aumentar el rendimiento de magnesio.
Controlar el método de introducción de Mg es uno de los elementos clave para un procesamiento eficaz del acero con magnesio.

El magnesio como desoxidante del acero

El magnesio tiene una afinidad química muy alta por oxígeno.
Puede reaccionar con el oxígeno disuelto en el acero líquido:

Emergente óxido de magnesio MgO es un compuesto termodinámicamente muy estable.
La capacidad del magnesio para unirse al oxígeno significa que puede participar en los procesos de desoxidación y modificación de los óxidos existentes.
En la práctica, sin embargo, el Mg no reemplaza automáticamente las tecnologías de desoxidación típicas que utilizan, entre otras, aluminio, silicio i manganesoCon mayor frecuencia, se trata de un elemento de un procesamiento metalúrgico más avanzado que se lleva a cabo después de la desoxidación inicial del acero.

Desulfuración de magnesio y acero

La segunda propiedad muy importante del Mg es su alta afinidad por azufre.
El magnesio puede participar en la reacción que conduce a la formación de sulfuro de magnesio:

Gracias a esto, el magnesio puede favorecer la desulfuración profunda del acero líquido.
En el proceso metalúrgico real, las reacciones son más complejas y la eficiencia de la eliminación de azufre depende, entre otras cosas, de:

• actividad de oxígeno,
• composición de la escoria,
• temperatura,
• cantidad de Mg introducida,
• método de introducción de magnesio,
• condiciones para mezclar el baño de metal.

Debido a la fuerte afinidad simultánea del magnesio por el oxígeno, un control eficaz del azufre requiere una preparación adecuada del acero líquido.

Sulfuro de magnesio y manganeso MnS

Wtrącenia MnS – sulfuro de manganeso Son inclusiones importantes que se encuentran en muchos tipos de acero.
mientras laminación lub forja Las inclusiones plásticas de MnS pueden alargarse en la dirección de la deformación del material.
Esto da lugar a la formación de características bandas alargadas de inclusiones.
Estas inclusiones pueden causar:

• anisotropía de las propiedades mecánicas,
• deterioro de las propiedades en la dirección transversal,
• reducción de la resistencia al agrietamiento bajo ciertas condiciones,
• formación de sitios de iniciación de grietas por fatiga,
• deterioro de las propiedades bajo cargas dinámicas.

El tratamiento con Mg puede cambiar la naturaleza de las inclusiones de sulfuro, reduciendo la proporción de MnS alargado clásico y promoviendo la formación de inclusiones que contienen Mg más complejas.

Modificación de inclusiones no metálicas por magnesio

Una de las aplicaciones modernas más importantes del magnesio en la metalurgia del acero es modificación de inclusiones – modificación de inclusiones no metálicas.
Las inclusiones no metálicas se forman, entre otras cosas, como resultado de las siguientes reacciones:

• desoxidación,
• desulfuración,
• reacción entre metal y escoria,
• reacción con materiales refractarios,
• oxidación secundaria del acero líquido.

El magnesio puede reaccionar con las inclusiones existentes y modificar su composición química y morfología.
Dependiendo de la composición del acero, puede ocurrir lo siguiente:

• MgO,
• MgS,
• MgO·Al₂O₃ – espinela de magnesio y aluminio,
• óxidos-sulfuros complejos que contienen Mg,
• Inclusiones multicomponentes que contienen Mg, Ca, Al, O y S.

Inclusiones de magnesio y Al₂O₃

En aceros desoxidados aluminio Pueden producirse inclusiones de Al.₂O₃.
El óxido de aluminio es muy duro y puede presentarse en cúmulos o como partículas irregulares.
La presencia de Mg puede provocar reacciones con inclusiones que contienen Al.₂O₃ y la formación inclusiones de espinela MgO·Al₂O₃.
Sin embargo, este proceso debe controlarse cuidadosamente.
La formación de espinela no siempre es automáticamente beneficiosa. Las inclusiones duras de espinela también pueden crear problemas tecnológicos, por lo que el objetivo del tratamiento con Mg es modificación controlada de la población de inclusión, no se trata simplemente de maximizar la cantidad de MgO o espinelas.

Pureza metalúrgica del acero

Concepto pureza metalúrgica No significa únicamente un bajo contenido total de oxígeno o azufre.
También son importantes:

• número de inclusiones,
• su tamaño,
• Forma,
• composición química,
• distribución en el material,
• tendencia a formar grupos.

En los aceros modernos de alta calidad, el control de las inclusiones es, por lo tanto, tan importante como el control de la composición química de la matriz.
El magnesio puede ser una de las herramientas utilizadas para ingeniería de inclusiones no metálicas.

El efecto del magnesio en las propiedades mecánicas del acero

El Mg no aumenta directamente propiedades mecánicas acero del mismo modo que los elementos de aleación clásicos.
Su influencia es en gran medida indirecta y resulta del control de las inclusiones.

Sin embargo, el efecto no es universal. Cantidades excesivas de Mg o la formación de inclusiones duras desfavorables pueden producir el efecto contrario.

Magnesio y resistencia a la fatiga

Las inclusiones no metálicas son uno de los principales puntos de inicio de grietas por fatiga en aceros de alta resistencia.
Las inclusiones grandes, duras o concentradas, situadas cerca de la superficie o en zonas de alta tensión, pueden resultar especialmente desfavorables.
El tratamiento controlado con Mg puede cambiar la distribución del tamaño y la morfología de las inclusiones, lo que permite aumentar la resistencia a la fatiga.
Esto es especialmente importante en aceros de alta pureza destinados a piezas de maquinaria sometidas a cargas elevadas.

El magnesio y la resistencia al impacto del acero

Las bandas de sulfuro alargadas y las inclusiones grandes pueden facilitar la iniciación y propagación de grietas.
Por lo tanto, su modificación puede influir en los resultados de la investigación. fuerza de impacto.
El factor más importante puede ser la limitación de la anisotropía, ya que las inclusiones alargadas que se forman durante el laminado hacen que las propiedades del material dependan de la dirección de muestreo.
Modificar las inclusiones para obtener partículas más finas y con una distribución más favorable puede reducir esta dependencia.

Magnesio y acero de grano fino

Las inclusiones finas que contienen Mg pueden, bajo ciertas condiciones, actuar como sitios para la nucleación heterogénea de otras fases.
Este fenómeno se utiliza en investigaciones y tecnologías específicas relacionadas con el control de la microestructura del acero.
Resulta de particular interés la posibilidad de utilizar óxidos de magnesio muy finos como sitios de nucleación durante las transformaciones de fase.
Sin embargo, este mecanismo no implica que cada adición de Mg provoque automáticamente un refinamiento del grano. El efecto depende del número, tamaño, composición y distribución de las partículas, así como del ciclo térmico general del material.

Magnesio en aceros de alta pureza

La importancia del Mg aumenta especialmente en los aceros, cuyas propiedades se ven limitadas por inclusiones no metálicas.
Esto se aplica, entre otros, a los siguientes:

• aceros estructurales de alta resistencia,
• aceros para cojinetes,
• acero para muelles,
• aceros para herramientas,
• acero destinado a componentes de máquinas sometidos a altas cargas,
• acero con requisitos específicos de pureza metalúrgica.

En este tipo de materiales, controlar incluso cantidades muy pequeñas de inclusiones puede ser importante para la durabilidad operativa.

Magnesio en aceros para rodamientos

Los aceros para cojinetes son materiales particularmente sensibles a la presencia de grandes inclusiones no metálicas.
Los cojinetes funcionan bajo tensiones de contacto cíclicas muy elevadas, y la inclusión puede convertirse en el punto de inicio de grietas por fatiga.
Por lo tanto, en la producción de aceros para rodamientos de alta calidad, los siguientes aspectos son de gran importancia:

• bajo contenido de oxígeno,
• limitando las inclusiones grandes,
• control de su composición,
• control de su tamaño y disposición.

El tratamiento con magnesio puede ser una forma de modificar la población de inclusiones en este tipo de aceros, siempre que se integre adecuadamente en el proceso metalúrgico general.

Magnesio en aceros para muelles

Los aceros para muelles de alta calidad funcionan bajo cargas repetidas, por lo que su resistencia a la fatiga es especialmente importante.
Las grandes inclusiones de óxido o sulfuro pueden ser puntos de inicio de grietas.
Por lo tanto, el control de inclusiones mediante Mg también puede ser importante en la producción de productos seleccionados de alta calidad. acero para muelles, especialmente diseñado para elementos con alta resistencia a la fatiga.

Magnesio y calcio en la metalurgia del acero

Tanto el magnesio como el calcio pueden utilizarse para modificar las inclusiones, pero su comportamiento metalúrgico no es idéntico.

En la metalurgia moderna también es posible diseñar procesos en los que se consideren conjuntamente las interacciones del Mg y el Ca para obtener una población específica de inclusiones.

Magnesio y aluminio en el acero

El aluminio es un desoxidante comúnmente utilizado para el acero. La desoxidación del Al puede dar lugar a la formación de _{inclusiones de Al₂O₃} . En presencia de Mg, son posibles transformaciones que conducen a la formación de espinela:

Desde un punto de vista metalúrgico, no basta con analizar únicamente el contenido total de Mg y Al. Lo importante es su actividad y el equilibrio entre:

• Magnesio disuelto en acero líquido,
• El aluminio disuelto en el acero,
• oxígeno,
• azufre,
• Se formaron óxidos, espinelas y sulfuros.

Magnesio, manganeso y azufre

Manganeso es de gran importancia para controlar el impacto azufre sobre el acero y promueve la formación de MnS en lugar del FeS, que es desfavorable.
Sin embargo, el Mg tiene una afinidad muy fuerte por el azufre y puede participar en la modificación de las inclusiones de sulfuro.
Como resultado, el sistema Fe–Mn–Mg–S–O puede dar lugar a la formación de inclusiones complejas con propiedades y morfología diferentes a las del MnS clásico.
Esto es especialmente importante cuando el objetivo es reducir las inclusiones alargadas que se forman durante el procesamiento del plástico.

El magnesio y la maquinabilidad del acero

Las inclusiones no metálicas también afectan al proceso de corte.
Su composición, dureza, tamaño y distribución pueden influir en:

• desgaste de la cuchilla,
• rotura de chips,
• fricción en la interfaz herramienta-material,
• Calidad de la superficie después del procesamiento.

Por lo tanto, la modificación de las inclusiones por el Mg puede afectar la maquinabilidad, pero la dirección del cambio depende del acero específico y de la población de inclusiones resultante.
Por lo tanto, no se puede asumir como regla general que cualquier adición de Mg mejore automáticamente la maquinabilidad.

Magnesio y soldabilidad

La influencia del Mg en la soldabilidad del acero es principalmente indirecta.
Modificar el tipo y la distribución de las inclusiones puede influir en el comportamiento del material en la zona afectada por el calor y en los procesos de nucleación de la microestructura.
En determinados procesos metalúrgicos, se utilizan óxidos finos que contienen magnesio para controlar las transformaciones que se producen durante el ciclo térmico de soldadura.
Sin embargo, el efecto depende de la composición del acero, la tecnología de fabricación y los parámetros de soldadura.

Metalurgia de óxidos: uso de óxidos de magnesio finos.

Un área particular del uso de Mg es el concepto conocido como metalurgia de óxidos – metalurgia de óxidos.
En lugar de tratar todas las inclusiones de óxido únicamente como impurezas, el objetivo es controlar su composición, número y tamaño para que las partículas muy finas puedan desempeñar una función específica en la configuración de la microestructura.
Los óxidos finos que contienen Mg pueden, en condiciones apropiadas:

• participar en la nucleación de fases específicas,
• influir en el crecimiento del grano,
• influyen en los cambios que se producen durante el enfriamiento,
• influyen en la microestructura de la zona afectada por el calor durante la soldadura.

Este es un uso del magnesio mucho más avanzado que la desoxidación o desulfuración clásicas.

¿Cuánto magnesio se añade al acero?

A diferencia de los elementos de aleación clásicos, el magnesio se suele utilizar en cantidades muy pequeñas . No existe un contenido de magnesio único y universal para todos los aceros. La cantidad óptima depende, entre otras cosas:

• tipo de acero,
• contenido inicial de oxígeno y azufre,
• contenido aluminio,
• presencia de calcio,
• el tipo de inclusiones requeridas,
• métodos de introducción de Mg,
• temperatura del acero líquido,
• tiempo entre el procesamiento del magnesio y la fundición.

En la práctica metalúrgica, el contenido medido en ppm puede ser importante ; por lo tanto, incluso pequeños cambios en la cantidad de Mg pueden afectar significativamente el tipo de inclusiones que se forman.

¿Por qué puede ser perjudicial el exceso de magnesio?

Un mayor contenido de magnesio no significa automáticamente que el acero sea mejor.
Un procesamiento excesivo o mal controlado puede provocar:

• formación de un número excesivo de inclusiones duras de MgO,
• formación de espinelas de MgO·Al indeseables₂O₃,
• aglomeración de inclusiones,
• problemas durante el moldeo,
• deposición de productos de reacción en los elementos del sistema de fundición,
• Deterioro de la pureza del acero en lugar de mejora.

Por lo tanto, el Mg debe tratarse como un modificador metalúrgico controlado con precisión , y no como un aditivo cuyo efecto beneficioso aumenta en proporción a su contenido.

Magnesio y otros elementos utilizados en el acero

Magnesio en el acero y en las aleaciones de magnesio

Debe hacerse una distinción clara. magnesio como aditivo o modificador en pequeñas cantidades utilizado en la metalurgia del acero. de aleaciones de magnesio.
En el acero, el componente básico permanece hierroy el Mg se presenta solo en cantidades muy pequeñas y se utiliza principalmente para controlar los procesos metalúrgicos y las inclusiones.
Stopy magnezu Se trata de un grupo de materiales distintos en los que el magnesio es el componente principal de la matriz. Se caracterizan por su muy baja densidad y se utilizan en aplicaciones como la aviación, la automoción y las estructuras ligeras.
Se trata de dos grupos de aplicaciones del magnesio completamente diferentes.

La importancia del magnesio en la metalurgia del acero moderna

Con los crecientes requisitos de vida útil a la fatiga, resistencia al impacto y fiabilidad de los componentes, no solo la composición química nominal del acero se vuelve cada vez más importante, sino también Pureza metalúrgica e ingeniería de inclusiones.
En este ámbito, el magnesio puede desempeñar un papel muy importante.
Su uso permite que los procesos diseñados adecuadamente influyan en:

• composición química de las inclusiones,
• su tamaño,
• morfología,
• acuerdo,
• tendencia a deformarse durante el laminado y el forjado,
• el efecto de las inclusiones en la microestructura.

Por este motivo, el Mg debe considerarse principalmente como un elemento tecnológico utilizado para controlar con precisión la calidad metalúrgica del acero.

Magnesio (Mg) en el acero: resumen

El magnesio (Mg) no es un elemento de aleación típico del acero, sino un aditivo metalúrgico muy reactivo que se utiliza principalmente para modificar inclusiones no metálicas, desulfurar y controlar la pureza del acero.
Alta afinidad del Mg por el oxígeno y azufre Permite la formación de, entre otros, MgO y MgS, y la transformación de otras inclusiones presentes en el acero líquido.
La interacción del Mg con las inclusiones formadas durante la desoxidación es de particular importancia. aluminio y la posibilidad de crear espinelas de MgO·Al₂O₃.
El tratamiento controlado con magnesio puede reducir los efectos adversos de las inclusiones grandes y alargadas, disminuir la anisotropía de las propiedades y, en ciertos aceros, mejorar la resistencia al impacto y la vida útil a la fatiga.
Al mismo tiempo, el magnesio requiere un control tecnológico muy preciso. Debido a su alta reactividad y bajo punto de ebullición en relación con la temperatura del acero líquido, no puede tratarse como un aditivo de aleación típico.
La mayor importancia del magnesio en los aceros modernos está relacionada con la metalurgia secundaria, la pureza metalúrgica y la ingeniería de inclusiones no metálicas.

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