Aunque el Fósforo (P) es considerado una impureza en el acero, ocasionalmente este puede ser añadido de manera intencional durante el proceso de aceración, para mejorar algunas propiedades como la maquinabilidad y la resistencia a la corrosión atmosférica.
Este elemento es considerado el reforzador más potente de la estructura ferrítica en el acero después del carbono, aumentando propiedades como la dureza y la resistencia. Estas características hacen que algunos aceros sean más fáciles de mecanizar y presenten un mejor acabado superficial, que aquellos más blandos.
Fuentes de Ingreso
Generalmente la fuente natural de ingreso del fósforo en el acero durante su fabricación, es la materia prima. Este se encuentra presente en el mineral de hierro o la chatarra que se carga al horno en la etapa inicial de fusión. Otra fuente de ingreso es cuando se añade intencionalmente como ferrofósforo en el cucharón, después que el acero ha sido completamente desoxidado.
El ferrofósforo es una aleación de aspecto grumoso con tamaños entre 8 x 3 pulgadas. También se puede presentar como briquetas obtenidas de la compactación de finos. Existen dos tipos de ferrofósforo los que contienen entre 17 y 19% y los que contienen entre 23 y 26% de P. Normalmente son despachados en sacos, cajas o tambores.
Desfosforación
En la mayoría de las aplicaciones de los aceros de uso comercial, la presencia del Fósforo, puede ser causante de fallas por agrietamiento, debido a que el mismo promueve la fragilidad del material bajo ciertas condiciones. Por ello es practica común durante la aceración remover la mayor cantidad posible de este elemento para evitar que el mismo quede disuelto en la aleación.
Introducción a la metalurgia. Pedro H Álvarez. Unexpo Vicerrectorado Pto Ordaz. 1996
Ferroalloys and alloging additive handbook. Paul D. Deeley; Konrad J.A Kundig and Howard R. Spendelow, Jr. 1981
La facilidad que tiene el fósforo para oxidarse durante el proceso de fusión de la carga metálica, hace que este sea rápidamente captado por la escoria oxidante y que migre hacia esta desde el baño metálico en forma de óxido, incluso antes que la oxidación del carbono tenga lugar. La remoción del Fósforo del baño metálico o desfosforación, es favorecida en procesos de aceración básicos, siendo más activa bajo una atmósfera oxidante, basicidad de escoria alta, y baja temperatura:
En la práctica el indice de basicidad de la escoria viene dado por la relación entre el % CaO / % SiO2. Mientras mayor sea este valor, mayor es la basicidad de la misma. En cambio mientras más alto es el % de SiO2 más ácida es la escoria, aumentando así su viscosidad, y promoviendo la reversión de algunos elementos perjudiciales como el Fósforo .
El proceso de desfosforación suele realizarse en dos o tres fases, dependiendo de las condiciones de oxidación y la interacción entra la escoria y el baño metálico:
1. La primera es la oxidación del Fósforo disuelto en el baño, el cual al combinarse con el oxigeno forma Anhídrido Fosfórico P2O5
2. La segunda etapa es la Formación de Fosfato de Hierro P2O5.n FeO que se produce cuando el Anhídrido fosfórico se combina con el oxido de hierro y forma el Fosfato de Hierro. El valor de n puede variar entre 1 y 4.
3. Y la tercera es el cambio a Fosfato de Cal P2O5.n CaO +FeO que ocurre cuando cambia la fase de Fosfato de Hierro a Fosfato de cal.
Fases de desfosfóración del acero en Horno de Arco Eléctrico
Reversión del Fósforo
La elevación de la temperatura y la acidificación de la escoria influenciada por las adiciones en el horno de componentes como el ferrosilicio (Alto % de SiO2) y la presencia de contenidos de C lo suficientemente altos, pueden hacer que el P presente en la escoria como oxido, sea reducido, y retorne al baño metálico en su forma elemental, trayendo como consecuencia la generación de segregaciones e inclusiones en el producto final, causantes de la indeseada fragilización.
Reversión del Fósforo
Contenido de Fósforo en el acero
En los aceros de uso comercial los niveles de fósforo tienden a estar por debajo de 0.040%. Pero en los aceros fosforados identificados por la AISI y SAE como 12XX, los rangos pueden ubicarse entre 0.07-0.12%, a menos que los mismos sean plomados, en cuyo caso solo 0.04-0.09 % estaría presente. Este limite de fósforo aplica solo cuando el % de C se ubica por debajo de 0.10%.
Se puede aceptar hasta un limite de 0.15% de P en aceros para herramientas para incrementar la resistencia. A pesar que el fósforo es considerado un elemento de fragilización en los aceros, cantidades sustanciales pueden ser toleradas cuando los % de Carbono no superan 0.15%.
Texto e imágenes de mi autoría.
Referencia Bibliográfica
Introducción a la metalurgia. Pedro H Álvarez. Unexpo Vicerrectorado Pto Ordaz. 1996
Ferroalloys and alloging additive handbook. Paul D. Deeley; Konrad J.A Kundig and Howard R. Spendelow, Jr. 1981