Source: The Conversation – (in Spanish) – By Paula Alvaredo Olmos, Profesora Titular en Ciencia e Ingeniería de Materiales, Universidad Carlos III
Cada vez que se habla de infraestructuras, transición energética o reindustrialización, el acero vuelve al centro del debate. No es sorprendente: se trata del material estructural más utilizado del planeta.
El acero está ahí cuando cruzamos un puente, cuando entramos en un edificio, cuando subimos a un tren o encendemos la luz. Buena parte del entorno construido que hace posible nuestra vida cotidiana depende directa o indirectamente de este material.
¿Por qué es el material más utilizado? Porque combina bajo coste y disponibilidad, eso sin duda. Pero también porque reúne propiedades difíciles de encontrar juntas en otros materiales: alta resistencia mecánica, capacidad de deformarse sin romperse, durabilidad, facilidad de fabricación, reciclabilidad y una enorme versatilidad. Precisamente por eso es también uno de los materiales más estudiados y mejor conocidos por la ingeniería moderna.
Sin embargo, esa fiabilidad no es automática. El buen comportamiento del acero depende de cómo se fabrica, de su composición química y, de forma muy especial, de cómo se calienta y se enfría a lo largo de su vida. Es decir, de su historia térmica.
Entender cómo influyen el calor, el enfriamiento y el contenido de carbono es clave para explicar por qué el acero funciona tan bien… y por qué ciertos procesos industriales exigen un control tan estricto.
El acero “recuerda” el calor
Una idea fundamental, y a lo mejor poco intuitiva de la ciencia de materiales, es que el acero no tiene propiedades fijas e inmutables. Su dureza, su resistencia o su capacidad para absorber energía dependen no solo de qué acero es, sino también de su historia térmica. Es decir, de cómo ha sido calentado y enfriado durante su fabricación y transformación.
Podemos decir que el acero, en cierto modo, “recuerda” el calor. Aunque una pieza no muestre ningún cambio visible, a nivel interno pueden producirse reorganizaciones que alteran su comportamiento mecánico. Por eso, dos componentes fabricados con el mismo acero pueden responder de forma distinta ante una misma carga si han seguido trayectorias térmicas diferentes. Esta “memoria térmica” explica tanto la enorme versatilidad del acero como la necesidad de controlar cuidadosamente los procesos térmicos.
La ventaja de la sensibilidad al calor
Lejos de ser un inconveniente, la sensibilidad al calor es una de las grandes ventajas del acero. La ingeniería la aprovecha mediante los tratamientos térmicos, que permiten ajustar sus propiedades utilizando la temperatura y el tiempo como herramientas de diseño.
Un tratamiento térmico consiste, de forma simplificada, en calentar el acero hasta una determinada temperatura, mantenerlo durante un tiempo controlado y enfriarlo después a una velocidad concreta. El objetivo no es maximizar una propiedad aislada, sino encontrar el equilibrio adecuado entre resistencia y capacidad de deformarse sin romperse, del que depende la fiabilidad de muchas estructuras durante décadas de servicio.
Aquí aparece una idea clave: el tiempo es tan importante como la temperatura. Dos aceros pueden alcanzar la misma temperatura máxima y, sin embargo, comportarse de forma muy distinta si el enfriamiento ha sido más rápido o más lento. Este principio explica por qué un mismo acero puede ofrecer prestaciones muy diferentes dependiendo de cómo se haya tratado térmicamente.
Esta idea resulta intuitiva incluso fuera del ámbito técnico. Programas televisivos como “Forjado a fuego” muestran cómo una misma pieza de acero puede comportarse de forma radicalmente distinta según cómo se enfríe tras salir del fuego. Aunque en televisión el proceso parezca artesanal, el principio es exactamente el mismo que rige los tratamientos térmicos industriales: entender cómo la temperatura, el tiempo y la composición interactúan para determinar el comportamiento final del material.
El papel de la composición: pequeñas cantidades, grandes efectos
El acero es, esencialmente, una aleación de hierro y carbono. Aunque el carbono esté presente en pequeñas cantidades, su influencia es enorme: variaciones muy pequeñas pueden cambiar de forma significativa cómo el acero responde al calentamiento y al enfriamiento.
El carbono determina en gran medida la respuesta del acero a los tratamientos térmicos, pero no actúa solo. Otros elementos de aleación, añadidos en cantidades controladas, permiten ajustar propiedades como la resistencia, la tenacidad o la durabilidad. Por eso, aceros con composiciones muy similares pueden comportarse de forma distinta si su composición o su historia térmica no son exactamente iguales.
Para entender esta relación entre composición y temperatura, ingenieros y científicos utilizan modelos conceptuales como el diagrama hierro–carbono, bien conocido —y sufrido— por generaciones de estudiantes de ingeniería. Aunque no describe piezas reales, actúa como un mapa que ayuda a comprender por qué pequeñas variaciones de composición y temperatura tienen un efecto tan grande en el comportamiento del acero.
Por qué las vías ferroviarias se fabrican con acero
Nada de esto significa que el acero utilizado en infraestructuras críticas sea un material impredecible. Todo lo contrario: en aplicaciones como las vías ferroviarias se emplean aceros al carbono específicamente diseñados para uso ferroviario, con composiciones cuidadosamente ajustadas para ofrecer un comportamiento mecánico estable, predecible y duradero.
Estos aceros se seleccionan precisamente por su fiabilidad frente a cargas repetidas, desgaste y largos periodos de servicio. Su composición y sus tratamientos térmicos no son fruto del azar, sino del conocimiento acumulado sobre cómo responde el acero cuando se controla correctamente el calor.
Cuando el calor deja de ser uniforme: soldadura y zona afectada por el calor
La mayor parte de los tratamientos térmicos industriales se realizan en condiciones muy controladas y uniformes. Sin embargo, no todos los procesos que implican calor permiten ese mismo grado de control. En algunos casos, el calor se aplica de forma intensa y localizada.
La soldadura es un buen ejemplo. Durante este proceso, una región muy concreta del acero alcanza temperaturas elevadas, mientras que el material circundante permanece relativamente frío. El enfriamiento posterior se produce de manera rápida y no homogénea, dando lugar a una zona cercana a la unión que ha experimentado un ciclo térmico distinto al del resto del componente: la zona afectada por el calor (ZAC).
Aunque visualmente no se distinga, la ZAC puede presentar propiedades diferentes porque su historia térmica ha cambiado. Por eso, la soldadura exige procedimientos tan estrictos: no porque el acero sea un material poco fiable, sino precisamente porque su comportamiento frente al calor es bien conocido y debe gestionarse con cuidado.
Entender el acero para confiar en él
Que el acero sea el material estructural más utilizado del mundo no es una coincidencia. Su éxito no se basa en que sea insensible o inmutable, sino en que su respuesta a la temperatura, al tiempo y a la composición es conocida, predecible y controlable. Esa sensibilidad al calor, lejos de ser una debilidad, es lo que permite adaptar el acero a aplicaciones muy distintas manteniendo altos niveles de fiabilidad.
Comprender cómo el acero cambia —aunque no lo veamos— es clave para valorar la ingeniería que hay detrás de las infraestructuras que utilizamos cada día. En un mundo que sigue construyéndose, moviéndose y transformándose sobre acero, entender el papel del calor y del carbono es una forma de entender por qué este material sigue siendo, y seguirá siendo, uno de los pilares fundamentales de nuestra sociedad.
Paula Alvaredo Olmos no recibe salario, ni ejerce labores de consultoría, ni posee acciones, ni recibe financiación de ninguna compañía u organización que pueda obtener beneficio de este artículo, y ha declarado carecer de vínculos relevantes más allá del cargo académico citado.
– ref. El acero en el centro del debate – https://theconversation.com/el-acero-en-el-centro-del-debate-274492