DESARROLLO DE ACEROS DUAL PHASE PARA REFUERZO EN ESTRUCTURAS DE
HORMIGÓN

De la Concepción, Valeria(1), Lorusso, Hernán(1,2), Svoboda, Hernán(2,3)
(1)INTI-Mecánica, (2)Universidad de Buenos Aires - Facultad de Ingeniería –INTECIN -
Laboratorio de Materiales y Estructuras (LAME), (3)Consejo Nacional de Investigaciones
Científicas y Técnicas (CONICET)
valeriac@inti.gob.ar


OBJETIVO
Estudiar la obtención de aceros Dual Phase a
partir de un acero base (AL 220) y evaluar su
aplicabilidad como alternativa para la
fabricación de productos del tipo ADN 420 y
ADN 420S, empleados actualmente como
barras de acero conformadas para armadura
en estructuras de hormigón.

DESCRIPCIÓN
La microestructura de los aceros Dual Phase
(DP) consiste en una matriz ferrítica (F)
conteniendo una fracción variable de fase
martensítica (M), en forma de islas (Fig. 1),
que incrementa la resistencia del acero,
mientras la fase ferrítica, aporta una excelente
ductilidad. Al ser sometidos a un estado de
tensiones, la deformación se concentra en
dicha fase, logrando una elevada tasa de
endurecimiento por deformación. Esta
combinación de propiedades, sumada a una
importante capacidad de absorción de energía,
despierta el interés de su utilización para fines
estructurales, en particular para aplicaciones
en estructuras de hormigón sismorresistentes.



Figura 1: Microestructuras de los aceros Dual Phase.

Los productos ADN 420 y ADN 420S, son
barras de acero conformadas de dureza
natural, utilizados actualmente para armaduras
en estructuras de hormigón, los cuales
requieren de una certificación obligatoria en
nuestro país y presentan requerimientos
definidos por las normas IRAM-IAS U500 528
e IRAM-IAS U 500-207, en cuanto a su
composición química y propiedades
mecánicas. Este trabajo se limitó a la
obtención de una microestructura a partir de la
cual se trata de satisfacer dichos requisitos,
sin evaluarse los aspectos geométricos
asociados a la adherencia de estos productos
con el hormigón, dado que la conformación del
nervurado se realiza antes del cambio
microestructural y no afecta a las propiedades
finales obtenidas.
Se caracterizó al acero de partida (AL 220,
laminado en caliente y liso para armadura en
estructuras de hormigón) Ønom=10mm. Se
determinaron la composición química y las
temperaturas críticas de transformación AC1 y
AC3. A partir de este material, se obtuvieron
diferentes grados de aceros DP, mediante
tratamientos térmicos a diferentes
temperaturas intercríticas (740, 750, 760, 770,
780, 790, 800, 820, 840, 860 y 880 °C), con 30
minutos de permanencia y posterior
enfriamiento en agua (Fig. 2). Sobre estos
aceros, se realizó una caracterización
microestructural y la cuantificación de la fase
martensítica. Se realizaron ensayos de
microdureza Vickers (HV1) y de tracción,
obteniéndose las propiedades mecánicas
resultantes. Sobre dos grados de aceros DP
obtenidos, se deformaron muestras en tracción
hasta introducirles un 1% de deformación
plástica bajo carga (EUL 1%), a fin de
aumentarles el límite de fluencia.



Figura 2: Tratamientos térmicos a temperaturas
intercríticas.

A fines comparativos, se evaluaron también
las características microestructurales y las
propiedades mecánicas de productos ADN
420 y ADN 420S comerciales de diferentes
fabricantes nacionales. Las propiedades
obtenidas para los DP se compararon con los
requisitos normativos vigentes y con las de los
productos comerciales.

RESULTADOS Y ANÁLISIS
En la Tabla 1, se muestran los resultados de
la composición química del material base, la
F
M
F M

cual cumplió con los requisitos normativos. El
bajo contenido de carbono presente permitió
obtener a bajas temperaturas de tratamiento,
bajas fracciones de martensita, y durezas
relativamente bajas (Tabla 2), acorde a lo
buscado.

Tabla 1: Composición química del acero base, wt%



En todos los aceros tratados, se observaron
microestructuras de tipo dual, similares a las
de la Fig. 1, compuestas por granos
equiaxiales de ferrita y martensita, cuya
fracción y dureza, aumentan con la
temperatura de tratamiento (Tabla 2).

Tabla 2. Porcentaje de martensita y dureza Vickers
para las distintas temperaturas de tratamiento.

T[ºC] %M HV1
MB - 120 +/-5
740 23 +/-3 191 +/-7
750 27 +/-3 196 +/-3
760 29 +/-3 203 +/-3
770 31 +/-3 209 +/-3
780 37 +/-3 212 +/-6
790 40 +/-3 215 +/-3
800 45 +/-3 231 +/-6
820 50 +/-3 250 +/-6
840 69 +/-3 266+/-5
860 85 +/-3 303+/-6
880 89 +/-3 361 +/-9

Asimismo, se observó un fuerte aumento de la
resistencia respecto del material de origen y
una disminución del alargamiento de rotura,
mientras que la relación entre tensiones
presentó sus valores máximos en un entorno
de 30-50% de martensita (Fig. 3).



Figura 3: Curvas tensión-deformación.

El acero DP820 (M50%) ha cumplido con todos
los requisitos normativos mínimos para los
productos ADN 420 y ADN 420S, no
superándose holgadamente el mínimo de
alargamiento de rotura requerido. En este
sentido, los aceros que presentaron mejores
resultados tanto de alargamiento como de
relación entre tensiones fueron los DP760 y
DP770 (M30%), pero estos no cumplieron con la
tensión de fluencia requerida (420 MPa). Por lo
tanto, sobre estos grados de DP se realizaron
deformaciones plásticas en tracción bajo carga
del 1% (EUL 1%), a fin de producir un
endurecimiento por deformación de modo de
aumentar el límite de fluencia. Bajo estas
condiciones de procesamiento los materiales
mencionados cumplieron satisfactoriamente los
requisitos (Tabla 3). Asimismo, la introducción
de esta pequeña deformación en frío no implica
una restricción en su implementación industrial
ya que durante su fabricación suelen
implementarse este tipo de deformaciones.

Tabla 3: Propiedades mecánicas de algunos DP
obtenidos, de los ADN comerciales y los
requerimientos normativos (Valores mínimos).

Material R0,2
[MPa]
Rm
[MPa]
Rm/R0,2
A
[%]
DP 820 435 839 1,93 12
DP 760+1%EUL 454 700 1,5 15
DP 770+1%EUL 467 723 1,6 13
ADN 420 com. 482 710 1,48 19
ADN 420S com. 469 585 1,25 21
Req. Norm. ADN 420 500 1,19 12

En la Fig. 4 se observa una comparación entre
las propiedades mecánicas de los aceros DP
obtenidos y los productos ADN comerciales.
Dicha comparación se realiza en términos del
aumento porcentual de las propiedades
respecto de los valores normativos mínimos.
Se destaca que, si bien los aceros tratados
tienen menor alargamiento (A%) y tensión de
fluencia (R0,2) que los productos comerciales,
presentan una resistencia a la tracción (Rm) y
relación entre tensiones (Rm/R0,2) muy
superior, lo que denota una gran capacidad de
absorción de energía en la deformación, que
hace a estos aceros aptos para ser utilizados
como armaduras en estructuras de hormigón
sismorresistentes.



Figura 4: Comparación de las propiedades de DP
obtenidos y productos comerciales ADN420 y ADN
420S respecto de sus requerimientos normativos

CONCLUSIONES
Se obtuvieron aceros Dual Phase que
cumplieron con los requisitos normativos de
composición química y de propiedades
mecánicas para los productos ADN 420 y ADN
420S, a partir de un acero base económico, y
podría considerarse como punto de partida
para generar una ruta de fabricación
alternativa de los productos mencionados.
C Mn Si P S
0,11 0,69 0,21 0,025 0,021