Clasificaciones de los Aceros: Conoce sus numerosos tipos y propiedades

Las clasificaciones de los aceros permiten sistematizar su enorme variedad, además de precisar y garantizar aspectos de gran relevancia como su calidad, composición y aplicabilidad dentro de diversos sectores. ¡Continúa leyendo para descubrir las normas y numerosos enfoques que rigen su categorización, así como las propiedades más importantes con las que cuentan estos materiales!

Clasificaciones de los aceros: propiedades

Las propiedades de los aceros son de gran importancia para su empleo en múltiples sectores, entre ellos el de la construcción, el cual requiere productos indispensables como el acero corrugado y el perfil de acero. Al respecto, presentan gran resistencia a la tracción, a la compresión y a la corrosión, por lo que también tienen una larga vida útil. Sumado a ello, a continuación te presentamos sus principales propiedades con base en sus cualidades mecánicas y físicas.

Propiedades mecánicas del acero

Estas propiedades tienen gran relevancia porque, gracias a ellas es posible llevar a cabo el levantamiento de diversas construcciones con acero, en especial las de gran magnitud, entre las que se encuentran edificios, estructuras metálicas y puentes. Enseguida te mencionamos cuáles se encuentran en este grupo.

• Plasticidad: puede ser moldeado para adquirir numerosas formas. 
• Resistencia: no se rompe con facilidad, aun cuando se somete a un esfuerzo excesivo.
• Dureza: tiene gran fortaleza frente a los golpes y arañazos.
• Maleabilidad: puede deformarse sin romperse. En este sentido, la dureza y la maleabilidad se relacionan inversamente: cuanto más duro es el acero, menos maleable es; y cuanto más maleable es el metal, presenta menor dureza.
• Tenacidad: es firme, por lo que tiene gran capacidad para resistir la tensión.

Propiedades físicas del acero

Las propiedades físicas del acero se relacionan estrechamente con su composición, la cual repercute de manera directa con la forma en que debe manejarse y los usos que puede tener en distintos proyectos. Ahora te describimos las más sobresalientes dentro de este grupo.

• Térmicas: tiene gran resistencia a altas temperaturas; al respecto, su punto de fusión está alrededor de los 1500 °C.
• Eléctricas: conduce fácilmente la electricidad por su superficie, lo que es útil en la fabricación de cables y otros dispositivos.
• Ópticas: presenta alta reflectividad, por lo que en muchos casos es lustroso y brillante. Asimismo, es transparente frente a los rayos infrarrojos y ultravioleta, por lo que se puede ver a través de él con una cámara térmica.
• Magnéticas: es ferromagnético, así que es atraído por los imanes.

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¿Cuáles son las clasificaciones de los aceros?

Existen numerosas perspectivas para la clasificación del acero; no obstante, en cuanto a los aceros empleados industrialmente, cuentan con una designación normalizada que se expresa en cifras, letras y signos. En este sentido, hay dos tipos de designaciones para cada tipo de acero: una simbólica y una numérica.

En cuanto a la designación simbólica, habitualmente expresa sus características físicas, químicas o tecnológicas, y en muchos casos, especificaciones que permiten su identificación de forma aún más precisa. Por otra parte, la segunda refiere una codificación alfanumérica que clasifica los distintos elementos en grupos para identificarlos con mayor facilidad, aspecto que no se vincula con las características de las aleaciones.

Al margen de lo anterior, los aceros se pueden clasificar bajo muchos otros enfoques; por ejemplo, por composición química, calidad, uso o grado de soldabilidad, por mencionar solo algunas posibilidades. Al respecto, enseguida te presentamos las clasificaciones internacionales más relevantes, ya que es pertinente mencionar que estas pueden variar en función de la normativa de cada país y de los criterios de los numerosos fabricantes.

Clasificaciones de los aceros según la ASTM

La Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (American Society for Testing and Materials), mejor conocida como ASTM, por su nombre en inglés, es una organización de estándares internacionales que se encarga de desarrollar y publicar acuerdos voluntarios de normas técnicas vinculadas a una amplia variedad de materiales, productos, sistemas y servicios.

Con respecto a la norma relacionada con los aceros, no especifica su composición directamente, sino que determina su aplicación y ámbito de uso a partir del esquema general de numeración siguiente:

YXX

donde:

Y es la primera letra de la norma, la cual señala el grupo de aplicación de acuerdo a la siguiente lista:

• A: especificaciones para aceros
• B: especificaciones para no ferrosos
• C: especificaciones para hormigón; estructuras civiles
• D: especificaciones para químicos, aceites, pinturas y más
• E: Métodos de ensayos
• Entre otros

XX es el número de secuencia de dos dígitos; un incremento en el número de dígitos es necesario para equilibrar el incremento en los grados de acero a ser considerados. A continuación te presentamos unos ejemplos.

• A36: especificación para aceros estructurales al carbono
• A285: especificación para aceros al carbono de baja e intermedia resistencia para uso en planchas de recipientes a presión
• A325: especificación para pernos estructurales de acero con tratamiento térmico y una resistencia a la tracción mínima de 120/105 ksi (kilopounds por pulgada cuadrada, o bien, 1000 libras por pulgada cuadrada)A514: especificaciones para planchas aleadas de acero templadas y revenidas (tratamiento térmico a baja temperatura) con alta resistencia a la tracción; adecuadas para soldar

Con base en lo anterior, enseguida te mostramos una tabla con las características de los aceros más comunes a partir de la norma ASTM.

Clasificaciones de los aceros más comunes (ASTM)

Conoce las diferencias entre el acero A36 y el A50 con este video. ¡Dale play y aprende más!

Clasificaciones de los aceros: AISI

La norma del Instituto Americano del Hierro y el Acero (American Iron and Steel Institute), identificado como AISI por su nombre en inglés, emplea un esquema general para llevar a cabo las especificaciones de los aceros por medio de cuatro dígitos:

AISI ZYXX

donde:

XX indica el porcentaje (%) en contenido de carbono (C) multiplicado por 100
Y señala el porcentaje aproximado del componente predominante de aleación en el caso de los aceros de aleación simple
Z indica el tipo de acero (o aleación). Al respecto, los valores que puede tener Z son, entre otros, los siguientes:

• Z=1: aceros al carbono (corriente u ordinario)
• Z=2: aceros al níquel
• Z=3: aceros al níquel-cromo
• Z=4: aceros al molibdeno, Cr-Mo, Ni-Mo, Ni-Cr-Mo
• Z=5: aceros al cromo
• Z=6: aceros al cromo-vanadio
• Z=7: aceros al Tungsteno-Cromo
• Z=8: aceros al Ni-Cr-Mo

Sumados a dichos dígitos, hay que mencionar que las especificaciones pueden incluir también letras para señalar el proceso de manufactura. A continuación te presentamos las diferentes posibilidades:

E …. para indicar fusión en horno eléctrico básico
…. H para grados de acero con templabilidad garantizada
C …. para señalar fusión en horno por arco eléctrico básico
X …. para alguna desviación del análisis de norma
TS … para indicar una norma tentativa
.. B .. para grados de acero con un probable contenido mayor a 0.0005 % en boro
… LC para señalar grados de acero con extra-bajo contenido en carbono (0.03 % máximo)
… F para grados de acero automático

En este sentido, ahora te damos algunos ejemplos de designación de distintos aceros, así como el desglose de lo que refieren.

AISI 1020
1: acero corriente u ordinario
0: no aleado
20: contenido máximo de carbono (C) del 0.20 %

AISI C 1020
C: proceso de fabricación Siemens-Martin-básico
También puede ser B (si es Bessemer-ácido) o E (Horno eléctrico-básico)
1: acero corriente u ordinario
0: no aleado
20: contenido máximo de carbono (C) del 0.20 %

AISI 1045
1: acero corriente u ordinario
0: no aleado
45: 0.45 % en carbono (C)

AISI 3215
3: acero al níquel-cromo
2: 1.6 % de Ni, 1.5 % de Cr
15: 0.15 % de carbono (C)

AISI 4140
4: acero aleado (Cr-Mo)
1: 1.1 % de Cr, 0.2 % de Mo
40: 0.40 % de carbono (C)

Tomando en cuenta lo anterior, a continuación te dejamos una tabla con distintos tipos de aceros según el contenido aproximado de elementos principales de la aleación y el AISI.

Designación de aceros y contenido aproximado de elementos (AISI)

Sumado a lo antes expuesto, y como ya aludimos, la composición de los aceros no es exacta, sino que tiene un rango de tolerancia aceptable con respecto a los valores indicados en normas o catálogos. Para ejemplificar este punto, enseguida te presentamos las tolerancias en la composición del acero AISI 4140.

C: 0.38 - 0.43 %
Mn: 0.75 - 1.00 %
Cr: 0.80 - 1.10 %
Mo: 0.15 - 0.25 %
Si: 0.15 - 0.35 %
P: menor o igual que 0.035 %
S: menor o igual que 0.040 %

Clasificaciones de los aceros inoxidables según el AISI

La designación usada para este fin contempla tres números, los cuales son útiles para catalogar los inoxidables martensíticos, ferríticos y austeníticos, tal y como te lo presentamos a continuación con sus respectivos ejemplos.

Aceros inoxidables martensíticos

4XX: Base Cr / Medio-alto carbono
5XX: Base Cr, Mo / Bajo carbono

Ejemplos: AISI 410, AISI 416, AISI 431, AISI 440, AISI 501, AISI 502, AISI 503, AISI 504

Inoxidables ferríticos

4XX: Base Cr / Bajo carbono

Ejemplos: AISI 430, AISI 442, AISI 446

Inoxidables austeníticos

3XX: Base Cr, Ni / Bajo carbono
2XX: Base Cr, Ni, Mn / Bajo carbono

Ejemplos: AISI 302, AISI 304, AISI 316, AISI 303, AISI 202

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Clasificaciones de los aceros para herramientas (AISI)

En este caso, el instituto ha formulado códigos específicos, mismos que te presentamos sistematizados en la tabla que te compartimos enseguida, la cual considera diversos grupos relacionados con el desempeño de las aleaciones, así como su símbolo y respectiva descripción.

Codificación de aceros para herramientas según el AISI

Clasificaciones de los aceros: SAE

La Sociedad de Ingenieros Automotrices (Society of Automotive Engineers), mejor conocida como SAE por su nombre en inglés, realiza las clasificaciones de los aceros en diversos grupos, de los cuales te presentamos los más importantes en una lista, para después indicarte las denominaciones de cada uno.

• Aceros al carbón
• Aceros de media aleación
• Aceros aleados
• Aceros inoxidables
• Aceros de alta resistencia
• Aceros de herramienta

Clasificaciones de los aceros al carbono según la SAE

La denominación que utiliza la normativa SAE para los aceros al carbono sigue el esquema que te presentamos a continuación, el cual comparte las mismas designaciones numéricas que las del AISI, pero sin emplear las letras utilizadas por el mismo. Asimismo, te brindamos algunos ejemplos.

SAE 10XX

Los otros elementos que pueden estar presentes no se encuentran en porcentajes de aleación al ser pequeños. De este modo, ahora te presentamos los porcentajes máximos para distintos componentes.

Contenido P máximo = 0.04 %
Contenido S máximo = 0.05 %
Contenido Mn =
0.30 - 0.60 % para aceros de bajo carbono (< 0.30 % C)
0.60 - 0.90 % para aceros de alto carbono (> 0.60 % C) y aceros al carbón para cementación

A su vez, dentro de los aceros al carbono, de acuerdo a su contenido, se pueden diferenciar estos grupos:

Aceros de muy bajo porcentaje de carbono (desde SAE 1005 a 1015)

Estos aceros se utilizan para piezas que van a estar sometidas a un conformado en frío. En cuanto a los aceros no calmados, se utilizan para embutidos profundos por sus buenas cualidades de deformación y terminación superficial, mientras que los calmados se emplean con regularidad cuando van a ser sometidos a procesos de forjados o de tratamientos térmicos.
Asimismo, son adecuados para soldadura y para brazing (soldadura fuerte). Con respecto a su maquinabilidad, se mejora por medio del estirado en frío. Si luego del conformado en frío se calientan por encima de los 600 ºC, son susceptibles al crecimiento del grano, así como a fragilidad y rugosidad superficial.

Aceros de bajo porcentaje de carbono (desde SAE 1016 a 1030)

Estas aleaciones tienen mayor resistencia y dureza, aunque menor capacidad de deformación; se les conoce también como aceros de cementación. En cuanto a los calmados, se utilizan para forjas.
Por otro lado, el comportamiento al temple de estos aceros depende del porcentaje de carbono y manganeso; de este modo, los que tienen más carbono presentan mayor templabilidad en el núcleo, y los de más alto porcentaje de manganeso, se endurecen más, principalmente en el núcleo y en la capa. Son aptos para soldadura y brazing, mientras que su maquinabilidad mejora con el forjado o normalizado, y disminuye con el recocido.

Aceros de medio porcentaje de carbono (desde SAE 1035 a 1053)

Se emplean en contextos donde se necesitan propiedades mecánicas más elevadas, y frecuentemente llevan tratamiento térmico de endurecimiento. Están presentes en una gran variedad de piezas sometidas a cargas dinámicas, como ejes y árboles de transmisión. Sus contenidos de carbono y manganeso varían y dependen de diferentes factores, por ejemplo, las propiedades mecánicas o la templabilidad que se requiera en específico.

Las aleaciones con menor porcentaje de carbono se usan para piezas deformadas en frío, aunque los estampados están limitados a plaqueados o doblados suaves, y en general llevan un recocido o normalizado previo. Cada uno de estos aceros se puede utilizar para fabricar piezas forjadas, y el empleo de uno u otro depende del tamaño y sus propiedades mecánicas después del tratamiento térmico.

En contraste, los aceros con mayor porcentaje de carbono deben normalizarse luego de ser forjados, con la finalidad de mejorar su maquinabilidad. Son también muy usados para piezas maquinadas, partiendo de barras de acero laminadas que, dependiendo del nivel de propiedades requeridas, pueden ser o no tratadas térmicamente. Estos aceros pueden soldarse, pero con precauciones especiales para evitar fisuras por el rápido calentamiento y posterior enfriamiento.

Aceros de alto porcentaje de carbono (desde SAE 1055 a 1095)

Son útiles en aplicaciones donde es necesario incrementar la resistencia al desgaste y obtener altos niveles de dureza en el material, los cuales no se pueden lograr con aceros de menor contenido de carbono. En general, no se usan conformados en frío, excepto plaqueados o el enrollado de resortes.

A grandes rasgos, todas las piezas con acero de este tipo se tratan térmicamente antes de ser usadas. En este sentido, se debe tener mucho cuidado durante esos procesos, con el propósito de evitar distorsiones y fisuras.

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Clasificaciones de los aceros de media aleación (SAE)

Se trata de aceros al manganeso. A continuación te presentamos su designación, variación de porcentaje de dicho elemento y ejemplos de los mismos. Con respecto al primer aspecto, su denominación es la siguiente:

SAE 15XX

donde el porcentaje de manganeso varía entre 1.20 y 1.65, según la cantidad de carbono

Ejemplos:

SAE 1524 (1.20 - 1.50 % Mn). Se emplean para fabricación de engranajes
SAE 1542 (1.35 - 1.65 % Mn). Útiles para temple

Aceros de fácil maquinabilidad o resulfurados según la SAE

Esta clasificación incluye aceros con contenido de azufre (S). Son altamente maquinables, y su gran cantidad de sulfuros genera viruta pequeña; además, los sulfuros tienen alta plasticidad, por lo que actúan como lubricantes internos. No son aptos para soldar, tratamientos térmicos ni forja, dado su bajo punto de fusión. En cuanto a su esquema de denominación, tenemos lo siguiente:

SAE 11XX y SAE 12XX

Ejemplos:

SAE 11XX (0.08 - 0.13 % S)
SAE 12XX (0.24 - 0.33 % S

Sumado a lo antes expuesto, estos aceros se pueden dividir a su vez en tres grupos, de los cuales te hablamos enseguida.

Grupo I (SAE 1110, 1111, 1112, 1113, 12L13, 12L14 y 1215)

Se trata de aceros efervescentes con bajo porcentaje de carbono, mismos que presentan excelentes condiciones de maquinado. Los de la serie 1200 incorporan el fósforo, y los L contienen plomo, elementos que favorecen la rotura de la viruta durante el corte, lo que implica la disminución en el desgaste de la herramienta. Deben estar calmados cuando se los cementa para lograr una mejor respuesta al tratamiento.

Grupo II (SAE 1108, 1109, 1116, 1117, 1118 y 1119)

Aceros de bajo porcentaje de carbono. Cuentan con una buena combinación de maquinabilidad y respuesta al tratamiento térmico, por lo que tienen menor contenido de fósforo, y algunos de azufre, con un incremento del porcentaje de manganeso para aumentar la templabilidad, aspecto que permite temples en aceite.

Grupo III (SAE 1132, 1137, 1139, 1140, 1141, 1144, 1145, 1146 y 1151)

En cuanto a su porcentaje de carbono, los aceros del grupo III tienen un contenido medio. Dadas sus características, presentan buena maquinabilidad, la cual se combina con una notable respuesta al temple en aceite.

Clasificaciones de los aceros aleados (SAE)

De acuerdo con la SAE, un acero se considera aleado cuando el contenido de un elemento excede uno o más de los límites que te compartimos a continuación:

• 1.65 % de manganeso (Mn)
• 0.60 % de silicio (Si)
• 0.60 % de cobre (Cu)
• Cuando hay un porcentaje especificado de cromo, níquel, molibdeno, aluminio, cobalto, niobio, titanio, tungsteno, vanadio o circonio.

Ahora bien, este tipo de aceros se utiliza especialmente cuando se busca modificar sus propiedades, a partir de lo cual tenemos los siguientes escenarios:

• Desarrollar el máximo de propiedades mecánicas con un mínimo de distorsión y fisuración
• Favorecer la resistencia al revenido, incrementar la tenacidad, disminuir la sensibilidad a la entalla
• Mejorar la maquinabilidad en condición de temple y revenido, en comparación con un acero de igual porcentaje de carbono en la misma condición

En general, los aceros aleados se usan tratados térmicamente. Al respecto, el criterio más importante para seleccionarlos es habitualmente su templabilidad, la cual se puede llevar a cabo en aceite en todos los casos. Enseguida te compartimos su denominación SAE de acuerdo con los elementos de aleación que llevan incorporados.

Tienen alrededor de 1.40 % Si y 1.00 % Mn. Son aceros idóneos para resortes, dado que poseen una excelente resistencia a la fatiga, además de templabilidad. Para resortes con menos exigencias se suele usar el SAE 1070.

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Por otra parte, las clasificaciones de los aceros aleados contemplan dos grandes grupos con base en sus aplicaciones, mismos que te describimos brevemente a continuación.

1. Aceros aleados de bajo porcentaje de carbono para cementar

Este grupo se puede dividir a su vez de acuerdo a su templabilidad, de este modo:

• De baja templabilidad (series SAE 4000, 5000, 5100, 6100 y 8100)
• De templabilidad intermedia (series SAE 4300, 4400, 4500, 4600, 4700, 8600 y 8700)
• De alta templabilidad (series SAE 4800 y 9300)

En cuanto a los aceros aleados de alta templabilidad, se eligen para piezas de grandes espesores y que soportan cargas mayores, mientras que los de baja o media templabilidad, para piezas pequeñas, de manera que en todos los casos el temple se pueda realizar en aceite. 

La dureza del núcleo depende del porcentaje de carbono básico y de los elementos aleantes; tiene que ser mayor cuando se producen elevadas cargas de compresión, con la finalidad de soportar mejor las deformaciones de las capas exteriores. Por otro lado, cuando lo esencial es la tenacidad, lo adecuado es mantener baja la dureza del núcleo. Ahora te presentamos una tabla con los niveles de templabilidad y los aceros que incluye cada uno.

2. Aceros aleados de alto porcentaje de carbono para temple directo

Este grupo se subdivide a su vez considerando el contenido de carbono:

• Contenido de carbono nominal entre 0.30 y 0.37 % (pueden templarse en agua para piezas de secciones moderadas o en aceite para las pequeñas. Aplicaciones: bielas, palancas, puntas de ejes, ejes de transmisión, tornillos, tuercas).

• Contenido de carbono nominal entre 0.40 y 0.42 % (se usan para piezas de mediano y gran tamaño que requieren un alto grado de resistencia y tenacidad. Aplicaciones: ejes, palieres, entre otros; piezas para camiones y aviones).

• Contenido de carbono nominal entre 0.45 y 0.50 % (se emplean en engranajes y otras piezas que requieran alta dureza, resistencia y tenacidad).

• Contenido de carbono nominal entre 0.50 y 0.60 % (se utilizan para resortes y herramientas manuales).

• Contenido de carbono nominal de 1.02 % (se usan para pistas, bolas y rodillos de cojinetes, además de otras aplicaciones que requieren alta dureza y resistencia al desgaste. Contempla tres tipos de acero, cuya templabilidad varía según la cantidad de cromo con la que cuenten).

Aceros inoxidables (SAE)

Estos aceros se dividen a su vez en los siguientes grupos:

Austeníticos

Los aceros inoxidables austeníticos no son duros ni templables; además, tienen una alta capacidad de deformarse plásticamente. El más utilizado es el 304.

Ejemplos:

AISI 302XX, donde XX no es el porcentaje de carbono
17 - 19 % Cr ; 4 - 8 % Ni ; 6 - 8 % Mn

AISI 303XX
8 - 13 % Cr ; 8 - 14 % Ni

A esta categoría también pertenecen los aceros refractarios, que cuentan con una elevada resistencia a las altas temperaturas).

Ejemplo:
30330 (35 % Ni, 15 % Cr)

Martensítico

Son aceros templables. Si se quieren conseguir durezas mayores, se tiene que aumentar el porcentaje de cromo (formación de carburos de Cr). Se utilizan para cuchillería, dada su excelente resistencia a la corrosión.

Ejemplo:
AISI 514XX
11 - 18 % Cr

Ferríticos

Cuentan con bajo porcentaje de carbono y alto de cromo (10 - 27 %). Debido a esto, pueden mantener la estructura ferrítica incluso a altas temperaturas.

Ejemplos:
AISI 514XX, 515XX

Aceros de alta resistencia y baja aleación (SAE)

Son aceros de bajo porcentaje de carbono y aleados con vanadio, niobio, nitrógeno y titanio, con aproximadamente 0.03 % para cada uno, de modo que precipitan carbonitruros de Va, Nb, Ti que elevan el límite elástico entre 30 y 50 %. Cuentan con garantía de las propiedades mecánicas y ángulo de plegado. Asimismo, son de fácil soldabilidad y tenaces, aunque no admiten tratamiento térmico.

La denominación SAE de estos aceros es del tipo 9XX, donde XX · 10³ lb/pulg² indica el límite elástico del acero.

Ejemplo: SAE 942

 Aceros para herramientas (SAE)

Los aceros para herramientas, según la SAE, se denominan de acuerdo a las siguientes letras:

W: Templables al agua. No contienen elementos aleantes y son de alto porcentaje de carbono (0.75 a 1.00 %). Son los más económicos y, en general, tienen limitación en cuanto al diámetro, debido a su especificación de templabilidad.

Para trabajos en frío:

O: Solo son aptos para trabajo en frío; si se aumenta la temperatura, disminuye su dureza.

A: Templados al aire. No soportan temple en aceite, ya que se fisuran. Se utilizan para formas intrincadas (matrices), dado que su alto contenido de cromo les otorga temple homogéneo.

D: Alta aleación. Contienen un alto porcentaje de carbono para formar carburos de cromo (1.10 - 1.80 % C). Tienen una gran resistencia al desgaste.

Para trabajo en caliente:

H

Aceros rápidos:

T: base de tungsteno

M: base de molibdeno

Los tres anteriores mantienen su dureza al rojo (importante en cuchillas) y contienen carburos que son estables a alta temperatura. El cromo aumenta la templabilidad, puesto que se encuentra disuelto, mientras que el tungsteno y el molibdeno son los formadores de carburos. El más conocido es el T18-4-1, que indica contenidos de wolframio, cromo y molibdeno, respectivamente.

S: Aceros para herramientas que trabajan al choque. Son fácilmente templables en aceite. No se pueden emplear en grandes secciones o formas intrincadas.

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¿Qué tipo de acero es el más utilizado?

Dentro de las clasificaciones de los aceros, el más utilizado es el acero al carbono, compuesto principalmente por este elemento y otros como el hierro o manganeso. Se trata del producto con mayor presencia en la industria de la construcción, así como en la fabricación de maquinaria, vehículos, motores, tuberías, entre otros.

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