ES2201186T5 - Rodillo de temple superficial indefinido de fundicion de hierro, producido por la adicion de niobio. - Google Patents
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Abstract
SE DESCRIBE UNA COMPOSICION DE ALEACION DE RODILLO DE TEMPLE INDEFINIDO QUE CONTIENE CARBONO EN EL RANGO DE ENTRE 2,5 Y 4,0 % EN PESO DE LA ALEACION Y EL CARBONO ESTA PRESENTE COMO GRAFITO LIBRE EN UNA CANTIDAD EN EL RANGO DE 2-7 %, PREFERENTEMENTE 3-6 % DEL CARBONO TOTAL. LA COMPOSICION INCLUYE ADEMAS NIOBIO EN UN RANGO DE 0,3-6,0 % QUE ESTA PRESENTE ESENCIALMENTE COMO PARTICULAS DISCRETAS DE CARBURO DE NIOBIO EN LA ALEACION. LA PRESENTE INVENCION INCLUYE ADEMAS UNA CORAZA DE RODILLO DE TEMPLE FORMADA A PARTIR DE LA ALEACION Y PRODUCIDA POR UN METODO QUE INCLUYE LOS PASOS DE OBTENER UNA COMPOSICION FUNDIDA DE RODILLO DE TEMPLE INDEFINIDO, AJUSTAR LA COMPOSICION POR ADICION DE NIOBIO EN CANTIDAD SUFICIENTE PARA PRODUCIR UN LOTE FUNDIDO QUE CONTIENE ENTRE 0,3 Y 6,0 % DE NIOBIO BASADO EN EL PESO TOTAL DE DICHO LOTE FUNDIDO, PROPORCIONAR UNA CANTIDAD ESTEQUIOMETRICA DE EXCESO DE CARBONO PARA FORMAR CARBURO DE NIOBIO Y MOLDEAR EL LOTE FUNDIDO PARA FORMAR LA CORAZA DE RODILLO DE TEMPLE. EL METODO DE LA PRESENTE INVENCION PUEDE SER UTIL PARA FORMAR UN RODILLO DE TEMPLE INDEFINIDO QUE CONTIENE CANTIDADES SIGNIFICATIVAS DE CARBUROS DE OTROS ELEMENTOS QUE FORMAN CARBUROS CON BAJA SOLUBILIDAD DE CARBUROS CERCANA AL PUNTO EUTECTICO DE LA ALEACION DE HIERRO MIENTRAS SE MANTIENE SUFICIENTE GRAFITO LIBRE EN LA ALEACION PARA PRODUCIR UNA ALEACION CON LAS PROPIEDADES REQUERIDAS POR LAS APLICACIONES DE RODILLO DE TEMPLE.
Description
Rodillo de temple superficial indefinido de
fundición de hierro, producido por la adición de niobio.
La invención se refiere a un procedimiento para
la producción de un rodillo templado superficialmente que presenta
propiedades superficiales que son muy deseables para su utilización
en la laminación en caliente de acero. Más particularmente, la
invención se refiere al descubrimiento de que la introducción de
niobio en una composición de fundición de un rodillo templado
superficialmente produce valores de dureza superficial que no se
podían alcanzar anteriormente sin interferir con el equilibrio entre
la formación de carburo y la dispersión de grafito libre, que es
necesario para dichas composiciones de fundición.
En la laminación en caliente continua de una
banda de acero, una pieza de acero que se mueve continuamente (la
banda) se hace pasar a través de un laminador que consiste
usualmente en varios bastidores de rodillos dispuestos en una línea
recta (en tándem). La banda se enfría a medida que pasa a través del
laminador, de tal modo que cada bastidor sucesivo se encuentra a una
temperatura inferior a la del bastidor precedente. Típicamente,
cuando la banda llega a los rodillos de los últimos pocos bastidores
de laminación, existe una tendencia de la banda a soldarse o
fusionarse con los rodillos a través de los cuales pasa, debido a la
inferior temperatura del rodillo. El resultado de dicha soldadura
puede ser una demolición catastrófica de los bastidores del
laminador y de las estructuras circundantes, sin mencionar la grave
amenaza para los trabajadores en la zona.
Resulta evidente, por consiguiente, que la
selección del grado apropiado del rodillo que se ha de utilizar en
los últimos bastidores de los laminadores del tipo de tándem es
importante. El problema de la selección de los rodillos se complica
por el hecho de que las condiciones del laminador varían
ampliamente, pero en general los rodillos de acabado en un laminador
en caliente en tándem deberán presentar una superficie externa que
sea densa y dura, y proporcionar sin embargo un rozamiento
suficientemente bajo en las zonas que entran en contacto con la
pieza.
Desde los tempranos días de la fabricación de
acero, los rodillos de los laminadores se han colado en una manera
para asegurar que el hierro líquido sobre la superficie externa del
rodillo se enfríe para producir la estructura y las propiedades
deseadas. Una técnica para conseguir dicho enfriamiento rápido
consiste en insertar anillos o segmentos metálicos, denominados
"chills" en el molde, cerca de la superficie que se ha de poner
en contacto con el hierro fundido. La producción de las envolturas
del rodillo templado superficialmente consiste típicamente en un
procedimiento de dos etapas, en el que se forma una envoltura
externa que posee las cualidades anteriormente mencionadas para su
utilización en un laminador, seguido de la formación de un núcleo
interior constituido por un material que proporciona una resistencia
mecánica adicional al rodillo templado superficialmente, tal como
hierro colado. La envoltura externa se forma mediante una colada ya
sea estática o giratoria, tal como es bien conocido en la industria,
un ejemplo de la cual es la patente de los EE.UU. Nº 5.355.932
concedida a Nawata et al.
La mayoría de los tempranos rodillos templados
superficialmente se colaron utilizando un hierro de bajo contenido
en silicio, aleado con níquel y cromo y templado superficialmente a
un régimen muy alto para suprimir la formación de grafito, que se
pensó que era perjudicial para el rodillo debido a la blandura
conferida a la aleación por el grafito. La superficie externa
templada es muy dura y, cuando se fractura, presenta una cara de
fractura de color blanco en cierta distancia por debajo de la
superficie (conocida como zona de temple superficial), lo cual
significa que se ha suprimido la formación de grafito libre en dicha
zona mediante el enfriamiento rápido. La zona de fundición blanca se
denomina a veces "hierro colado blanco", a diferencia del
hierro que contiene grafito que presenta una cara de fractura de
color gris, conocido como "fundición gris".
En los años 1930, se descubrió que la
introducción de grafito finamente dispersado en la zona de fundición
blanca reducía sustancialmente la rotura del rodillo a pesar de
proporcionar una envoltura externa más blanda. La región del grafito
finamente dispersado en la aleación se denomina "moteada". La
presencia de grafito en la envoltura externa mejora
considerablemente la capacidad del rodillo para soportar los choques
térmicos asociados con la banda de acero de laminación en caliente,
reduce el rozamiento entre el rodillo y la banda, con lo cual se
reduce el esfuerzo aplicado sobre la banda, y reduce
considerablemente el potencial de fusión de la banda al rodillo.
Como resultado de ello, los rodillos templados superficialmente de
hierro colado blanco fueron sustituidos en gran medida por un
rodillo caracterizado por grafito finamente dispersado cerca de la
superficie externa del rodillo y por la falta de una zona templada
superfcial definida. Dicho rodillo ha llegado a ser conocido como
rodillo "de temple superficial indefinido" (o un rodillo "de
grano").
Aunque los rodillos de temple superficial
indefinido mejoran significativamente la durabilidad del rodillo en
comparación con los rodillos templados superficialmente de fundición
blanca, la presencia de grafito proporciona un rodillo más blando
que presenta una resistencia al desgaste inferior y una vida
utilizable más corta entre rectificaciones que los rodillos más
altamente aleados, en los mismos bastidores de acabado. Se han
realizado considerables esfuerzos en todo el mundo para desarrollar
rodillos que no se suelden a la banda de acero que se está laminando
y que presenten una mejor resistencia a la abrasión que los rodillos
de temple superficial indefinido. Un primer enfoque de los esfuerzos
consiste en la utilización de carburos metálicos para aumentar la
dureza y la resistencia a la abrasión de una aleación de hierro, tal
como es conocido en la técnica; sin embargo, un aumento de la
cantidad de carburos produce generalmente una reducción
correspondiente de la cantidad de grafito en la aleación. Se han
realizado numerosos intentos para desarrollar aleaciones que
contengan combinaciones potentes de fuertes elementos formadores de
carburos, tales como las utilizadas en aceros para herramientas,
para reemplazar a las composiciones de rodillos de temple
superficial indefinido. Sin embargo, se ha comprobado asimismo que
dichos rodillos de aleación con alto contenido de carburo y bajo
contenido de grafito son inadecuados para aplicaciones de rodillos
templados superficialmente, debido a la tendencia a soldarse al
material que se está laminando y a iniciar fisuras por presión, de
manera muy similar a los rodillos templados superficialmente de
hierro colado blanco. Por carecer de una alternativa superior, se
han mantenido los rodillos de temple superficial indefinido en los
últimos bastidores de acabado de muchos de los modernos laminadores
de bandas calientes de alta velocidad y la utilización de potentes
elementos formadores de carburos ha estado limitada a adiciones
relativamente pequeñas, usualmente de molibdeno, para composiciones
de rodillos de temple superficial indefinido para modificar la
estructura matriz o adiciones sumamente pequeñas de magnesio para
controlar la forma del grafito.
El documento
EP-A-525.932 da a conocer una
fundición de hierro para una envoltura de rodillo templado
superficialmente, que presenta una composición de acuerdo con la
invención y comprende opcionalmente de 0,1 a 2,0% de niobio, no
mencionándose, sin embargo, el contenido de grafito libre.
Una característica esencial de los rodillos de
temple superficial indefinido consiste en el equilibrio crítico
entre los elementos de la aleación tales como carbono, níquel y
silicio, que activan la formación de grafito y elementos formadores
de carburos, tales como cromo. La formación de una aleación que
contiene el equilibro apropiado de grafito y carburos requiere una
selección sumamente cuidadosa de la materia prima de fusión,
condiciones de fusión estrechamente controladas, un control rígido
de la composición y de las técnicas de inoculación para obtener el
tipo y la distribución de grafito requeridos. Esta correlación ha
inhibido la utilización de elementos formadores de carburo más
potentes, que desvían en gran medida el equilibrio de
grafito/carburo a favor de la formación de carburo y hacen a la
aleación inadecuada para su utilización en aplicaciones de rodillos
de temple superficial indefinido. De este modo, durante más de
cuatro décadas se ha inhibido la utilización de potentes aleaciones
formadoras de carburo por la abrumadora necesidad de mantener
grafito libre en la Estructura templada superficialmente de este
tipo de rodillo.
Muchas otras aplicaciones requieren las
características incorporadas en los rodillos de temple superficial
indefinido, tales como en laminadores de chapas, laminadores
endurecedores de chapas, bandas estrechas, rodillos reforzadores de
los de trabajo, laminadores de perfiles para laminar pletinas,
laminadores Steckel y una diversidad de laminadores endurecedores de
chapas en frío. En todas estas aplicaciones, las presentes ventajas
de este tipo de rodillo se aumentarían en gran medida mediante una
mejora de su resistencia a la abrasión.
La invención se define en cualquiera de las
reivindicaciones 1, 7 y 9, siendo establecidas características
opcionales de la misma en las reivindicaciones dependientes. Se da a
conocer una composición de aleación para rodillos de temple
superficial indefinido que contiene por lo menos 3,3% en peso de
carbono (expresándose todos los porcentajes en la presente memoria
en peso de la aleación, a menos que se indique otra cosa) de la
aleación y el carbono está presente en forma de grafito libre en una
cantidad que varia de 2 a 7%, con preferencia de 3 a 6%, del carbono
total. La composición incluye adicionalmente niobio, que varía de
1,0 a 6,0% y está presente esencialmente en forma de partículas
discretas de carburo de niobio en la aleación. Un procedimiento
para la producción de una envoltura de rodillo templado
superficialmente formada a partir de la aleación de acuerdo con la
invención incluye las etapas de (i) proporcionar una composición de
aleación de hierro fundida, (ii) ajustar la composición añadiendo
niobio en una cantidad suficiente para producir una carga fundida
(iii) que contiene de 1,0 a 6,0% de niobio basado en el peso total
de dicha carga fundida, que proporciona una cantidad estequiométrica
de exceso de carbono para formar carburo de niobio y grafito libre
al enfriarse, y (iv) colar la carga fundida para formar la envoltura
del rodillo templado superficialmente. El procedimiento de la
presente invención puede ser útil para formar un rodillo de temple
superficial indefinido que contiene cantidades importantes de
carburos de otro elemento que forma carburos, que presenta bajas
solubilidades de carburos cerca del punto eutéctico de la aleación
de hierro, mientras que mantiene una cantidad de grafito libre
suficiente en la aleación para producir una aleación que presenta
las propiedades requeridas para aplicaciones en rodillos templados
superficialmente.
La composición de rodillos de temple indefinido
con niobio aumenta considerablemente la resistencia a la abrasión
del tipo de rodillo de temple indefinido sin reducir su resistencia
a soldarse a la banda o su resistencia a la iniciación de fisuras
bajo una carga de choque, manteniendo un equilibrio entre las
cantidades de grafito libre y de carburos en la zona templada
superficialmente durante la solidificación eutéctica.
De acuerdo con la presente invención, la
utilización de niobio permite la adición de una cantidad
relativamente grande de un fuerte elemento formador de carburo a una
aleación de rodillo que mantendrá su estructura templada esencial
parcialmente grafitada. Una consideración de los coeficientes de
reparto de otras aleaciones que forman carburos a altas
temperaturas sugiere que el tántalo podría ser también adecuado. Por
el contrario, se podría esperar que el vanadio, el wolframio, el
titanio, el molibdeno y el cromo perturben en gran medida el
equilibrio de grafito-carburos durante la
solidificación eutéctica y que no sean adecuados para aplicaciones
de rodillos templados superficialmente. Por lo tanto, la presente
invención proporciona una composición de rodillos de temple
superficial indefinido, que resuelve los problemas asociados con la
técnica anterior. Estos y otros detalles, objetos y ventajas de la
invención resultarán evidentes a medida que se desarrolla la
siguiente descripción detallada de la presente realización preferida
de la misma.
Tal como se utiliza en la presente memoria, la
expresión composición de "rodillo de temple superficial
indefinido" significará una aleación basada en hierro, destinada
a su utilización en la colada de la envoltura de un rodillo de
laminador y que presenta generalmente la siguiente composición:
| Constituyente | Porcentaje en peso (% en peso) |
| (basado en el peso total de la aleación) | |
| Carbono | 2,5 - 3,6 |
| Níquel | 4,2 - 4,6 |
| Molibdeno | 0,3 - 0,5 |
| Cromo | 1,5 - 2,0 |
| Silicio | 0,7 - 1,2 |
| Manganeso | 0,7 - 1,0 |
| Fósforo | < 0,07 |
| Azufre | < 0,08 |
| Hierro e impurezas | Resto |
Las aleaciones de esta composición son bien
conocidas en la técnica y producirán un balance o equilibrio
apropiado entre los formadores de carburo y los formadores de
grafito a la temperatura de solidificación eutéctica, que se
encuentra en el intervalo de 1.130ºC a 1.150ºC. La aleación
resultante contiene aproximadamente de 30 a 38% del carbono total en
forma de carburos, aproximadamente de 2 a 7% del carbono total en
forma de grafito y el carbono restante está aleado con el hierro en
la matriz de la aleación. Las aleaciones que contienen grafito
presente en cantidades mayores que 7% del carbono total, son
generalmente demasiado blandas para ser empleadas como envoltura
externa del rodillo del laminador, mientras que las aleaciones que
contienen menos de 2% de grafito libre no son adecuadas para ser
desplegadas como envoltura exterior de rodillos templados
superficialmente debido a que no son suficientemente resistentes al
choque térmico y no tienen una cantidad de grafito suficiente para
evitar de manera fiable la soldadura de la pieza al rodillo. La
aleación producida a partir de composiciones de rodillos de temple
superficial indefinido presentan un valor de dureza que varía de
aproximadamente 70 a 82 Shore C en el intervalo de la cantidad de
carbono utilizado en la aleación.
Se añade Ni a la composición de rodillos de
temple superficial indefinido para activar la formación de grafito
libre en la aleación; sin embargo, un exceso de Ni tenderá a
desestabilizar la estructura de la aleación. El Mo es importante en
la formación de la estructura de la matriz y para controlar el
tamaño de los carburos formados en la colada, pero el Mo es también
un potente elemento formador de carburo, y por lo tanto se debe
controlar el Mo para minimizar cantidades en exceso de Mo que
cambiarán el equilibrio de grafito/carburo casi completamente a
favor de la formación de carburo. El Cr es también un elemento
formador de carburo, pero no desviará el equilibrio de
grafito/carburo tan fuertemente a favor de la formación de carburo
como los potentes elementos formadores de carburo, tales como V, si
se mantiene un equilibrio con los elementos activadores de grafito.
El Si y el Mn son agentes de desoxidación que contribuyen a la
formación de grafito y al mantenimiento del carácter de la colada,
pero presentarán un efecto negativo sobre la resistencia a la
fisuración de la aleación, si están presentes en cantidades
superiores. El P y el S están generalmente presentes como
contaminantes en la aleación y su cantidad deberá minimizarse a un
grado práctico en la aleación, tal como en una proporción inferior a
0,07% y 0,08%, respectivamente. La persona práctica experta
apreciará que se pueden realizar cambios mínimos en los intervalos
de los elementos y asimismo una sustitución de elementos con una
actividad comparable a la composición de rodillos de temple
superficial indefinido, mientras que se mantienen las propiedades
deseadas características de las composiciones de temple superficial
indefinido que contiene de 2 a 7% del carbono total en forma de
grafito libre en la aleación.
Aunque se pueden producir rodillos de temple
superficial indefinido dentro de los intervalos anteriormente
mencionados, la composición y las propiedades resultantes del
rodillo templado superficialmente se pueden controlar más fácilmente
y son más deseables si los intervalos de composiciones están
limitados a los que se muestran en la Tabla 2, dando como resultado
una aleación que contiene de 3 a 6% del carbono total en forma de
grafito libre.
| Constituyente | Porcentaje en peso |
| Carbono | 3,3 - 3,4 |
| Níquel | 4,3 - 4,6 |
| Molibdeno | 0,3 - 0,5 |
| Cromo | 1,6 - 1,8 |
| Silicio | 0,7 - 0,9 |
| Manganeso | 0,7 - 0,9 |
| Fósforo | < 0,07 |
| Azufre | < 0,08 |
| Hierro e impurezas | Resto |
En el intervalo de temperaturas del punto
eutéctico de las composiciones fundidas de rodillos de temple
superficial indefinido, el carburo de niobio presenta una
solubilidad muy baja. Los solicitantes han descubierto que añadiendo
niobio a la aleación fundida y enfriando la aleación fundida por
encima de la temperatura de solidificación eutéctica a un régimen no
superior a aproximadamente 1ºC/s, casi todo el niobio precipitará en
forma de partículas discretas de carburo de niobio, y el carburo de
niobio sólido no afecta ni al comportamiento químico de la aleación
fundida restante ni a la formación de otros precipitados al efectuar
el enfriamiento de la aleación fundida restante a la temperatura
eutéctica. Adicionalmente, debido a que las partículas de carburo de
niobio sólidas son sumamente duras (dureza Vickers por encima de
2.000), la presencia de los carburos en la aleación aumenta
sustancialmente la resistencia a la abrasión de la aleación. El
carburo de niobio es particularmente eficaz para aumentar la dureza
y la resistencia a la abrasión de la aleación debido a que las
partículas presentan una densidad de aproximadamente 7,8 g/cm^{3}
que es muy próxima a la del hierro; por consiguiente, las partículas
de carburo se distribuirán uniformemente por toda la matriz de la
aleación y no flotarán ni se sedimentarán cuando se forme la
envoltura exterior mediante una colada ya sea estática o giratoria.
La distribución uniforme del carburo de niobio en el interior de la
envoltura es especialmente importante debido a que la envoltura
externa puede soportar cierto número de rectificaciones para alisar
la superficie sin ninguna degradación de las características físicas
de la envoltura. El niobio se puede añadir a la aleación en un
amplio intervalo de composiciones de rodillos de temple superficial
indefinido, tal como se muestra a continuación:
| Constituyente | Porcentaje en peso |
| Carbono | 3,3 - 4,0 |
| Niobio | 1,0 - 6,0 |
| Níquel | 4,2 - 4,6 |
| Molibdeno | 0,3 - 0,5 |
| Cromo | 1,5 - 2,0 |
| Constituyente | Porcentaje en peso |
| Silicio | 0,7 - 1,2 |
| Manganeso | 0,7 - 1,0 |
| Fósforo | < 0,07 |
| Azufre | < 0,08 |
| Hierro e impurezas | Resto |
Otra consecuencia de este descubrimiento
consiste en que el delicado equilibrio en casos anteriores entre el
grafito y los carburos se puede manipular ahora utilizando niobio
para alcanzar un amplio intervalo de relaciones de grafito y
carburos. Generalmente, la manipulación de la relación de grafito a
carburos se puede realizar probablemente utilizando cualesquiera
otros elementos formadores de carburo que presentan bajas
solubilidades de carburo en una composición fundida de aleación de
rodillos de temple superficial indefinido, por encima de la
temperatura eutéctica. Por ejemplo, elementos que presentan
propiedades similares a las del niobio, tales como el tántalo,
pueden formar también carburos que presentan una baja solubilidad en
composiciones fundidas de rodillos de temple superficial indefinido
y podrían funcionar probablemente de una manera similar a la del
niobio.
Se pueden preparar composiciones de rodillos de
temple superficial indefinido con carburo de niobio, de una manera
similar a los procedimientos que se utilizan típicamente para
preparar composiciones de rodillos de temple superficial indefinido.
El niobio se puede añadir a la aleación antes o después de que la
aleación se haya fundido y en cualquier forma, tal como en forma de
niobio metal, ferro-niobio o carburo de niobio, que
no cambiará la composición global de la aleación fuera de los
intervalos prescritos. La formación de carburo de niobio requiere
que se proporcione una cantidad estequiométrica de carbono en exceso
para producir el carburo de niobio, mientras que se mantienen los
niveles de carbono deseados en la composición de rodillos con temple
superficial indefinido. Con preferencia, el niobio y el carbono se
añaden en forma de carburo de niobio que se disolverá en la aleación
fundida y a continuación precipitará al efectuar el enfriamiento de
la aleación fundida. Se puede utilizar asimismo
ferro-niobio; sin embargo, se debe añadir también un
exceso de carbono, y los intervalos de composiciones de los otros
elementos de la aleación deben tener en cuenta la adición de hierro
con el niobio. El niobio metal no es tan deseable como el carburo de
niobio o el ferro-niobio, debido a la alta
temperatura de fusión del metal.
La preparación de la aleación requiere calentar
una carga de metal que presenta un intervalo de composición global
requerido para los rodillos de temple superficial indefinido,
anteriormente indicado, y que incluye una cantidad de niobio y de
carbono para formar la cantidad deseada de carburo de niobio a una
temperatura de aproximadamente 1.515ºC a 1.540ºC en un horno de
inducción durante aproximadamente 30 a 60 minutos o hasta que un
análisis del metal fundido indique que la aleación fundida se
encuentra dentro de las especificaciones. En cuyo momento, la
aleación fundida se enfría a un régimen de aproximadamente 1ºC/s
hasta que esencialmente todo el carburo de niobio haya precipitado a
partir de la aleación fundida, y el enfriamiento se continúa a un
régimen de aproximadamente 0,25ºC/s hasta que se alcance el punto
eutéctico y tenga lugar la solidificación de la aleación restante.
En la preparación de las aleaciones que contienen niobio, se
encontró que con un intervalo preferido de composiciones de
aleaciones que se muestran en la Tabla 4, éstas se producían más
fácilmente de acuerdo con el procedimiento anteriormente mencionado,
y esto dio como resultado una aleación que contenía de 3 a 6% del
carbono total en forma de grafito libre.
| Constituyente | Porcentaje en peso |
| Carbono | 3,3 - 3,7 |
| Niobio | 1,0 - 3,0 |
| Níquel | 4,3 - 4,6 |
| Molibdeno | 0,3 - 0,5 |
| Constituyente | Porcentaje en peso |
| Cromo | 1,6 - 1,8 |
| Silicio | 0,7 - 0,9 |
| Manganeso | 0,7 - 0,9 |
| Fósforo | < 0,07 |
| Azufre | < 0,08 |
| Hierro e impurezas | Resto |
Se preparó una aleación de hierro colado de la
manera anteriormente mencionada, que presentó el siguiente intervalo
de composiciones:
| Carbono | 3,3 - 3,4% |
| Níquel | 4,5 - 4,6% |
| Cromo | 1,9 - 2,0% |
| Molibdeno | 0,4 - 0,5% |
| Silicio | 0,7 - 0,8% |
| Manganeso | 0,9 - 1,0% |
| Fósforo | 0,03 - 0,04% |
| Azufre | 0,05 - 0,06% |
La aleación resultante presentó una dureza de 80
(Shore C). Utilizando esta aleación como composición de base de
rodillos de temple superficial indefinido, se colaron cierto número
de aleaciones de carburo de niobio añadiendo cantidades crecientes
de ferro-niobio a la aleación, sin compensar el
carbono consumido en la precipitación de carburo de niobio ni el
hierro adicional introducido. Las aleaciones se ensayaron para
determinar la dureza, cuyos resultados se muestran en la Tabla 5,
en comparación con la aleación de base (aleación 0). Se incluyen
asimismo en la tabla la cantidad calculada de carbono que permaneció
en el sólido eutéctico teniendo en cuenta el consumo de carbono por
el niobio y la adición de hierro con el niobio, suponiendo que todo
el niobio precipitó en forma de carburo de niobio y utilizando el
promedio de los intervalos observados para cada elemento.
| Muestra de aleación | % de Niobio | Dureza | % Carbono que |
| Número | (Shore C) | permanece en la matriz | |
| Aleación | |||
| * 0 | 0,0 | 80 | 3,35 |
| * 1 | 0,55 | 83 | 3,27 |
| 2 | 1,47 | 83 | 3,13 |
| 3 | 3,73 | 81 | 2,79 |
| 4 | 4,21 | 79 | 2,71 |
| 5 | 5,34 | 78 | 2,53 |
| 6 | 5,82 | 76 | 2,45 |
| * Fuera de la invención |
Como se muestra en la Tabla 5, la adición de
incluso una pequeña cantidad (0,55%) da como resultado una mejora
importante de la dureza. Sin embargo, cuando se aumenta la cantidad
de niobio sin compensar el consumo de carbono, la dureza del
material se reduce sustancialmente como ocurre con las muestras 4, 5
y 6. El importante efecto de la reducción del contenido de carbono
de la aleación restante, es indicativo del delicado equilibrio que
se busca conseguir en las composiciones de rodillos de temple
superficial indefinido. La adición de aproximadamente 6% de niobio
da como resultado una aleación que presenta una dureza de únicamente
76 Shore C, que es inferior a la de la aleación de base, pero que se
compara favorablemente con una aleación que contiene únicamente
2,45% de carbono en la matriz sin carburo de niobio presente en la
aleación. En general, la adición de niobio aumenta la dureza de la
aleación en aproximadamente 3 Shore C, y lo que es más importante,
produce un aumento significativo de la resistencia a la abrasión de
la composición de rodillos de temple superficial indefinido,
mientras que mantiene la cantidad necesaria de grafito libre en la
aleación para que funcione como un rodillo templado
superficialmente. Los datos de la Tabla 5 muestran que se consigue
una dureza máxima cuando el contenido de niobio varía de 0,55 a
1,47% en peso y el contenido de carbono varía de 3,27 a 3,13% en
peso de la aleación total. Un ensayo adicional indica que el
contenido de niobio varía con preferencia de 1,0 a 3% en peso, con
la mayor preferencia 1,5%, cuando el contenido de carbono varía de
3,3 a 3,45% en peso.
Además, se prepararon varios rodillos templados
superficialmente a partir de las aleaciones anteriormente
mencionadas, que presentaban dimensiones de aproximadamente un
diámetro de 76,5 cm y una longitud de 177,8 cm. Un rodillo templado
superficialmente, compuesto por la aleación que contenía niobio, se
colocó en el último bastidor de un laminador y se ensayó para su
comparación con un rodillo de temple superficial indefinido de la
técnica anterior, cuyos resultados se muestran en la siguiente Tabla
6:
| Tipo de | Número de | Toneladas métricas de | Milímetros de |
| rodillo | pasadas en el | acero laminado por | desgaste por |
| laminador | milímetro de desgaste | pasada en el | |
| debido a la laminación | laminador | ||
| y la rectificación | |||
| Aleación que | 108 | 2.738 | 0,71 |
| contiene niobio | |||
| Técnica | 960 | 1.899 | 1,05 |
| anterior |
Tal como se muestra en la Tabla 6, los rodillos
de temple superficial indefinido con carburo de niobio, aumentan
considerablemente la expectativa de vida en aproximadamente 45% en
comparación con los rodillos templados superficialmente sobre la
base de las toneladas métricas de acero laminado por milímetro de
desgaste debido a la laminación del acero y a la rectificación del
rodillo entre pasadas de las bandas en el laminador. Además de
aumentar el periodo de tiempo entre paradas del laminador con el fin
de volver a rectificar el rodillo templado superficialmente, el
rodillo templado superficialmente con carburo de niobio da como
resultado un acabado superficial más consistente a la banda entre
rectificaciones debido al menor grado de desgaste en la superficie
del rodillo.
Las personas normalmente expertas en la materia
apreciarán que la presente invención proporciona importantes
ventajas sobre la técnica anterior. En particular, la presente
invención proporciona un rodillo de temple superficial indefinido
que presenta una resistencia a la abrasión aumentada, lo cual
permite periodos de operación más prolongados antes de que sea
necesaria una nueva rectificación del rodillo. La invención
proporciona asimismo la producción de una pieza lisa debido a la
menor tendencia a que se formen abrasiones en la superficie del
rodillo. La presente invención aumenta asimismo la dureza del
rodillo de temple superficial indefinido, lo cual proporciona además
una pieza más lisa.
Claims (10)
1. Una composición de aleación adecuada para un
rodillo templado superficialmente o para una envoltura de rodillo
templado superficialmente, comprendiendo dicha composición de
aleación:
- 1,0 a 6,0% en peso de niobio;
- por lo menos 3,3% en peso de carbono;
- y opcionalmente
- 4,2 a 4,8% en peso de níquel;
- 0,3 a 0,5% en peso de molibdeno;
- 1,5 a 2,0% en peso de cromo;
- 0,7 a 1,2% en peso de silicio;
- 0,7 a 1,0% en peso de manganeso; y
- hierro e impurezas,
en la que de 2 a 7% de dicho
carbono en dicha composición de aleación está presente en forma de
grafito
libre.
2. La composición de aleación según la
reivindicación 1, que comprende:
- 3,3 a 4,0% en peso de carbono;
- 1,0 a 6,0% en peso de niobio;
- 4,2 a 4,6% en peso de níquel;
- 0,3 a 0,5% en peso de molibdeno;
- 1,5 a 2,0% en peso de cromo;
- 0,7 a 1,2% en peso de silicio;
- 0,7 a 1,0% en peso de manganeso; y
- hierro e impurezas.
3. La composición de aleación según la
reivindicación 1 ó 2, que comprende de 1,0 a 3,0% en peso de
niobio.
4. La composición de aleación según cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende aproximadamente 1,5% en
peso de niobio.
5. La composición de aleación según cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende de 3,3 a 4,0% en peso
de carbono.
6. La composición de aleación según cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende de 3,3 a 3,45% en peso
de carbono.
7. Un procedimiento para la producción de una
envoltura de rodillo templado superficialmente, constituido por
fundición aleada, según se define en cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, comprendiendo el procedimiento:
- proporcionar una composición de aleación de hierro fundida;
- ajustar dicha composición de aleación de hierro añadiendo por lo menos niobio y/o un compuesto que contiene niobio para proporcionar una carga fundida que contiene de 1,0 a 6,0% en peso de niobio, y proporcionar una cantidad estequiométrica de carbono en exceso en dicha carga fundida para formar carburo de niobio y grafito libre al enfriarse, incluyendo dicha carga fundida por lo menos 3,3% en peso de carbono; y colar dicha carga fundida para formar dicha envoltura de rodillo templado superficialmente que contiene carburo de niobio precipitado y en la que de 2 a 7% de dicho carbono está precipitado en forma de grafito libre.
8. El procedimiento según la reivindicación 7,
en el que la colada de dicha carga fundida comprende enfriar dicha
carga fundida a un régimen no mayor que aproximadamente 1ºC/s hasta
que precipita sustancialmente todo el carburo de niobio.
9. Un procedimiento para la formación de una
composición de aleación de hierro, según se define en cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 6, adecuada para un rodillo o para una
envoltura de rodillo templado superficialmente, comprendiendo el
procedimiento:
- (i)
- proporcionar una composición de rodillos de temple superficial indefinido que presenta un punto de solidificación eutéctica al cual se forma un contenido de grafito deseado;
- (ii)
- ajustar dicha composición añadiendo (a) por lo menos niobio y/o un compuesto que contiene niobio y (b) una cantidad estequiométrica de carbono en exceso para formar carburo de niobio, de tal modo que la composición ajustada comprenda de 1,0 a 6,0% en peso de niobio y por lo menos 3,3% en peso de carbono;
- (iii)
- producir una carga fundida a partir de dicha
- composición ajustada, a una temperatura por encima del punto de solidificación eutéctica;
- (iv)
- reducir la temperatura de dicha carga fundida para precipitar dicho carburo de niobio por encima del punto de solidificación eutéctica; y
- (v)
- enfriar adicionalmente dicha carga fundida para formar una cantidad de grafito que sea de 2 a 7% del carbono total en dicha carga fundida.
10. El procedimiento según la reivindicación 9,
en el que la reducción de la temperatura de dicha carga fundida
comprende reducir la temperatura a un régimen no mayor que 1ºC/s
hasta que precipite sustancialmente todo dicho carburo.
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