ES2206137T3 - Procedimiento para la procuccion de materiales de metales y de aleaciones con una microestructura fina o inclusiones no metalicas finas y con menos segregacion de elementos de aleacion. - Google Patents

Procedimiento para la procuccion de materiales de metales y de aleaciones con una microestructura fina o inclusiones no metalicas finas y con menos segregacion de elementos de aleacion.

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ES2206137T3 ES00300082T ES00300082T ES2206137T3 ES 2206137 T3 ES2206137 T3 ES 2206137T3 ES 00300082 T ES00300082 T ES 00300082T ES 00300082 T ES00300082 T ES 00300082T ES 2206137 T3 ES2206137 T3 ES 2206137T3
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Abstract

Un proceso de producción de un material de metal o aleación, proceso compuesto de: (a) procesamiento de un desbaste que tiene forma apropiada para laminación en caliente para obtener hojas (chapas finas) o bandas enrolladas en bobinas mediante laminación en caliente o mediante ambos procesos: laminación en caliente y laminación en frío, siendo el espesor de la hoja o banda de 1/4, o menos, del espesor del desbaste; y (b) corte de la hoja (chapa fina) o banda para confeccionar hojas que tienen el largo predeterminado, limpieza de las superficies de las hojas mediante decapado, formación de una pila consistente de las citadas hojas (chapas finas) integrando las hojas mediante soldadura circunferencial; y (c) procesamiento de así obtenidas hojas (chapas finas) integradas mediante soldadura para conseguir una hoja o una banda enrollada en una bobina mediante laminación en caliente o mediante ambos procesos: laminación en caliente y laminación en frío.

Description

Procedimiento para la producción de materiales de metales y de aleaciones con una microestructura fina o inclusiones no metálicas finas y con menos segregación de elementos de aleación.
Título de la invención
Proceso de producción de un material de metales y aleaciones que tiene microestructura o inclusiones finas no metálicas y también menos segregación de elementos de aleación.
Campo de la invención
La presente invención está relacionada con un proceso de producción de un material de metales y aleaciones, como una chapa de metal, de un desbaste, teniendo el mencionado material una microestructura o inclusiones finas no metálicas y menos segregación de elementos de aleación.
Estado de la técnica anterior a la invención
Generalmente, un material de metales y aleaciones como una chapa metálica, o similares, es producido industrialmente siguiendo los pasos de fusión \rightarrow fundición - elaboración en caliente (laminación, etc.) \rightarrow elaboración en frío (laminación, etc.). En la producción industrial arriba mencionada, es muy difícil conseguir un material homogenizado mediante los pasos de la fusión y la fundición solamente. Puesto que es probable que se produzca la segregación en el proceso de solidificación durante la fundición y además que se precipiten las inclusiones no metálicas, etc., existe la tendencia de dispersión no homogénea. Para superar la falta de homogeneidad de los elementos de aleación causados por la fundición, a veces se lleva a cabo el tratamiento térmico de homogeneización (homogeneización de temperaturas) en temperaturas altas durante un periodo largo de tiempo. Sin embargo, la difusión de los elementos de aleación es insuficiente para ser homogeneizada en muchos casos e incluso en el paso de la elaboración en caliente que se realiza más tarde, no tiene lugar mucha difusión de los elementos de aleación. Es decir, la homogeneización es suficiente en pocos casos. Además, en la orientación de cristales, cada uno de los granos grandes que se han formado durante la fundición puede desarrollar una textura en la que la distribución de la orientación de cristales en el producto final difiere de un sitio a otro.
Sin embargo, como se describirá a continuación, existe últimamente una fuerte demanda de un material de metales y aleaciones que tenga una microestructura fina o inclusiones finas no metálicas con menos segregación de los elementos de aleación. Es decir, existen ciertos campos de uso donde hacen falta materiales homogéneos elaborados de metales y aleaciones, como se demostrará a continuación. (1) Cuando un ataque químico produce muchas aberturas del mismo tamaño como en una máscara de sombras del tubo de rayos catódicos en colores, deseablemente, los elementos de aleación del material son homogéneos y la orientación de los cristales del material no difiere de un sitio a otro. Cuando los elementos de aleación nos están distribuidos homogéneamente, el índice de ataque químico en un sitio difiere del índice del ataque químico en otro sitio, y las aberturas varían de tamaño y en consecuencia el funcionamiento del tubo de rayos catódicos resulta perjudicado. Además, la orientación de los cristales tiene influencia sobre el índice del ataque químico y la falta de la uniformidad local de la orientación de cristales produce como resultado una falta de uniformidad local de las dimensiones de las aberturas y de esta manera el funcionamiento del tubo de rayos catódicos en colores queda perjudicado. (2) En el procesamiento en frío, el acero inoxidable ferrítico como SUS 430 llega a tener la rugosidad de la superficie llamada estriado o deformidad, y por lo tanto la calidad del producto resulta degradada. Se considera por lo tanto que las orientaciones de los cristales no son fortuitas y que estas orientaciones están agrupadas. La rugosidad en forma de estriado, etc. se puede disminuir incrementando el grado de aleatoriedad de las orientaciones de los cristales. (3) En el acero en láminas de alto carbono, el carburo metálico tiene la tendencia de producir segregación en la parte central de un lingote y es deseable dispersar el carburo metálico de manera fina en la totalidad del lingote. (4) Las inclusiones no metálicas tales como óxido metálico, nitrito metálico y sulfito metálico, etc. constituyen sitios donde empiezan a aparecer grietas u otros defectos que pueden ser visualmente detectados. Con el incremento del tamaño de las inclusiones, existen más probabilidades que se formen defectos. Mientras están presentes las inclusiones con el mismo volumen, si se manifiestan de manera uniforme como una cantidad grande de inclusiones finas, no constituyen defectos graves. También se ha dicho que es preferible que exista un gran número de inclusiones en vista de la suavidad de los bordes recortados durante la estampación bajo prensa y el largo de la vida útil del troquel.
Resúmenes de la Patente Japonesa JP 58-093812 presentan un método de producción de un metal compuesto que incluye capas de costras de óxido.
La Patente JP 50-019672 presenta un método de producción de un revestimiento de la aleación de titanio con paladio (Ti - Pd) y titanio o aleaciones basadas en titanio, Ti.
La Patente EP-A2-0.488.22 presenta un método de producción de una plancha de acero chapada.
Como se ha explicado anteriormente, existen muchos campos donde es necesaria la homogeneidad de materiales de metales y aleaciones. Sin embargo, hasta ahora no existía un proceso apropiado para su producción. Los presentes inventores han realizado estudios exhaustivos de la antes mencionada homogeneidad y han hecho un notable progreso que les ha conducido a la presente invención.
Resumen de la invención
Constituye objetivo de la presente invención proporcionar un proceso para la producción de un material homogenizado de metales y aleaciones partiendo de un desbaste.
Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un proceso de producción de un material de metales y aleaciones partiendo de un desbaste, teniendo el material resultante una microestructura fina o inclusiones finas no metálicas y con menos segregación de los elementos de aleación.
De acuerdo con la presente invención, se proporciona un proceso para la producción de un material de metal o aleación; el proceso se compone de:
(a) procesamiento de un desbaste que tiene una forma apropiada para la laminación en caliente produciendo una hoja o una banda enrollada en bobina mediante laminación en caliente, o bien mediante ambos tipos de elaboración: laminación en caliente y laminación en frío, siendo el espesor de la hoja o de la banda de 1/4, o menos, del espesor del desbaste; y
(b) corte de la hoja (chapa fina) o de la banda para preparar las hojas que tengan los largos predeterminados, limpiando las superficies de las hojas mediante el decapado, haciendo un apilamiento de las citadas hojas e integrando las hojas mediante soldadura circunferencial; y
(c) procesando las hojas obtenidas mediante la integración por soldadura con el fin de producir una hoja o banda enrollada en bobina por medio de laminación en caliente o mediante ambas elaboraciones: laminación en caliente y laminación en frío.
Posteriormente, de acuerdo con la presente invención, preferentemente, los pasos (b) y (c) del proceso arriba mencionado se llevan a cabo entre dos y hasta cuatro veces.
Descripción detallada de la invención
De acuerdo con la presente invención, se lamina el desbaste para reducir su espesor por medio del paso de la laminación en caliente o por medio del paso de la laminación en caliente y el paso de la laminación en frío. Cuando se puede reducir el espesor del desbaste para que llegue a tener el espesor apropiado mediante solamente el paso de la laminación en caliente, la hoja (chapa fina) o la banda laminada en caliente así obtenida es cortada para darle el largo predeterminado. Cuando el espesor del desbaste no puede ser reducido para llegar a tener el espesor apropiado mediante el paso de la laminación en caliente solamente, se lleva a cabo posteriormente la laminación en frío para producir la hoja (chapa fina) o la banda enrollada en bobina que tenga el espesor apropiado. El término "espesor apropiado" significa que el espesor equivale a 1/4, o menos, preferentemente 1/10, o menos, del espesor que tenía el desbaste antes de la laminación en caliente. Cuando la hoja o la bobina obtenida a través de la laminación tiene el espesor apropiado, la cantidad de repeticiones de los pasos (b) y (c), que serán descritos posteriormente, puede ser reducida. Preferentemente, la hoja o la bobina obtenida mediante la laminación tiene el ancho casi equivalente al ancho del desbaste, en vista de la facilidad de la operación que se va a llevar a cabo posteriormente.
La(s) hoja(s) o la(s) bobina(s) producida(s) mediante la laminación en caliente o mediante ambos procesos: laminación en caliente y laminación en frío, se someten al corte hasta obtener el largo predeterminado. El largo de las hojas obtenido mediante el corte está determinado teniendo en consideración la facilidad de la operación. Las hojas obtenidas después del corte tienen la superficie limpia gracias al decapado y luego se procede a apilar una cantidad apropiada de las hojas.
El método de la arriba mencionada limpieza de la superficie incluye la limpieza con un álcali, pulido y lavado con un disolvente. Cuando en las superficies se encuentran substancias ajenas, es difícil presentar un material como producto final. Cuando en las superficies se encuentra aceite o grasa, es preferente emplear limpieza con álcali o limpieza con disolvente. Se prefiere un disolvente volátil ya que en las superficies no queda ningún disolvente.
Una pila de hojas se suelda de manera circunferencial. El método de la soldadura circunferencial incluye un método en el que el cordón de soldadura se encuentra en los lados de una pila de la pluralidad de las hojas (chapas finas) y otro método según el cual una caja está preparada del mismo tipo de material que las hojas comentadas y las hojas se colocan dentro de la misma. Preferentemente, después de la soldadura circunferencial, el aire que queda dentro de las hojas integradas por soldadura se retira mediante succión que es preferible porque así se retira las substancias que constituyen substancias ajenas que se encuentran entre las hojas. La succión arriba mencionada que se lleva a cabo después de la soldadura puede hacerse colocando un tubo entre las hojas de la parte soldada, realizando la succión y luego cerrando el tubo.
El material de metales y aleaciones llega a tener una microestructura más fina porque el procesamiento como la laminación de las hojas ha sido realizado. En la presente invención, se apila una pluralidad de hojas que tiene un espesor disminuido y la pila así preparada se somete a la laminación para producir una hoja o una bobina que tiene una microestructura más fina.
Con el aumento del número del apilamientos y los pasos de laminado, los granos de la microestructura se hacen más finos, los precipitados y las inclusiones no metálicas llegan a dispersarse de manera más fina y homogénea, y el grado de aleatoriedad de las orientaciones de cristales aumenta en el material obtenido. Además, la distancia de separación de los elementos de aleación en la dirección del espesor de la hoja, se hace más pequeña para que así los elementos de aleación queden distribuidos de manera homogénea mediante la mera homogeneización de temperaturas por un corto periodo de tiempo o solamente mediante calentamiento durante la laminación en caliente.
Ahora se comentará el tema en relación con la cantidad de las hojas apiladas. Cuando se apilan dos o tres hojas (chapas finas), no se produce gran efecto en la homogeneización y la formación de una microestructura más fina. Cuando se repiten los procesos de apilamiento, tiene lugar la formación de una microestructura más fina. Sin embargo, para cada apilamiento, son requeridos los pasos consistentes en laminación, corte, perfeccionamiento de planicidad, limpieza de la superficie y soldadura, y con el incremento de la repetición de los procesos de apilamiento, aumenta el coste de producción. Por lo tanto, desde el punto de vista industrial, se prefiere completar el procedimiento mediante la realización de los procesos de apilamiento una o dos veces. Por esta razón, se recomienda apilar por lo menos cuatro hojas (chapas finas). De esta manera, en los procesos de laminación en caliente, o en los dos: laminación en caliente y laminación en frío, preferentemente, la hoja obtenida mediante estos procesos tiene el ancho que tuvo el desbaste antes del desarrollo de los procesos, y la hoja (chapa fina) obtenida en estos procesos tiene el espesor de 1/4, o menos, en comparación con el espesor que tuvo el desbaste antes del proceso de laminación. Con el aumento de la cantidad de las hojas apiladas, la homogeneización y la formación de la microestructura más fina se producen más tarde, y por lo tanto no existe una especial limitación impuesta en la cantidad de las hojas que se van a apilar. Sin embargo, si esta cantidad crece en exceso, se requiere mucha fuerza de trabajo. En consecuencia, la cantidad de las hojas que se vayan a apilar tiene su propio límite impuesto por la fuerza de trabajo y requerimientos de la homogeneización y formación de una microestructura más fina.
Realizaciones de aplicaciones preferentes
Las aplicaciones preferentes del proceso de la presente invención serán descritas a continuación.
Aplicación 1
Aplicación del material para la máscara de sombras
La máscara de sombras para uso en el tubo de rayos catódicos para la pantalla en color de un ordenador tiene unas aberturas finas para el paso del haz de electrones hechas por el ataque químico. Durante los últimos años, en vez del acero calmado con aluminio, se utilizaba una aleación de hierro y níquel (Fe - Ni) que tiene un bajo coeficiente de expansión térmica. En comparación con el acero calmado con aluminio, la aleación de hierro y níquel es susceptible de no tener superficie uniforme debido al ataque químico y la superficie de la máscara preparada por el ataque químico puede estar marcada con estrías o tener cualquier otra falta de uniformidad. Resulta por lo tanto necesario desarrollar la aleación de hierro con níquel que puede ser atacada químicamente de manera uniforme. Con relación a la falta de uniformidad, se dice, por ejemplo, que el patrón con forma de estrías que se extiende en la dirección de laminado, llamado "patrón estriado", está causado por la diferencia local en el índice del ataque químico y la falta de uniformidad local en el tamaño de las aberturas que se debe a la falta local de uniformidad en la orientación de cristales (Patente Japonesa No. 2. 672.491). El fenómeno descrito arriba está causado por la falta de uniformidad local en la orientación de cristales. La no uniformidad en la orientación de cristales está causada por la estructura de la colada que tiene una orientación específica de la estructura, la cual existe en el lingote (JP-A-9-209089). De manera convencional, se hacen intentos de superar el defecto arriba mencionado mediante el recalentamiento en los pasos de laminación en caliente con reducción corta o mediante el aumento del número de repeticiones de recocido y laminación en frío. Sin embargo, se pretende conseguir más alta resolución para las pantallas en color de televisión y de ordenador y el paso de las aberturas hechas en la máscara de sombras se hace cada vez más pequeño. Por lo tanto existe la demanda de un material que sea más homogeneizado y que tenga una estructura más fina. La presente invención da buen resultado en la aplicación aquí presentada.
Aplicación 2
Material en láminas que contiene carburo metálico disperso finamente
Cuando el acero en láminas que contiene por lo menos el 1% de peso de carbono se produce mediante colada continua, el carburo metálico se separa en la parte central del desbaste en la dirección del espesor. Cuando el desbaste obtenido de esta manera está laminado para producir una hoja (chapa fina), empíricamente, el carburo metálico permanece en el borde de la hoja pasando por el centro del espesor del material dejando el borde de la lámina frágil. Las hojas laminadas obtenidas de un desbaste están apiladas y laminadas en caliente mediante aplicación de la presente invención para evitar que se produzca el fenómeno mencionado arriba. En este caso se puede producir un acero en láminas dúctil y que contenga carburo metálico fino disperso por toda la lámina de acero.
\newpage
Aplicación 3
Haciendo las inclusiones no metálicas más finas mediante dispersión
Las inclusiones no metálicas tienen influencia sobre varias propiedades de un material. Por ejemplo, el acero inoxidable común tiene un alto contenido de inclusiones no metálicas con un tamaño de aproximadamente 50 \mum. Cuando su superficie está pulida para causar efecto de la superficie del espejo, la superficie del espejo no resulta excelente y está llena de pequeñas grietas. Las inclusiones no metálicas del tipo A pueden ser deformadas durante el proceso de laminación en caliente, se encuentran principalmente en el material; estas inclusiones pueden quedar finamente dispersas aplicando la presente invención y sobre la superficie de espejo obtenida por pulimento casi no se podrá ver ninguna grieta.
Las inclusiones no metálicas tienen influencia sobre la estampación de una fina hoja de metal y la duración de la vida útil del troquel utilizado para estampar. Se dice que como las inclusiones no metálicas están dispersas de una manera cada vez más homogénea, el material presenta los bordes más suaves cuando está estampado y la vida útil del troquel se alarga más. Como el material de metales y aleaciones producido según el proceso de la presente invención contiene inclusiones no metálicas dispersas de manera fina y homogénea, la presente invención también puede dar buen resultado en esta aplicación.
Ejemplos
La presente invención será explicada a continuación con referencia a los Ejemplos citados aquí pero esta invención no estará limitada por estos Ejemplos.
Ejemplo 1
Un desbaste de fundición de 150 mm de espesor de una aleación de hierro y níquel (Fe - Ni) que contiene el 36% de peso de níquel fue laminado en caliente para obtener chapas laminadas en caliente del espesor de 10 mm. Estas chapas fueron recocidas en la temperatura de 950ºC y decapadas con un ácido. De todas ellas, diez chapas fueron apiladas y soldadas de manera circunferencial y las chapas integradas fueron otra vez laminadas en caliente para obtener una chapa del espesor de 4 mm. Luego, la chapa fue recocida, decapada y laminada en frío. Posteriormente, la hoja (chapa fina) fue recocida, laminada en frío, recocida y laminada en frío para obtener una hoja laminada en frío del espesor de 0,13 mm. La hoja fue cortada para confeccionar una pieza de ensayo. Asimismo se preparó una muestra de acuerdo con el estado anterior de la técnica como está mostrado en la siguiente Tabla 1. Una solución acuosa de cloruro férrico fue vaporizada sobre la pieza de ensayo y sobre la muestra del estado anterior de la técnica para hacer aberturas y determinar si los patrones estriados en la máscara de sombras estaban presentes o no. La Tabla 1 demuestra los resultados.
TABLA 1 Relación entre el proceso de producción y presencia / ausencia de patrones estriados
Proceso de producción Patrones estriados
Ejemplo 1 Desbaste de fundición (150 mm) \rightarrow laminación en No
caliente (10 mm) \rightarrow recocido, decapado \rightarrow pila de (no están presentes)
10 chapas \rightarrow laminación en caliente (4 mm) \rightarrow
recocido, decapado \rightarrow laminación en frío \rightarrow
recocido \rightarrow laminación en frío \rightarrow recocido \rightarrow
laminación en frío (0,13 mm)
Muestra del estado anterior Desbaste de fundición (150 mm) \rightarrow laminación en Sí
de la técnica caliente (4 mm) \rightarrow recocido, decapado \rightarrow (están presentes)
laminación en frío \rightarrow recocido \rightarrow laminación en frío
\rightarrow recocido \rightarrow laminación en frío (0,13 mm)
Como está mostrado en la Tabla 1, la presente invención puede proporcionar un material libre de estrías para una máscara de sombras de hierro y níquel (Fe - Ni).
Ejemplo 2
Para pulir una hoja de acero inoxidable SUS 304 hasta que obtuviera una superficie con efecto de espejo, se calentó un desbaste SUS 304 de 150 mm de espesor hasta 1.200ºC, se laminó en caliente, se sometió al recocido y decapado para obtener una banda enrollada en bobina, laminada en caliente, de 6 mm de espesor. La banda enrollada en bobina fue cortada para obtener hojas del largo de aproximadamente 6 m cada una, de la totalidad se seleccionó y se apiló 20 chapas, la pila resultante fue soldada de manera circunferencial para integrar las chapas y el aire que se encontraba entre las mismas fue retirado mediante succión. Las chapas integradas fueron posteriormente calentadas hasta 1.200ºC, laminadas en caliente y laminadas en frío para obtener una hoja de acero inoxidable de 1,2 mm de espesor. A efectos de comparación de la hoja de acero inoxidable obtenido de esta manera, esta hoja fue comparada con una hoja de acero inoxidable preparada convencionalmente, cada hoja tenía el tamaño de 1 m de ancho y 2 m de largo, estaban pulidas hasta conseguir la superficie con efecto de espejo. Ciertas manchas difuminadas y grietas causadas por las inclusiones no metálicas permanecían en la superficie de la hoja de acero inoxidable preparada convencionalmente, mientras la hoja producida de acuerdo con la presente invención tenía la superficie de espejo libre de manchas difuminadas y grietas.
Como se ha explicado arriba, la presente invención produce excelentes efectos. Es decir, de acuerdo con la presente invención, se puede proporcionar un material de metal para una máscara de sombras hecho de manera más homogeneizada y más fina, un material en láminas que tiene carburo metálico fino disperso en la totalidad del material y un material de metales y aleaciones que tiene sólidas inclusiones no metálicas dispersas de manera más fina.

Claims (10)

1. Un proceso de producción de un material de metal o aleación, proceso compuesto de:
(a) procesamiento de un desbaste que tiene forma apropiada para laminación en caliente para obtener hojas (chapas finas) o bandas enrolladas en bobinas mediante laminación en caliente o mediante ambos procesos: laminación en caliente y laminación en frío, siendo el espesor de la hoja o banda de 1/4, o menos, del espesor del desbaste; y
(b) corte de la hoja (chapa fina) o banda para confeccionar hojas que tienen el largo predeterminado, limpieza de las superficies de las hojas mediante decapado, formación de una pila consistente de las citadas hojas (chapas finas) integrando las hojas mediante soldadura circunferencial; y
(c) procesamiento de así obtenidas hojas (chapas finas) integradas mediante soldadura para conseguir una hoja o una banda enrollada en una bobina mediante laminación en caliente o mediante ambos procesos: laminación en caliente y laminación en frío.
2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, donde el espesor de la hoja (chapa fina) o banda obtenidas en el paso (a) es de 1/10, o menos, del espesor del desbaste.
3. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, donde la hoja (chapa fina) o banda obtenidas en el paso (a) tiene el ancho aproximadamente equivalente al ancho del desbaste.
4. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 3, donde la limpieza de las superficies de las hojas en el paso (b) comprende asimismo lavado con álcali, pulido o lavado con un disolvente.
5. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 4, donde el lavado con un disolvente se lleva a cabo con un disolvente volátil.
6. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el aire entre las hojas integradas mediante soldadura en el paso (c) está retirado por succión.
7. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 6, donde la retirada del aire por succión se lleva a cabo proporcionando por lo menos un tubo para la parte de las hojas soldadas de manera circunferencial, retirando el aire por succión y cerrando el tubo.
8. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde los pasos (b) y (c) se repiten varias veces después del paso (c).
9. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 8, donde los pasos (b) y (c) se repiten desde 2 hasta 4 veces.
10. Un proceso para la preparación de una máscara de sombras, del acero inoxidable ferrítico, de un material en láminas que contiene carburo metálico o un troquel, el proceso compuesto de:
(a) preparación del material de metal o aleación mediante el proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 9; y
(b) utilización del material de metal o aleación así obtenido para preparar la máscara de sombras, el acero inoxidable ferrítico, el material en láminas que contiene carburo metálico o un troquel.
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