ES2231112T3 - Procedimiento de produccion de una hoja metalica de estructura compuesta fina y lamina metalica obtenida. - Google Patents
Procedimiento de produccion de una hoja metalica de estructura compuesta fina y lamina metalica obtenida.Info
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Abstract
Un proceso para la producción de una lámina metálica que tiene una estructura compuesta multicapa, proceso que incluye: (a) apilar alternativamente al menos dos tipos de láminas de metal puro o aleación para tener múltiples capas en total, donde cada tipo de metal puro o aleación tiene un punto de fusión; (b) integrar las láminas apiladas soldando circunferencialmente o colocando las láminas apiladas en una caja de acero o acero inoxidable; y (c) unir metálicamente todas las capas de las láminas integradas por laminado en caliente; y caracterizado por: (d) laminar en frío dichas láminas integradas laminadas en caliente; y (e) tratar térmicamente la lámina laminada en frío a una temperatura cerca del más bajo de dichos puntos de fusión del (de los) metal(es) puro(s) y la(s) aleación(es) de las que se formaron las capas, de tal manera que se dispersen partículas de la fase de metal puro o aleación que tiene el punto de fusión más bajo.
Description
Procedimiento de producción de una hoja metálica
de estructura compuesta fina y lámina metálica obtenida.
Un proceso para la producción de una lámina
metálica que tiene una estructura compuesta fina y una lámina
metálica obtenida con él.
La presente invención se refiere a un proceso
para la producción de una lámina metálica que tiene una estructura
multicapa y fina, lámina que se obtiene de al menos dos tipos de
láminas finas de metal puro y/o láminas finas de aleación como
materias primas, y una lámina metálica obtenida por el procedimiento
anterior.
Una lámina metálica y una lámina de aleación
deben tener varias funciones apropiadas, como resistencia,
magnetismo y un coeficiente de expansión térmica según sus usos.
Algunas láminas metálicas que tienen una estructura compuesta de
dos tipos diferentes de metales y aleaciones cumplen estas
funciones. Por ejemplo, una aleación obtenida mezclando finamente
una aleación blanda con una aleación dura tiene propiedades de
dureza blanda y dura. Además, para obtener un metal que tiene un
coeficiente de expansión térmica deseado, es suficiente producir
una aleación que tiene una estructura mezclada de una aleación que
tiene un coeficiente de expansión térmica mayor que el coeficiente
de expansión térmica deseado, y una aleación que tiene un
coeficiente de expansión térmica menor que el coeficiente de
expansión térmica deseado. Las propiedades magnéticas se pueden
controlar mediante la formación de una estructura compuesta. Una
aleación que tiene dos o más fases, como la anterior, se denomina
una aleación eutéctica. Sin embargo, tiene el defecto de que cada
fase no tiene las propiedades deseadas o, en general, es probable
que una aleación de dos fases se fisure por el laminado en
caliente. Por lo tanto, a veces no se puede obtener una aleación
deseada.
JP-04-040969
describe un proceso según la porción precaracterizante de la
reivindicación 1.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un proceso para la producción de una lámina metálica de
nuevo desarrollo que tiene las funciones combinadas deseadas.
Según la presente invención, se facilita un
proceso para la producción de una lámina metálica que tiene una
estructura compuesta multicapa, proceso que incluye (a) apilar
alternativamente al menos dos tipos de láminas de metal puro o
aleación para tener múltiples capas en total, donde cada tipo de
metal puro o aleación tiene un punto de fusión; (b) integrar las
láminas apiladas soldando circunferencialmente o colocando las
láminas apiladas en una caja de acero o acero inoxidable; y (c)
unir metálicamente todas las capas de las láminas integradas por
laminado en caliente; y caracterizado por: (d) laminar en frío
dichas láminas integradas laminadas en caliente; y (e) tratar
térmicamente la lámina laminada en frío a una temperatura cerca del
más bajo de dichos puntos de fusión del (de los) metal(es)
puro(s) y la(s) aleación(es) de las que se
formaron las capas, de tal manera que se dispersen partículas de la
fase de metal puro o aleación que tiene el punto de fusión más
bajo.
El proceso para la producción de una lámina
metálica que tiene una estructura multicapa puede incluir apilar las
láminas metálicas obtenidas según el proceso anterior de producción
para tener al menos diez capas, integrar las láminas metálicas
apiladas soldando circunferencialmente o colocando las láminas
metálicas apiladas en una caja de acero o acero inoxidable para
integrarlas, y unir posteriormente metálicamente todas las capas de
las láminas metálicas integradas por laminado en caliente.
Los autores de la presente invención han
realizado estudios diligentes para hallar un proceso para la
producción de una lámina metálica que logre el objeto anterior, es
decir, una lámina metálica que tenga las funciones combinadas
deseadas. Como resultado, los autores de la presente invención han
hallado que se apilan alternativamente al menos dos tipos de
láminas finas seleccionadas a partir de láminas finas de metales
puros o láminas finas de aleaciones y las láminas apiladas se unen
por laminado en caliente, por lo que se puede obtener una aleación
que tiene las funciones combinadas deseadas. La presente invención
se ha realizado por el hallazgo anterior.
A continuación se explicará el proceso de
producción de la presente invención.
En la presente invención, los metales puros y las
aleaciones se refieren a materiales que están disponibles como un
material de lámina fina. Estos materiales incluyen metales puros
tal como Fe, Cu, Al, Ti, Ni, Zr, Mo, Nb, Ag, Au y Ta y sus
aleaciones. La aleación incluye varios aceros, aceros inoxidables,
aleaciones de cobre tal como latón, aleaciones de aluminio que tiene
una base de Al-Cu, Al-Zn,
Al-Si o Al-Mg, aleaciones de níquel
que tienen una base de Ni-Cu, Ni-Fe
o Ni-Cr, y aleaciones de titanio que tienen una base
de Ti-Al-V, Ti-Mn,
etc. Además, dicha lámina fina se refiere a una lámina que tiene un
grosor de 0,1 a 10 mm. En vista de la disponibilidad de la lámina y
la trabajabilidad del apilado, tiene preferiblemente un grosor de 1
a 5 mm.
La razón por la que el número de al menos dos
tipos de las láminas finas de metal puro y/o las láminas finas de
aleación a apilar alternativamente es preferiblemente al menos diez
capas, es porque un objetivo final es producir un material que
tenga una estructura multicapa de varios cientos de capas o varios
miles de capas en la que se apilen alternativamente metales puros
y/o aleaciones. Es decir, a medida que aumenta el número de al
menos dos tipos de las láminas finas de metal puro y/o las láminas
finas de aleación en el primer apilamiento, se puede disminuir la
frecuencia de reapilamientos, tal como un segundo apilamiento o un
tercer apilamiento.
En la presente invención, el término "unir
metálicamente todas las capas metálicas" significa que los
metales presentes en la interface de diferentes capas metálicas
están unidos atómicamente entre sí. Por ejemplo, el término
anterior muestra que, en la interface de una capa A de metal puro y
una capa B de metal puro, se mezclan entre sí átomos del metal puro
A y átomos del metal puro B.
Las láminas metálicas producidas apilando
alternativamente al menos dos tipos de láminas finas de metal puro
y/o láminas finas de aleación y laminando en caliente las láminas
apiladas, se apilan de nuevo y laminan en caliente, por lo que se
puede producir una lámina metálica que tiene una estructura de capas
más fina y que tiene microestructura más fina.
La lámina metálica apilada apropiadamente y
laminada en caliente, como antes, se lamina en frío, por lo que se
puede producir una lámina metálica con una estructura de capas más
finas y una microestructura más fina.
La lámina metálica obtenida mediante los pasos de
laminado en caliente y laminado en frío también se trata
térmicamente casi al punto de fusión más bajo de los puntos de
fusión de al menos dos tipos de los metales puros y las aleaciones,
por lo que la separación fina de una capa de metal puro o aleación
que tiene un punto de fusión más bajo se realiza de manera que se
pueda obtener una lámina metálica que tenga una estructura en la
que partículas separadas de la capa anterior están finamente
dispersadas. Las partículas dispersadas tienen una forma esférica o
una forma acicular.
La lámina metálica que tiene una estructura de
partículas dispersadas debido al tratamiento térmico se lamina
además en caliente o se lamina en frío, por lo que también se puede
obtener una lámina metálica cuya estructura resulte más fina.
En general, el material metálico llega a tener
una estructura más fina cuando avanza el procesado, tal como
laminado o estirado. La presente invención se refiere a un método
de apilar alternativamente al menos dos tipos de láminas finas
seleccionadas a partir de láminas finas de metal puro y láminas
finas de aleación y unir metálicamente dichas láminas para hacer
una microestructura más fina. Por lo tanto, el paso de apilar y el
paso de laminar se requieren necesariamente. Con un aumento del
número de los pasos anteriores de apilamiento y laminado, el grosor
de cada capa de la lámina metálica resulta más fino y una
estructura de la lámina metálica resulta más fina, es decir, los
granos resultan más finos.
Cuando es bajo el número de las láminas finas de
metal puro y/o las láminas finas de aleación a apilar, solamente se
obtiene un pequeño efecto en la formación de una estructura más
fina en un paso de laminado. Cuando se repiten los procedimientos
de apilar y laminar, se puede lograr la formación de una estructura
más fina. Sin embargo, para llevar a cabo cada procedimiento de
apilamiento, se requieren los pasos de laminado, corte, mejora de
planeidad, limpieza de la superficie y soldadura. Por lo tanto, un
aumento de la repetición de los procedimientos de apilamiento
produce un aumento del costo de producción. Desde el punto de vista
industrial, se prefiere apilar al menos diez láminas.
Con un aumento del número de las láminas
apiladas, avanza más la formación de una estructura más fina, y por
lo tanto no se ha de imponer ninguna limitación superior especial
al número de las láminas a apilar. Sin embargo, dado que el número
anterior aumenta excesivamente, su manipulación llega a ser difícil.
Por lo tanto, hay que determinar el número de las láminas a apilar
desde el punto de vista del grado requerido de formación de una
estructura más fina y de la eficiencia operativa.
El grosor de una lámina metálica, después del
primer procedimiento de laminado, también se determina desde el
punto de vista del grado de la formación de una estructura más fina
y la eficiencia operativa. El grosor de una lámina metálica después
del laminado en caliente es generalmente de aproximadamente 2 a 10
mm. Es ventajoso, en vista del costo, limpiar en este paso las
superficies de las láminas metálicas laminadas en caliente, apilar
las láminas metálicas limpiadas y realizar un segundo procedimiento
de laminado. Sin embargo, cuando se desea avanzar más la formación
de una estructura más fina, es ventajoso en algunos casos realizar
laminado en frío después del laminado en caliente para formar una
lámina metálica que tiene un grosor de aproximadamente 1 a 0,1 mm, y
pasar posteriormente a los procedimientos de apilados y laminado
siguientes.
Hay un caso en el que la formación de una
estructura más fina no se avanza suficientemente solamente mediante
la repetición de los procedimientos de apilado y laminado
dependiendo del tipo de los metales puros o aleaciones. Además,
algunos casos requieren un alto grado de formación de una estructura
más fina.
En estos casos, se puede llevar a cabo un
tratamiento térmico casi a un punto de fusión más bajo de los puntos
de fusión de las láminas finas de metal puro y/o las láminas finas
de aleación, para formar una estructura más fina y generar
partículas finamente dispersadas de forma esférica o forma
acicular.
En particular, para controlar las propiedades
magnéticas o la resistencia, etc, en algunos casos hay que llevar a
cabo la formación de otra estructura metálica más fina. En estos
casos, es adecuado realizar laminado en frío después del laminado
en caliente para generar deformación heterogénea dentro de una
lámina metálica, y realizar posteriormente tratamiento térmico.
Como ejemplos de una lámina fina de metal puro, a
continuación se explicará más en concreto una lámina de hierro (Fe)
y una lámina de cobre (Cu).
Se usa hierro que tiene un contenido de cobre de
10 a 20% como un material magnético semiduro debido al efecto de las
partículas de cobre finamente dispersadas. Además, cuando se
incrementa el contenido de cobre, llega a ser un material que tiene
conductividad térmica y resistencia. Sin embargo, la fusión y
colada de una aleación de hierro y cobre son difíciles, y el
laminado en caliente posterior también es difícil de manera que la
aleación de hierro y cobre resulta cara y su producción como
producto es pequeña. En el caso de producir una aleación como antes
en la presente invención, puesto que se requiere una estructura fina
para un material magnético semiduro, se apilan láminas de cobre que
tienen un grosor de aproximadamente 0,1 a 0,3 mm y láminas de
hierro que tienen un grosor de aproximadamente 0,5 a 2 mm. La
formación de una estructura más fina no se realiza suficientemente
mediante un laminado, de manera que se realizan 2 ó 3
procedimientos de apilado y laminado. Por otra parte, en el caso de
preparar un material que tiene resistencia y conductividad térmica,
no hay que formar una estructura tan fina como el material magnético
semiduro de manera que es suficiente realizar un solo apilado y
laminado.
La presente invención se explicará con referencia
a los Ejemplos siguientes, aunque la presente invención no se
limitará por estos Ejemplos.
Se apilaron alternativamente 21 láminas de acero
inoxidable austenítico, SUS304 (18Cr-8Ni), de un
tamaño de 0,5 mm x 80 mm x 200 mm, y 20 láminas de acero ferrítico
inoxidable, SUS444 (bajo
C-18Cr-2Mo), del mismo tamaño. La
circunferencia de la pila de las láminas se soldó para integrarlas.
A continuación, las láminas integradas se calentaron a 1.150ºC y
laminaron en caliente para obtener una lámina de 3 mm de grosor. La
lámina también se laminó en frío para obtener una lámina de 1 mm de
grosor. Cuando se midió el coeficiente de expansión térmica, mostró
un coeficiente de expansión térmica de 13,8 en un rango de 20ºC a
100ºC. Este valor es aproximadamente un valor medio de los aceros
inoxidables antes utilizados.
Se apilaron alternativamente láminas de acero
bajo en carbono de 0,5 mm de grosor, 70 mm de ancho y 140 mm de
largo, y láminas de cobre de la misma anchura, la misma longitud y
un grosor de 0,1 mm para tener 117 capas en total. Las láminas
apiladas se encerraron en una caja de hierro de una altura de 40 mm,
una anchura de 80 mm y una longitud de 170 mm, como tamaño externo,
por soldadura. Las láminas encerradas se calentaron hasta 1.000ºC y
después laminaron en caliente para obtener un material de pila de
un grosor de 3 mm. Además, se cortó la lámina gruesa anterior de 3
mm para obtener láminas de una longitud de 100 mm, y se apilaron
las láminas cortadas de una longitud de 100 mm para tener 10 capas.
Las láminas apiladas se encerraron en una caja de hierro de una
altura de 30 mm, una anchura de 80 mm y una longitud de 130 mm, como
tamaño externo, por soldadura, y se laminaron en caliente de nuevo
para obtener una lámina de 3 mm de grosor. Debido a los
procedimientos anteriores, se obtuvo un material de un grosor de
lámina de 3 mm y con 1170 capas en las que Fe y Cu estaban apilados
alternativamente.
Entonces, el grosor de una capa de Fe era
aproximadamente 8,5 \mum y el grosor de una capa de Cu era 1,5
\mum. El material laminado anterior se laminó en frío para
obtener una lámina laminada de un grosor de 0,5 mm. Se preparó un
material apilado fino en el que el grosor de una capa de Fe era 0,5
\mum y el grosor de una capa de Cu era 0,1 \mum y en el que Fe
y Cu estaban apilados alternativamente.
Se apilaron alternativamente láminas de hierro
puro de un grosor de 5 mm, una anchura de 70 mm y una longitud de
140 mm y láminas de cobre de la misma anchura, la misma longitud y
un grosor de 1 mm para tener 13 capas en total. Las láminas
apiladas se encerraron en una caja de hierro de una altura de 40 mm,
una anchura de 80 mm y una longitud de 170 mm, como tamaño externo,
por soldadura. Las láminas encerradas se calentaron hasta 1.000ºC y
después se laminaron en caliente para obtener un material de pila
con un grosor de lámina de 2,3 mm (primer apilamiento). Entonces,
el grosor de una capa de Fe era aproximadamente 0,28 mm, y el
grosor de una capa de Cu era 0,055 mm. Además, se cortó la lámina
gruesa de 2,3 mm así preparada para obtener láminas de 100 mm de
longitud. Las láminas cortadas se apilaron para tener 14 capas, y
las láminas así apiladas se encerraron en una caja de hierro por
soldadura. Igualmente, se realizó laminado en caliente para obtener
un material de pila de 2,1 mm de grosor (segundo apilamiento). En
este estado, el total de las capas de Fe y las capas de Cu eran 182
capas. El grosor de una capa de Fe era 20 \mum, y el grosor de una
capa de Cu era 4 \mum. Además, se apilaron materiales de pila de
2,1 mm de grosor obtenidos en el segundo apilamiento para tener 14
capas. Igualmente, la pila de 14 capas se encerró en una caja de
hierro por soldadura y se realizó laminado en caliente (tercer
apilamiento). El material de pila así obtenido tenía un grosor de
2,6 mm. En el material de pila así obtenido, se apilaron
alternativamente capas de Fe y capas de Cu para tener 2548 capas.
El grosor de una capa de Fe era 1,5 \mum, y el grosor de una capa
de Cu era 0,3 \mum.
El material de pila obtenido en el tercer
apilamiento se laminó en frío para obtener un grosor de 0,5 mm. En
este estado, las capas de cobre se separaron para obtener una
estructura de partículas de Cu finamente dispersadas. Se observó
una estructura en la que Cu con un diámetro de aproximadamente 0,06
\mum estaba dispersado en forma acicular en una matriz de Fe.
Cuando se midieron las propiedades magnéticas del material
anterior, se halló que el material anterior era un material
magnético semiduro que tenía propiedades de una coercividad de 100e
y una densidad de flujo magnético residual de 10 kG y exhibía
propiedades de un material duro magnético en contraposición con el
hecho de que el hierro, como materia prima, era una sustancia
magnética blanda.
Según la presente invención, se puede obtener
fácilmente una lámina metálica de nuevo desarrollo que tiene las
funciones combinadas deseadas. Su efecto es considerable.
Claims (6)
1. Un proceso para la producción de una lámina
metálica que tiene una estructura compuesta multicapa, proceso que
incluye:
(a) apilar alternativamente al menos dos tipos de
láminas de metal puro o aleación para tener múltiples capas en
total, donde cada tipo de metal puro o aleación tiene un punto de
fusión;
(b) integrar las láminas apiladas soldando
circunferencialmente o colocando las láminas apiladas en una caja de
acero o acero inoxidable; y
(c) unir metálicamente todas las capas de las
láminas integradas por laminado en caliente; y
caracterizado por:
(d) laminar en frío dichas láminas integradas
laminadas en caliente; y
(e) tratar térmicamente la lámina laminada en
frío a una temperatura cerca del más bajo de dichos puntos de
fusión del (de los) metal(es) puro(s) y la(s)
aleación(es) de las que se formaron las capas, de tal manera
que se dispersen partículas de la fase de metal puro o aleación que
tiene el punto de fusión más bajo.
2. Un proceso según la reivindicación 1, donde,
en el paso (a), las láminas se apilan para formar al menos 10
capas.
3. Un proceso según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, incluyendo además:
(f) apilar las láminas metálicas obtenidas en el
paso (c) o (d) para tener múltiples capas;
(g) integrar las láminas metálicas apiladas
soldando circunferencialmente o colocando las láminas metálicas
apiladas en una caja de acero o acero inoxidable; y
(h) unir metálicamente todas las capas de las
láminas metálicas integradas por laminado en caliente.
4. Un proceso según la reivindicación 3, donde en
el paso (f), las láminas se apilan para formar al menos 10
capas.
5. Un proceso según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, donde las partículas dispersadas tienen
una forma esférica o una forma acicular.
6. Un proceso para la producción de una lámina
metálica, que incluye además laminar en caliente o laminar en frío
una lámina metálica obtenida mediante un proceso según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores.
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