ES2394403B2 - Un procedimiento para la produccion de rodillos de fundicion para un laminador y un rodillo de fundicion para un laminador - Google Patents

Un procedimiento para la produccion de rodillos de fundicion para un laminador y un rodillo de fundicion para un laminador Download PDF

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Abstract

La presente invención se refiere a un rodillo de fundición para un laminador con una resistencia superior a la adhesión y a la propagación de grietas y al procedimiento para la fabricación del mismo, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de: introducir (1) un metal líquido de desecho (a), elementos de aleación (b) y un lote de chatarra (c) en un horno de fundición; a continuación, fundir (2) la carga a una temperatura de entre 1200 ºC y 1500 ºC, aproximadamente; a continuación, preanalizar químicamente (3) una muestra (d) de la carga con el fin de corregir (4) la composición química (mediante la adición (e) de aleaciones de hierro o metales puros); a continuación, agregar (5) azufre (f) a la carga y realizar otro análisis químico previo (6) de una nueva muestra (g) de la carga con el fin de corregir (7) la composición química (h); a continuación, agregar (8) al menos un metal del grupo de las tierras raras (k) a la cuchara de fundición (j); transferir (9) el metal líquido (i) desde el horno de fundición a la cuchara de fundición (j); y transferir finalmente el contenido de la cuchara de fundición al equipo de fundición (10), formando así el rodillo (11) semiacabado.

Description

UN PROCEDIMIENTO PARA LA PRODUCCIÓN DE RODILLOS DE
FUNDICIÓN PARA UN LAMINADOR Y UN RODILLO DE FUNDICIÓN PARA
UN LAMINADOR
S
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un procedimiento para la producción
de rodillos de fundición para un laminador de alta resistencia a la degradación,
así como a los rodillos producidos mediante este procedimiento. Más
10
específicamente, la invención se refiere a la introducción de azufre como
elemento enlazante en hierro de fundición blanca de alto contenido en cromo y
en hierro de fundición blanca multicomponente, con el propósito de formar
partículas de base sulfuro en la microestructura de un modo controlado,
permitiendo así el uso de este tipo de material en la fabricación de rodillos de
15
fundición para un laminador con un alto rendimiento en servicio.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Como es conocido por aquellos expertos en la técnica, los rodillos para
laminadores son herramientas utilizadas en el proceso de laminado, mediante
20
el cual se conforman productos de material metálico largos o planos,
predominantemente aceros. Al igual que cualquier otra herramienta de
conformado, el rodillo del laminador es lo que entra en contacto directamente
con el producto conformado, lo que conduce a la degradación continua y
creciente de la superficie del mismo durante su uso, así como a la necesidad
25
consecuente de recuperar las condiciones iniciales de esta superficie tras un
cierto periodo de uso. Tal recuperación se lleva a cabo retirando por
mecanizado la capa superficial deteriorada, lo que requiere la parada del
laminador para extraer el rodillo degradado y sustituir el mismo por un rodillo
nuevo o ya reparado.
30
Por lo tanto, la calidad y productividad del proceso de laminado está
íntimamente conectada con el rendimiento en servicio de los rodillos del
laminador, ya que:
a) la calidad de los productos laminados está determinada principalmente
por la precisión y repetitividad de la forma de los mismos, que refleja
directamente la geometría y estado de la superficie de los rodillos;
b) la productividad del laminador se determina en parte por el tiempo de
funcionamiento sin interrupciones que el rodillo del laminador puede
soportar, manteniendo la calidad del producto laminado por encima del
nivel mínimo establecido (minimizar las paradas para cambiar los
s
rodillos, lo que es posible utilizando rodillos más resistentes a la
degradación, implica directamente el aumento de productividad de la
1 ínea de producción).
En la etapa final del procedimiento de formación de tiras por laminado en
caliente, se utiliza un conjunto de módulos de laminado en línea (quot;cajas de
10
rodillosquot;) que se denomina tren de acabado. La cantidad de cajas de rodillos
puede variar en función del diseño y de la concepción del propio laminador.
Como existe una diferencia en los factores de degradación entre la
primera caja de rodillos y la última caja de rodillos, se utilizan igualmente
distintos materiales para los rodillos.
15
La degradación de los rodillos del laminador resulta ser un proceso
caracterizado por la acción simultánea de distintos modos de desgaste:
abrasión, oxidación, adhesión y fatiga térmica. Sin embargo, se sabe que en
cada caja de rodillos del tren de laminado predominan uno o dos de tales
modos de desgaste: en la primera caja de rodillos, en la que tiene lugar el
20
conformado a temperaturas del orden de 1000 oc, la fatiga térmica y los
fenómenos de oxidación actúan de modo más intenso; en la última caja de
rodillos, en la que el conformado tiene lugar a temperaturas del orden de 700
oc, predominan la abrasión y adhesión.
Otro inconveniente encontrado en el tren de acabado dotado de rodillos
25
tradicionales es el hecho de que, junto con la degradación gradual de la
superficie del rodillo de laminado, daños no previstos provocados por
incidentes de funcionamiento del tren de acabado, tales como la adhesión de la
tira laminada sobre el rodillo (quot;pegadoquot; o quot;soldaduraquot;) y la propagación
inestable de grietas superficiales o subsuperficiales sobre el rodillo, provocan la
30
parada del funcionamiento del laminador para retirar el rodillo. Dos
características de funcionamiento de las últimas cajas de rodillos del tren de
acabado hacen que los rodillos que trabajan sobre ellas sean más susceptibles
de tales daños:
35
a) una temperatura de laminado baja (que determina la baja velocidad de la
formación de óxido sobre la superficie del rodillo, lo que compromete el
rendimiento del mismo como protección contra la adhesión);
b) un bajo espesor de la tira laminada.
Los rodillos del laminador diseñados para los trenes de acabado son, en
s
la mayoría de los casos, componentes de fundición bimetálicos que
comprenden un quot;escudo externoquot;, fabricado en una aleación resistente al
desgaste, y un quot;núcleoquot;, fabricado en hierro fundido gris o nodular. El
procedimiento que se utiliza habitualmente para la producción de tales rodillos
bimetálicos es la colada centrífuga en un molde metálico: el material del escudo
10
se vierte en el molde y debido a la acción de la fuerza centrífuga se distribuye
uniformemente sobre su superficie interna, formando una capa externa (o
escudo) con un espesor entre 40 y 120 mm; tras la solidificación del escudo, el
material del núcleo se vierte en el mismo molde que continúa girando,
rellenando de este modo el mismo. Cuando entra en contacto con la superficie
15
interna o el escudo ya solidificado, el material del núcleo refunde un pequeño
volumen del escudo, aproximadamente 1 O mm a lo largo de toda la superficie
interna del mismo), lo que crea un enlace metalúrgico entre el escudo y el
núcleo que se denomina interfaz.
Para la primera caja de rodillos, en donde predominan los factores de
20
oxidación y fatiga térmica, son prevalentes rodillos con una capa de trabajo
(escudo) fabricada en hierro de fundición blanca de alto contenido en cromo,
así como hierros de fundición blanca multicomponente, asimismo denominados
aceros de alta velocidad; por lo tanto, tales rodillos tienen un rendimiento en
servicio del orden de al menos dos veces el observado para el hierro templado
25
que se utiliza habitualmente en las últimas cajas de rodillos, en donde los
factores que predominan son la abrasión y adhesión, y es frecuente asimismo
el fenómeno de adhesión de la tira.
Así pues, otra desventaja encontrada en los trenes de acabado (últimas
cajas de rodillos) dotados de rodillos tradicionales es una disparidad en la
30
necesidad de cambiar rodillos entre la primera caja de rodillos y la última caja
de rodillos, lo que compromete una posible prolongación del tiempo de trabajo,
y está claro que si dicha disparidad pudiera ser eliminada favorablemente el
número de cambios de rodillo de las últimas cajas de rodillos se podría reducir
y la productividad del laminador aumentaría.

Aunque el desarrollo de aleaciones para el escudo de rodillos destinados
a las primeras cajas de rodillos del tren de acabado ha sido intenso en los
últimos 20 años, en los escudos de rodillos destinados a las últimas cajas de
rodillos se ha utilizado durante más de 40 años una aleación de Fe-Cr-Si-Ni-C
que se denomina hierro templado. La microestructura de este material tiene
s
una matriz martensítica templada, con una precipitación de carburos
secundarios M3C, y una red interdentrítica de carburos eutécticos M3C (una
fracción volumétrica de, aproximadamente, el 25% ), junto a grafito nodular o
globular que es, asimismo, interdendrítico (una fracción volumétrica de,
aproximadamente, el 3%). Esta microestructura es el resultado del equilibrio de
10
las características de los elementos de la aleación en la composición química:
el silicio y el níquel son componentes productores de grafito, el cromo es un
componente fuertemente productor de carburo y, adicionalmente, el níquel
determina, asimismo, la templabilidad necesaria para evitar la formación de
perlita en el enfriado posterior al fundido.
15
La larga vida en uso del hierro templado que se aplica a los rodillos de
las cajas de rodillos de acabado se atribuye al hecho de que su microestructura
representa, hasta la fecha, la mejor solución de compromiso entre la resistencia
al desgaste por abrasión promovida por la matriz y los carburos eutécticos, y la
resistencia a la adhesión y a la propagación inestable de microgrietas
20
promovida por el grafito. Debe entenderse que el grafito actúa como un
lubricante en la interfaz rodillo/tira laminada (disminuyendo la adhesión), y
disminuye la concentración de tensiones en el extremo de las microgrietas, lo
que disminuye la velocidad de propagación de las mismas.
Unos pocos desarrollos sustanciales han sido llevados a cabo en las
25
líneas de producto/proceso de rodillos diseñados para las últimas cajas de
rodillos de los laminadores en caliente de tiras. Entre las más expresivas de
acuerdo con este mismo concepto de material, esto es, el hierro templado, se
pueden citar aquellas que incluyen adiciones de elementos de aleación para la
formación de partículas de segunda fase duras que tan sólo comprenden
30
carburos finos dispersos. Se han realizado cambios asimismo en el
procedimiento de solidificación con el fin de alcanzar estructuras más refinadas.
Los esfuerzos de los fabricantes para satisfacer la demanda de los
usuarios de tales rodillos de una resistencia al desgaste por abrasión superior,
a la vez que se mantienen las otras características de rendimiento, se basan en
35
la utilización de elementos de aleación fuertes que forman carburos eutécticos
y/o secundarios más duros que el carburo M3C, tales como, por ejemplo, Teniendo en mente evitar dichas desventajas del estado de la técnica,
carburos del tipo M7C3 y MC.
Sin embargo, se ha encontrado que esto es contraproducente por
promover una reducción o supresión de la formación de grafito y,
s
consecuentemente, disminuir la resistencia a la adhesión y a la propagación
inestable de microgrietas; esto es, la solución de compromiso resultante no
implica una mayor productividad del tren de laminación.
La patente PCT/US1996/09181 divulga un procedimiento para la
producción de hierro templado añadiendo entre un 0,3% y un 6% de niobio en
10
peso y con un rendimiento en servicio que supera al del hierro templado. La
presencia de niobio promueve la formación de partículas aisladas de carburo
primario NbC con una dureza aumentada, sin comprometer la formación de
grafito, aumentando así la resistencia al desgaste por abrasión y manteniendo
la resistencia a la adhesión y a la propagación inestable de microgrietas (la
15
formación de carburo NbC tiene lugar a temperaturas superiores a la del
grafito, y por lo tanto no existe competición entre las mismas).
Sin embargo, la adición de niobio es prácticamente del orden del 0,6%,
por lo tanto contenidos superiores implican la necesidad de aumentar
substancialmente la temperatura de vertido mientras se moldea el rodillo, lo
20
que hace impracticable este proceso. Con este nivel de adición, el aumento de
la resistencia al desgaste por abrasión es limitado, ya que la fracción
volumétrica del carburo eutéctico NbC en la microestructura está limitada a
valores inferiores al 1%, además de la ausencia de precipitación de carburo
secundario NbC en la matriz.
25
Además de tales intentos, tan sólo unos cuantos laminadores utilizan
hierro de fundición blanca multicomponente en las últimas cajas de rodillos, que
se obtiene bien por un procedimiento de colada centrífuga o un CPC
(procedimiento de quot;revestimiento por vertido en continuoquot; o, en lengua
vernácula, quot;recubrimiento por colada continuaquot;). Sin embargo, un problema que
30
encaran tales laminadores es que la composición de este tipo de aleaciones no
contiene grafito, por lo que se compromete la resistencia a la adhesión.
se han desarrollado el procedimiento y el producto objetos de la presente
invención.
Por lo tanto, es el objeto de la presente invención proporcionar un
s
procedimiento para la producción de rodillos de fundición para un laminador
que sean resistentes a la adhesión de tiras laminadas, así como resistentes al
desgaste por abrasión y a la propagación inestable de grietas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
10
Para este propósito, se ha desarrollado un modo de permitir el uso de
aleaciones de hierro de fundición blanca multicomponente o hierro de fundición
blanca de alto contenido en cromo en los rodillos de las últimas cajas de
rodillos (cajas de rodillos de acabado), de modo que el problema de la ausencia
de grafito (elemento lubricante) se puede eliminar.
15
Las etapas convencionales de un procedimiento para producir rodillos de
laminación a partir de hierro de fundición blanca con alto contenido en cromo o
hierro de fundición blanca multicomponente son:
a) introducir un metal líquido de desecho, elementos de aleación y un lote
de chatarra en un horno de fundición;
20
b) fundir la carga;
e) verter la mezcla resultante en una cuchara de fundición;
d) transferir el contenido de la cuchara de fundición al equipo de fundición,
conformando así el rodillo semiacabado.
25
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La presente invención comprende, de un modo innovador, como se ve
en la figura 1, las etapas de:
introducir (1) un metal líquido de desecho (a), elementos de aleación (b)
y un lote de chatarra (e) en un horno de fundición;
30
fundir (2) la carga;
preanalizar químicamente (3) una muestra (d) de la carga con el fin de
corregir (4) la composición química (mediante la adición (e) de
aleaciones de hierro o metales puros);
agregar (5) azufre (f) a la carga;

preanalizar químicamente (6) una nueva muestra (g) de la carga con el
fin de corregir (7) la composición química (h); del O, 1% al 1 ,0% en peso.
-agregar (8) al menos un metal (k) del grupo de las tierras raras a la
cuchara de fundición U);
transferir (9) el metal líquido (i) desde el horno de fundición a la cuchara
s
de fundición U);
transferir el contenido de la cuchara de fundición al equipo de fundición
(1 O) formando así el rodillo (11) semiacabado.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
10
La adición de azufre al procedimiento, combinado con al menos un metal
del grupo de las tierras raras, hace posible obtener una formación controlada
de partículas con base sulfuro en la microestructura, obteniendo así de modo
inesperado una mejor resistencia al desgaste por abrasión y una mejor
resistencia a la adhesión y a la propagación inestable de grietas. Esto es
15
debido al hecho de que los elementos vanadio, cromo, molibdeno y tungsteno
que están presentes en la composición química del hierro de fundición blanca
multicomponente, y una cantidad de ellos presentes en el hierro de fundición
blanca de alto contenido en cromo, inducen la formación de carburos eutéctico
y secundario que tienen una dureza aumentada entre 2000 HV y 2800 HV (en
20
donde quot;HVquot; expresa la medida de dureza, esto es, quot;dureza de Vickersquot;). Así
pues, se promueve esta resistencia al desgaste por abrasión superior de los
rodillos por los carburos eutéctico y de matriz, y la fase sulfuro actúa como un
sustituto del grafito, actuando como lubricante en la interfaz rodillo/tira
laminada, disminuyendo por ello la posibilidad de adhesión de las tiras, y
25
actuando de tal modo que disminuye la concentración de tensiones en el
extremo de las grietas, disminuyendo así la velocidad de propagación de las
mismas.
El contenido de azufre está equilibrado con el contenido de manganeso
utilizado en la composición (proporción Mn:S =2:1 ).
30
La composición química del metal líquido inicial puede comprender del
1 ,0% al 3,0% en carbono, hasta un 18% en cromo, 8,0% en molibdeno, 8,0%
en tungsteno, 10% en vanadio, 2,0% en manganeso, y 2,0% en silicio, pero no
se limita a esto. La composición final de la aleación del rodillo puede
comprender, asimismo, hasta un 1,0% de níquel y un 0,08% en fósforo,
35
además del azufre, cuyo contenido añadido durante el procedimiento puede ir
El contenido del (de los) metal(es) del grupo de las tierras raras es un
50% en
una proporción de 0,2% en peso del metal líquido contenido en la
cuchara de fundición. Preferiblemente, el metal del grupo de las tierras raras es
s
cerio.
El valor de la temperatura de proceso depende del valor de la carga
inicial, y puede variar entre, aproximadamente, 1200 oc y 1500 oc.
Así pues, la presente invención ofrece la ventaja de que la adición de
azufre
al procedimiento de producción de rodillos de fundición para un
10
laminador da como resultado rodillos de laminador con una alta resistencia a la
degradación de las superficies de los mismos durante su uso.
Consecuentemente, la adición de azufre hace posible utilizar un número
de rodillos menor, con una necesidad menor de recuperar el estado inicial de
los mismos, permitiendo así una prolongación de la campaña de laminado con
15
menos paradas durante proceso de laminado, así como un acabado superficial
mejor de los productos finales.
A
continuación se muestra una tabla que muestra ejemplos de
realizaciones preferidas de la composición química del material utilizado para
fabricar los escudos de los rodillos de fundición para
un laminador con una
20
resistencia superior a la degradación de la presente invención:
Composición
Aleación
química
A B
e
1,5-2,5 2,0-3,0
Cr
3,0-10 10-18
M o
2,0-8,0 lt;3
w
2,0 -8,0 lt; 1,0
V
2,0-10 lt; 1,0
Mn*
lt; 2,0 lt; 2,0
Si
lt; 1,0 lt; 1,0
Ni
lt; 1,0 lt; 1,0
p
lt; 0,08 lt; 0,08
S
0,1-0,8 O, 1 -0,8
Fe
c.s.p c.s.p

en donde,
Aleación A = hierro de fundición blanca multicomponente, conocido asimismo
como acero de alta velocidad;
Aleación B = hierro de fundición blanca de alto contenido en cromo; y
c.s.p =cantidad suficiente para.
s
* = el elemento manganeso (Mn) está equilibrado con el contenido en azufre
para la formación de la fase sulfuro.
Aunque se ha descrito e ilustrado un concepto preferido de esta
solución, debe señalarse que son susceptibles de alcanzarse otras soluciones
sin apartarse del ámbito de la presente invención. Se tienen ejemplos de esta
10
variación en el momento en el que se añade la mezcla de metales del grupo de
las tierras raras, realizándose dicha adición preferiblemente en el fondo de la
cuchara de colada U) con el fin de obtener mejores resultados, pero sería
posible asimismo llevarlo a cabo directamente en el chorro de metal que se
está vertiendo, o si no condicionado a los componentes del equipo de colada.
15
Otra variante de la presente invención es que, además de la colada
centrífuga, el mismo material que fue desarrollado (producto) podría ser
utilizado en la fabricación de rodillos a través del procedimiento CPC
(quot;revestimiento por vertido en continuoquot;), citado previamente.
Aunque la presente invención se ha descrito con relación a lo que
20
actualmente se considera que es la realización práctica preferida, debe
entenderse que la invención no debe limitarse a la realización anteriormente
mencionada, sino que antes bien abarca diversas modificaciones y
disposiciones equivalentes incluidas en el espíritu y ámbito de las
reivindicaciones adjuntas. Por lo tanto, el ámbito de las reivindicaciones
25
adjuntas debe estar de acuerdo con una interpretación más amplia, con el fin
de abarcar todas las modificaciones y ajustes similares.

Claims (3)

  1. REIVINDICACIONES
    s 10 15
    1. Un procedimiento para la producción de rodillos de fundición para un laminador, caracterizado porque comprende las etapas de: -introducir (1) un metal líquido de desecho (a), elementos de aleación (b) y un lote de chatarra (e) en un horno de fundición; -fundir (2) la carga; -agregar (5) azufre (f) a la carga; -agregar (8) al menos un metal (k) del grupo de las tierras raras a la cuchara de fundición U); -transferir (9) el metal líquido (i) desde el horno de fundición a la cuchara de fundición U); -transferir el contenido de la cuchara de fundición al equipo de fundición (1 O) formando así el rodillo (11) semiacabado. 2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho metal líquido (a) comprende carbono, cromo, molibdeno, tungsteno, vanadio, manganeso y silicio.
    20
    3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, porque el contenido en manganeso es del O, 1% al 2,0% en peso. caracterizado
    25
    4. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el contenido de dicho azufre es del O, 1% al 1,0% en peso. 5. El procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 3 y 4, caracterizado porque dicho azufre está equilibrado con manganeso, en una proporción 2:1 (Mn:S).
    30
    6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el contenido del metal del grupo de las tierras raras es de un 50% en una proporción del 0,2% en peso de metal líquido contenido en la cuchara de fundición.
  2. 7. El procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 6, caracterizado porque el metal del grupo de las tierras raras es, preferiblemente, cerio.
    S
  3. 8. Un rodillo para un laminador producido mediante el procedimiento definido en la reivindicación 1, caracterizado por su uso como caja de rodillos de acabado en procesos de laminado.
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