ES2439447T3 - Un cilindro forjado que cumple los requisitos de la industria de la laminación en frío y un método para la producción de dicho cilindro - Google Patents

Abstract

Un cilindro forjado (1), que comprende una composicion de acero que comprende, en terminos de % en peso,del 0,8 a menos del (>) 1% de C, del 0,2 at 0,5% de Mn, del 0,2 at 2,0% de Si, del 7,0 at 13,0% de Cr, del 0,6 al 1,6% de Mo, de mas del (>) 1,0 at 3,0% de V, que comprende edemas; menos del (>) 1% de Ni menos del (>) 2% de W, y menos del (>) 1% de Nb, y menos del (>) 1% de Ti, y menos del (>) 0,5% de Ta, y menos del (>) 0,5% de Zr, y menos del (>) 0,015% de P, y menos del (>) 0,015% de S, y menos de (>) 30 ppm de 02, y menos de (>) 100 ppm de NZ y menos de (>) 3 ppm de H2 menos del (>) 0,4% de Cu menos del (>) 0,4% de Al siendo la parte restante del acero Fe e impurezas inevitables; y en el que la microestructura del cilindro (1) comprende: - martensita revenida con una tasa de austenita residual de menos del (>) 5% en volumen; y una red abierta de carburos eutecticos con carburos eutecticos a menos del (>) 5% en volumen; y en el que el cilindro (1) muestra: - una dureza de entre 780 y840 HV; y esfuerzos de compresion internos de entre -300 y -500 MPa.

Description

Un cilindro fOljado que cumple los requisitos de la industria: de la laminación en fria y un método para la producción de dicho cilindro.

Campo de la invención

Esta invención se refiere, en general, al campo de cilindros forjados y a la prOducción de cilindros forjados. Más particularmente la presente invención se refiere a cilindros forjados que cumplen los requisitos de, y que están destinados principalmente al uso en, la industria de la laminaci6n en fria.

Antecedentes

Antecedentes generales

La tendencia general para el desarrollo en laminación en fria para las industrias de metales tanto ferrosos como no ferrosos es laminar más rtlpido, más fino y con más amplitud. El actual desafio es hacer esto mientras se consigue un perfecto control de la planitud, el grosor y los aspectos die superficie compatible con una alta productividad. Por lo tanto, esta tendencia requiere el uso de tecnologías die laminación avanzadas que controlen parámetros de laminación clave.

Algunos parámetros clave tales como retención de rugosidad y aspectos de superficie pUeden garantizarse a través del cromado de los cilindros de trabajo. Esta práctica es eficaz y eficiente, pero se está volviendo cada vez más cuestionable y en un futuro próximo inaceptable debido a restricciones medioambientales.

Hoy en dla los cilindros de trabajo forjados (del 2 al 6% de Cr) con cromado en superficie se usan habitualmente en procesos de laminación en fria. El cromado de dichos cilindros se aplica para mejorar la resistencia al desgaste en términos de retención de la textura superficial que, a su v~lZ, garantizará, por ejemplo, un brillo uniforme y superior de las carrocerías de automóviles después de pintarlas. Las técnicas de depósito electrolltico duro tales como el cromado se desarrollaron inicialmente para aplicaciones de laminador endurecedor/acabador. En estas aplicaciones, los cilindros de trabajo cromados muestran vídas Otiles de 2 a 8 veces más largas que los cilindros no recubiertos, principalmente debido a una mejor retención de rugosidad. La implementación de esta técnica se extendió progresivamente a los laminadores.

También existen cilindros forjados hechos de acero de alta velocidad (HSS) que se fabrican destinados a un uso sin recubrimiento, pero existe una necesidad de un cilindro con bajos esfuerzos internos residuales y también existe una necesidad de un proceso industrial para producir dicho cilindro, que se usará sin recubrimiento en un laminador mientras da una retención de rugosidad que es al menos equivalente a la de los cilindros recubiertos.

Antecedentes específicos

Los cilindros producidos para usarlos en la industria de la I'aminación en fria tienen que manejar las condiciones de procesamiento o las tensiones operativas especificas durante el uso sin formar grietas o ser propensos a explotar. La explosión de un cilindro puede implicar la seguridad de los operarios y dai'los colaterales en el laminador Por lo tanto, existe una necesidad de un cilindro con bajos esfuer.z:os internos residuales.

Técnica anterior

Ejemplos de técnica anterior que desvelan el desarrollo hacia cilindros de HSS sin recubrimiento con el propósito de laminaci6n en frlo:

C. Gaspard, C. Vergne, D. Batazzi, T. Nylen, P.H. BoII:, S. Mul, K.M_ Reuver:

~/mplementation of ;n-service key parameters of HSS warl< roll grade dedicated lo advanced oold roIling-, Conferencia 1ST 3-6 de mayo de 2010, Pittsburgh, Pa, Estados Unidos

C. Gaspard, S. Batame, D. Batazzi, P.Thonus: "Improvement For Advanced CoId Rolling Reduction Milis By Using Semi-HSS and HSS Rolls', 7-Conferencia Internacional sobre LaminaciÓll de Acero (ISIJ), Makuhari, Chiba, Japón, 1998

P.H. BolI, D. Batazzi, N.P. Belfiore, c. Gaspard, L Goiset, M. laugier, O. lemaire, D. Matthews, T. Ny1én, K. Reuver, D. Stocchi, F. Stork, J. Tensen, M. Tornicelli, R. Valle, E. van den Elzen, C. vergne, I.M. Wllllams: "Damage Resistance and Roughness Retention of work Rolls in cold RoIling Milis", 5-Conferencia Europea sobre Laminación, 23-25 de junio de 2009, Londres, Reino Unido

4 O

otros ejemplos de técnica anterior se muestran en las publicaciones: JP09003603, JP531077821, JP57047849, JP2002285284, JP2002285285, JP10317102, JP1208437, EP0395477 y JP08158018 que describen cilindros de trabajo para laminación en frío para mejorar la resistencia al desgaste y a la descamación.

Sin embargo, estas piezas de la técnica anterior carecen de la divulgación de parámetros y propiedades necesarias para conseguir y permitir dicho cilindro de HSS que es operativo durante las condiciones en un laminador de laminadón en frío.

Objeto de la invención

ObjetO general

El objeto general de la invención es proporcionar un cilindro y un proceso industrial para producir dicho cilindro que es operativo durante las condiC"iones en un laminador dI! laminación en frio, preferentemente en una forma no recubierta. Un objeto mas especifico es proporcionar d icho cilindro y un proceso para producir dicho cilindro mientras se mantienen propiedades tribolOgicas tales como bajo coeficiente de fricción, elevada retención de rugosidad, sin contaminación de polvo por finos de hierro:> al menos equivalente a los cilindros recubiertos de la técnica anterior y que muestran rendimientos de laminación mejorados en términos de mayor resistencia al agrietamiento y mayor seguridad en funcionamiento en comparación con los ci~ndros conocidos.

Probfem8S parciales

La invención busca, ademas, resolver los problemas parciales de: Mejorar la superficie del cilindro, lo que da al cilindro un mayor rendimiento. Evitar accidentes de descamación del cilindro Evitar procesos de producción de cilindros no resp,etuosos con el medio ambiente Mejorar la distancia de laminado o la vida útil de un cilindro, permitiendo series más largas por campa/'la del

laminador. Resumen de la Invención La solución al problema, los problemas parciales y aspectos enumerados anteriormente es un cilindro de acuerdo

con la invención con resistencia al agrietamiento térmico l'Ilejorada y baja propagación de grietas que reducirtln la

sensibilidad a incidentes en el laminador mientras mantienen una resistencia al desgaste más elevada. La presente invención proporciona un cilindro forjado para uso en la industria de la laminación en frfo y un método para la producción de dicho cilindro. El cilindro está, pn!!ferentemente, no recubierto pero también puede estar recubierto.

La invención se refiere a un cilindro forjado de acuerdo con las presentes reivindicaciones.

En otras realizaciones de la invención, el cilindro de la invlmcion comprende una red abierta de carburos eutécticos que delimita un patrón de celdas eutécticas similar a una cE!lda. Variedades adicionales del cilindro que comprende cualqu"lera de los siguientes aspectos opcionales, individuales o

combinables: El documento JP 3122251 A desvela un cilindro compuesto para laminar metal y su producción. El documento JP 6145886 A desvela material para un cilindro de laminación. El documento GB 2367075 A desvela un cilindro para laminación. El documento GB 2262745 A desvela el uso de acero para laminadores en frío El documento JP 3219048 A desvela un cilindro de larninaciÓll hecho de acero forjado. El documento JP 6017196 A desvela un cilindro de trslbajo para laminación de acabado superficial. El documento JP 1208437 A desvela un material de acero con alto contenido en cromo de cortabilidad

mejorada.

El documento JP6212253 A producción de acero para herramientas en frlo.

El documento JP59179762 A desvela un acero para herramientas en frio.

2 O

3 O

4 O El documento EP0869196 A2 desvela una colada para herramientas en frfo y un método para producirla

Un cilindro en el que la red abierta de carburos eutécticos ¡:le dichO cilindro comprende brazos dendriticos.

Un cilindro en el que la red abierta de carburos eutécticos de dicho cilindro está formada como partes

sustancialmente aisladas de la red de carburos eutécticos.

Un cilindro en el que la microestrudura de dicho cilindro es,tá presente al menos en la capa de trabajo del cilindro.

Un cilindro con una composici6n de acero constituida por, len términos de % en peso;

del 0,8 a menos de «) 1% de C,

del 0,2 al 0,5% de Mn,

del 0,2 al 2,0% de Si,

del 7,0 al 13,0% de Cr,

del 0,6 al 1,6% de Mo,

más del (» 1,0 al 3,0% de V,

menos del (» 0,015% de P, y

menos del (» 0,015% de S, y

menos del (» 1% de Ni

menos de 30 ppm de 02, y

menos de (» 100 ppm de N2, y

menos de (» 3 ppm de H2

menos del (» 2% de W, y

menos del (» 1% de Nb, y

menos del (» 1°,{, de Ti, y

menos del (» 0,5% de Ta, y

menos del (» 0,5% de Zr,

siendo la parte restante del acero sustancialmente Fe y po:sibles impurezas fortuitas y/o posiblemente inevitables;

El cilindro de acuerdo con la invenci6n, en el que el contenido de C en la composición de acero está entre el 0,8 y el

0,99% de C en términos de % en peso del peso total del cilindro.

El cilindro de acuerdo con la invenci6n, en el que el contenido de C en la composici6n de acero está entre el 0,85 Y

el 0,9% de C en términos de % en peso del peso total del (~lindro.

El cilindro de acuerdo con la invenci6n, en el que el contenido de Mn en la composición de acero está entre el 0,4 y

el 0,5% de Mn en términos de % en peso del peso tolal del cilindro.

El cilindro de acuerdo con la invención, en el que el contenido de Si en la composición de acero está entre el 0,2 y el

1,5% de Si en términos de % en peso del peso total del cilindro.

El cilindro de acuerdo con la invención, en el que el contenido de Si en la composición de acero está entre el 0,85 Y

el1, 15% de Si en términos de % en peso del peso total del cilindro.

El cilindro de acuerdo con la invención, en el que el contenido de Cr en la composición de acero está entre el 7,0 y el

11% de Cr en términos de % en peso del peso total del cilindro.

El cilindro de acuerdo con la invenci6n, en el que el contenido de Cr en la composicl6n de acero está entre el 7,3 y el menos del (» 8,0% Cr en términos de % en peso del peso total del cilindro. El cilindro de acuerdo con la invenci6n, en el que el contenido de Mo en la composición de acero está entre el 1,45 y

el 1,55% de Mo en términos de % en peso del peso total d,al cilindro.

El cilindro de acuerdo con la invenci6n, en el que el contenido de Ni en la composiciOn de acero es menos del (» 0,3

de Ni en términos de % en peso del peso total del cilindro.

El cilindro de acuerdo con la invenciOn, en el que el contenido de V en la composiciOn de acero está entre e11 ,3 y el

2,1% de V en términos de % en peso del peso tetal del cilindro.

S

El cilindro de acuerdo con la invenciOn, en el que el contenido de V en la composici6n de acero está entre el 1,3 Y el

1.6% V en términos de % en peso del peso total del cilindro.

Un cilindro de acuerdo con la invenci6n, en el que la composiciOn de acero está constituida por, en términos de % en

peso:

del 0,8 al 0,99% de e , y

10

del 0,4 al 0,5% de Mn, y

del 0,2 al 1,5% de Si, y

del 7,0 a111% de er, y

del 0,6 al 1,6% de Mo, y

menos del (» 1,0% de Ni , y

15

deI1,OaI2,1%deV, y

menos del (» 0,015% de P, y

menos del (» 0,015% de S, y

menos de (» 30 ppm de 02, y

menos de (» 100 ppm de N2, y

2 O

menos de (» 3 ppm de H2, y

siendo la parte restante del cilindro sustancialmente Fe y posibles impurezas fortuitas y/o posiblemente inevitables.

Un cilindro de acuerdo con la invenci6n, en el que la comptlsici6n de acero está constituida por, en términos de % en

peso:

del 0,85 al 0,9% de e , y

25

del 0,4 al 0,5% de Mn, y

del 0,85 a11 ,15% de Si, y

del 7,3 a menos del (» 8,0% de er, y

del 1,45 al 1,55% de Mo, y

menos del (» 0,3% de Ni, y

30

deI1,3aI1,6%deVy

menos del (» 0,015% de P, y

menos del (» 0,015% de S, y

menos de (» 30 ppm de 02, y

menos de (» 100 ppm de N2, y

35

menos de (» 3 ppm de H2, y

siendo la parte restante del cilindro sustancialmente Fe y posibles impurezas fortuitas y/o posiblemente inevitables.

Un cilindro de acuerdo con la invenci6n que está configurado, además, para uso como un ci~ndro de trabajo en

laminaci6n en frío.

Un cilindro de acuerdo con la invención que tiene, ademas, un peso de mas de 400 kg.

1 O

2 O

2 5

4 O

Un cilindro de acuerdo con la invención que tiene, además, un diámetro en el intervalo de 215 a 800 mm.

Un aspecto adicional de la invención proporciona un prOCE~so para fabricar un cilindro de acuerdo con la invención, comprendiendo el proceso las etapas de:

a.

Proporcionar una composición de acero de acuerdo con la reivindicación 1.

b.

Fabricar un lingote que conserva una velocidad de solidificación mayor de 15°C/min en la capa de trabajo del lingote, equivalente a la capa de trabajo del cilindro, en el intervalo de solidificación;

c.

Forjar el lingote en un cilindro;

d.

Endurecer el cilindro mediante calentamiento por inducción;

e.

Revenir el cilindro a una temperatura entre 450 a 5~IOOC para alcanzar una dureza entre 780 HV y 840 HV;

consiguiendo de este modo una microeslructura del cilindro (1) que comprende:

martensita revenida con una tasa de austenita residual menor del (» 5% en volumen; y

una red abierta de carburos eutécticos con carburos eutécticos de menos del (» 5% en volumen; y en la que el cilindro (1) muestra:

una dureza de entre 780 HV y 840 HV; y

esfuerzos de compresión internos entre -300 y -500 MPa.

Variedades adicionales del cilindro que comprenden cualquiera de los siguientes aspectos opcionales, individuales o combinables mencionados a continuación.

Un proceso de acuerdo con la invención en el que el lingate se fabrica manteniendo una velocidad de solidificación en la capa de trabajo asf como en el núcleo en el intervalo de 15"C/min a 55"C/min, o como altemativa de 17"C/min a 5O"C/min, o como altemativa de 35"C/min a 55°C/min, o como alternativa de 45"C Imin a 55OC/min.

Un proceso de acuerdo con la invención, en el que el lingote se fabrica manteniendo una velocidad de solidificación mayor de 35°C/min en la capa de trabajo o superficie del lingote en el intervalo de solidificación.

Un proceso de acuerdo con la invención, en el que el intervalo de solidificación está entre 1400 y 12000c para dicho lingote.

Un proceso de acuerdo con la invención, en el que el lingote se fabrica manteniendo una velocidad de solidificación predeterminada en un proceso de técnica en horno de afino por electroescoria (ESR) controlando el suministro de amperios de corriente de acuerdo con una función predeterminada de la velocidad de solidificación.

Un proceso, en el que la etapa de forjar el lingote a un cilindro comprende las etapas de:

a.

Calentar el lingote a una temperatura de aprmcimadamente 850 a 1100"C o entre 800 y 10000c preferentemente durante un periodo de aproximadamlmte 6 horas:

b.

Forjar el lingote a una temperatura por encima de aproximadamente 8~o por encima de 8500c;

c.

Repetir las etapas a-b hasta que el lingote se ha formado en un cilindro que tiene la forma y el tamat'lo deseados.

Un proceso adicional, después de la tepa de forjado, que comprende una etapa de tratamiento térmico preliminar, aplicado sobre el lingote desbastado del cilindro, preferen,temente a una temperatura de aproximadamente 700 a 1100"C o entre 800 y 9000C, lo que puede incluir tratamiento por difusión de oxigeno.

Un proceso que comprende además una etapa de endurec::imiento superficial mediante calentamiento por inducción progresivo, preferentemente a una temperatura de aproximiEldamente 900-11500c.

Un proceso en el que la etapa de revenir el cilindro comprende las etapas de:

d.

Calentar el cilindro a aproximadamente de 450 a 5300c o entre 450 y 5200c, preferentemente 3 veces,

e.

Enfriar al aire el cilindro entre las etapas de calentamiento.

Un proceso que comprende además maquinar el cilindro para texturizar una capa blanca que comprende carburos eutécticos.

2 O

3 O

Un aspecto adicional de la invención proporciona el uso de un cilindro fo~ado de acuerdo con la invención para

laminar el frfo material que requiere una carga de laminación elevada. Otras realizaciones de la invención proporcionan el uso de un cilindro forjado para la laminación en fria de materiales de alta resistencia como grados de calidad de acero AHSS.

El uso de un cilindro fo~ado de acuerdo con la invención pélra una selección de: laminadores de reducción por laminación en fria para montantes del laminador tempranos y de acabada,

montantes del laminador reversibles y no reversibles para hojalata, chapa fina, acero al silicio, acero inoxidable, aluminio y cobre; o laminadores endurecedores y/o acabadores de larninación en frío; o configuraciones de laminador como montantes del laminador de 2 alturas, 4 alturas y 6 alturas con

superfICie texturizada o no texturizada. El uso de un cilindro fo~ado de acuerdo con la invención ccomo un cilindro de trabajo. El cilindro de acuerdo con la invención es util en muchas élplicaciones como un cilindro no recubierto. Sin embargo,

en aspectos y realizaciones adicionales de la invención, el cilindro también puede estar provisto de un recubrimiento seleccionado para cualquier aplicación actual o especifica. El recubrimiento puede ser, por ejemplo, un recubrimiento de cromo. El cilindro también puede usarse E~ aplicaciones de laminado en caliente.

Breve descripción de las figuras

la invención se describirá adicionalmente por medio de reallizaciones ejemplificantes en las que: la figura 1 muestra una imagen esquemática de un cilindro de acuerdo con la invención. la figura 2 muestra una vista esquemática del procesi) de producción de cilindros de acuerdo con la invención. la figura 3 muestra una imagen esquemática de un lingote de acuerdo con la invención. la figura 4 muestra un proceso de fabricación de un li ngote de acuerdo con la invención. la figura 5 A-S muestra una miaoestructura de la col,ada de calidad de cilindro fabricada usando un proceso de

producción de acuerdo con la invención. la calidad de cilindro se muestra en vista de sección de las capas de

trabajo de la calidad de cilindro. la figura 6 A-S muestra una miaoestructura de la colada de calidad de cilindro fabricada usando un proceso de producción de acuerdo con la invención. la calidad de cilindro se muestra en vista de sección de las capas de trabajo de la calidad de cilindro.

la figura 7 muestra una microestrudura de la colad;a de calidad de cilindro fabricada usando un proceso de producción de acuerdo con la invención pero con lél desviación producida cuando se usa una velocidad de solidificación demasiado lenta. la calidad de cilindro se muestra en vista de sección de las capas de trabajo de la calidad de cilindro.

la figura 8 muestra un primer conjunto de ejemplos de velocidades de solidificación para el proceso de

producción de cilindros de acuerdo con la invención. la figura 9 muestra un segundo conjunto de ejemF~os de velocidades de solidificación para el proceso de producción de cilindros de acuerdo con la invención.

las figuras 10A-S muestran una microestrudura de la COlada de un lingote fabricado en condiciones de

laboratorio cuando se usa el proceso de producción de acuerdo con la invención. las figuras 11A-B muestran una microestrudura de la colada de un lingote fabricado en condiciones de laboratorio cuando se usa el proceso de producción de acuerdo con la invención pero con la desviación producida cuando se usa un contenido de Mo demasi;1Ido elevado.

la figura 12 muestra una vista esquemática de fo~ad() de aQJerdo con la invención.

la figura 13 muestra una vista esquemática de las etapas de formación dellfngote fo~andolo a un cilindro de acuerdo con la invención.

la figura 14 muestra una vista esquemática de E!ndurecimiento progresivo por inducción con diferentes frecuencias del cilindro de acuerdo con la invención.

La figura 15A-B muestra una microestrudura de lu superficie de un cilindro de acuerdo con una calidad estándar después de la texturización superficial (texturización EOT).

La figura 15C-0 muestra una microestrudura de la superficie de un cilindro de acuerdo con la invención después de la texturización superficial (texturización EOT).

La figura 16A-O muestra defectos perjudiciales sobre un cilindro generado durante la fabricación de cilindros con bajo contenido de cromo y alto contenido de molil:ldeno.

La figura 17A muestra una realización de una mic::roestructura de acuerdo con la invención con una red eutéctica abierta.

La figura 178 muestra un ejemplo de una microestructura con una red eutédica cerrada en la que los carburos eutécticos 200 forman una red eutéctica cerrada con celdas eutécticas claramente separadas 212.

La figura 18 muestra un ejemplo que representa la microestructura de la superficie de un cilindro de acuerdo con la invención después de texturización por electrodescarga.

La figura 19 muestra la microestrudura de cilindro d!~ una profundidad de 4 mm sobre la superficie de cilindro después del revenido y el endurecimiento por inducción del cilindro.

Descripción detallada

Introducción

La invención se refiere, en general, a un cilindro forjado 1 que tiene, preferentemente, un peso de más de 400 kg o, como en realizaciones para aplicaciones comunes por ejemplo un peso de más de 1000 kg. El cilindro de acuerdo con la invención se produce de acuerdo con un método de producción de cilindros forjados que, en sus etapas generales, es conocido psr se pero está adaptado especfficamente de acuerdo con el concepto de la invención para

ser capaz de producir un cilindro de acuerdo con la invención.

La invención se refiere principalmente a cilindros con un peso entre 400 kg Y 10000 kg. El cilindro de acuerdo con la invención tiene un diámetro 2 de tipicamente más de 200 mm y, por ejemplo entre 215 y 800 mm, y una longitud del cuerpo del cilindro 8 trpicamente entre 1 y 3 metros y Llna longitud máxima tipicamente de aproximadamente 6 metros incluyendo los cuellos 10. El cilindro 1 tiene una c;Elpa de trabajo 4 que corresponde a una parte de la capa externa y trpicamente varia entre 20 mm y 120 mm de diámetro, dependiendo de la aplicación del cilindro especifico y/o dependiendo del diámetro total del cilindro 2. Habitualmente, la parte del 1/6 externo 6 del diámetro 2 del cilin<i"o se denomina como la capa de trabajo 4 del cilindro 1, véase la figura 1. La parte del 1/6 externo 6 del diámetro 2 del lingote 34 también se denomina como la capa de trabajo 4 del lingote 34 en el texto.

Existen problemas y desaflos especiales implicados en la fabricación de cilindros fOrjados grandes debido a los esfu.erzos internos implicados cuando se forman estas grandes piezas de los cilindros. Un cilindro con un diámetro más pequeño no necesitarla el mismo tratamiento dado que los esfuerzos internos son menores yesos cilindros no son tan propensos a, por ejemplo, explotar durante el endurecimiento.

El proceso de producción de cilindros 12 de acuerdo con la invención es crucial para fabricar un cilindro 1 de este tamaño de acuerdo con la invención. Las propiedades mecánicas mejoradas tales como bajos esfuerzos internos residuales del cilindro de la invención resultan del prOCE*¡O da producción de cilindros 12. Para conseguir el bajo nivel de esfuerzos internos residuales del ciHndro resultant1e, los esfuerzos internos inducidos por gradiente térmico y transformación alotrópica tienen que minimizarse en todns las fases de los procesos de producción a través de colada, forja, tratamientos térmicos y maquinado. La microestrudura del cilindro 1 de acuerdo con la invención comprende martensita revenida con una tasa de austenitfl residual inferior al 5% en volumen debido al proceso de producción del cilindro y debido a la composición qufmica ele acuerdo con la invención.

El proceso de producción de cilindros de acuerdo con ta invención comprende una selección de las siguientes etapas básicas mostradas esquemáticamente en el diagrama de nujo de la figura 2:

14. Proporcionar una composición de acero

16. Fabricar un lingote 34

18. Forjar dicho lingote 34 en un cilindro 1

20. Tratamiento térmico preliminar de dicho cilindro 1

22. Desbastar dicho cilindro 1

24. Endurecer por inducción dicho cilindro 1

26. Tratamiento térmico de templado de dicho cilindro 1

28. Maquinar dicho cilindro 1

Se obtienen productos intermedios despues de las etapa!> respectivas. Parámetros de control especlficos as! como una composición quimica del cilindro se seleccionan para :producir un cilindro de acuerdo con la invención.

5

ProceSo de producción de cilindros

la presente invención se refiere a un cilindro forjado (1) producido mediante un proceso que comprende las etapas de:

a. Proporcionar una composición de acero de acuerdo con la reivindicación 1;

1 O

b. Fabricar un lingote manteniendo una velocidad de solidificación superior a 15°Clmin en la capa de trabajo del lingote en el intervalo de solidificación;

c_ Forjar el lingote en un cilindro;

d. Endurecer el ci~ndro mediante calentamiento por inducción;

e. Revenir el cilindro;

consiguiendo de este modo una microestructura del cilindro (1) que comprende:

15

martensita revenida con una tasa de austenita residual menor del (» 5% en volumen;

y

una red abierta de carburos eutécticos con carburos eutécticos de menos del (»

5% en volumen;

y en la que el cilindro (1) muestra:

una dureza de más de 780 HV; y

20

esfuerzos de compresión internos de menos de -sao MPa en valores absolutos.

En el que la composición quimica provista de acuerdo con la invención usada en combinación con las etapas del proceso descritas de acuerdo con la invención da al cilinclro de acuerdo con la invención las propiedades deseadas en la micro estructura del cilindro de acuerdo con la invención.

Un proceso de fabricación de un cilindro forjado de acuerdo con la invención comprende las siguientes etapas:

2S

Etapa 14: Provisión de una CQmposición de acero.

En una realización de la invenci6n, la composici6n de acero comprende una aleación que comprende o está constituida por los siguientes constituyentes indicados en % en peso tal como se enumeran en la tabla 1 En la tabla 1, se explican el impacto de los constituyentes y el efecto del cilindro de la invención que se consigue mediante los constituyentes seleccionados y los intervalos especfficos.

30

Elementos quimica e Mo

de la composición Aleación de acuerdo oon realizaciones: de la presente invención -% en peso. 0,8-0,99 0,2 -0,5 Impacto (efecto) del intervalo de acuerdo con la invención El carbono es el elemento de aleación más importante e influyente en el acero. Además del carbono, sin embargo, cualquier acero no aleado contendrá silicio, manganeso, fósforo y azufre, que se producen involuntariamente durante la fabricación. La adición de elementos de aleación adicionales para conseguir efedos especiales y un incremento intencionado de los contenidos de manganeso y silicio da como resultado acero de aleación. Con el incremento del contenido de e, la resistencia y endurecibilidad del acero se incrementan, pero su ductilidad, forjabilidad, soldabilidad y maquinabilidad (usando herramientas de máquina de corte) se reducen. En la invención, el nivel de e es menor del 1 % para evitar la formación de una red cerrada de carburos eutécticos demasiado grande. El manganeso desoxida. Se mezcla con el azufre para formar sulfuro de Mn, reduciendo de este modo el efecto no deseable del sulfuro de hierro. Esto es de particular importancia en acero de decoletaje; reduce el riesgo de fragilidad al rojo. El Mn reduce de forma muy pronunciada la velocidad de enfriamiento critica, incrementando de este modo la endurecibiHdad. El limite de ftuencia y la resistencia se incrementan mediante la adición de Mn y, además, el Mn afecta dA forma favorable a la forjabilidad y la soldabitidad e incrementa de forma pronunciada profundidad de penetración del temple. En la invención Mn se mantiene por debajo del 0,5% para evitar una fragilidad excesiva.

s;

0,2 -2,0 El silicio está contenido en todo el acero de la misma manera que el manganeso, dado que los minerales de hierro incorporan una cantidad de éste de acuerdo con su composición. En la propia producción del acero, el silicio se absorbe en el fundido de los revestimientos de hornos refractarios. Pero solamente se denominan aceros al silicio aquellos aceros que tienen un contenido de Si > 0,40%. El Si no es un metal, sino un metaloide como lo son también , por ejemplo, el fósforo y el azufre. El Si desoxida. Habida cuenta la significativa reducción de la conductMdad eléctrica, la intensidad del campo coercitiva y la baja pérdida de vataje, el Si se usa en aceros para chapa fina de calidad eléctrica. Por consiguiente, en la invención, un nivel demasiado elevado de Si influye en la respuesta a la Corriente de Eddy durante la inspección del cilindro que conduce a una posible lectura incierta y debe mantenerse por debajO del 1,5%

s

< 0,015 El azufre produce la segregación más pronunciada de todos los elementos adjuntos del acero. El sulfuro de azufre, conduce a fragilidad al rojo o fragilidad en caliente, dado que los eutécticos de sulfuro de bajo punto de fusión rodean a los granos de forma reticular, de modo que solamente se produce una ligera cohesión de estos últimos y, durante la formación en caliente, los limites de los granos tienden a romperse. Esto se incrementa adicionalmente mediante la acción del oxigeno. Dado que el azufre posee una afinidad considerable por el manganeso, se combina en forma de sulfuro de Mn, dado que éste es la menos peligrosa de todas las inclusiones existentes, estando presente distribuido en forma de puntos en el acero. La tenacidad en dirección transversal es reducida significativamente por el S. Debe mantenerse al nivel más bajo.

p

< 0,015

7,0 -13,0

El fósforo se considera habitualme"lte como un parásito del acero, dado que P produce una segregación primaria pronunciada en la solidifICaci6n del fundido 'J la posibilidad de segregaci6n secundaria en estado sólido debido a la restricción pronunciada de la fase gamma. Como resultado de la velocidad de difusión relativamente baja, tanto en el cristal alfa como en el gamma, la segregación que se ha producido solamente puede corregirse con difICultad. De acuerdo con la invenci6n, el P debe mantener al nivel mas bajo, preferentemente <0,015% en peso.

El cromo hace a los aceros endurecibles en aceite 'J al aire. Mediante la reducción de la velocidad critica de refrigeración necesaria para la formación de martensita, incrementa la endurecibilidad, mejorando de este modo su susceptibilidad al endurecimiento 'J el revenido. La tenacidad al entalle se reduce sin embargo, pero la ductilidad sufre s610 muy ligeramente. La resistencia a la tracci6n del acero se incrementa en 80-100 N/mm2 por 1% de Cr. El Cr es formador de carburos. Sus carburos incrementan la capacidad de corte 'J la resistencia al desgaste. La propiedad de resistencia a alta temperatura es promovida por el cromo. El elemento restringe la fase gamma y, de este modo, amplia el intervalo de ferrita.

Con un contenido de Cr superior al 13%, tienden a fonnarse carburos eutécticos extendidos.

Con un contenido de Cr inferior al 7%, el nivel de dureza sigue siendo demasiado bajO para aplicaciOn de laminaci6n en fria debido a un déficit de mecanismos de endurecimiento secundario.

Mo

0,6-1,6 El molibdeno se alea habitualmente junto con otros elementos. la reducción de la velocidad de enfriamiento critica mejora la endurecibilidad. El Mo reduce significativamente fragilidad del revenido y promueve la formación de grano fino. El incremento del límite de fluencia y la resistencia. Fonnador de carburos pronunciado; las propiedades de corte con acero de alta velocidad mejoran de este modo. Restricción muy grave de la fase gamma. Resistencia a temperatura elevada incrementada. Con un contenido de Mo incrementado, la fo~ab¡lidad se reduce. Por consiguiente, su contenido se mantiene por debajo del 1,6% para evitar la formación perjudicial de ferrita delta.

<1 ,0

El nlquel en acero produce un aumento signifICativo de la tenacidad al entalle, lnduso en el intervalo de baja temperatura, y se alea por lo tanto para inaementar la tenacidad en aceros carburiZado5, tratables térmicamente y de tenacidad a temperatura bajo cero. El Ni no es fonnador de carburos.

v

>1-3 El vanadio refina el grano primario y de este modo la estructura de la colada. Formador de carburos pronunciado, proporcionando de este modo un nivel de dureza compatible con el proceso de laminación en frío, ina-emento de la resistencia al desgaste, elevada capacidad de corte y resistencia a temperatura elevada. Se usaba, por lo tanto, principalmente como elemento de aleación adicional en aceros de alta velocidad, formación en caliente y resistentes a la deformación por fluencia. Mejora significatiVa de la retención del revenido, reducción de la sensibilidad al sobrecalentamiento. El V restringe la fase gamma y desplaza el punto de Curie a temperaturas elevadas. Con un contenido de V inferior al 1%, el nivel de dureza permanece bajo respecto al proceso de larninación en frío. Con un contenido de V mayor del 3%, la maquinabmdad del acero se vuelve prohibitiva para el proceso de laminación en frto.

w

0,0 -2,0 El tungsteno es un formador de

carburos muy pronunciado (sus

carburos son muy duros) y restringe

la fase gamma. Mejora la tenacidad

e impide el crecimiento del grano. El

W incrementa la resistencia a

temperatura elevada y la retención

del revenido asl como la resistencia

al desgaste a temperaturas

elevadas (calor al rojo) y por lo tanto

la capacidad de corte. Se alea, por

lo tanto, principalmente a aceros

para herramientas de alta velocidad

y de formación en caliente, asr como

tipos de acero resistentes a la

deformación por ftuencia y a aceros

ultraduros.

Ti

0,0 · 1,0 El titanio debido a su muy fuerte

afinidad por oxigeno, nitrógeno,

azufre y carbono, el Ti tiene una

acción desoxidante pronunciada,

desnltrificante pronunciada y de

formación de carburos pronunciada.

Usado ampliamente como formador

de carburos. También posee

propiedades de afino de grano. El TI

restringe la fase gamma de forma

muy pronunciada. A concentración

elevada, conduce a procesos de

precipitación y se añade a

aleaciones magnéticas permanentes

a causa de la consecución de

intensidad de campo coercitiva

elevada. El Ti incremente la

resistencia a la rotura por

deformación por fluencia a través de

la formación de nitruros esféricos.

Finalmente, el Ti tiende de forma

pronunciada a la segregación y la

fonnaci6n de bandas.

Nb

0,0 -0,5 El niobio (Nb) y el tántalo (la) se

producen casi

Ta

0...Q...O,5 exclusivamente juntos y son muy

dinales de separar uno del otro, de

modo que habitualmente se usan

juntos. Formadores de carburo muy

pronunciados, por lo tanto se

aleaban particulannente como

estabilizantes de aceros resistentes

a productos quimicos. Ambos

elementos son formadores de ferrita

y, por lo tanto, reducen la fase

gamma. A causa del incremento de

resistencia a temperatura elevada y

resistencia a la rotura por

deformación por "uencia debido a

Nb.

z,

0,0.0,5 El circonio es un formador de carburos; uso m etalúrgico como elemento de aleación para desoxidación, desnilTificaciÓfl y desulfurad 6n, dado que deja minimos productos de desoxidación tras de si. Las adiciones de Zr a aceros de decoletaje portadores de azufre completamente desoxidados tienen un efecto favorable sobre la formación sulfuro y. por lo tanto, la prevenci6n de fragilidad al rojo. Incrementa la \/ida de materiales conductores de calentamiento y produce restricción de le fase gamma.

y que comprende opcionalmente además, ~. N:2. Ú2. Al, Cu, cada uno en cantidades infenores al 0,4% en peso; y

en

el que la parte restante de la composición de acero es adecuadamente Fe, aparte de elementos fortuitos e

impurezas posiblemente inevitables.

5

En una realización de la Invención. la composición de acero comprende, en términos de % en peso,

del 0,8 a menos del (»

1% de e,

del 0,2 al 0,5% de Mn,

del 0,2 812,0% de Si,

del 7,0 8113,0% de Cr,

10

deIO,6aI1 ,6%deMo,

rnlIs del (»

1,0 al 3,0% de V,

en la que la parte restante del acero es sustancialmente Fe, aparte de impurezas inevitables.

Un cilindro con una composición de acero constituida por, en ténninos de % en peso;

del 0,8 a menos del (»

1% de e ,

15

del 0,2 al 0,5% de Mn,

del 0,2 al 2,0% de Si,

del 7,0 al 13,0% de er,

del 0,6 al 1,6".6 de Mo,

rnlIs del (» 1,0 al 3,0% de V,

2 O

menos del (» 0,015% de P, y

menos del (» 0,015% de S, y

menos del (»1% de Ni

menos de 30 ppm de 0 2, y

menos de (»

100 ppm de N2, y

25

menos de (»3 ppm de H2

menos del (»2% de W , y

menos del (»

1% de Nb, y

menos del (»

1% de Ti, y

15

1 O

2 O

4 O

menos del (» 0,5% de Ta, y menos del (» 0,5% de Zr, siendo la parte restante del acero sustancialmente Fe e impurezas inevitables;

El cilindro de acuerdo con la invención, en el que El! contenido de C en la composición de acero está entre e!

0,8 Yel 0,99% de C en terminas de % en peso del peso total del cilindro. El cilindro de acuerdo con la invención, en e! que El! contenido de C en la composición de acero está entre el 0,85 y el 0,9% de C en términos de % en peso del peso total del cilindro.

El cilindro de aOJerdo con la invención, en el que el contenido de Mn en la composición de acero está entre el 0,4 Yel 0,5% de Mn en términos de % en peso del peso total de! cilindro.

El cilindro de acuerdo con la invención, en el que EII contenido de Si en la composición de acero está entre el 0,2 Yel 1,5% de Si en términos de % en peso del pE!SO total del cilindro.

El cilindro de acuerdo con la invención, en el que E~ contenido de Si en la composición de acero está entre el 0,85 y el 1, 15% de Si en términos de % en peso del peso total de! cilindro.

El cilindro de acuerdo con la invención, en el que E~ contenido de Cr en la composición de acero está entre el 7,0 Ye111% de Cr en términos de % en peso del peso total del cilindro.

El cilindro de acuerdo con la invención, en el que E~ contenido de Cr en la composición de acero está entre e! 7,3 Ymenos del (» 8,0% de Cr en términos de % en peso del peso total del cilindro.

El cilindro de acuerdo con la invención, en el que el contenido de Mo en la composición de acero está entre el 1,45 y el 1,55% de Mo en términos de % en peso dE!1 peso total del cilindro.

El cilindro de acuerdo con la invención, en e! que el contenido de Ni en la composición de acero es menos del (» 0,3 de Ni en términos de % en peso del peso tot~1 del cilindro.

El c~indro de acuerdo con la invención, en el que ni contenido de V en la composición de acero está entre e!

1,3 Yel 2, 1% de V en términos de % en peso del peso total del cilindro. El cilindro de acuerdo con la invención, en e! que el contenido de V en la composición de acero está entre el 1,3 y el 1.6% de V en términos de % en peso del pe:!>O total del cilindro.

Un cilindro de acuerdo con la invención, en el que la composición de acero está constituida por, en términos de % en peso: del 0,8 al 0,99% de C, y del 0,4 al 0,5% de Mn, y del 0,2 al 1,5% de Si, y del 7,0 al 11% de Cr, y del 0,6 811,6% de Mo, y

menos del (:» 1,0% de Ni, y del 1,0 aI2.1% de V. y menosdel(:»0,015%deP, y

menos del (:» 0,015% de S, y menos de 30 ppm de 02, y menos de (» 100 ppm de N2, y

menos de (:» 3 ppm de H2, y

siendo la parte restante del cilindro sustancialml~nte f:e y posibles impUre7.8S fortuitas y/o posiblemente inevitables_

Un cilindro de acuerdo con la invención, en e! que la composición de acero está constituida por, en términos de % en peso:

1 O

del 0,85 al 0,9% de e, y del 0,4 al 0,5% de Mn, y del 0,85 a11 , 15% de Si, y del 7,3 a menos del (» 8,0% de er, y del 1,45 al 1,55% de Mo, y menos del (» 0,3% de Ni, Y del 1,3 -1,6% de Vy menos del (» 0,015% de P, y menos del (» 0,015% de S, y menos de 30 ppm de 02, y menos de (» 100 ppm de N2, y menos de (» 3 ppm de H2, y siendo la parte restante del cilindro sustancialmente Fe y posibles impurezas fortuitas y/o posiblemente

inevitables. Etapa 16: Fabricaci6n 16 de un lingote de forma cillndrica 34 En una aplicación tlpica de la invención, un producto intermedio, el Ungole 34 produddo de acuerdo con el método de la invención preferentemente tiene un diámetro 32 de entre 450 y 1100 rrm, una longitud 30 de hasta 6 metros y un peso entre 400 y 30000 kg, véase la figura 3. El método de fabricadón de un Mngote 34 de acuerdo con la invención implica usar una técnica Que permita una rápida refrigeración durante la fabricación del lingote 34. Por ejemplo, el lingote 34 puede producirse usando diferentes técnicas de formación de lingotes. Las técnicas de fabricación adecuadas son aquellas que son capaces de ser controladas para conseguir y mantener una velocidad de solidificación mlnma especifica.

De acuerdo con realizadones de la invención, la velocidad de solidificación promedio está controlada para ser superior a 15°Clmin en la superficie y, preferentement4~, también superior a 100Clmin en el núcleo durante la formación del lingote. Preferentemente, esta velocidadl de solidificación se mantiene mientras se controla la refrigeración del material del lingote en el ¡ntetvalo de sCllidificaci6n que puede estar, por ejemplo. entre 14000c y 12O()OC. En otras realizaciones de la il1\lención, la velocidad de solidificación promedio está controlada para ser superior a 35°C Imin en la capa de trabajo en el intervalo de solidificación.

Desde un punto de vista prádico generalmente es dificil conseguir velocidades de solidificación muy elevadas cuando se implementa la invención. Realizaciones adicionales de la invención comprenden la velocidad de solidificación promedio en la capa de trabajo asl como en el nudeo que está controlada para estar en el intervalo de 15OC/min a 55°C /min, o como alternativa de 35°C /min a 5SOC/min, o como alternativa de 45 oC min a 55°Chnin.

Técnicas que se usan en la il1\lención para controlar el proceso con respecto a los parámetros de solidificación de acuerdo con la invención son, por ejemplo, diferentes tipos de horno de afino por eledroescolia (ESR), por ejemplo mover fusión de ESR moldeada o revestimiento de ESR o técnicas de formación por pul\leri2:ación, etc.

Un lingote fabricado usando una velocidad de solidificac:ión y una composición Qulmica tal como se describe en cualquiera de las realizaciones anteriores de acuerdo con la Invención tiene las siguientes caracterfsticas: Macroestrudura dendrltica muy fina. Uniformidad de composición Qufmica. carenCia de segregaCiones maaosoopicas y vetas oscuras en las capas inteflTledias.

Sin segregaciones secundarias. Además, un lingote fabricado usando un proceso de acuerdo con la il1\lención tiene las siguientes ventajas en el produdo laminado:

Eliminación del efecto de "pIel de nara~aM (est:é constituido por el aspecto de los patrones de dendrita debido a la diferencia de desgaste de la zona inte:rdendrftica).

Sin problemas de poros.

Acabado de superficie muy brillante.

Homogeneidad de la textura obtenida mediante teldurizaci6n.

Ausencia de marcas relacionadas con la heterogeneidad de la estructura.

En una realización de la invención, se usa un horno de atino por elec1roescoria (ESR) para la fabricación del lingote 34 de acuerdo con la invención, para una ,,",sta esquemética véase la figura 4. 8 horno de afino por electroescoria (ESR) es capaz de fundir aproximadamente 300-1100 kgIh, Y comprende una pinza de electrodo 36, un lanzador 38, un electrodo 40, una salida de la camisa de refTigeraci6;n 42, una entrada de la camisa de refrigeración 50 para enfriar el agua. En el ESR, el lingote se forma fundiendo el electrodo 40 y, por lo tanto, se forman diferentes capas en el material del lingote 48 tal como un baoo de escoriiil 44, que esté ubicado cerca del electrodo, y un baño de metal fundido 46.

El ESR también comprende una placa de partida 52 que lesté refrigerada con agua 54, véase la flQura 4_ La técnica del ESR puede requerir un lingote de partida (electrodo 40) obtenido mediante un proceso de fusión convencional que se fundira de nuevo para formar un lingote 48 de a,cuerdo con la invención la refusión usando el ESR está controlada cuidadosamente para conseguir la velocidad de solidificación promedio de acuerdo con realizaciones de la Invendón, por ejemplo una velocidad de solidificación promedio superior a 150CJmin en la capa de trabajo y tarmién en el núdeo del lingote durante la tonnación del lingote.

El electrodo 40 en el proce$O del ESR se caliente de este modo mediante una corriente eléctrica, por ejemplo una corriente de an.o amperaje pare refundir el acero del electrodo para tonnar un lingote de acuerdo con la invención. la corriente de an.o amperaje del electrodo 40 esté controlada cuidadosamente para controlar la velocidad de refundido y esto también afecta a la velocidad de refrigeración y de este modo a la velocidad de sotidificación. la velocidad de solidificación depende del emperaje de la corriente ~;uministrada al electrodo de acuerdo con una función predeterminada. Bésicamente, cuando mayor sea el amperaje de la corr1ente, mayor seré la potencia suministrada para refundir el electrodo 40 (véase la ley de Ohm). Cuanto mayor sea la potencia suministrada, mayor será la temperatura de la escoria y menor será la velocidad de solidificación.

Manteniendo la velocidad de refusión correcta y temperatura de la escoria, puede conseguirse solidificación direccional con una velocidad de solidificación de acuerdo con la invención en el núcleo y en la capa de trabajo mientras se enfria el lingote en ciertos intervalos. Por ejemplo, en una realizacioo, una velocidad de solidificacioo que de promedio es superior a 150C1min tanto en el núcleo como en la capa de trabajo del lingote mientras se enfrla el lingote en el intervalo de solidificación de 14000c a 12O()DC.

De acuerdo con la invención y como consecuencie de la combinación de la composición de acero y el proceso del concepto de la invención, el contenido de carburos euMcticos en el lingote se mantiene por debajo del 5% en volumen. Esto proporciona una buena maquinabilidad del cilindro resun.ante. la maquinabilidad del c~indro es importante dado que, durante el uso del cilindro final, el rectificado es un procedimiento importante para conseguir la rugosidad adecuada del cilindro respecto al proceso de laminación en frio. Se sabe que una concentración de carburos eutédicos superior al 5% da una maquinabilidad insatisfactoria de dicho cilindro.

Además. otro efecto del bajo contenido de carburos eutédicos es una baja tendencia del cilindro a tonnar polvo durante el funcionamiento en el laminador. En contraste, puede generarse formación de potvo en cilindros que tienen elevadas concentraciones de carburos, lo que es negativo para los productos laminados as! como el entorno de trabajo en el laminador.

Es especialmente importante controlar la velocidad de solidificación cuando se fabrica un lingote a partir de composiciones que comprenden niveles elevados de Cr (por ejemplo 7-13%). la elevada segregación que se obtiene si la velocidad de solidificación en demasiado lentll produce lingotes con aRo contenido en cromo.

Una velocidad de solidificación superior a 15°CJmin durante el intervalo de solidificación cuando se fabrica el lingote da una baja velocidad de segregación que da como resun:ado un contenido de carburos eutécticos inferior al 5% en votumen.

La presente invenci6n so entenderá m6s fácilmente en referencia a los ~uientes ejemplos. Sin embargo, estos ejemplos pretenden ilustrar variantes de realización de la etapa de formaci6n del lingote de la invención y no debe interpretarse que limitan el alcance de la invención.

Ejemplos comparativos

El ejemplo 1 demuestra el erecto que el método de la Invención tiene sobre la micro estructura del cillndro 1 de acuerdo con la invención. El ejemplo 2 es un ejemplo cornparativo. los ejemplos se realizan durante la producción de prototipos de cilindro a escala natural. Los experimentos muestran la importante variación de la distribución de carburos eutéclicos y la forma de la red en el lingote después de la colada dependiendo de la velocidad de

2 O

4 O

solidificación usada, véase los ejemplos y 2 a continuación y la tabla 2. La distribución de carburos eutédicos y la forma de la red que se ve en el lingote permanece en e! elindro final después del forjado y e! revenido de acuerdo con la invención.

Ejemplo 1

Este ejemplo muestra e! efecto sobre la microestrUdura en e! cilindro de acuerdo con la invención cuando se usa una velocidad de solidificación superior a 15"C/min durante la formación de! lingote 34 de acuerdo con la invención.

las figuras 5A-8 muestran un ejemplo de una miao,estructura de LINGOTE 1 de acuerdo con la invención que se fabrica usando un proceso oon una velocidad l::Ie sOlidificación de 5O"'CImin de promedio (en 90 mm de profundidad del lingote) mientras se enfria e! lingote de 1400"C a 1200"C. las celdas eutécticas en el LINGOTE 1 ejemplar de acuerdo con la invenci6n son pequeñas (940, 942), la figura 58 muestra la red fragmentada con una red eutéctica abierta. Véa~.e también la figura 8 para los diferentes intervalos de solldificaci6n en las diferentes partes del lingote, durante la solidificaci6n que muestra la velocidad de temperatura en el nOcleo 82, la parte media del radil) 64, 90 mm 86, 50 nm 88, 30 mm 90 y la superficie 92. La figura 58 es una ampliación de la figura 5A Véase también la tabla 2.

las figuras 6A-8 muestran un ejemplo de una microestructura de LINGOTE 2 de acuerdo con la invenci6n que se fabrica usando un proceso con una velocidad de solidificación de 180CJmin de promedio (en 90 mm de profundidad del lingcie) mientras se enfria el lingc)te de 140O"C a 1200"C. La figura 6 muestra las celdas eutécticas en el LINGOTE 2 ejemplar de acuerdo con la invención, y estas son pequeñas, véase por ejemplo la distancia de sección transversal 1024. Véase también la figura 9 para los diferentes intervalos de solidificación en las diferentes partes del lingote durante la solidil~caci6n 80, que muestra la velocidad de temperatura en el nOcleo 100, la parte media del radio 102, 90 mm 104, 50 mm 106, 30 mm 108 Y la superficie 110. la figura 68 es una ampliación de la figura 6A Véase también la tabla 2.

Conclusión

El método de acuerdo con la invenci6n garantiza la ausencia de segregación en la parte media del radio del lingote. la ausencia de segregaci6n en la parte media del radio (o 516 de la parte intema del diámetro de! cilindro cillndrico) garantiza la integridad del cilindro durante e! proceso de endurecimiento. Una velocidad de solidificadón superior a 150C/min en las capas de trabajo genera, por lo tanto, una microestructura digitiforme que, tal como se ha explicado anteriormente, es mejor en términos de rectificado y contaminación por polvo, véase las figuras 5A-B y la figura 6A

B.

Ejemplo 2

Este ejemplo muestra el efecto de usar una velocidad dl~ solidificación inferior a 15°Clmin durante la formación del lingote TEST 1.

las figuras 7 A-C muestran un ejemplo de una mieroestructura del lingote TEST 1 que se fabrica usando un proceso con una velocidad de solidificaci6n de menor de 15 (dl~ hecho incluso inferior a 10)OCImin mientras se enfrla el lingote en el intervalo de solidificaci6n de 140O"C a 1201J"C. las celdas 700 del lingote TEST 1 comparativo en la figura 7A-C son de mayor tamaño, véase por ejemplo la sección transversal 708 que tiene una longitud de secci6n transversal 708 es mayor que la secci6n transversal méls grande en, por ejemplo, el lingote 1 en el ejemplo 1 de acuerdo con la invención. El lingote TEST 1 también muestra porosidades debidas a la contracci6n 704. la red eutéctica conglomerada gruesa 702 también puede verse en la figura 7A-C. Véase también la tabla 2. la figura 7B-C es una ampliación de la figura 7A.

ConclusiÓn:

Una velocidad de solidificación inferior a 150C1min dentro del intervalo de solidificación da una elevada segregaci6n de los carburos y una red de carburos gruesa 702 la parte media del radio de la estructura del lingote TEST 1 Y también porosidades 704, véase la figura 7A-C. Una elnvada segregaci6n de los carburos y una red de carburos gruesa hace un cilindro de lingote desbastado blanco o un cilindro acabado fabricado mediante un lingote de acuerdo con TEST 1 frágil y, por lo tanto, propenso a e)l:plotar durante el endurecimiento por inducci6n (un cilindro de lingote desbastado blanco) o en el laminador en frlo (cilindro acabado).

El ejemplo 2 también muestra que una velocidad de solidificación inferior a 150C/min también hace al tamai'io de la estructura de celdas eutécticas mayor y más gruesa en comparaci6n con cuando se fabrica un lingote usando velocidades de solidificación superiores a 150CJmin de acuerdo con la invención.

Una velocidad de solidificación superior a 15°C/min durante el intervalo de solidificación cuando se fabrica el lingote da una baja veloCidad de segregaCión que da como resultado un contenido de carburos eutéctioos inferior al 5% en volumen.

VetociciM d. SOUdificaci6n promedio'

C Mn s; C, "'lo Ni V Efecto .segregac:l6nlfonnación de carburos eut6cticos Efodo ..... ,. microestructura

LINGOTE t

5O'Chnin 0,8 0,5 1,0 7,2 1,' " 1,8 Boja velocidad de """..oomol_. 'os "..",... eutéc:tic:os Véase la figura SA· B

UNGOTE2

tS-Chnin O,. 0,5 1,0 7) 1,' " 1,8 Boja ,~ocldad de segregación. "'....01_. '00 carburos eut6ctic08 Vease la figura 6A8

TEST t

<ts-c/mln 0,8 0,5 1,0 7) 1,' " 1,. velocidad ••segregación -Sin control _. los ~-""..."""'" ... V6ase la figura 7Ae

la tabla 2 muestra datos experimentales para ensayo de IngoIes con <lterenle velocidad de soIidificaclOn promedo r> miernas se entrla ellingol:e de t 4OO"C a l2OO"C en 90 mm de profundidad del lingote.

Tabla 2

,.

Ejemplos comparativos

El ejemplo 3 demuestra, por ejemplo, el efecl:o que el métOdo de la invención y la composición química del lingote tienen sobre la microestructura del lingote y, por lo tanto, también sobre el cilindro de la invenciOn. El ejemplo 4 es un ejemplo comparativo. Los ejemplos 3 y 4 mue$tran microestrucl:ura de lingotes prOducidos mediante experimentaciOn en el laboratorio con dispositivo de solidificaciOn controlado y velocidades de refrigeraciOn oontroladas.

la fonna de la red de carburos eutéctica en el lingote resulta afectada dependiendo de la composición qulmica usada, véase tambi6n la tabla 3.

Ejemplo 3

Este ejemplo muestra la microestructura de un LINGOTE 1 prOducido de acuerdo con el método de la invención mediante experimantación en el laboratorio con dispositiva de solidificación controlado y velocidades de refrigeración controladas superiores a 150C/min en el intervalo de sCllidificación. Cuando se usa una composición qulmica que comprende Mo al',4% de acuerdo con la invención, se consigue un sistema de carburos eutédicos abierto 750 en la estructura del lingote, \léase la figura 10A-B. Véase también la tabla 3. Este sistema de carburos eutécticos abierto 750 tal como se ve en el cilindro 1 de acuerdo oon la invención se caracteriza como un patrón de dendritas y las estructuras de carburos eutécticos 752 no está formando red de carburos eutécticos cerrada (tal como en el ejemplo comparativo 4, TEST2) sino que en su lugar forma brazos de dendrita en una red, véase la figura 10A-B que muestra una imagen de la microestrudura de un Hngote con el 1,4% de Mo se produce de acuerdo con el proceso de la invención. Este sistema de carburos eutédicos abierto de acuerdo con la invención hace al cilindro mas fácil de rectificar en comparación con cilindros fablicados usando cantidades superiores al 1,6% de Mo.

Ejemplo 4.

Un lingote TEST2 se fabrica usando un proceso de la invenci6n y una composición donde los principales constituyentes son de acuerdo con las realizaciones anteriores pero con la diferencia de que la composición qufmica difi6l"e de la invenciOn respecto a la cantidad de Me. Este lingote TEST2 se produce de acuerdo con el método de la invenci6n mediante experimentación en el laboratorio cem dispositivo de so~dificaci6n controlado y velocidades de refrig6l"aci6n controladas superiores a 150Clmin en el intervalo de solidificación. En TEST2 la cantidad de Mo es el 2,77%, véase tamblen la tabla 3. Usar una composición qulmica que comprende Mo al 2,77% en el proceso de la invención para producir un lingote hace que el sistema de carburo eutéctico del lingote tenga forma de celda de calburos eutéclic:os cerrados, véase la "gura 11 A-B, Y los carburos eutécticos 852 fonnan partes sustancialmente aisladas 850, como islas o estructuras de celdas segregadas en la figura 11A-B que muestra la microestrudura de TEST2. las zonas blancas en la figura 11A-B representan una matriz; principalmente hierro, la parte de color negro son carburos secundarios.

la excesiva adición de elementos de aleación en TEST2 oonduce a la fonnación de una red de carburos gruesa vinculada a la segregación de carburos. Véase también IEI tabla 3.

2 O

3 O

4 O

e,

Mo Ni

Eledo ..... lo

Volocl.... de

e

M.

Si V

n*:roestruclur.

soIidlftcad6n

Jlfomedio · La figura 11 A-.

....... "" ,..

<,

7,19

TEST2

l a-clmin O••

1,11

2.77

O....

O

de

"'......

eulktic06 cerrada La figura 10 A-S

....... ..,. ,ed

<,

abierta de

LINGOTE 1

18'"CAnin

O••

O.S

7.2

'.0

'..

'.'

carburos

e utécticos.

La tabla 3 muestra datos experimentales para ensayo de lingotes con difefente velocidad de soUditicaci6n promedio(*) mientras se enfrla el lingote de 1400"C a 12OO"C. Los constituyentes diferentes de Mo están dentro de los intervalos tal como se ha descrito anteriormente.

Etapa 18: Forja de dicho IInaote 34 en un ci~ndro

En una aplicación típica de la invención, el lingote 34 fabricado de acuerdo con la etapa anterior de la invención se forja a continuación. En una realización de la invención, 01lin90te 34 se forja en caliente por compresión usando un proceso conocido per se para reducir simultáneamerlte el área de sección transversal y cambiar la forma haciéndolos pasar entre un martillo y un yunque que fomlan el lingote en un cilindro 1 de acuerdo con la invención. Ellingcte se calienta en un horno dedicado, véase la figura 12 para una vista esquemética de la etapa de fClja.

la etapa de forja 18 de acuerdo con la invención incluye las siguientes etapas, véase la figura 12; precalentamiento 56 del lingote 34 durante aproximadamente 6 h a una ternperatura de entre 800 y 12CJOOC o entre 850 y 110O"C. la etapa de precalentamiento 56 implica calentar el lingote 34 desde la superficie todo el recorrido al interior del nücleo dellingcte. La temperatura durante la forja se ajusta dentro del intervalo de 800 y 12000c o entre 850 y 11000C dado que una temperatura superior a 12OQOC conduce a defectos de la estructura del lingCie debido a combustión del cilindro. las razooes para mantener la temperatln del lingote en el intervalo de temperatura indicado son que una temperatura por debajo de BOOOC conduce a la formación de grietas en el lingote. A medida que el lingote 34 se enfrla, se vuerve más resistente y menos ductil, lo quo puede inducir la aparición de grietas si la defOfmación continua.

Después del precalentamiento (etapa 56) del lingote 1, ~tste es forjado (etapa 60) usando una relación de forja de 1,35 a 2,0. la etapa de forja 60 y la etapa de precalentamiento 56 se repiten, denominándose este ciclo de forja habitualmente como un periodo de forjadura 58. Un periodo de forjadura 58 se repite tantas veces como sea necesario para formar un cilindro de acuerdo con la invenci60, véase la figura 12.

En una realización, el cilindro 1 de acuerdo con la invención se forja usando 3-6 periodos de forjadura 58 para forjar el lingQl:e en un lingote desbastado del cilindro. Un lingote desbastado del ci~ndro es un cilindro que tiene la forma de un cllindro pero aún con un cuerpo del ciindro que careee de los tratamientos finales pala convemn.e en un cilindro utilizable en el laminador.

En otra realización, el lingote 34 se forja en varios periodos de forjadura 58, véase la figura 13 para una vista esquemática de la forja de un cilindro:

a) en primer lugar, el lingote 34 se ajusta en tlrea de secci6n transversal en unos pocos o 1-2 periodos de fOl'jadura 58,

b) un cuello del cilindro se fabrica en un periodo de forjadura,

e) el otro cuello del cilindro se forja en el siguiente periodo de forjadura.

La forja de una composición de acero de acuerdo con la invención es més dificil de realizar, debido al elevado contenido de aleación de acuerdo con la invención qua comparado con la forja de grados de calidad de acero convencionales ejemplares.

Durante la forja, el diámetro 32 del lingote 34 se reduce on el 30-50% mientras se fOfja en un cilindro 1 de acuerdo con la invención. Por ejemplo, un cilindro 1 de acuerdo con la invención tiene, preferentemente, un diámetro 2 entre 250 Y 800 mm, véase la figura 1 y un lingote 34 de acuerdo con la invención tiene preferentemente un diámetro 32 entre 400 y 1000 l'TYTl o entre 450 y 1100 rT'ITl.

.~--_._

Es importante que el lingote 34 tenga la miaoestructura de carburos eutécticos deseada formada durante el proceso de fabricaci6n del lingote 34 durante la etapa de solidificación SO. Se muestra que los lingotes 34 con la microestructura de carburos eutécticos de acuerdo con la invención con cantidades de carburos eutécticos inferiores al 5% en volumen son posibles de forjar usando técnicas de foliado en caliente por compresión. Usando un lingote formado con otro proceso, por ejemplo con una velocidad de solidificación inferior a 15"Clmin hace que estos grandes cilindros conduzcan a explosión durante endurecimiento por inducción o en el laminador.

Etapa 20:Tratamiento térmico preliminar de dicho cilindro

En el proceso de fabricación de la invención, el cilindro so trata con una etapa preliminar de tratamief1to térmico. En una realización de la invención, el cilindro se calienta a entre 700"C y 11000c durante el tratamiento térmico preliminar 20 de acuerdo con la invenci6n en un horno ya continuaci6n el cilindro se mantiene a esa temperatura durante cierto tiempo hasta que se ha producido una difusión de hidrógeno satisfactoria. El tratamiento térmico preliminar (normalizaci6n y recocido esferoidal) se realiza para mejorar la maquinabilidad del cilindro.

Etapa 22: Desbastado 22 de dicho cilindrQ

En el proceso de fabricación de la invenci6n, el cilindro se trata mediante una etapa de desbastado 22. El desbastado 22 del cilindro formado 1 de acuerdo con la irwenci6n significa retirar la capa externa del ciijndro fo~ado. En una realizaci6n de la invenci6n, la capa externa se retira durante el desbastado. El ci~ndro se denomina un li ngote desbastado negro antes de ser tratado para el desbastado. Retirando la capa de oxidación en la superficie del cilindro, el cilindro de lingote desbastado negro se transforma a continuaci6n en un lingote desbastado blanco.

Etapa 24: Endurecjmiento por induCCi6n de dicho cilindro 1

En el proceso de fabricaci6n de la invención, el cilindro se trata mediante endurecimiento por inducci6n. Durante el endurecimiento por induccl6n del cilindro, se fonna la superficie dura del cilindro. Véase la figura 14 para una vista esquemática de la etapa de endurecimiento por inducci6n.

En una realizaci6n de la invención, el cilindro se mueve lentamente hacia abajo mientras se aplica una corriente eléctrica o frecuencia de voltaje entre 50 y 1000 Hz a través de la disposición de inductores 70 durante la etapa de endurecimiento por inducción. El cilindro 1 se enfrra us.ando refrigeración por agua 72 después de la etapa de calentamiento, véase la figura 14. la superficie dura formada también se denomina la capa de trabajo 4 del cilindro y es aproximadamente 116 (v6ase la figura 1, nUmero 6) del! dillmel.ro total 2 del cilindro 1. la superficie del cuerpo del cilindro se calienta rápidamente cuando desciende a través de una serie de indudores que comprenden bobinas eléctricas que conducen a una caja de enfriamiento. la Úlpida penetración del calor del calentamiento por inducción y el enfriamiento rápido inmediato usando agua produce una capa definida de dureza uniforme de la superficie del cilindro. Tanto los cuellos como el núcleo del cilindro permanecen a baja temperatura durante todo el proceso. Durante el endurecimiento por inducción, frecuencias tfph::amente entre 50 y 1000 Hz se aplican sobre la superfICie del cilindro 1 y una frecuencia seleccionada entre las partes inferiores de ese intervalo da una capa de trabajo más profunda 4 del cilindro 1. Otros factores que afectan a la profundidad de la capa de trabajo fonnada son el espacio entre indudores 70 (si se usan varios indudores). Tambi4tn el espacio o la distancia entre el inductor 70 y el cilindro 1 afecta a la profundidad de la capa de trabajo formada 4. la etapa de endurecimiento por indUCCión 24 de acuerdo con la invención podrla ser de frecuencia individual, doble o de más frecuencias.

El cilindro de acuerdo con la invenci6n explota usando técnicas de endurecimiento convencionales y el calentamiento por inducci6n es la técnica más adecuada para el endurecimiento del cilindro de acuerdo con la invenci6n. El enfriamiento del clllndro 1 durante el endurecimiento por inducción 24 se realiza mediante un flujo elevado de agua frra.

En una realización de la invención, el endurecimiento por inducción 34 se realiza mediante doble endurecimiento por Inducción y el enfriamiento del cilindro 1 después del endurecimiento por inducciÓn 24 se realiza mediante un flujo elevado de agua que tiene una temperatura de 4O"C y es transportada a un flujo de aproximadamente 300 m31h y el cilindro se mueve hacla abajo a una velocidad de 0,3 mm a 1 mm/s.

En una realización, la etapa endurecimiento por inducción 24 dura entre 0,5 y 2 h.

Etapa 26: Revenido de dicho cilindro

En el proceso de fabricación de la invención, el citindro 1 ftS revenido. El propósito da la etapa de revenido es reducir la fragilidad del cilindro y ajustar el nivel de dureza. Lu etapa de revenido 26 es una etapa crucial durante la formación del cilindro, dado que reduce los esfu8fZoS intomos. Durante la etapa de revenido, el cilindro alcanza su microestrudura final mediante difusión y precipitación secundaria de carburos. Se aplica refrigeración por aire entre las etapas de calentamiento de revenido. los cilindros SEI revienen preferentemente 3 veces a de 450 a 530OC. la etapa de revenido hace que el citindro obtenga el nivel de dureza requerido superior a 780 HV o entre 780 y 840 HV. El control preciso del tiempo y la temperatura durante el proceso de revenido son criticas para conseguir un metal con microestructura bien equ~ibrada ejemplo martensita revenida, de modo que el cilindro fabricado de acuerdo con el proceso de la invención después del revenido comprende martensita revenida con una tasa de austenita residual Inferior al 5% en volumen.

Etapa 28: Maguinado de dicho cilindro

En el proceso de fabricadón de la invención, el cilindro es tratado preferentemente mediante una etapa de

5 maquinado 28 antes de usarlo en el laminador. Por ejemplo en el laminador, se realiza un tratamiento de superficie especifico de aplicación del cilindro mediante rectificado y otros tratamientos de superficie para conseguir la rugosidad deseada y la fricción relacionada en la superficie del cilindro. los ejemplOS de tratamientos de superficie del cilindro son, por ejemplo: Texturizaci6n por rayo láser (LBT), Texturización por haz de electrones (EBT) o texturización por electrodescarga (EDT).

lOEn una realización, el cilindro se trata mediante tratamiento de superficie por rectificado y texturización por electrodescarga (EDT). Las figuras 15 A-B muestran la mia-oestrudura de la superficie de un cilindro que comprende una composición baja en cromo después die la texturización por electrodescarga. Las figuras 15C-D muestran la mia-oestructura de la superficie del cilindro de acuerdo con la invención después de la texturización por electrodescarga. Debajo de la capa blanca 300 en la figura 15 D, están la capa re-austenitizada y una zona

15 ablandada más fina, dado que este grado tiene una ternperatura de revenido elevada. También se observa que dentro de la capa blanca en la figura 15 D, los carburos eutécticos 302 no han resultado afectados por la energla de arco eléctrico. Para comparación, estas dases de carburos no están presentes en eJ cilindro descrito en la figura 15 A-B. El cilindro de acuerdo con la invención tiene mejores propiedades y rendimiento que un cilindro de grado convencional (véase la figura 15 A-B) debido a la presencia de los carburos eutédicos duros en la capa blanca.

2O la figura 18 muestra una figura más esquemática de la figura 15D, que representa la mia-oestructura de la superficie de un cilindro de acuerdo con la invenciÓn en la que los carburos eutédicos recién formados 302, formados debido a la refusión, están presentes dentro de la capa blanca 304. También se muestran los carburos eutédicos formados previamente 300 en la figura 18. La superficie del cilindro en la figura 18 ilustra qué aspecto tiene la superficie después de la texturizacioo por electrodescarga de acuerdo con la invendón. La escala 306 representa 5..,n.

25 Un cilindro 1 de acuerdo con 'a Invención fabricado mediante el proceso descrito anteriormente

Un cilindro tlpico de acuerdo con la invención tiene un diámetro de entre 215 y 800 mm o entre 250 y 700 mm, la longitud total induyendo los cuellos es de hasta 6 metros,. en la que la longitud del cuerpo del cilindro está entre 1-3 metros. El peso tlpico del cilindro está entre 400 y 10000 kg. La microestrudura de un cilindro de acuerdo con una realización de la invención se caracteriza por comprender martensita revenida con una tasa de austenita residual

30 inferior al 5% en volumen, yen la que el cilindro comprende una red abierta de carburos eutécticos de menos del 5% en volumen de carburos eutédicos; y el cilindro (1) muestra una dureza entre 780 y 840 HV; y esfuerzos de compresión internos de entre -300 y -500 MPa. Estas propiedades del cilindro se deben al proceso de producción de cilindros de la invención y también se deben a la composición qulmica del cilindro de acuerdo con la composición qufmica de la invención.

35 El cilindro de acuerdo con la invenciÓn está diseftado para usarto en un laminador de bandas en frfo que requiere cilindros que soporten presiones elevadas. El cilindro de acuerdo con la invención está diset\ado para usarto en el laminador de bandas en frío como un cilindro de trabajo y es adecuado en cualquier montante della-ninador en el proceso de laminadón y es adecuado en laminadores de 2alturas a 6alturas y puede tener una rugosidad en la superficie de 0,3-0,5 ~que se requiere en los montante-.> del laminador de acabado a una rugosidad de 1,5-2,5 ~

4 O que se requiere en los montantes del laminador iniciales,

La presente invención se entenderá más fácilmente mec:tiante referencia a los siguientes ejemplos. Sin embargo, estos ejemplos pretenden ilustrar las propiedades del cilindro de la invención y no debe interpretarse que limitan el alcance de la invención.

En la tabla 4, se comparan diferentes cilindros con el cilindro de acuerdo con la Invención. TOdos los ct1lndros 45 comprenden Mn en cantidades entre el 0,2-0,5% en peso.

Oos ejemplos de la jnvenciÓn

El CILINDRO 1 de acuerdo con la invención en la tabla 4 se fabrica usando el proceso de acuerdo con la invención, usando una velocidad de solidificación de més de 1SOC/min en la capa de trabajo durante el intervalo de solidificación y también usando el calentamiento por inducdón usando una frecuencia de 50 a 250 HZ Y reviniendo 3

50 veces a de 450 a 53QDC,

El CILINDRO 2 de acuerdo con la invención en la tabla 4 se fabrica usando el proceso de acuerdo con la invención, usando una velocidad de solidificación de 180C/mln en la capa de trabajo durante el intervalo de solidificación y también usando el calentamiento por inducción usando ,una frecuencia de 50 a 250 HZ Y reviniendo 3 veces; en primer lugar a 4000c, a continuación a 49O"C y en el último revenido a 4800C. la figura 19 muestra la 55 microestructura de un cilindro después del revenido y el endurecimiento por inducdón, muestreado a una

profundidad de 4 mm de la superficie del CILINDRO 2. La microestIudura 1034 con la red eutédica abierta y los carburos eutédicos 1032 del cilindro también se muestra en la figura 19.

Cilindro

e e, Mo V Nivel promedio de du..... (HV) Pico de endurecknienlo secundario Notas

TEST4

0,6 5 1,1 0,25 700 No A ablandar para cilindro de trabajo en aplicación de laminación en frio

TESTS

0,8 10 1,1 0,25 73IJ Ugeramente A ablandar para montante del laminador tardloconveniente en montante del laminador temprano

TEST6

0,7 5 2 0,5 750 ligeramente Imposible de producir. Rechazo debido a la formación de ferrita delta a temperatura elevada durante el periodo de forjadura. Véase la figura 16 A-D que muestra defectos perjudiciales 502 en uo cilindro generado durante la fabricación de cilindros coo bajo contenido en cromo. Los efectos perjudiciales 502 son, por ejemplo, porosidades y contracción.

TEST7

0,9 8 2 2 820 Abruptamente Adaptado para laminación en ,"o (requerido para laminación de aluminio)

CIUNDR01

0,9 8 1,5 1..45 800 Abruptamente Adaptada po," laminación en fria y fácil de rectifICar en comparación con TEST 7, por ejemplo.

CIUNDR02

0,87 7,8 1,5 1,5 800 Abruptamente Adaptadop.'"laminación en fria y fácil de rectificar en comparación con TEST 7, por ejemplo.

El contenido de Mn para los cilindros en la tabla 4 estfln todos dentro del intervalo de 0,4 a 0, 5, el contenido de Si para los cilindros en la tabla 4 están todos dentro del intervalo de 0.2 a 2,0, Ni está siempre por debajo del 1%.

APlicaciones del cilindro las aplicaciones en las que los cilindros son adecuados son:

Industria del aJuminio: 5 Montantes del laminador individuales de 4 alturas sin laminador inverso Industria del acero:

Inversión de montante del laminador individual 4 alturas

4 Y 5 montantes del laminador en tándem 4 alturas para chapa fina en proceso continuo y discontinuo

4 y 5 montantes del laminador en tándem 4 alturas para hojalata 10 Laminador en tándem 6 alturas para chapa fina Uso del cdinctTo

El cilindro forjado de acuerdo con la invención es adecuado para usarlo, por ejemplo, como un cilindro de trabajo o cilindro intermedio en laminadorM de laminación en fria o, por ejemplo, en;

laminadores de reducción por laminaci6n en fria para montantes del laminador tempranos y de acabado, 15 montantes del laminador reversibles y no reversibles para hojalata, d\apa fina, acero al silicio, aluminio o

""br"

laminadores endurecedores y/o acabadores de IaminaCl6n en frlo : Configuraciones de laminador tales como montantes del laminador de 2 alturas, 4 alturas y 6-altura con superficie texturizada o sin textunzar. 20 laminación en fria de grados de calidad de acem AHSS. Superficie del cilindro

Textura dala superficie

3 O

4 O

Un problema con tos cilindros conocidos es que la teldura de superficie se desgasta durante el uso del cilindro. La textura de superficie es importante, dado que garantiza el coeficiente de fricción para evitar deslizamiento y/o descarrilamiento de la banda. Además, detennína la te'dura de la superficie de la banda que da las propiedades superficiales cruciales para el dibujo en profundidad y el pIntado de la banda laminada. Los cilindros de acuerdo con la invenci6n muestran una capacidad inaementada de mantener su leldura de superficie debidO a una capa blanca del cilindro y en la que la capa blanca comprende carburos eutécticos dLXOS tales como M,c3-En la capa de trabajo; la miuoestructura del cilindro de la invenci6n después del tratamiento térmico final está constituida por martensita revenida con una tasa de austenita residual inferior al 5% en volumen y carburos tales como Me y ~(M =metal, e =carbono) distribuidos de forma fina y homogénea en la matriz. Este tipo de microestructura ha demostrado ser importante para mantener la textura de superficie del citindro.

Transferencia de rugosidad

La transferencia de rugosidad de la superficie del cilindro cambia durante el uso del cilindro. Los cilindros de acuerdo con la invención muestran una capacidad incrementada de mantener la transferencia de rugosidad constante durante la laminaci6n, lo que es importante para la vidn ütil del cilindro. Esto se debe a la cOlTlposici6n especial reivindicada y también se debe al método de producción usado cuando se fabrican los cilindros.

Laminsción sin programa en el laminador

Un problema durante el uso de cilindros es que la suciedad que se acumula en la superficie del cilindro deja una linea de trinsito en la banda. En la capa de trabajo, el cilindro de acuerdo con la invención tiene una superficie resistente debido a que la microestructura del cilindro de la invenci6n comprende martensita revenida con una tasa de austenita residual inferior al 5% en volumen y carburos tales como MC y M:zC distribuidos de fonna fina y homogénea en la matriz, donde M indica metal y C indica carbono. Esta microestructura especial incrementa las posibilidades de una laminad6n sin programa.

Descamación

Otro problema con los cilindros conocidos es que la propagación de grietas dentro de los cilindros está controlada por los esfuerzos acumulativos, inducidos por la operación de laminaci6n y el campo de esfuerzos internos residuales del cilindro. Un cilindro en funcionamiento esUi sometido a un complejo conjunto de esfuerzos. El cilindro de acuerdo con la invenci6n muestra un nivel bajo de esfuerzos internos residuales y, por lo tanto, una mejor resIstencia a la descamación y esto hace que la tasa de incidentes del laminador sea baja.

La resistencia mecánica del cilindro de la invenci6n EtS mejor en comparación con un cilindro con la misma composición de aleación que el cilindro de la invención pero fabricado usando otro método de producci6n. La resistencia mecánica del cilindro de acuerdo con la invención se debe a la red eutédica abierta formada en la capa de trabajo del cilindro. Esta red eutéctica abierta se forma durante la etapa de refligeracl6n en el proceso de fabricaci6n del cilindro. Una velocidad de solidificación superior a 15"C/min durante la etapa de refrigeración cuando se fabrica el lingote es crucial para la formaci6n de la red abierta que está presente en los cilindros de acuerdo con la Invención.

También, la acumulaci6n de diversos tratamientos de revenido a temperatura elevada después del endurecimiento, por ejemplo entre 450-53QOe durante la producci6n del cilindro, induce una importante relajación de esfuerzos intemos del cHindro. Los esfuerzos internos se minimizan usando calentamiento diferencial de la capa externa. La profundidad de penetraci6n del temple del cilindro de acuerdo con la invención puede estar controlada entre 20 y 120 mm de diámetro medida desde la superficie de cilindro y hacia el interior. Los esfuerzos de compresión intemos del cilindro de la invención están preferentemente entre ··300 y -500 MPa en valor absoluto o por ejemplo menores de -400 MPa

Mlcroestructura del cilindro

La figura 17A muestra una vista esquemética de una microestructura del cilindro ejemplificada de acuerdo con la invención. En la figura 17A se ven los brazos de dendritn 210, compuestos por carburos eutécticos que forman las estructuras de celda eutéctica 204 formando una red de carburos abierta. La red eutéctica abierta compuesta por brazos de dendrita 210 que tonnan celdas eutédicas 204, que pueden verse en la figura 17A, se forma en el proceso debido a la composici6n qulmica especifica de acuerdo con la invenci6n. La escala 208 representa 100~.

En una realización de la invenci6n, la miaoestructura del cilindro de la invenci6n comprende una red eutéctica abierta que solamente se extiende por un grano o dos granos de las estructuras de las celdas.

En comparaci6n, la figura 178 muestra una red eutéctica cerrada en la que los carburos eutéctioos 200 forman una red eutéctica cerrada con celdas eutécticas claramente sEiparadas 212. Este tipo de red no se desea en el cilindro de acuerdo con la invenci6n debido a la fragilidad del cilindre. si éste comprende este tipo de microestructura. La escala 214 representa 100 J.1m.

La invención se ha explicado por medio de diferentes realizaciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (32)

1. REIVINDICACIONES

   1. Un cilindro forjado (1), que comprende una composición de acero que comprende, en términos de % en peso, del 0,8 a menos del (» 1% de C, 5 del 0,2 al 0,5% de Mn, del 0,2 al 2,0% de Si, del 7,0 al 13,0% de Gr, del 0,6 al 1,6% de Mo, de más del (» 1,0 al 3,0% de V, 1 O que comprende además; menos del (» 1% de Ni menos del (» 2% de W, y menos del (» 1% de Nb, y menos del (» 1% de Ti, y 1 5 menos del (» 0,5% de Ta, y menos del (» 0,5% de Zr, '1 menos del (» 0,015% de P, y menos del (» 0,015% de S, y menos de (» 30 ppm de Ü2, y 2 O menos de (» 100 ppm de N2, y menos de (» 3 ppm de H2 menos del (» 0,4% de Cu menos del (» 0,4% de Al siendo la parte restante del acero Fe e impurezas inevitables; 25 y en el que la miaoestructura del cilindro (1) comprende: martensita revenida con una tasa de austenita msidual de menos del (» 5% en volumen; '1 una red abierta de carburos eutécticos con carburos eutécticos a menos del (» 5% en volumen; '1 en el que el cilindro (1) muestra:

   una dureza de entre 780 '1 840 HV; '1 30 esfuerzos de compresión internos de entre -300 y -500 MPa.
2. 2. El cilindro de la reivindicación anterior, en el que la red abierta de carburos eutécticos delimita un patrón de celdas eutédicas similar a una celda.

   35 3. El cilindro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la red abierta de carburos eutécticos comprende brazos dendrfticos.
3. 4. El cilindro de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la microestrud:ura está presente al menos en una capa de trabajo del ci~ndro.
4. 5. El cilindro de cualquiera de las reivindicaciones anteriores. en el que el contenido de C en la composición de 5 acero está entre el 0,8 Yel 0,99% de C en términos de % en peso del peso total del cilindro.
5. 6. El cilindro de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el contenido de C en la composición de acero está entre el 0,85 Yel 0,9% de C en términos de % en peso del peso total del ci~ndro.

   10 7. El cilindro de cualquiera de las reivindicaciones anteriores. en el que el contenido de Mn en la composición de acero está entre el 0,4 y el 0,5% de Mn en términos de % en peso del peso total del cilindro.

6. 8.

   El cilindro de cualquiera de las reivindicaciones anteriores. en el que el contenido de Si en la composición de acero está entre el 0,2 Y el1 ,5% de Si en términos de % en peso del peso total del cilindro.

7. 9.

   El cilindro de cualquiera de las reMndicaciones anteriores, en el que el contenido de Si en la composición de acero está entre el 0,85 Yel 1, 15% de Si en ténninos de % en peso del peso total del cilindro.

8. 10. El cilindro de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el contenido de Cr en la composici6n de 2 O acero está entre el 7,0 Ye111% de Cr en ténninos de % fm peso del peso total del cllindro.
9. 11. El cilindro de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el contenido de Cr en la composición de acero está entre el 7,3 Y menos del (» 8.0% de Cr en ténninos de % en peso del peso total del cilindro.

   25 12. El cilindro de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el contenido de Mo en la composición de acero está entre el 1,45 y el 1,55% de Mo en ténninos de % en peso del peso total del cilindro.
10. 13. El cilindro de cualquiera de las reivindicaciones anteriores. en el que el contenido de Ni en la composición de acero es menos del (» 0,3 de Ni en términos de % en peso del peso total del cilindro.
11. 14. El cilindro de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el contenido de V en la composición de acero está entre el 1,3 y eI2,1% de V en ténninos de % en peso del peso total del cilindro.
12. 15. El cilindro de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el contenido de Venia composición de 35 acero está entre el 1,3 Yel 1.6% de V en términos de % en peso del peso total del cilindro.
13. 16. Un cilindro de cualquiera de las reMndicacionéS anteriores. en el que la composición de acero est~ constituida por, en términos de % en peso:

    del 0,8 al 0,99% de C. y

    4 O del 0,4 al 0,5% de Mn, y

    del 0,2 al 1,5% de Si, y

    del 7,0 a111% de er, y

    del 0,6 al 1,6% de Mo, y

    ------------------------

    _._-------

    menos del (» 1,0% de Ni, y deI1,O aI2,1%deV, y menosdel(» O,Q15%deP, y menos del (»0,015% de S, y menos de (» 30 ppm de0:2, y menos de (» 100 ppm de N2, y menos de (» 3 ppm de H2, y

    siendo la parte restante del citindro sustancialmente Fe y posibles impurezas fortuitas ylo posiblemente inevitables.
14. 17. Un cilindro de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la composici6n de acero está constituida por, en términos de % en peso:

    del 0,85 al 0,9% de e, y

    del 0,4 al 0,5% de Mn, y del 0,85 a11, 15% de Si, y del 7,3 a menos del (» 8.0% de Gr, y

    del 1,45 811,55% de Mo, y

    menos del (» 0,3% de Ni, y del1,3aI1,6%deVy menos del (»O,015%de P,y menos del (» 0,015%de S, y menos de (» 30 ppm de O2, y menos de (» 100 ppm de N2, y menos de (» 3 ppm de H2, y

    siendo la parte restante del cilindro sustancialmente Fe y posibles impurezas fortuitas ylo posiblemente inevitables.

15. 18.

    El cilindro de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que está configurado, además, para su uso como un cilindro de trabajo en laminación en frio.

16. 19.

    El cilindro de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene, además, un peso de más de 400 kg.

17. 20.

    El cilindro de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene, además. un diámetro en el intervalo de 215-800 mm.

18. 21.

    Un proceso para fabricar un cilindro forjado, compi'endiendo el proceso las etapas de:

    a.

    Proporcionar una composición de acero de acuerdo con la composición de acero mencionada en la reivindicación 1

    b.

    Fabricar un Wngote manteniendo una velocidad de solidificación superior a 150CJmin tanto en la capa de

    trabajo como también en el núdeo del lingote en el intervalo de solidificación; :lO

    c.

    Forjar el lingote a un cilindro;

    d.

    Endurecer el cilindro mediante calentamiento por inducción:

    e. Revenir el cilindro a una temperalura entre 450-53QOC para alcanzar una dureza entre 780 y 840 HV; consiguiendo de este modo una microestrudura del cilindro (1) que comprende:

    5 martensita revenida con una tasa de austenita residual de menos del (» 5% en volumen; y

    una red abierta de carburos eutécticos con carburos eutéc:ticos de menos del (» 5% en volumen;

    y en el que el cilindro (1) muestra: una dureza de entre 780 y 840HV; y esfuerzos de compresión internos de entre -300 y -500 MPa.
19. 22. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 21 , en el que el lingote se fabrica manteniendo una velocidad de solidificaci6n en la capa de trabajo 851como en el núcleo ,en el intervalo de 15"CJmln a 550C /min, o como alternativa de 170C Imin a 5O"C/min, o como alternativa de 35"C Imin 8 55OC/min. o como alternativa de 450C !min a 55"C1min.

    15 23. El proceso de acuerdo con cualquiera de las roivindicaciones 21 a 22, en el que el lingote se fabrica manteniendo una velocidad de solidificación superior a 3SOCImin en la capa de trabajo dellingcte en el intervalo de solidificación.
20. 24. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones :21 a 23, en el que el intervalo de solidificación está entre 2 O 1400 Y 1200"C para dicho lingote.
21. 25. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 21 8 24, en el que el lingote se fabrica manteniendo una velocidad de solidifICación predeterminada en un proceso técnico con un horno de afino por electroescoria (ESR) controlando el suministro de amperios de corriente de acuerdo con una función predeterminada de la velocidad de

    25 solidificación.
22. 26. El proceso de cualquiera de las reivindicaciOnes 21 a 25, en el que la etapa de fo~ar el lingote a un cilindro comprende las etapas de:

    a. Calentar el lingote a una temperatura de entre 800 -12000c o entre 850 -1100"C, preferentemente durante 3 O un periodo de aproximadamente 6 horas;

    b.

    Fo~ar el lingote a una temperatura por encima de .sOOOC o por encima de 8SOOC;

    c.

    Repetir las etapas a-b hasta que el lingote se ha formado en un cilindro que tiene la forma y el tamarto deseados.

    35 27. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 21 a 26, que comprende además, después de la etapa de forja, una etapa de tratamiento térmico preliminar, preferentemente a una temperatura de entre 700 y 11000c o entre 800 y 90O"C, que puede incluir tratamiento por difusión de oxigeno.

23. 28.

    El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 21 a 27, en el que la etapa de revenido del cilindro 4 O comprende las etapas de:

24. 8. Calentar el cilindro 8 aproximadamente 450 -530 ''e, preferentemente 3 veces,

    b. Refrigerar al aire el cilindro entre las etapas de calentamiento.
25. 29. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 21 a 28, que comprende, ademas, maquinar el cilindro para texturizar una capa blanca que comprende carburos eutéc:ticos.

26. 30.

    El proceso de cualquiera de la reivindicaciones 29, en el que dichos carboros eutécticos en la capa blanca se 5 selecdonan entre M-rCl.

    II
27. 31 . El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 21 a 30, que comprende, ademas, las caracterrsticas de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21 .

    10 32. Uso de un ci~ndro de acuerdo con cualquiera de I¡us reivindicaciones 1 a 20, para laminar en frio material que requiere una carga de iaminaci6n elevada.
28. 33. Uso de un cilindro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, para la laminad6n en frio de materiales de alta resistencia como grados de calidad de acero AHSS.
29. 34. Uso de un cilindro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20 para una selección de:

    laminadores de reducción por laminación en frio para montantes del laminador tempranos y de acabado, montantes del laminador reversibles y no revElfsibles para hojalata, chapa fina, acero al silicio, acero Inoxidable, aluminio y cobre; o

    20 laminadores endurecedores y/o acabad«es de Inminación en frío ; o

    configuraciones de laminadores tales como montantes del laminador de 2 alturas, 4 alturas y 6 alturas con superficie texturizada o no texturizada.
30. 35. Uso de un cilindro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, como un cilindro de trabajo.
31. 36. Un cilindro de acuerdo con cualquiera de las I1sivindicaciones anteriores, en el que el cilindro no está recubierto.
32. 37. Un cilindro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el cilindro está recubierto 3 O con un recubrimiento seleccionable, por ejemplo un recubrimiento de cromo.