ES2820426T3 - Procedimiento de tratamiento termomecánico - Google Patents

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Abstract

Procedimiento de tratamiento termomecanico para la produccion de una chapa gruesa (1) a partir de un material de partida para el aumento de la tenacidad, en particular, la tenacidad a baja temperatura, de la chapa gruesa (1), en el que la chapa gruesa (1) se calienta, se conforma de forma parcial y final mediante laminacion y se enfria de forma acelerada con respecto a un enfriamiento a temperatura ambiente, enfriandose de forma acelerada la chapa gruesa (1) calentada para una conformacion parcial a una temperatura superior a Ac3 despues de su conformacion final, caracterizado porque la chapa gruesa (1) se enfria de forma acelerada entre la conformacion parcial y final a una temperatura inferior a Ar3 y, a continuacion, se calienta de modo inductivo a una temperatura superior a Ac3, usandose una chapa gruesa con una aleacion de acero que presenta: del 0,02 al 0,1 % en masa de (C) carbono, del 1,0 al 2,0 % en masa de (Mn) manganeso, de 0 al 0,1 % en masa de (V) vanadio y (Ti) titanio y (Nb) niobio, de 0 al 1,0 % en masa de (Cr) cromo y (Mo) molibdeno, de 0 al 1,0 % en masa de (Cu) cobre y (Ni) niquel, de 0 al 0,003 % en masa de (B) boro, un valor de CEIIW del 0,2 al 0,7 % en masa, resto impurezas y (Fe) hierro.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de tratamiento termomecánico
Campo técnico
La invención se refiere a un procedimiento de tratamiento termomecánico para la producción de una chapa gruesa a partir de un material de partida para el aumento de la tenacidad, en particular, la tenacidad a baja temperatura, de la chapa gruesa, en el que la chapa gruesa se calienta, se conforma de forma parcial y al final mediante laminación y se enfría de forma acelerada con respecto a un enfriamiento a temperatura ambiente, enfriándose de forma acelerada la chapa gruesa calentada para una conformación parcial a una temperatura superior a Ac3 después de su conformación final.
Estado de la técnica
Para poder obtener en chapas estados de estructura que se caractericen por propiedades mecánico-tecnológicas de mayor calidad de lo que se conoce por procedimientos de tratamiento térmico convencionales, se conocen por el estado de la técnica procedimientos de tratamiento termomecánico para la producción de una chapa gruesa, en los que el material de partida o la chapa se somete a una combinación, ajustada entre sí, de conformación y control de la temperatura.
Por lo tanto, un procedimiento de tratamiento termomecánico se diferencia de una laminación en caliente convencional (por ejemplo: rolled, hot rolled, etc.) por el hecho de que la laminación se emplea no solo como procedimiento de conformación, sino que se emplea de forma específica para el ajuste de combinaciones de propiedades. Con ello, se han de poder cumplir exigencias, por ejemplo, en cuanto a altos valores de límite de fluencia, resistencia a la tracción en combinación con alta tenacidad a bajas temperaturas, así como una buena capacidad de soldadura.
De este modo se conoce, por ejemplo, en procedimientos de tratamiento termomecánico para chapas gruesas, cómo enfriar la chapa gruesa después de su conformación parcial y final de forma acelerada desde la zona de austenita para conseguir con ello una estructura de grano fino para lograr elevados valores de tenacidad. Esto es esencial, por ejemplo, precisamente en el caso del uso de tales chapas gruesas para gasoductos, ya que en ese caso se exige una tenacidad a baja temperatura comparativamente alta. Además, se puede mejorar la afinación de grano que se puede conseguir mediante un procedimiento de tratamiento termomecánico al añadirse al material de la chapa determinados elementos de aleación, por ejemplo, niobio. Sin embargo, ha resultado que, con un espesor creciente de chapa, las ventajas del tratamiento termomecánico en sí conocidas por chapas delgadas ya no se pueden conseguir en la misma medida. Los límites en el rendimiento de conformación mecánico de las cajas de laminación, por un lado, y en los grados de conformación disponibles, por otro lado, parecen conducir, en este caso, junto con otros parámetros, a una reducción de los valores que se pueden conseguir de tenacidad en chapas gruesas, de tal manera que para valores mayores, la mayoría de las veces se tiene que pasar a otra composición química de la aleación de acero y un tratamiento térmico posterior, lo que comparativamente es caro y además también requiere tiempo.
En una laminación en caliente convencional (hot-rolled) de cintas se sabe (documento JP2005-133177) cómo calentar una cinta enfriada después de la laminación parcial a una temperatura inferior a Ar3 de modo inductivo a más de Ac3 y, a continuación, realizar la laminación final. Con ello se ha de conseguir una capacidad mejorada de laminación de la cinta y se ha de mejorar también la homogeneidad de la estructura del material de la cinta. Esto último conduce también a propiedades de resistencia mejoradas y más uniformes del material de la cinta, lo que puede ser ventajoso también durante la embutición profunda de los artículos fabricados a partir del mismo. En el documento JP2005-133177 no se menciona una mejora de la tenacidad del material de la cinta.
A esto tampoco puede aportar nada la laminación en caliente convencional (hot-rolling) del documento EP0227199A1, que desvela la forma de crear una estructura uniforme sin estructura dúplex, al calentarse los cantos de la cinta de modo inductivo por encima de Ac3, después de que los mismos, debido a un descascarillado, se hayan enfriado a por debajo de Ar3 (página 7, línea 14).
De acuerdo con el documento JP9003539A se conoce además una laminación en caliente convencional (hot-rolled), en la que un cuerpo hueco, cuya temperatura ha disminuido a por debajo de Ar3 después de su conformación, se calienta a por encima de Ac3, después de lo cual, se somete el mismo a una laminación final (compárese con el resumen). Tampoco en este caso se detalla un procedimiento de tratamiento termomecánico junto con los problemas en la producción de chapas gruesas, diferenciándose claramente los cuerpos huecos con respecto a las chapas gruesas en cuanto a la geometría, de tal manera que el documento JP9003539A no puede aportar nada a la invención.
Además, por el documento DE2649019A1 se sabe cómo comprobar la eficacia de boro con respecto a una templabilidad de placas, al calentarse una placa precalentada de nuevo a 930 grados Celsius, laminándose a continuación y después enfriándose bruscamente (página 22). El documento DE2649019A1 no aborda un aumento de la tenacidad de chapas gruesas, producidas mediante un procedimiento de tratamiento termomecánico.
Descripción detallada de la invención
Por lo tanto, la invención se ha planteado el objetivo de crear, partiendo del estado de la técnica que se ha mencionado en la introducción, un procedimiento de tratamiento termomecánico para chapas gruesas, que se caracterice, en particular, por valores de tenacidad mejorados de una chapa gruesa tratada con el mismo. Además, el procedimiento debe ser rápido, sencillo de aplicar y económico.
La invención resuelve el objetivo planteado mediante el procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1.
Si la chapa gruesa se enfría de forma acelerada entre la conformación parcial y final a una temperatura inferior a Ar3 y, a continuación, se calienta de modo inductivo a una temperatura superior a Ac3, entonces, sorprendentemente, se pueden mejorar comparativamente de forma clara los valores de tenacidad para chapas gruesas que se pueden conseguir por los procedimientos de tratamiento termomecánico conocidos. De hecho, ha resultado que un enfriamiento acelerado y, con ello, rápido realizado entre las etapas de laminación en combinación con un calentamiento inductivo y, con ello, rápido puede conducir a una afinación de grano particular de la austenita, con la que, con combinación de las demás etapas de procedimiento del procedimiento de tratamiento termomecánico, en el sentido de conformación y control de la temperatura, se pueden superar límites conocidos en los valores de tenacidad que se pueden lograr. Con ello, también para chapas gruesas de mayor espesor se pueden conseguir nuevos estados de estructura, que se pueden caracterizar por propiedades de tenacidad de mayor valor, lo que, por lo demás, se conoce solo por chapas con espesores reducidos. En particular, en el caso de chapas gruesas con sus espesores de chapa comparativamente altos y los desafíos que ello conlleva durante la conformación por laminación, se ha constatado una considerable mejora de la tenacidad a baja temperatura, por lo que las chapas gruesas tratadas de este modo pueden ser adecuadas, en particular, para tubos en un oleo- y gasoducto. De acuerdo con la invención, por lo tanto, una transformación de grano al menos parcial de la estructura de la chapa puede resultar ser particularmente ventajosa para la mejora de una tenacidad que se puede lograr gracias a un procedimiento de tratamiento termomecánico, a pesar de que en el procedimiento de tratamiento termomecánico de acuerdo con la invención se puede contar eventualmente con valores reducidos de resistencia. En este contexto de la transformación de grano se menciona que, por simplicidad, por transformación de grano se entiende al menos una transformación parcial de la estructura con ayuda de al menos dos transiciones de fase o al menos una transición de fase en dos veces, en concreto en este caso, fuera de la fase y y de vuelta. A esto se añade que un enfriamiento acelerado, así como un calentamiento inductivo no debe abarcar la totalidad de la chapa gruesa, lo que, sin embargo, preferentemente es el caso. En concreto, desde luego es concebible enfriar de forma acelerada y calentar de modo inductivo en esencia la totalidad de la chapa gruesa. El enfriamiento acelerado debe posibilitar preferentemente una transformación Y~a comparativamente rápida al igual que un crecimiento reducido del grano de austenita. Preferentemente, el enfriamiento acelerado se realiza con una exposición a agua de la chapa. Durante el calentamiento inductivo de toda la chapa gruesa se selecciona preferentemente una velocidad de calentamiento de, como promedio, más de 1 grado Celsius por segundo. Además, puede resultar ser ventajoso que por el enfriamiento acelerado se pueda ajustar un gradiente de temperaturas mayor a lo largo del espesor de la chapa, lo que puede contribuir asimismo a valores aumentados de la tenacidad de la chapa gruesa. Además, el procedimiento de acuerdo con la invención se puede caracterizar, en particular, por su capacidad sencilla de integración en los procedimientos existentes de tratamiento termomecánico. Gracias a la etapa de refrigeración comparativamente corta y la de calentamiento relativamente rápida, se puede dar de hecho con aplicación de estas etapas de procedimiento un retraso solo comparativamente reducido en el avance del tratamiento, de modo que el procedimiento de tratamiento termomecánico de acuerdo con la invención se puede caracterizar no solo por propiedades mejoradas de material, sino también por un rendimiento comparativamente alto en cuanto a chapas gruesas, por la rentabilidad y por la aplicabilidad sencilla.
Para poder posibilitar valores de tenacidad particularmente mejorados se puede realizar la conformación final con ayuda de una laminación termomecánica o con control de la recristalización. A diferencia de la laminación con control de la recristalización (RCR), durante la laminación termomecánica (TM) el grano austenítico ya no recristaliza y se puede estirar en particular en la dirección de laminación. En el transcurso de esto se pueden generar granos austeníticos muy deformados, lo que se puede aprovechar para la reducción de los tamaños de grano de austenita determinantes para la transformación en dirección del espesor de chapa y para el aumento de la densidad de lugares de defecto. Una laminación TM de este tipo se puede detectar en ciertas circunstancias de tal modo en la chapa gruesa terminada cuando la relación de eje principal a eje secundario de una elipse circunscrita en el anterior grano de austenita supera un valor de 1,25. Mediante la laminación final TM se puede seguir mejorando, por ello, las condiciones creadas por la afinación de grano de acuerdo con la invención entre conformación parcial y final, para conseguir una chapa gruesa terminada con propiedades particulares de tenacidad. Tales mejoras, aunque no en esta medida, se pueden posibilitar también mediante una laminación final RCR, en particular, en combinación con una refrigeración acelerada posterior.
En particular, el procedimiento de acuerdo con la invención se puede caracterizar porque mediante la ayuda de la conformación final se ajusta un espesor de chapa gruesa de mayor o igual a 24 mm. Con ello, se puede admitir no solo un mayor espesor de la chapa durante el procedimiento, sino que una chapa gruesa creada con ello puede destacar en particular con respecto a chapas gruesas conocidas del mismo grosor con una estructura para una tenacidad a baja temperatura mejorada.
Si la chapa gruesa después de la conformación parcial se enfría de forma acelerada, se puede posibilitar no solo un procedimiento de tratamiento rápido, sino también una afinación de grano mejorada. De este modo, por ejemplo, el calor residual comparativamente alto de la chapa gruesa después de la conformación parcial puede contribuir a una transformación de grano mejorada de la estructura, al someterse la chapa gruesa a mayores diferencias de temperatura debido al enfriamiento acelerado y el recalentamiento inductivo. Además, la estructura creada después de la conformación parcial de la chapa gruesa se puede suministrar prácticamente sin cambios a la transformación de grano, debido a que prácticamente se pueden omitir los tiempos de espera entre la conformación parcial y el enfriamiento, de tal manera que se pueden mejorar con ello, adicionalmente, los valores de tenacidad de la chapa gruesa tratada de forma termomecánica.
Se pueden dar relaciones particulares en la creación de valores de tenacidad comparativamente altos cuando se enfría la chapa gruesa después de la conformación parcial de forma acelerada a una temperatura inferior a Ar1. Con ello, se puede posibilitar, entre otras cosas, una transformación de grano completa de la austenita al evitar fases mixtas (fase Y+a), lo que puede conducir a una afinación de grano considerable de la estructura de austenita.
Si la chapa gruesa se calienta de modo inductivo a su temperatura para la conformación final y, a continuación, se somete a la conformación final, se puede simplificar el procedimiento de tratamiento en su desarrollo, dado que ya no son necesarias medidas adicionales para preparar la chapa gruesa para la laminación final. Mediante la conformación final posterior se puede evitar también ventajosamente de forma sencilla un posible abombamiento de la chapa gruesa, debido a que, con ello, no es necesario observar tiempo de espera alguno hasta alcanzar la temperatura necesaria para una laminación final y, en este sentido, la chapa gruesa se puede seguir procesando directamente después del calentamiento. Además, la chapa gruesa se puede someter sin demora después de una transformación de grano a las demás etapas del tratamiento termomecánico, lo que sirve no solo para un procedimiento de tratamiento rápido y reproducible, sino que puede evitar también cambios indeseados de la estructura que se pueden deber, por ejemplo, a tiempos de espera. A esto se añade que mediante este ajuste también se puede llevar en particular la capa central de la chapa gruesa a una temperatura ventajosa. De hecho, la chapa gruesa se puede calentar de modo inductivo a una temperatura para la conformación final, de tal modo que también la temperatura de la capa central se encuentre en el intervalo cercano por encima de la temperatura Ar3, de tal modo que se puede conseguir mediante la laminación final una afinación de grano aumentada en la estructura central de la chapa gruesa, por lo que aumenta la tenacidad de la chapa gruesa.
Se pueden conseguir parámetros de tratamiento termomecánico particulares cuando la capa central de la chapa gruesa se calienta de modo inductivo en el intervalo de 0 a 80 grados Celsius a por encima de la temperatura Ar3, en particular, 20 grados por encima de la temperatura Ac3, debido a que entonces, por la laminación final, se puede producir una afinación de grano particular en la estructura central de la chapa gruesa. Es evidente que por capa central de la chapa gruesa en el corte transversal se puede entender la capa central de la estructura de la chapa gruesa, a la que se unen las dos capas de borde de la chapa gruesa.
Para poder convertir la afinación de grano de la austenita en una tenacidad particular, puede estar previsto que la chapa gruesa se refrigere de forma acelerada con una temperatura final de laminación durante la conformación final de mayor o igual a Ar3. Mediante el enfriamiento acelerado partiendo de una temperatura superior a Ar3 se puede convertir, de hecho, la estructura de austenita de grano fino y rica en lugares de defecto terminada de laminar, en especial, en una estructura de transformación homogénea. La estructura creada ahora por el procedimiento de tratamiento termomecánico se puede caracterizar, en particular, por su tenacidad a baja temperatura. En particular, la temperatura de la chapa gruesa durante la conformación final se debe mantener por debajo de la temperatura de recristalización para que no se pueda producir recristalización alguna de la austenita deformada y se altere eventualmente con ello la estructura.
El rendimiento en cuanto a chapas gruesas tratadas mediante el procedimiento de tratamiento termomecánico de acuerdo con la invención se puede seguir mejorando al someterse la chapa gruesa a etapas de procedimiento posteriores sucesivas, en concreto, conformación parcial, enfriamiento acelerado, calentamiento inductivo, posible descascarillado, conformación final y enfriamiento acelerado. Una depuración de cascarilla o descascarillado se puede hacer necesario, por ejemplo, cuando se ha de retirar cascarilla (óxido de hierro en la superficie de la chapa gruesa) con ayuda de presión de agua comparativamente alta para evitar una introducción por laminación de este óxido de hierro en la chapa gruesa.
La chapa gruesa se puede calentar de modo inductivo con preferencia a lo largo de, en esencia, la totalidad de su anchura de chapa, por lo que se puede integrar el procedimiento de acuerdo con la invención de forma particularmente sencilla en procedimientos conocidos de tratamiento termomecánico. Entonces, de hecho, no se tienen que adoptar medidas constructivas particulares en las cajas de conformación o cajas de laminación para poder actuar con conformación final sobre las regiones con transformación de grano de la chapa gruesa. Además, con ello se puede dar lugar a una transformación de grano uniforme de la estructura para un tamaño homogéneo del grano de austenita a lo largo de toda la chapa gruesa. Se pueden producir relaciones particulares de conformación para una conformación por laminación cuando se calienta de modo inductivo la chapa a lo largo de una zona de calentamiento situada en la región del lado superior e inferior de la chapa.
Si la chapa se calienta de modo inductivo con ayuda de un calentamiento de campo longitudinal, entonces se puede posibilitar un calentamiento homogéneo y, con ello, una afinación de grano uniforme a lo largo de la estructura de la chapa gruesa, lo que puede mejorar adicionalmente la tenacidad del material. En particular, se puede emplear un calentamiento de campo longitudinal para crear una zona de calentamiento cerrada en el corte transversal de la chapa gruesa para conseguir, partiendo de esta zona, un calentamiento uniforme también de otras partes de la chapa gruesa. Con ello, se puede producir, por ejemplo, una estructura particularmente fina de austenita. A esto se añade que, a través de una exposición inductiva de la chapa gruesa a un campo magnético al menos en parte a lo largo de la extensión longitudinal de la chapa gruesa, se puede posibilitar también una inducción relativamente uniforme al menos en partes de la estructura de la chapa gruesa, lo que puede conducir a parámetros mejorados de tratamiento termomecánico.
Preferentemente, se calienta de modo inductivo la chapa gruesa de tal modo para la conformación final, que la región de la chapa próxima al lado superior e inferior de la chapa presenta en esencia una temperatura elevada con respecto a las otras partes de la chapa, para posibilitar con ello condiciones particulares para el estiramiento de grano de austenita durante la conformación final. En particular, con una laminación TM como conformación final se puede ajustar con ello en la región de la mitad del espesor de chapa un estiramiento mejorado del grano de austenita, lo que puede conducir a propiedades considerablemente mejoradas de la tenacidad de la chapa gruesa producida de este modo.
Si se somete la chapa gruesa a una laminación parcial y/o final reversible, entonces, entre otras cosas, se pueden tratar de forma termomecánica también mayores espesores de chapa. Además, se puede controlar con ello de forma mejorada el desarrollo del procedimiento de tratamiento termomecánico.
Si una chapa gruesa presenta un tamaño de grano reducido, producido mediante un procedimiento de tratamiento termomecánico en el que, entre otras cosas, se lleva a cabo una transformación de grano entre dos etapas de laminación, se puede posibilitar una estructura que en la chapa gruesa puede conducir a una mayor tenacidad.
Una chapa gruesa puede presentar propiedades particulares de tenacidad cuando existe un número de tamaño de grano ASTM de la anterior austenita (ASTM E112 1996 - “American Society for Testing and Materials”) de mayor o igual a 8,5 así como un grano de austenita anterior estirado.
Si la chapa gruesa tiene un espesor de chapa gruesa después de la laminación final de mayor o igual a 24 mm, entonces se pueden posibilitar chapas gruesas de espesor comparativamente elevado con propiedades aumentadas de tenacidad.
Se pueden posibilitar valores mejorados de tenacidad cuando para el procedimiento de tratamiento termomecánico se usa, de acuerdo con la invención, una chapa gruesa con una aleación de acero que presenta del 0,02 al 0,1 % en masa de (C) carbono, del 1,0 al 2,0 % en masa de (Mn) manganeso, de 0 al 0,1 % en masa de (V) vanadio y (Ti) titanio y (Nb) niobio, de 0 al 1,0 % en masa de (Cr) cromo y (Mo) molibdeno, de 0 a 1,0 % en masa de (Cu) cobre y (Ni) níquel, de 0 al 0,003 % en masa de (B) boro, un valor de CEIIW del 0,2 al 0,7 % en masa, resto impurezas y hierro (Fe). De forma conocida se puede calcular el equivalente de carbono del International Institut of Welding (IIW) a partir de la siguiente fórmula: CEIIW= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15.
Breve descripción del dibujo
A continuación, se describe a modo de ejemplo, por ejemplo, el procedimiento de tratamiento termomecánico de acuerdo con la invención mediante un ejemplo de realización. Muestran
la figura 1 una vista esquemática de un dispositivo para la realización del procedimiento de tratamiento termomecánico,
la figura 2A una vista esquemática del corte longitudinal sobre la estructura de una chapa gruesa sometida a un procedimiento de tratamiento termomecánico conocido por el estado de la técnica,
la figura 2B una vista esquemática del corte longitudinal sobre la estructura de una chapa gruesa sometida al procedimiento de tratamiento termomecánico de acuerdo con la invención,
la figura 3 una vista del corte transversal de la chapa gruesa durante el calentamiento inductivo de acuerdo con el procedimiento de acuerdo con la figura 1,
la figura 4 una vista del corte transversal parcialmente abierto de la chapa gruesa calentada de modo inductivo con una representación para la evolución de su temperatura,
la figura 5 un perfil de temperatura del procedimiento de acuerdo con la figura 1 y
la figura 6 una representación relativa ampliada de dos estructuras.
Modos de realizar la invención
Antes de la laminación parcial se calienta el material de partida, por ejemplo, un desbaste plano, con ayuda de un equipo para el calentamiento del desbaste plano a una temperatura superior a Ac3, preferentemente a de 1000 a 1200 grados Celsius, lo que se ha representado de acuerdo con la figura 5. A continuación, de acuerdo con la figura 1 y la figura 5 se somete el material de partida o la pieza de laminación denominada, además chapa gruesa 1 a una laminación, pudiendo consistir esta laminación en una o varias laminaciones parciales con eventualmente varias etapas (pasadas) de laminación parcial y una laminación final con eventualmente varias etapas (pasadas) de laminación final, lo que se puede posibilitar, por ejemplo, por una laminación reversible. Tal procedimiento puede representar, por ejemplo, una laminación en tres fases con dos laminaciones parciales, en concreto, laminación previa y laminación intermedia, y una laminación final conclusiva. Por simplicidad se detalla solo una laminación parcial, ya que una transformación de grano entre la laminación parcial y final también incluye que esta transformación de grano se puede producir entre dos laminaciones parciales, a lo que entonces puede seguir una laminación final. Por lo tanto, por laminación parcial se entiende de por sí una conformación de la chapa gruesa 1 con la que todavía no se consigue la forma final de la chapa gruesa 1.
La chapa gruesa 1 calentada se suministra, de acuerdo con las figuras 1 y 5, a continuación, a una caja de laminación 2 para la laminación parcial. La chapa gruesa 1 parcialmente conformada y todavía no terminada se somete durante el procedimiento de tratamiento termomecánico también a una conformación final, pudiéndose usar para esto también la caja de laminación 2. Después de la conformación final, preferentemente con una temperatura final de laminación por encima de Ar3, se enfría de forma acelerada la chapa gruesa 1 para poder conseguir con ello de forma conocida valores aumentados de tenacidad en la chapa gruesa 1 terminada. Un enfriamiento de este tipo acelerado con respecto a un enfriamiento a temperatura ambiente se puede realizar, por ejemplo, mediante un tramo de refrigeración 3 con agua para la refrigeración de la chapa gruesa 1 terminada de laminar. Es concebible una temperatura de detención de la refrigeración a la que se interrumpe el enfriamiento acelerado, por debajo de la temperatura Ar3 o al menos 100 grados Celsius por debajo de la temperatura final de laminación, pudiéndose realizar entonces el enfriamiento adicional a temperatura ambiente para conseguir entonces la chapa gruesa 1 terminada.
Sin embargo, a diferencia del estado de la técnica, se enfría la totalidad de la chapa gruesa 1 entre la conformación parcial y la conformación final de forma acelerada de la región de austenita (fase y), por lo que se puede posibilitar una estructura de grano fino con una proporción de ferrita comparativamente baja, y después se calienta de nuevo de modo inductivo de manera comparativamente rápida hasta este intervalo de temperatura o hasta esta fase, tal y como se puede observar de acuerdo con la figura 1 y la figura 5. Por ello, se produce, al menos temporalmente, una transformación de grano 12 de al menos partes de la estructura de austenita. Gracias a esta transformación Y-a-Y parcial se puede posibilitar una afinación de grano particular. Para la refrigeración acelerada (con agua) se puede usar, por ejemplo, el tramo de refrigeración 3 ya mencionado. No está representada una laminación reversible, sin embargo, para un experto en la materia es evidente que, en función de las exigencias a la chapa gruesa 1, la misma se puede mecanizar de forma termomecánica en varias pasadas por las respectivas cajas de laminación 2.
Ahora se explican con mayor detalle a modo de ejemplo las ventajas de acuerdo con la invención con ayuda de las figuras 2A y 2B. De acuerdo con la figura 2A está representado, de forma muy simplificada, un procedimiento de tratamiento termomecánico convencional para chapas gruesas 1. En primer lugar, el procedimiento presenta una conformación parcial 0 laminación previa (por ejemplo: desbaste plano) en la que se aplican altos grados de conformación comparativos a través de tablas 2' de la caja de laminación 2 sobre un material de partida o una chapa gruesa 1 todavía no terminada. A causa del espesor de chapa d de la chapa gruesa 1 y de la problemática que esto conlleva de una profundidad limitada de mecanizado de la caja de laminación 2 junto con una variación de temperatura entre el lado superior e inferior de chapa 7, 8 hacia la capa central 9 de la chapa gruesa 1 o al interior de la chapa gruesa 1, no se puede crear, en este caso, ningún tamaño homogéneo de grano de la austenita 10 a lo largo del espesor de chapa d. De este modo, a diferencia del lado superior o inferior de chapa 7, 8 se forma en el núcleo 9 un grano de austenita 10 grueso o de mayor tamaño, debido a que en esta región existen mayores temperaturas y grados reducidos de conformación comparativos. Con frecuencia, en este caso se habla también de la región de la mitad del espesor de chapa 9 o de núcleo 9, siendo evidente para un experto en la materia que estas regiones tienen una transición fluida unas en otras y, por lo tanto, no se pueden trazar líneas claras de límite entre regiones entre diferentes tamaños de grano de la austenita 10. En este caso, por simplicidad están representadas únicamente dos regiones marcadas en las figuras 2A y 2B. En la región de borde de la chapa gruesa 1 o en la región del lado superior de chapa 7 y del lado inferior de chapa 8 se ajusta ahora después de la laminación parcial a causa de los grados comparativamente altos de conformación comparativos, así como la temperatura reducida, un tamaño de grano de austenita más fino que en el interior de la chapa gruesa. Este proceso se debe en esencia a la recristalización. De acuerdo con la figura 2A se pueden reconocer claramente estos diferentes tamaños de grano en la chapa gruesa 1. Esta diferencia ya no se puede anular ni siquiera por la conformación final o la última laminación de la chapa gruesa 1, a pesar de que esta laminación se realiza preferentemente como laminación termomecánica (laminación TM) por debajo de la temperatura de recristalización de la austenita 10, tal como está representada esta laminación a la derecha de la figura 2A. Gracias a la laminación final a través de las tablas 2' preferentemente de la misma caja de laminación 2, ciertamente se puede estirar en particular el grano de austenita 10 en las zonas de borde, sin embargo, en el núcleo 9 en comparación solo se puede posibilitar un estiramiento reducido del grano de austenita. Esto se puede deber a que no se puede descartar por completo una recristalización de la austenita a pesar de la laminación termomecánica. La distribución de la temperatura a lo largo del espesor de chapa d en este caso, de hecho, es similar a la laminación previa, en las regiones del lado superior o inferior de chapa 7, 8 en cuanto a la temperatura es inferior que en el núcleo 9 o en la región de la mitad del espesor de chapa 9. Por lo tanto, ni siquiera por una laminación final termomecánica se puede conseguir una afinación de grano uniforme a lo largo de todo el espesor de chapa d de chapa gruesa 1, lo que habla en contra de una alta tenacidad, especialmente tenacidad a baja temperatura, en particular, en la región de la mitad del espesor de chapa 9.
A diferencia del procedimiento de tratamiento termomecánico conocido por la figura 2A, de acuerdo con la figura 2B está representado el procedimiento de tratamiento termomecánico de acuerdo con la invención para la producción de una chapa gruesa 1 a partir de un material de partida, lo que conduce a una excelente tenacidad, en particular, tenacidad a baja temperatura, en la chapa gruesa 1. En primer lugar, son iguales los dos procedimientos de tratamiento termomecánico en la conformación parcial o laminación previa con tablas 2' de una caja de laminación 2. Sin embargo, como diferencia, antes de la conformación final o última laminación también con tablas 2' de la caja de laminación 2 tiene lugar una etapa intermedia de acuerdo con la invención de la transformación de grano 12 de la estructura de la chapa gruesa 1. Tal transformación de grano 12 comprende un enfriamiento acelerado (tramo de refrigeración 3 con agua) junto con un calentamiento inductivo (calentamiento de campo longitudinal inductivo 5) y tiene, como se ilustra en el centro de la figura 2B, una influencia particular en la chapa gruesa en la estructura de la austenita 10, en particular, sobre el núcleo 9 o la región de la mitad del espesor de chapa 9 de la chapa gruesa 1. Con ello, se puede reducir de hecho sorprendentemente el diámetro existente en la austenita y se puede igualar la diferencia de diámetro entre los granos de la austenita 10 en la región del lado superior o inferior de chapa 7 u 8 (creada en esencia por la laminación previa) en uno de los lados y los granos situados en el interior de la austenita 10 en el otro lado, como se puede reconocer también en la figura 2B por la transformación de grano realizada después de la laminación previa o parcial. De este modo, de acuerdo con la invención se puede poner a disposición un grano fino más uniforme o una estructura más homogénea de la austenita 10 a lo largo de todo el espesor de chapa d a la o a las etapas de procedimiento siguientes. Adicionalmente se aprovecha, sin embargo, también el efecto técnico de que gracias a la transformación de grano de acuerdo con la invención se establecen condiciones mejoradas para la conformación final o la última laminación. En concreto, a diferencia del estado de la técnica para la laminación termomecánica preferente como conformación final con la caja de laminación 2, se puede ajustar un gradiente de temperatura a lo largo del espesor de la chapa gruesa, que sirve para una mayor temperatura del lado superior o inferior 7, 8 con respecto al núcleo 9 de la chapa gruesa 1 o su interior. Por ello, se puede reprimir una posible recristalización de la austenita 10 incluso en la región de la mitad del espesor de chapa 9, lo que no se puede evitar por completo en caso de espesores de chapa comparativamente grandes ni siquiera por una laminación TM, de tal manera que en esta región en esencia se pueden conservar también los granos de austenita 10 estirados por laminación y se puede ajustar también un aumento de la densidad de lugares de defecto. Esta estructura de austenita particularmente fina se puede ver en la figura 2B después de la conformación final o última laminación, lo que muestra adicionalmente un estiramiento homogéneo de la austenita 10 a lo largo de espesor de chapa gruesa d. Con ello, se puede conseguir, por ejemplo, incluso en chapas gruesas 1 terminadas con un espesor d mayor de 24 mm una estructura final que presenta un tamaño de grano ASTM (ASTM E112 1996 - “American Society for Testing and Materials”: Método de medición del número de granos por unidad de área en la probeta metalográfica pulida) de la anterior austenita 10 de mayor o igual a 8,5 así como un grano de austenita 10 anterior estirado. Los límites tecnológicos conocidos en valores de tenacidad alcanzables se pueden superar de este modo de acuerdo con la invención, por lo que, incluso en el caso de chapas gruesas de mayor espesor, por ejemplo, de más de 24 mm, se pueden conseguir estados de estructura con propiedades de tenacidad de mayor valor. Para aclarar estas ventajas se hace referencia también a la figura 6. Aquí están representadas en una vista ampliada varias estructuras de austenita en relación: con la referencia 10', una estructura de austenita con granos de austenita 10 que se puede conseguir cuando se somete la estructura a un tratamiento convencional o conocido (bonificado o recocido normal) y con la referencia 10'', una estructura de austenita claramente más fina con granos de austenita 10 que se puede crear de acuerdo con la invención.
En particular, ha resultado ser ventajoso un calentamiento inductivo con ayuda de un calentamiento de campo longitudinal 5, lo que está representado, por ejemplo, de acuerdo con la figura 3. El campo magnético 6 alineado en esencia en dirección longitudinal de la chapa gruesa 1 mostró propiedades excelentes en los valores de tenacidad alcanzables mediante el procedimiento de tratamiento termomecánico. De este modo, se conduce la chapa gruesa 1 en dirección longitudinal a través de una bobina 13, induciendo la bobina 13 sometida a tensión alterna corrientes de Foucault 14 en esencia en la zona de borde del lado superior e inferior 7, 8 así como en los lados longitudinales 15 de la chapa gruesa 1. Así se configura, como está representado de forma simplificada en la figura 3, una zona de calentamiento 16 cerrada, lo que se puede aprovechar para un calentamiento uniformemente rápido para la creación de relaciones de estructura ventajosas.
A través del campo magnético 6 se crea una distribución de temperatura 17, representada de acuerdo con la figura 4, a lo largo del espesor de chapa gruesa d o del corte transversal de la chapa gruesa. Por ello, en la región de todo el lado superior de chapa o inferior de chapa 7, 8 se puede asegurar una mayor temperatura con respecto a la temperatura en el interior de la chapa gruesa 1, de tal manera que la conformación final como laminación t M puede conducir a valores mejorados de laminación de la chapa gruesa 1, como se ha mencionado ya anteriormente. Precisamente, un calentamiento de campo longitudinal inductivo 5 de la chapa gruesa 1 puede conseguir, de forma constructiva sencilla, una distribución de temperatura representada de acuerdo con la figura 4. Son concebibles otras construcciones, por ejemplo, con ayuda de calentamiento de campo transversal inductivo para conseguir, al igual que con el calentamiento de campo longitudinal, un calentamiento a lo largo de, esencialmente, toda la anchura de chapa 11 de la chapa gruesa 1.
En comparación con esto está representada en la figura 4 también una distribución de temperatura 18 de un procedimiento de tratamiento termomecánico de acuerdo con el estado de la técnica, como se puede observar, se diferencia claramente de la evolución de temperatura 17 de acuerdo con la invención (prácticamente gradiente opuesto).
Una afinación de grano se puede mejorar en particular cuando se enfría de forma acelerada la pieza de laminación a por debajo de Ar1, lo que se puede observar en particular en la figura 5. Por ello, toda la estructura consigue al menos brevemente en la fase a y se produce, después de un recalentamiento, una transformación de grano 12 completa de toda la estructura de austenita.
Ventajosamente, el calentamiento inductivo se realiza a una temperatura tan alta por encima de Ac3, que con la laminación final posterior la chapa gruesa 1 presenta todavía una temperatura final de laminación por encima de Ar3, que se encuentra preferentemente en el intervalo de 680 a 920 grados Celsius. Con ello, después del calentamiento inductivo de la chapa gruesa 1 puede comenzar sin tiempo de espera la laminación final. En particular, con ello se puede ajustar también la temperatura de la capa central 9 de la chapa gruesa para poder tratar, precisamente en el caso de chapas gruesas de mayor espesor, también su núcleo 9 comparativamente difícil de mecanizar ventajosamente de forma termomecánica. Para esto han dado buen resultado temperaturas en el intervalo de 0 a 80 grados Celsius por encima de la temperatura Ar3, en particular, 20 grados por encima de la temperatura Ac3.
El procedimiento de tratamiento termomecánico de acuerdo con la invención ha resultado ser ventajoso, en particular, con un espesor de chapa gruesa terminado de laminar de más de 24 mm, preferentemente de 25 a 100 mm. Con ello se han podido conseguir propiedades mecánico-tecnológicas que no se pueden conseguir mediante una laminación en caliente, mediante un tratamiento termomecánico correspondiente al estado de la técnica ni por un tratamiento térmico por sí solo.
En general, mediante el procedimiento de acuerdo con la invención se ha podido constatar a partir de un espesor de chapa de más de 24 mm, preferentemente de 25 mm, que se consigue, con ello, una clara reducción del tamaño de grano de la austenita 10 y, con ello, se ha podido mejorar también la tenacidad o tenacidad a baja temperatura de la estructura de transformación producida a partir de esto. Así se puede aprovechar el desplazamiento de la transición dúctil-frágil hacia temperaturas más bajas, por ejemplo, según se establece mediante un ensayo de resiliencia o el ensayo “Battelle Drop Weight Tear' (BDWTT), para fabricar a partir de una chapa gruesa 1 tratada de este modo gasoductos o plataformas “costa afuera”, ya que estos materiales a bajas temperaturas tienen que ser suficientemente tenaces y presentar capacidad de soldadura. Por lo tanto, la invención supera los límites entre el espesor de chapa d y los valores alcanzables de la tenacidad al exponerse a temperatura de forma acelerada la chapa gruesa 1 en dirección de, al menos, una transformación de grano parcial de la estructura de austenita, lo que se consigue tanto mediante el enfriamiento acelerado como por el calentamiento rápido inductivo, en particular, con un calentamiento inductivo promediado a lo largo del tiempo de mayor o igual 1 grado Celsius por segundo.
Así, los resultados del ensayo mostraron, por ejemplo, a partir de un espesor de chapa de 25 mm una mejora de la temperatura de transición dúctil-frágil establecida en el BDWTT (de acuerdo con la norma DIN EN 10274) de aproximadamente 40 grados Celsius, lo que se pudo posibilitar basándose en el procedimiento de tratamiento termomecánico de acuerdo con la invención.
En general, se menciona que, de acuerdo con la norma DIN EN 10052, existen las siguientes definiciones:
Ac3: temperatura a la que termina la transformación de la ferrita en austenita con un calentamiento.
Ar1: temperatura a la que termina la transformación de la austenita en ferrita o en ferrita y cementita con un enfriamiento.
Ar3: temperatura a la que comienza la formación de la ferrita con un enfriamiento.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de tratamiento termomecánico para la producción de una chapa gruesa (1) a partir de un material de partida para el aumento de la tenacidad, en particular, la tenacidad a baja temperatura, de la chapa gruesa (1), en el que la chapa gruesa (1) se calienta, se conforma de forma parcial y final mediante laminación y se enfría de forma acelerada con respecto a un enfriamiento a temperatura ambiente, enfriándose de forma acelerada la chapa gruesa (1) calentada para una conformación parcial a una temperatura superior a Ac3 después de su conformación final, caracterizado porque la chapa gruesa (1) se enfría de forma acelerada entre la conformación parcial y final a una temperatura inferior a Ar3 y, a continuación, se calienta de modo inductivo a una temperatura superior a Ac3, usándose una chapa gruesa con una aleación de acero que presenta:
del 0,02 al 0,1 % en masa de (C) carbono,
del 1,0 al 2,0 % en masa de (Mn) manganeso,
de 0 al 0,1 % en masa de (V) vanadio y (Ti) titanio y (Nb) niobio, de 0 al 1,0 % en masa de (Cr) cromo y (Mo) molibdeno,
de 0 al 1,0 % en masa de (Cu) cobre y (Ni) níquel,
de 0 al 0,003 % en masa de (B) boro,
un valor de CEiiw del 0,2 al 0,7 % en masa,
resto impurezas y (Fe) hierro.
2. Procedimiento de tratamiento termomecánico de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la conformación final se lleva a cabo con ayuda de una laminación termomecánica o con control de la recristalización.
3. Procedimiento de tratamiento termomecánico de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque a través de la conformación final se ajusta un espesor de chapa gruesa (d) de mayor o igual a 24mm.
4. Procedimiento de tratamiento termomecánico de acuerdo con la reivindicación 1, 2 o 3, caracterizado porque la chapa gruesa (1) se enfría de forma acelerada después de la conformación parcial.
5. Procedimiento de tratamiento termomecánico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la chapa gruesa (1) se enfría de forma acelerada después de la conformación parcial a una temperatura inferior a Ar1.
6. Procedimiento de tratamiento termomecánico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la chapa gruesa (1) se calienta de modo inductivo a su temperatura para la conformación final y, a continuación, se somete a la conformación final.
7. Procedimiento de tratamiento termomecánico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la chapa gruesa (1) se refrigera de forma acelerada con una temperatura final de laminación durante la conformación final de mayor o igual a Ar3.
8. Procedimiento de tratamiento termomecánico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la chapa gruesa (1) se somete a etapas de procedimiento posteriores sucesivas, en concreto conformación parcial, enfriamiento acelerado, calentamiento inductivo, posible descascarillado, conformación final y enfriamiento acelerado.
9. Procedimiento de tratamiento termomecánico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la chapa gruesa (1) se calienta de modo inductivo a lo largo de toda su anchura de chapa (11) y, en particular, a lo largo de una zona de calentamiento (16) situada en la región del lado superior y lado inferior de chapa (7, 8).
10. Procedimiento de tratamiento termomecánico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la chapa gruesa (1) se calienta de modo inductivo con ayuda de un calentamiento de campo longitudinal (5).
11. Procedimiento de tratamiento termomecánico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la chapa gruesa (1) se somete a una laminación parcial y/o final reversible.
12. Chapa gruesa con una estructura que presenta un tamaño de grano reducido, producido mediante un procedimiento de tratamiento termomecánico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11 , y con una estructura que presenta un número de tamaño de grano ASTM de la anterior austenita (10) de mayor o igual a 8,5 así como un grano de austenita anterior estirado (10).
13. Chapa gruesa de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque la chapa gruesa (1) presenta un espesor de chapa gruesa (d) después de la laminación final de mayor o igual a 24mm.
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