ES2878048T3 - Método de colada y laminación de aleación de aluminio y producto intermedio asociado - Google Patents

Método de colada y laminación de aleación de aluminio y producto intermedio asociado Download PDF

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Abstract

Un producto de metal intermedio de aleación AA6xxx de aluminio, que comprende: una fase primaria de aluminio sólido formada mediante el enfriamiento de metal líquido en un dispositivo de colada continua con un espesor de tira de 7 mm - 50 mm; y una fase secundaria que incluye un elemento de aleación, en donde la fase secundaria se esferoidiza mediante el trabajo en caliente o en tibio de la fase primaria y la fase secundaria con una reducción de sección de aproximadamente el 30 % al 80 % y en donde la fase secundaria se esferoidiza adicionalmente mediante el mantenimiento de una temperatura pico del metal en la fase primaria y la fase secundaria que está aproximadamente 15 °C - 45 °C por debajo de una temperatura de solidificación del producto de metal, en donde la temperatura pico del metal se mantiene durante una duración de aproximadamente 1-3 minutos antes del trabajo en caliente o en tibio.

Description

DESCRIPCIÓN
Método de colada y laminación de aleación de aluminio y producto intermedio asociado
Campo técnico
La presente divulgación se refiere a la producción de material metálico, tal como bobinas de tira de metal, y, más específicamente, a la laminación y colada continua de metales, tales como aluminio.
Antecedentes
La colada directa en molde (DC en inglés) y la colada continua son dos métodos de colada de metal sólido a partir de metal líquido. En la colada DC, el metal líquido se vierte en un molde que tiene un fondo falso retráctil capaz de retirarse a la velocidad de solidificación del metal líquido en el molde, lo que a menudo produce un lingote grande y relativamente espeso (por ejemplo, de 1.500 mm x 500 mm x 5 m). El lingote puede ser procesado, homogeneizado, laminado en caliente, laminado en frío, recocido y/o tratado térmicamente y acabado de otro modo antes de ser bobinado en un producto de tira de metal distribuible a un consumidor del producto de tira de metal (por ejemplo, una instalación de fabricación de automóviles).
La colada continua implica la inyección continua de metal fundido en una cavidad de colada definida entre un par de superficies de colada opuestas móviles y la extracción de una forma de metal colado (por ejemplo, una tira de metal) de la salida de la cavidad de colada. La colada continua ha sido deseable en los casos donde todo el producto se puede preparar en una sola línea de procesamiento completamente acoplada. Tal línea de procesamiento completamente acoplada implica hacer coincidir, o "acoplar", la velocidad del equipo de colada continua con la velocidad del equipo de procesamiento corriente abajo.
El documento Wo 01/44532 A1 describe un método para templar láminas de aleación para minimizar la distorsión. El documento GB 2 027 743 A describe una colada de tira continua de aleación de aluminio. El documento US 4.238.248 describe un proceso para preparar tiras de aleación de aluminio de bajo orejeado en una máquina de colada de tiras.
Breve descripción de los dibujos
La memoria descriptiva hace referencia a las siguientes figuras adjuntas, en las que el uso de números de referencia similares en diferentes figuras pretende ilustrar componentes similares o análogos.
La FIG. 1 es un diagrama esquemático que representa un sistema de colada y laminación de metales desacoplado de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 2 es un gráfico de tiempo para la producción de diversas bobinas que usan un sistema de colada y laminación de metales desacoplado de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 3 es un diagrama esquemático que representa un sistema de colada continua desacoplado de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 4 es un diagrama esquemático que representa un sistema de almacenamiento vertical de bobina intermedia de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 5 es un diagrama esquemático que representa un sistema de almacenamiento elevado de bobina intermedia de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 6 es un diagrama esquemático que representa un sistema de laminación en caliente de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 7 es un gráfico y diagrama esquemático combinados que representan un sistema de laminación en caliente y el perfil de temperatura asociado de la tira de metal que se lamina en el mismo de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 8 es un gráfico y diagrama esquemático combinados que representan un sistema de laminación en caliente que tiene cajas de laminación subenfriadas intencionalmente y el perfil de temperatura asociado de la tira de metal que se lamina en el mismo de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 9 es un diagrama de flujo y un diagrama esquemático combinados que representan un proceso para colar y laminar tiras de metal en asociación a una primera variante de un sistema desacoplado y una segunda variante de un sistema desacoplado de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 10 es un diagrama de flujo que representa un proceso para colar y laminar tiras de metal de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 11 es un gráfico que representa un perfil de temperatura de una tira de metal en proceso de colada sin un templado posterior a la colada y almacenada a alta temperatura antes de ser laminada, de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 12 es un gráfico que representa un perfil de temperatura de una tira de metal en proceso de colada sin un templado posterior a la colada y con precalentamiento antes de la laminación, de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 13 es un gráfico que representa un perfil de temperatura de una tira de metal en proceso de colada con un templado posterior a la colada y almacenamiento a alta temperatura antes de ser laminada, de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 14 es un gráfico que representa un perfil de temperatura de una tira de metal en proceso de colada con un templado posterior a la colada y con precalentamiento antes de la laminación, de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 15 es un conjunto de imágenes ampliadas que representan compuestos intermetálicos en la aleación de aluminio AA6014 de una tira de metal colada por DC convencional en comparación con una tira de metal en estado bruto de colada usando un sistema de colada y laminación desacoplado de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 16 es un conjunto de micrografías electrónicas de transmisión de barrido que representan dispersoides en tiras de metal de aleación de aluminio de la serie 6xxx que se han recalentado durante una hora a 550 °C que comparan una tira de metal colada sin un templado posterior a la colada y una tira de metal colada con un templado posterior a la colada de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 17 es un gráfico que compara los resultados de los ensayos de límite elástico y de flexión de tres puntos de las tiras de metal de la serie 7xxx preparadas usando técnicas tradicionales de colada directa en molde y usando la colada y laminación continuas desacopladas de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. La FIG. 18 es un gráfico que compara los resultados del límite elástico y del tiempo de remojo del tratamiento térmico de solución de las tiras de metal de la serie 6xxx preparadas usando técnicas tradicionales de colada directa en molde y usando la colada y laminación continuas desacopladas de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 19 es un conjunto de micrografías electrónicas de transmisión de barrido que representan dispersoides en tiras de metal de aleación de aluminio AA6111 que se han recalentado durante ocho horas a 550 °C que comparan una tira de metal colada sin un templado posterior a la colada y una tira de metal colada con un templado posterior a la colada de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 20 es un gráfico que representa la precipitación de Mg2Si de una tira de metal de aluminio durante la laminación en caliente y el templado de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 21 es un gráfico y diagrama esquemático combinados que representan un sistema de laminación en caliente y el perfil de temperatura asociado de la tira de metal que se lamina en el mismo de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 22 es un diagrama esquemático que representa un sistema de colada continua de banda en caliente de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 23 es un gráfico que representa la precipitación de Mg2Si de una tira de metal de aluminio durante la laminación en caliente y el templado de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 24 es un diagrama de flujo que representa un proceso para colar una banda de metal en caliente de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 25 es un diagrama esquemático que representa un sistema de colada continua de banda en caliente de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 26 es un diagrama esquemático que muestra un sistema de colada continua de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 27 es un diagrama de flujo que representa un proceso para colar un producto de metal extruible de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
La FIG. 28 es un gráfico que muestra una distribución log-normal de densidad numérica de partículas constituyentes de hierro (Fe) por micrómetro cuadrado (pm2) en comparación con el tamaño de partícula de aleaciones producidas de acuerdo con los métodos descritos en la presente.
La FIG. 29 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM en inglés) que muestran partículas constituyentes de Fe en AA6111 después del procesamiento de acuerdo con los métodos descritos en la presente.
La FIG. 30 es un gráfico que muestra una distribución log-normal de densidad numérica de partículas constituyentes de hierro (Fe) por micrómetro cuadrado (pm2) en comparación con el tamaño de partícula de aleaciones producidas de acuerdo con los métodos descritos en la presente.
La FIG. 31 es un gráfico que muestra una distribución log-normal de densidad numérica de partículas constituyentes de hierro (Fe) por micrómetro cuadrado (pm2) en comparación con el tamaño de partícula de aleaciones producidas de acuerdo con los métodos descritos en la presente.
La FIG. 32 es un gráfico que muestra una distribución log-normal de densidad numérica de partículas constituyentes de hierro (Fe) por micrómetro cuadrado (pm2) en comparación con el tamaño de partícula de aleaciones producidas de acuerdo con los métodos descritos en la presente.
La FIG. 33 es un gráfico que muestra una distribución log-normal de densidad numérica de partículas constituyentes de hierro (Fe) por micrómetro cuadrado (pm2) en comparación con el tamaño de partícula de aleaciones producidas de acuerdo con los métodos descritos en la presente.
La FIG. 34 es un gráfico que muestra una distribución log-normal de densidad numérica de partículas constituyentes de hierro (Fe) por micrómetro cuadrado (pm2) en comparación con el tamaño de partícula de aleaciones producidas de acuerdo con los métodos descritos en la presente.
La FIG. 35 es una micrografía que muestra la microestructura de una aleación de aluminio AA6014 que se coló continuamente en un planchón que tenía un espesor de calibre de 19 mm, se enfrió y almacenó, se precalentó y se laminó en caliente a 11 mm de espesor y, adicionalmente, se laminó en caliente a 6 mm de espesor, lo que se conoce como "R1".
La FIG. 36 es una micrografía que muestra la microestructura de una aleación de aluminio AA6014 que se coló continuamente en un planchón que tenía un espesor de calibre de 10 mm, se enfrió y almacenó, se precalentó y se laminó en caliente a 5,5 mm de espesor, lo que se conoce como "R2".
La FIG. 37 es una micrografía que muestra la microestructura de una aleación de aluminio AA6014 que se coló continuamente en un planchón que tenía un espesor de calibre de 19 mm, se enfrió y almacenó, se laminó en frío a 11 mm de espesor, se precalentó y, adicionalmente, se laminó en caliente a 6 mm de espesor, lo que se conoce como "R3".
La FIG. 38 es un gráfico que muestra los efectos del precalentamiento sobre la formabilidad de la aleación de aluminio AA6014.
La FIG. 39 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) que muestran partículas constituyentes de Fe en una sección de 11,3 mm de calibre de metal AA6111.
La FIG. 40 es un gráfico que representa el diámetro circular equivalente (ECD en inglés) de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 39.
La FIG. 41 es un gráfico que representa relaciones de aspecto de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 39.
La FIG. 42 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para el diámetro circular equivalente de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 39.
La FIG. 43 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para la relación de aspecto de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 39.
La FIG. 44 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) que muestran partículas constituyentes de Fe en una sección de 11,3 mm de calibre de metal AA6111.
La FIG. 45 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para el diámetro circular equivalente de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 44.
La FIG. 46 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para la relación de aspecto de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 44.
La FIG. 47 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) que muestran partículas constituyentes de Fe en una sección de 11,3 mm de calibre de metal AA6111.
La FIG. 48 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para el diámetro circular equivalente de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 47.
La FIG. 49 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para la relación de aspecto de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 47.
La FIG. 50 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) que muestran partículas constituyentes de Fe en secciones de metal AA6111 después de someterse a diversas vías de procesamiento para lograr una banda de 3,7 - 6 mm de calibre.
La FIG. 51 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para el diámetro circular equivalente de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 50.
La FIG. 52 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para la relación de aspecto de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 50.
La FIG. 53 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) que muestran partículas constituyentes de Fe en secciones de metal AA6111 después de someterse a diversas vías de procesamiento para lograr una tira de 2,0 mm de calibre.
La FIG. 54 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para el diámetro circular equivalente de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 53.
La FIG. 55 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para la relación de aspecto de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 53.
La FIG. 56 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) que muestran partículas constituyentes de Fe en secciones de metal AA6111 después de someterse a diversas vías de procesamiento para lograr una tira de 2,0 mm de calibre.
La FIG. 57 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para el diámetro circular equivalente de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 56.
La FIG. 58 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para la relación de aspecto de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 56.
La FIG. 59 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) que muestran partículas constituyentes de Fe en secciones de metal AA6451 después de someterse a diversas vías de procesamiento para lograr una banda de 3,7 - 6 mm de calibre.
La FIG. 60 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para el diámetro circular equivalente de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 59.
La FIG. 61 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para la relación de aspecto de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 59.
La FIG. 62 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) que muestran partículas constituyentes de Fe en secciones de metal AA6451 después de someterse a diversas vías de procesamiento para lograr una tira de 2,0 mm de calibre.
La FIG. 63 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para el diámetro circular equivalente de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 62.
La FIG. 64 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para la relación de aspecto de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 62.
La FIG. 65 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) y micrografías ópticas que representan la fundición y la formación de vacíos de Mg2Si en secciones de metal AA6451 que se ha colado y laminado en frío para lograr una tira de 2,0 mm de calibre.
La FIG. 66 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) que muestran partículas constituyentes de Fe en secciones de metal AA6451 después de someterse a diversas vías de procesamiento para lograr una tira de 2,0 mm de calibre.
La FIG. 67 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para el diámetro circular equivalente de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 66.
La FIG. 68 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para la relación de aspecto de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 66.
La FIG. 69 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) que muestran partículas constituyentes de Fe en secciones de metal AA5754.
La FIG. 70 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para el diámetro circular equivalente de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 69.
La FIG. 71 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para la relación de aspecto de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 69.
Descripción detallada
La presente invención se refiere a un producto de metal intermedio de aleación AA6xxx de aluminio, que comprende:
una fase primaria de aluminio sólido formada mediante el enfriamiento de metal líquido en un dispositivo de colada continua con un espesor de tira de 7 mm - 50 mm; y
una fase secundaria que incluye un elemento de aleación, en donde la fase secundaria se esferoidiza mediante el trabajo en caliente o en tibio de la fase primaria y la fase secundaria con una reducción de sección de aproximadamente el 30 % al 80 % y en donde la fase secundaria se esferoidiza adicionalmente mediante el mantenimiento de una temperatura pico del metal en la fase primaria y la fase secundaria que está aproximadamente 15 °C - 45 °C por debajo de una temperatura de solidificación del producto de metal, en donde la temperatura pico del metal se mantiene durante una duración de aproximadamente 1-3 minutos antes del trabajo en caliente o en tibio.
La presente invención se refiere, además, a un método, que comprende:
colar continuamente una tira de metal de aleación AA6xxx de aluminio usando un dispositivo de colada continua; y laminar en caliente o en tibio la tira de metal con una reducción de espesor de aproximadamente el 50 % - 70 % después de que la tira de metal salga del dispositivo de colada continua, y que comprende, además, mantener una temperatura pico del metal que está aproximadamente 15 °C - 45 °C por debajo de una temperatura de solidificación de la tira de metal durante una duración de aproximadamente 1-3 minutos entre la colada de la tira de metal y la laminación de la tira de metal.
Determinados aspectos y características de la presente divulgación se refieren a líneas de laminación y colada continua desacopladas y parcialmente desacopladas para colar, laminar y de otro modo preparar artículos de metal (por ejemplo, tira de metal) adecuados para proporcionar una bobina distribuible de tira de metal. En algunos ejemplos, los artículos de metal se preparan sin requerir laminación en frío o el uso de una línea de tratamiento térmico de solución de recocido continuo (CASH en inglés). Una tira de metal se puede colar de manera continua desde un dispositivo de colada continua, tal como una máquina de colada de correa, y, a continuación, laminarse en una bobina de metal, opcionalmente después de haber sido sometida a templado posterior a la colada. Esta tira de metal bobinada y en estado bruto de colada puede almacenarse hasta que esté lista para la laminación en caliente. La tira de metal en estado bruto de colada puede someterse a recalentamiento antes de la laminación en caliente, ya sea durante el almacenamiento de la bobina o inmediatamente antes de la laminación en caliente. La tira de metal calentada puede enfriarse hasta una temperatura de laminación y laminarse en caliente a través de una o más cajas de laminación. La tira de metal laminada se puede recalentar y templar opcionalmente antes de bobinarla para su suministro. Esta tira de metal bobinada final puede ser del calibre deseado y tener las características físicas deseadas para su distribución a una instalación de fabricación.
Determinados aspectos y características de la presente divulgación se refieren a colar una aleación de aluminio con una alta velocidad de solidificación y, posteriormente, someter el artículo de metal colado a laminación en caliente o en tibio para reducir el espesor del artículo de metal en al menos aproximadamente el 30 % o en o aproximadamente el 30 % - 80 %, 40 % - 70 %, 50 % - 70 % o 60 % para producir una banda en caliente. En algunos casos, el artículo de metal puede pasar a través de un horno en línea antes de ser laminado en caliente o en tibio, horno que puede mantener el artículo de metal a una temperatura pico del metal de aproximadamente 400 °C - 580 °C durante aproximadamente 10 - 300 segundos, 60 - 180 segundos o 120 segundos. El producto de banda en caliente puede estar en el calibre final, en el calibre y temple final o puede estar listo para un procesamiento posterior, tal como la laminación en frío y el tratamiento térmico de solución. En algunos casos, un horno en línea puede ser especialmente útil para facilitar una mayor reducción del espesor durante la laminación en caliente o en tibio. Como se usa en la presente, la expresión reducción del espesor puede ser una forma de reducción de sección que se realiza usando la laminación. Otros tipos de reducción de sección pueden incluir la reducción del diámetro para artículos de metal extruidos. La laminación en caliente o en tibio puede ser un tipo de trabajo en caliente o en tibio, respectivamente. Otros tipos de trabajo en caliente o en tibio pueden incluir extrusión en caliente o en tibio, respectivamente.
En algunos casos, se pueden lograr formas y tamaños deseables de partículas intermetálicas mediante colada continua (por ejemplo, con una alta velocidad de solidificación), calentamiento opcional en un horno en línea y laminación en caliente o en tibio en línea con reducciones en el espesor de en o aproximadamente el 50 %-70 %. Estas formas y tamaños deseables de partículas intermetálicas pueden promover un procesamiento adicional, tal como la laminación en frío, así como el uso por parte del cliente, tal como la flexión y la formación.
Como se usa en la presente, las temperaturas pueden referirse a las temperaturas pico del metal, según corresponda. Además, las referencias a duraciones a temperaturas particulares pueden referirse a una duración de tiempo que comienza cuando el artículo de metal ha alcanzado la temperatura pico deseada del metal (por ejemplo, excluyendo los tiempos de aumento), aunque ese puede no siempre ser el caso.
Los aspectos y las características de la presente divulgación pueden ser especialmente útiles en la colada y laminación de aleaciones 6xxx de aluminio. Específicamente, los resultados deseables se pueden lograr en la colada de las aleaciones de aluminio de la serie 6xxx. Por ejemplo, determinados aspectos y características de la presente divulgación permiten la colada de aleaciones de las series 6xxx sin la necesidad de un tratamiento térmico de solución de recocido continuo. En esta descripción, se hace referencia a las aleaciones identificadas por las designaciones de la industria del aluminio, tales como “serie” o “AA6xxx” o “6xxx”. Para comprender el sistema de designación numérica más comúnmente usado para la denominación e identificación del aluminio y sus aleaciones, véase “International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys” o “Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot”, ambos publicados por The Aluminum Association.
Tradicionalmente, la tira de metal creada por un dispositivo de colada continua se alimenta directamente a un laminador en caliente para reducirla al espesor deseado. El beneficio aparente de la colada continua tradicionalmente se basa en que es capaz de alimentar la tira de metal en estado bruto de colada directamente a una línea de proceso, a diferencia de la colada DC. Debido a que el producto colado de manera continua se alimenta directamente al laminador, la velocidad de colada y la velocidad de laminación deben combinarse cuidadosamente para evitar la inducción de tensiones no deseables en la tira de metal que podrían producir un producto inutilizable, daños al equipo o condiciones peligrosas.
Sorprendentemente, se pueden lograr resultados beneficiosos al desacoplar intencionalmente el proceso de colada del proceso de laminación en caliente en un sistema de laminación y colada continua. Al desacoplar el proceso de colada continua del proceso de laminación en caliente, la velocidad de colada y la velocidad de laminación ya no tienen que coincidir estrechamente. Más bien, la velocidad de colada puede seleccionarse para producir las características deseadas en la tira de metal y la velocidad de laminación puede seleccionarse en función de los requisitos y limitaciones del equipo de laminación. En un sistema de laminación y colada continua desacoplado, el dispositivo de colada continua puede colar una tira de metal que se bobina inmediatamente o poco después en una bobina intermedia o de transferencia. La bobina intermedia puede almacenarse o llevarse inmediatamente al equipo de laminación. En el equipo de laminación, la bobina intermedia puede desbobinarse, lo que permite que la tira de metal pase a través del equipo de laminación para ser laminada en caliente y de otra manera procesada. El resultado final del proceso de laminación en caliente es una tira de metal que puede tener las características deseadas para un cliente en particular. La tira de metal puede bobinarse y distribuirse, tal como a una planta automotriz capaz de formar partes automotrices a partir de la tira de metal. En algunos casos, la tira de metal puede calentarse a diversos puntos después de haber sido colada inicialmente en el proceso de colada continua (por ejemplo, mediante la máquina de colada continua), sin embargo, la tira de metal permanecerá por debajo de la temperatura de solidificación de la tira de metal.
Como se usa en la presente, el término desacoplado se refiere a eliminar el enlace de velocidad entre el dispositivo de colada y la/s caja/s de laminación. Como se ha descrito anteriormente, un sistema acoplado (a veces denominado en la presente como sistema en línea) incluiría un dispositivo de colada continua que se alimenta directamente a las cajas de laminación de tal manera que la velocidad de salida del dispositivo de colada debe coincidir con la velocidad de entrada de las cajas de laminación. En un sistema no acoplado, la velocidad de colada se puede establecer independientemente de la velocidad de entrada de las cajas de laminación y la velocidad de las cajas de laminación se puede establecer independientemente de la velocidad de salida del dispositivo de colada. Diversos ejemplos descritos en la presente desacoplan el dispositivo de colada de la/s caja/s de laminación al hacer que el dispositivo de colada produzca una bobina de metal a una primera velocidad y, a continuación, al hacer que la bobina se alimente después a la/s caja/s de laminación para laminarse a una segunda velocidad. En algunos casos donde se desea que la velocidad de colada sea más rápida de lo que puede admitir una velocidad de laminación deseada, puede ser posible proporcionar un desacoplamiento limitado de la velocidad de salida de un dispositivo de colada y la velocidad de entrada de la/s caja/s de laminación, incluso cuando el dispositivo de colada alimenta la tira de metal colada directamente a la/s caja/s de laminación, a través del uso de un acumulador posicionado entre el dispositivo de colada y la/s caja/s de laminación.
El dispositivo de colada puede ser cualquier dispositivo de colada continua adecuado. Sin embargo, se han logrado resultados deseables de manera sorprendente usando un dispositivo de colada de correa, tal como el dispositivo de colada de correa descrito en la patente estadounidense n.° 6.755.236 titulada “BELT-COOLING AND GUIDING MEANS FOR CONTINUOUS BELT CASTING OF METAL STRIP”. En algunos casos, se pueden lograr resultados especialmente deseables mediante el uso de un dispositivo de colada de correa que tiene correas preparadas a partir de un metal que tiene una alta conductividad térmica, tal como el cobre. El dispositivo de colada de correa puede incluir correas preparadas a partir de un metal que tiene una conductividad térmica de al menos 250, 300, 325, 350, 375 o 400 vatios por metro por Kelvin a temperaturas de colada, aunque se pueden usar metales que tengan otros valores de conductividad térmica. El dispositivo de colada puede someter a colada una tira de metal con cualquier espesor adecuado, sin embargo, se han logrado resultados deseables con espesores de aproximadamente 7 mm a 50 mm.
Determinados aspectos de la presente divulgación pueden mejorar la formación y distribución de dispersoides dentro de la matriz de aluminio. Los dispersoides son colecciones de otras fases sólidas que se encuentran dentro de la fase primaria de una aleación de aluminio solidificada. Diversos factores durante la colada, la manipulación, el calentamiento y la laminación pueden afectar significativamente al tamaño y la distribución de dispersoides en una tira de metal. Se sabe que los dispersoides ayudan al rendimiento de flexión y otras características de las aleaciones de aluminio y con frecuencia son deseables en tamaños entre aproximadamente 10 nm y aproximadamente 500 nm y en una distribución relativamente uniforme en toda la tira de metal. En algunos casos, los dispersoides deseados pueden tener tamaños de aproximadamente 10 nm a 100 nm o de 10 nm a 500 nm. En la colada DC, se requieren largos ciclos de homogeneización (por ejemplo, de 15 horas o más) para producir una distribución deseable de dispersoides. En la colada continua convencional, los dispersoides a menudo no están presentes en absoluto o están presentes en pequeñas cantidades que no pueden proporcionar efecto beneficioso alguno.
Determinados aspectos de la presente divulgación se refieren a una tira de metal y a métodos para formar una tira de metal que tiene dispersoides deseables (por ejemplo, una distribución deseable de dispersoides de un tamaño deseable). En algunos casos, el dispositivo de colada puede configurarse para proporcionar una solidificación rápida (por ejemplo, una solidificación rápida a velocidades de o mayores de aproximadamente 10 veces más rápidas que la solidificación por colada DC convencional, tal como al menos a o aproximadamente 1 °C/s, al menos a o aproximadamente 10 °C/s o al menos a o aproximadamente 100 °C/s) y un enfriamiento rápido (por ejemplo, un enfriamiento rápido a velocidades de al menos a o aproximadamente 1 °C/s, al menos a o aproximadamente 10 °C/s o al menos a o aproximadamente 100 °C/s) de la tira de metal, que puede facilitar una microestructura mejorada en la tira de metal final. En algunos casos, la velocidad de solidificación puede ser de 100 veces o más la velocidad de solidificación de la colada DC tradicional. La solidificación rápida puede dar como resultado una microestructura única, que incluye una distribución única de elementos formadores de dispersoides distribuidos de manera muy uniforme en toda la matriz de aluminio solidificado. El enfriamiento rápido de esta tira de metal, tal como el templado inmediato de la tira de metal cuando sale del dispositivo de colada, o poco después, puede facilitar el bloqueo de los elementos formadores de dispersoides en una solución sólida. La tira de metal resultante se puede sobresaturar, a continuación, con elementos formadores de dispersoides. La tira de metal sobresaturada se puede bobinar, a continuación, en una bobina intermedia para su posterior procesamiento en el sistema de colada y laminación desacoplado. En algunos casos, los elementos formadores de dispersoides deseados incluyen manganeso, cromo, vanadio y/o circonio. Esta tira de metal que está sobresaturada con elementos formadores de dispersoides puede, cuando se recalienta, inducir muy rápidamente la precipitación de dispersoides distribuidos uniformemente y de tamaño deseable.
En algunos casos, la solidificación rápida y el enfriamiento rápido se pueden realizar de manera singular mediante un dispositivo de colada. El dispositivo de colada puede tener una longitud suficiente y tener suficientes características de eliminación de calor para producir una tira de metal sobresaturada en elementos formadores de dispersoides. En algunos casos, el dispositivo de colada puede tener una longitud suficiente y tener suficientes características de eliminación de calor para reducir la temperatura de la tira de metal colada hasta 250 °C, 240 °C, 230 °C, 220 °C, 210 °C o 200 °C o menos, aunque se pueden usar otros valores. En general, tal dispositivo de colada tendría que ocupar un espacio significativo o funcionar a velocidades de colada lentas. En algunos casos, cuando se desea un dispositivo de colada más pequeño y más rápido, la tira de metal se puede templar inmediatamente después de salir del dispositivo de colada o poco después. Se pueden posicionar una o más boquillas corriente abajo del dispositivo de colada para reducir la temperatura de la tira de metal hasta 250 °C, 240 °C, 230 °C, 220 °C, 210 °C, 200 °C, 175 °C, 150 °C, 125 °C o 100 °C o menos, aunque se pueden usar otros valores. El templado se puede producir lo suficientemente rápido para bloquear los elementos formadores de dispersoides en una tira de metal sobresaturada.
Tradicionalmente, se han evitado la solidificación rápida y el enfriamiento rápido porque la tira de metal resultante tiene características no deseables. Sin embargo, se ha descubierto sorprendentemente que una tira de metal sobresaturada en elementos formadores de dispersoides puede ser un precursor eficaz para una tira de metal que tenga las disposiciones deseadas de dispersoides. La tira de metal única sobresaturada de elementos formadores de dispersoides se puede recalentar, tal como durante el almacenamiento o inmediatamente antes de la laminación en caliente, para convertir la matriz sobresaturada en elementos formadores de dispersoides en una tira que contiene dispersoides de una distribución deseada (por ejemplo, distribuidos uniformemente) y de tamaños deseados (por ejemplo, entre aproximadamente 10 nm y aproximadamente 500 nm o entre aproximadamente 10 nm y aproximadamente 100 nm). Debido a que la tira de metal está sobresaturada en elementos formadores de dispersoides, la fuerza impulsora de la precipitación de dispersoides de tamaño deseable es mayor que para una matriz no sobresaturada. En otras palabras, determinados aspectos de solidificación y/o enfriamiento rápidos, como se divulgan en la presente, se pueden usar para preparar o imprimar una tira de metal, tira de metal que se puede recalentar más tarde de manera breve para lograr la disposición de dispersoides deseada. Por ejemplo, se ha descubierto que determinados aspectos de la presente divulgación pueden producir tiras de metal sobresaturadas en elementos formadores de dispersoides que pueden recalentarse para precipitar dispersoides de tamaño deseable en tiempos de recalentamiento que son 10-100 veces más cortos que la tecnología existente (por ejemplo, colada DC). Además, la velocidad a la que puede tener lugar este recalentamiento permite que el recalentamiento se realice en una línea de laminación en caliente, tal como al comienzo de la línea de laminación en caliente. Sin embargo, en algunos casos, una o más bobinas de tiras de metal sobresaturadas en elementos formadores de dispersoides pueden recalentarse antes de desbobinarse en una línea de laminación en caliente. Debido a que los dispersoides de tamaño deseable se pueden obtener mucho más rápidamente, se puede ahorrar una cantidad significativa de tiempo y energía en la producción de tiras de metal deseables. Además, la distribución mejorada de dispersoides puede permitir que se logre un rendimiento deseable con el uso de cantidades más bajas de elementos de aleación. En otras palabras, determinados aspectos y características de la presente divulgación permiten que los elementos de aleación se aprovechen de manera más eficaz que la colada continua o DC tradicional.
Además, la manipulación de uno o más de la velocidad de solidificación, la velocidad de enfriamiento (por ejemplo, de templado) y el tiempo de recalentamiento se pueden usar para adaptar específicamente el tamaño y la distribución de dispersoides a pedido. Un controlador se puede acoplar a los sistemas para controlar la velocidad de solidificación, la velocidad de enfriamiento y el tiempo de recalentamiento. Cuando se desea que una tira de metal tenga una determinada característica atribuible a una disposición de dispersoides particular (por ejemplo, tamaño y/o distribución), el controlador puede manipular las diversas velocidades/tiempos para producir la tira de metal deseada. De esta manera, las tiras de metal con las disposiciones de dispersoides deseadas se pueden crear a pedido. Debido a que el control de las disposiciones de dispersoides puede proporcionar más o menos eficacia en la forma en que se aprovechan los elementos de aleación, el control a pedido de las disposiciones de dispersoides puede permitir que un controlador compense las desviaciones en los elementos de aleación de una mezcla particular de metal líquido. Por ejemplo, cuando se producen tiras de metal suministrables que tienen determinadas características deseadas, un controlador puede compensar ligeras desviaciones en las concentraciones de los elementos de aleación entre coladas al ajustar la velocidad de solidificación, la velocidad de enfriamiento y/o el tiempo de recalentamiento del sistema para producir disposiciones de dispersoides que proporcionan un uso más o menos eficaz de los elementos de aleación (por ejemplo, un uso más eficaz puede ser deseable cuando se determina una desviación negativa de los elementos de aleación). Tal compensación puede realizarse automáticamente o puede recomendarse automáticamente a un usuario.
Las bobinas intermedias se pueden almacenar antes de ser laminadas en caliente, lo que permite, por tanto, que un dispositivo de colada produzca a una velocidad más rápida que la que puede/pueden soportar la/s caja/s de laminación en caliente, estando el exceso de tira de metal bobinado y almacenado hasta que la/s caja/s de laminación en caliente esté/estén disponibles. Cuando se almacenan, las bobinas intermedias se pueden recalentar opcionalmente. Por ejemplo, con diversos tipos de aleaciones de aluminio, las tiras intermedias se pueden recalentar hasta una temperatura de o de alrededor de 500 °C o más o de o de alrededor de 530 °C y más. La temperatura de recalentamiento permanecerá por debajo de la temperatura de solidificación para la tira de metal.
En algunos casos, las bobinas intermedias se mantienen a una temperatura de aproximadamente 100 °C o más, a 200 °C o más, a 300 °C o más, o a 400 °C o más o a 500 °C o más, aunque se pueden usar otros valores. En algunos casos, las bobinas intermedias se pueden almacenar de una manera que minimice las fuerzas radiales desiguales, lo que puede dificultar el desbobinado durante un proceso de laminación en caliente. En algunos casos, las bobinas intermedias se pueden almacenar verticalmente, extendiéndose el eje lateral de la bobina en una dirección vertical. En algunos casos, las bobinas intermedias se pueden almacenar horizontalmente, extendiéndose el eje lateral de la bobina en una dirección horizontal. En algunos casos, las bobinas intermedias se pueden suspender desde un husillo central, lo que minimiza, por tanto, la cantidad de peso que comprime los bucles de la bobina entre sí, específicamente la porción de la bobina ubicada por debajo del husillo. En algunos casos, las bobinas intermedias se pueden girar de manera periódica o continua alrededor de un eje horizontal (por ejemplo, el eje lateral de la bobina cuando se almacena horizontalmente).
Durante un proceso de laminación en caliente, una bobina intermedia puede desbobinarse, opcionalmente tratarse superficialmente, opcionalmente recalentarse, laminarse a un espesor deseado, opcionalmente recalentarse después de la laminación y el templado y bobinarse para su distribución. El proceso de laminación en caliente puede incluir una o más cajas de laminación en caliente, incluyendo cada una rodillos de trabajo para aplicar fuerza para reducir el espesor de la tira de metal. En algunos casos, la cantidad total de reducción del espesor durante la laminación en caliente puede ser igual o menor de aproximadamente el 70 %, 65 %, 60 %, 55 %, 50 %, 45 %, 40 %, 35 %, 30 %, 25 %, 20 % o 15 %, aunque se pueden usar otros valores. La laminación en caliente se puede realizar a una velocidad relativamente alta, tal como una velocidad de entrada (por ejemplo, la velocidad de la tira de metal cuando entra en la primera caja de laminación en caliente) de alrededor de 50 a alrededor de 60 metros por minuto (m/min), aunque se pueden usar otras velocidades de entrada. La velocidad de salida (por ejemplo, la velocidad de la tira de metal cuando sale de la última caja de laminación en caliente) puede ser mucho más rápida debido al porcentaje de reducción del espesor conferido por la/s caja/s de laminación en caliente, tal como de alrededor de 300 a alrededor de 800 m/min, aunque se pueden producir otras velocidades de salida. Para obtener resultados deseables, la laminación en caliente se puede realizar a una temperatura de laminación en caliente. La temperatura de laminación en caliente puede ser de o de alrededor de 350 °C, tal como entre 340 °C y 360 °C, 330 °C y 370 °C, 330 °C y 380 °C, 300 °C y 400 °C o 250 °C y 400 °C, aunque se pueden usar otros intervalos. En algunos casos, la temperatura de laminación en caliente deseada para una tira de metal puede ser su temperatura de recristalización de la aleación. En algunos casos, la temperatura de la tira de metal puede moverse de una temperatura inicial de laminación en caliente (por ejemplo, la temperatura de la tira de metal cuando entra en la primera caja de laminación en caliente), opcionalmente a través de una o más temperaturas de laminación en caliente entre las cajas (por ejemplo, la/s temperatura/s de la tira de metal entre dos cualesquiera cajas de laminación en caliente adyacentes), a una temperatura de salida de laminación en caliente (por ejemplo, la temperatura de la tira de metal cuando sale de la última caja de laminación en caliente). Cualquiera de estas temperaturas puede estar en los intervalos descritos anteriormente para una temperatura de laminación en caliente, aunque se pueden usar otros intervalos. La temperatura inicial de laminación en caliente, la/s temperatura/s opcional/es entre las cajas y la temperatura de salida de laminación en caliente pueden ser aproximadamente las mismas (por ejemplo, véase la FIG. 7) o pueden ser diferentes (por ejemplo, véase la FIG. 8).
En algunos casos, la tira de metal puede entrar en el proceso de laminación en caliente a alta temperatura o puede recalentarse, como se ha divulgado anteriormente, poco después de ser desbobinada en el sistema de laminación en caliente. La temperatura de la tira de metal en este punto puede ser mayor de 500 °C, 510 °C, 520 °C o 530 °C, pero menor del punto de fusión, aunque se pueden usar otros intervalos. Antes de entrar en la/s caja/s de laminación en caliente, la tira de metal puede enfriarse hasta la temperatura de laminación en caliente descrita anteriormente. Después de pasar a través de las cajas de laminación en caliente, la tira de metal puede calentarse opcionalmente hasta una temperatura posterior a la laminación. En las aleaciones tratables térmicamente, tales como las aleaciones de aluminio de la serie 6xxx, la temperatura posterior a la laminación puede ser de o de alrededor de la temperatura de solubilización. En algunos casos, tal como en el caso de las aleaciones no tratables térmicamente, el calentamiento posterior a la laminación no se puede usar, especialmente si la tira de metal sale del proceso de laminación en caliente a una temperatura igual o mayor que la temperatura de recristalización (por ejemplo, de o de alrededor de 350 °C o más). En las aleaciones tratables térmicamente, la temperatura posterior a la laminación o la temperatura de solubilización pueden diferir según la aleación, pero puede ser de o mayor de aproximadamente 450 °C, 460 °C, 470 °C, 480 °C, 490 °C, 500 °C, 510 °C, 520 °C y 530 °C. En algunos casos, la temperatura de solubilización puede ser de o de aproximadamente 20 °C-40 °C o, más preferentemente, de 30 °C, por debajo de la temperatura de solidificación de la aleación en cuestión. Inmediatamente después de recalentar la tira de metal hasta la temperatura posterior a la laminación, o poco después, la tira de metal se puede templar. La tira de metal se puede templar hasta una temperatura de bobinado, que puede ser de 150 °C, 140 °C, 130 °C, 120 °C, 110 °C o 100 °C o menos, aunque se pueden usar otros valores. La tira de metal puede bobinarse, a continuación, para su suministro. En este punto, la tira de metal bobinada puede tener las características físicas deseadas para la distribución, tal como un calibre deseado y un temple deseado.
Después de la laminación y el templado en caliente, la tira de metal puede tener un calibre y un temple deseados, tal como un temple T4. En la presente solicitud, se hace referencia a la condición o temple de aleación. Para una comprensión de las descripciones de temple de aleación más comúnmente usadas, véase “American National Standards (ANSI) H35 on Alloy and Temper Designation Systems”. Una condición o temple F se refiere a una aleación de aluminio como fabricada. Una condición o temple O se refiere a una aleación de aluminio después del recocido. Una condición o temple W se refiere a una aleación de aluminio después del tratamiento térmico de solución, aunque puede ser un temple inestable a temperaturas ambiente. Una condición o temple T se refiere a una aleación de aluminio después de un determinado tratamiento térmico que produce un temple estable. Una condición o temple T3 se refiere a una aleación de aluminio después del tratamiento térmico de solución (es decir, la solubilización), trabajo en frío y envejecimiento natural. Una condición o temple T4 se refiere a una aleación de aluminio después del tratamiento térmico de solución (es decir, la solubilización), seguido del envejecimiento natural. Una condición o temple T6 se refiere a una aleación de aluminio después del tratamiento térmico de solución, seguido del envejecimiento artificial. Una condición o temple T8 se refiere a una aleación de aluminio después del trabajo en frío, seguido del tratamiento térmico de solución, seguido del envejecimiento artificial.
En algunos casos, una tira de metal (por ejemplo, una tira de metal de aluminio) puede someterse a una recristalización dinámica durante la laminación en caliente al comenzar la laminación en caliente a alta temperatura (por ejemplo, una temperatura de entrada de laminación en caliente que es superior a la temperatura de recristalización, tal como de aproximadamente 550 °C o más) y al permitir que la tira de metal se enfríe durante el proceso de laminación en caliente a una temperatura de salida de laminación en caliente. En algunos casos, la recristalización dinámica durante la laminación en caliente o en tibio se puede producir al aplicar suficiente fuerza para inducir una deformación suficiente en el artículo de metal durante la laminación a una temperatura particular para recristalizar el artículo de metal.
La recristalización dinámica puede permitir que la tira de metal se temple inmediatamente después de la laminación en caliente, sin necesidad de recalentar la tira de metal (por ejemplo, por encima de una temperatura de recristalización) para lograr la recristalización. Adicionalmente, al templar de manera rápida inmediatamente después de la laminación en caliente, se pueden evitar los precipitados no deseables. A determinadas temperaturas, los precipitados, tales como la fase Mg2Si, pueden comenzar a formarse con el tiempo. Se puede definir una zona de alta precipitación en función de la temperatura y el tiempo transcurrido a esa temperatura, en la que se espera que los precipitados se formen rápidamente, tal como del 1 % al 90 % de finalización de la precipitación. Por lo tanto, para minimizar la formación de precipitados, puede ser deseable minimizar el tiempo transcurrido en esa zona de alta precipitación. A través de la recristalización dinámica, seguida del templado rápido, se puede minimizar la cantidad de tiempo que una tira de metal transcurre a una temperatura dentro de la zona de alta precipitación. En algunos casos, las propiedades metalúrgicas deseables pueden lograrse mediante templado y laminación en caliente de una tira de metal, en donde la temperatura de la tira de metal disminuye monótonamente desde justo antes de entrar en la primera caja de laminación en caliente hasta justo después de salir de la zona de templado (por ejemplo, la disminución monótona de temperatura a lo largo de los procesos de templado y laminación en caliente).
En algunos casos, una tira de metal puede entrar en la laminación en caliente después de un poco de templado inicial o sin este. Se puede dejar que la temperatura de la tira de metal disminuya durante la laminación en caliente de una temperatura de entrada de laminación en caliente que está por encima de una temperatura de recristalización (por ejemplo, una temperatura de precalentamiento, tal como a 550 °C o más) a una temperatura de salida de laminación en caliente que está por debajo de la temperatura de entrada de laminación en caliente. La disminución de la temperatura de la temperatura de entrada de laminación en caliente a la temperatura de salida de laminación en caliente puede ser una disminución monótona. Para efectuar la disminución de la temperatura durante la laminación en caliente, cada caja del laminador en caliente puede extraer calor de la tira de metal. Por ejemplo, una caja de laminación en caliente se puede enfriar lo suficiente como para que al pasar la tira de metal a través de la caja de laminación en caliente se pueda provocar la extracción de calor de la tira de metal a través de los rodillos de trabajo de la caja de laminación en caliente. En algunos casos, se puede extraer calor de la tira de metal entre las cajas de laminación en caliente mediante el uso de lubricantes u otros materiales refrigerantes (por ejemplo, fluidos, tales como el aire o el agua), en lugar o además de la eliminación de calor a través de las cajas de laminación en caliente en sí mismas. En algunos casos, las últimas y penúltimas cajas de laminación en caliente pueden laminar la tira de metal a temperaturas progresivamente más bajas. En algunos casos, las últimas y penúltimas cajas de laminación en caliente pueden laminar la tira de metal a la misma temperatura o aproximadamente la misma temperatura.
En lugar de depender de la recristalización posterior a la laminación (por ejemplo, después de la laminación en caliente) durante un proceso de tratamiento térmico, que puede requerir un aumento de temperatura antes del templado y que puede dar como resultado una duración prolongada dentro de una zona de alta precipitación, una tira de metal se puede someter a recristalización dinámica durante el proceso de laminación en caliente, como se describe en la presente. La recristalización dinámica puede implicar laminar la tira de metal a una velocidad de deformación suficientemente alta y a una temperatura suficientemente alta. La recristalización dinámica puede producirse en la caja de laminación final del laminador en caliente. La recristalización dinámica depende de la velocidad de deformación y la temperatura de la tira de metal que se procesa. El parámetro de Zener-Hollomon (Z)
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energía de activación, ^ es la constante de gas y ^ es la temperatura. La recristalización se produce cuando el parámetro de Zener-Hollomon se encuentra dentro de un intervalo deseado. Para permanecer dentro de este intervalo mientras se minimiza la temperatura (por ejemplo, la temperatura de salida de laminación en caliente), una tira de metal debe someterse a velocidades de deformación más altas que las necesarias a temperaturas más altas. Por lo tanto, puede ser deseable maximizar la cantidad de reducción (por ejemplo, el porcentaje de reducción del espesor) de la caja de laminación en caliente final o al menos seleccionar una cantidad de reducción adecuada para lograr una temperatura de salida de laminación en caliente adecuada para el templado rápido para minimizar el tiempo transcurrido en la zona de alta precipitación. Para lograr la reducción total deseada del espesor, la cantidad de reducción del espesor añadida a la caja de laminación en caliente final se puede compensar al disminuir la cantidad de reducción del espesor proporcionada por una o más de las cajas de laminación en caliente anteriores.
Adicionalmente, para minimizar el tiempo transcurrido dentro de la zona de alta precipitación, puede ser deseable ejecutar el laminador en caliente a altas velocidades. Por ejemplo, en un laminador en caliente que usa tres cajas para reducir la tira de metal de un calibre de 16 mm a 2 mm, una velocidad de la tira de aproximadamente 50 m/min a la entrada del laminador en caliente puede dar como resultado una velocidad de la tira de aproximadamente 400 m/min a la salida del laminador en caliente. Por lo tanto, para lograr una duración mínima adecuada dentro de la zona de alta precipitación, un proceso de templado puede necesitar reducir la temperatura de la tira de metal en aproximadamente 400 °C (por ejemplo, hasta 100 °C), mientras que la tira de metal avanza a velocidades de aproximadamente 400 m/min. En algunos metales, tales como el acero, tal templado rápido puede ser imposible, puede ser impracticable o puede requerir equipos grandes, costosos e ineficaces. En el aluminio, puede ser posible proporcionar tal templado como se describe en la presente, especialmente si la temperatura de recristalización se minimiza al cambiar una porción de la reducción del espesor de las cajas de laminación en caliente anteriores a la caja de laminación en caliente final. Además, cuando un proceso de laminación en caliente se desacopla de un proceso de colada, se puede permitir que el proceso de laminación en caliente avance a altas velocidades, tales como las que se describen en la presente. Las altas velocidades durante el proceso de laminación en caliente pueden ayudar a minimizar el tiempo transcurrido en la zona de alta precipitación. Adicionalmente, las altas velocidades de laminación en caliente pueden facilitar el logro de una velocidad de deformación adecuadamente alta necesaria para lograr una baja temperatura de recristalización, como se describe en la presente.
Adicionalmente, la recristalización dinámica y el templado rápido para minimizar la formación de precipitados pueden facilitarse mediante el uso de tiras de metal relativamente delgadas. Mediante la colada de la tira de metal a un calibre relativamente delgado, como se describe en la presente, el proceso de laminación en caliente puede avanzar a altas velocidades y puede ir seguido de un proceso de templado rápido, que puede reducir el tiempo transcurrido en la zona de alta precipitación. El calibre delgado también puede facilitar altas velocidades de laminación en caliente. Las técnicas descritas en la presente para la recristalización dinámica y el templado rápido pueden facilitar la preparación de una tira de metal u otro producto metalúrgico que tiene un temple T4 y que tiene cantidades de precipitados más pequeñas que las esperadas. Por ejemplo, una tira de metal preparada de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación puede tener un temple T4 y tener una fracción de volumen de Mg2Si a o menos de aproximadamente el 4,0 %, 3,9 %, 3,8 %, 3,7 %, 3,6 %, 3,5 %, 3,4 %, 3,3 %, 3,2 %, 3,1 %, 3,0 %, 2,9 %, 2,8 %, 2,7 %, 2,6 %, 2,5 %, 2,4 %, 2,3 %, 2,2 %, 2,1 %, 2,0 %, 1,9 %, 1,8 %, 1,7 %, 1,6 %, 1,5 %, 1,4 %, 1,3 %, 1,2 %, 1,1 %, 1,0 %, 0,9 %, 0,8 %, 0,7 %, 0,6 %, 0,5 %, 0,4 %, 0,3 %, 0,2 % o 0,1 %. En algunos casos, una tira de metal preparada de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación puede tener un temple T4 y tener una fracción de volumen de Mg2Si a o menos de aproximadamente el 10 %, 9,9 %, 9,8 %, 9,7 %, 9,6 %, 9,5 %, 9,4 %, 9,3 %, 9,2 %, 9,1 %, 9 %, 8,9 %, 8,8 %, 8,7 %, 8,6 %, 8,5 %, 8,4 %, 8,3 %, 8,2 %, 8,1 %, 8 %, 7,9 %, 7,8 %, 7,7 %, 7,6 %, 7,5 %, 7,4 %, 7,3 %, 7,2 %, 7,1 %, 7 %, 6,9 %, 6,8 %, 6,7 %, 6,6 %, 6,5 %, 6,4 %, 6,3 %, 6,2 %, 6,1 %, 6 %, 5,9 %, 5,8 %, 5,7 %, 5,6 %, 5,5 %, 5,4 %, 5,3 %, 5,2 %, 5,1 %, 5 %, 4,9 %, 4,8 %, 4,7 %, 4,6 %, 4,5 %, 4,4 %, 4,3 %, 4,2 % o 4,1 %. Como se usa en la presente, la referencia a una fracción de volumen de Mg2Si puede referirse a una fracción de volumen de Mg2Si con respecto a la cantidad total de Mg2Si que podría formarse en la aleación particular en proceso de colada. El porcentaje de fracción de volumen de Mg2Si también se puede denominar porcentaje de finalización de la reacción de precipitación para formar el Mg2Si.
Determinados aspectos y características de la presente divulgación se refieren a técnicas para adaptar el tamaño, la forma y la distribución del tamaño de compuestos intermetálicos que contienen hierro (que contienen Fe). La adaptación de las características de los compuestos intermetálicos que contienen Fe puede ser importante para lograr un rendimiento óptimo del producto, especialmente en las aleaciones de la serie 6xxx y especialmente en las exigentes especificaciones necesarias para las partes automotrices de aluminio. Mientras que la colada DC convencional puede requerir períodos largos (por ejemplo, varias horas) de homogeneización a alta temperatura (por ejemplo, >530 °C) para transformar los compuestos intermetálicos de fase beta Fe (p-Fe) en fase alfa Fe (a-Fe), determinados aspectos de la presente divulgación son adecuados para producir un producto de metal con los compuestos intermetálicos que contienen Fe deseables. Como se describe en la presente, determinados aspectos de la presente divulgación se refieren a la producción de un producto de calibre intermedio a partir de una máquina de colada continua. El producto de calibre intermedio puede terminarse en un producto de temple T4 a través de i) la laminación en frío hasta el calibre final y el tratamiento térmico de solución; ii) la laminación en caliente hasta el calibre final y el tratamiento térmico de solución; iii) la laminación en caliente hasta el calibre final, el recalentamiento con un calentador magnético y la realización de un templado en línea; iv) la laminación en caliente hasta el calibre final y el tratamiento térmico de solución; o v) la laminación en caliente hasta el calibre final con la recristalización dinámica para producir el temple T4.
En algunos casos, la tira de metal colada de la máquina de colada continua se puede laminar (por ejemplo, laminar en caliente) antes del bobinado. La laminación antes del bobinado puede ser a una gran reducción del espesor, tal como al menos el 30 % o más o más típicamente entre el 50 % y el 75 %. Se han descubierto resultados especialmente útiles cuando la tira de metal colada de manera continua se lamina con una única caja de laminación en caliente antes del bobinado, aunque, en algunos casos, se pueden usar cajas adicionales. En algunos casos, esta laminación en caliente de reducción alta (por ejemplo, mayor del 30 %, 35 %, 40 %, 45 %, 50 %, 55 %, 60 %, 65 %, 70 % o 75 % de reducción del espesor) después de la colada continua puede ayudar a romper las partículas que contienen Fe en la tira de metal, entre otros beneficios. En los casos en los que se reduce el espesor de la tira de metal a través de la laminación después de la colada continua y antes del bobinado, cualquier proceso de laminación en caliente que se produzca después del desbobinado puede requerir una caja de laminación en caliente menos y/o una pasada menos, dado que ya se ha reducido el espesor de la tira de metal en espesor entre la colada y el bobinado.
En algunos casos, la tira de metal puede homogeneizarse instantáneamente. La homogeneización instantánea puede incluir calentar la tira de metal hasta una temperatura mayor de 500 °C (por ejemplo, de 500-570 °C, 520­ 560 °C o a 560 °C o aproximadamente esta temperatura) durante un período de tiempo relativamente corto (por ejemplo, de aproximadamente 1 minuto a 10 minutos, tal como 30 segundos, 45 segundos, 1 minutos, 1:30 minutos, 2 minutos, 3 minutos, 4 minutos, 5 minutos, 6 minutos, 7 minutos, 8 minutos, 9 minutos o 10 minutos o cualquier intervalo entre estos). Este calentamiento se puede producir entre la máquina de colada continua y el bobinado inicial y, más específicamente, entre la máquina de colada continua y la caja de laminación en caliente antes del bobinado o entre esa caja de laminación en caliente y el bobinado. Esta homogeneización instantánea puede ayudar a reducir la relación de aspecto de los compuestos intermetálicos que contienen Fe (por ejemplo, tipo a o p) y también puede reducir el tamaño de estos compuestos intermetálicos. En algunos casos, la homogeneización instantánea (por ejemplo, a 570 °C durante aproximadamente 2 minutos) puede lograr exitosamente la esferoidización y/o el refinado beneficiosos de las partículas constituyentes de Fe que, de otro modo, requerirían una homogeneización extensa a temperaturas más altas.
En algunos casos, la combinación de homogeneización instantánea y laminación en caliente de alta reducción después de la colada continua, como se describe en la presente, puede ser especialmente útil para refinar (por ejemplo, romper) partículas que contienen Fe.
En un ejemplo, un sistema de colada puede incluir una máquina de colada continua, un horno (por ejemplo, un horno de túnel), una caja de laminación en caliente y un bobinador. En algunos casos, uno o más templados se pueden producir antes y/o después de la caja de laminación en caliente. La caja de laminación en caliente puede proporcionar una reducción del espesor de la tira de metal de al menos el 30 % o entre el 50-70 %. Un templado antes de la caja de laminación en caliente puede ser opcional, sin embargo, este puede romper de manera beneficiosa las partículas que contienen Fe y mejorar las características de precipitación. En algunos casos, después de la laminación en caliente, el templado y el bobinado, la tira de metal puede laminarse en caliente después de un calentamiento lento/rápido y un remojo a una temperatura relativamente alta (por ejemplo, >500 °C). En algunos casos, después de la laminación en caliente, el templado y el bobinado, la tira de metal puede laminarse en tibio después de un calentamiento lento/rápido a una temperatura relativamente baja (por ejemplo, <350 °C). En algunos casos, después de la laminación en caliente, el templado y el bobinado, la tira de metal se puede laminar en frío sin ningún tratamiento térmico adicional. Como se describe en la presente, estas diversas técnicas pueden dar como resultado diversas propiedades con respecto a las partículas que contienen Fe, tales como diversas distribuciones de tamaño de constituyentes de Fe.
En algunos casos, la tira de metal puede recalentarse en diversos puntos del sistema de laminación en caliente mediante el uso de dispositivos de calentamiento, tales como calentadores magnéticos, tales como calentadores de inducción o calentadores magnéticos giratorios. Los ejemplos no limitativos de calentadores magnéticos giratorios adecuados incluyen los divulgados en la solicitud provisional estadounidense n.° 62/400.426 presentada el 27 de septiembre de 2016 y titulada “ROTATING MAGNET HEAT INDUCTION”.
En general, la/s caja/s de laminación del sistema de laminación en caliente se enfría/enfrían, tal como a través de un sistema de refrigerante que incluye boquillas que pulverizan refrigerante en los rodillos de la/s caja/s de laminación y/o la propia tira de metal. Este sistema de refrigerante puede extraer suficiente calor de tal manera que la acción mecánica de reducir el espesor de la tira de metal al pasar la tira de metal a través de la/s caja/s de laminación en caliente no aumenta la temperatura de la tira de metal. Sin embargo, en algunos casos, la tira de metal puede recalentarse intencionalmente al reducir la cantidad de enfriamiento aplicado por el sistema de refrigerante, lo que permite, por tanto, que la acción mecánica de reducir el espesor de la tira de metal al pasar la tira de metal a través de la/s caja/s de laminación en caliente confiera un cambio positivo de temperatura en la tira de metal.
Como se usa en la presente, se describen diversos dispositivos de enfriamiento y/o templado con referencia al refrigerante suministrado por una o más boquillas. Se pueden usar otros mecanismos para proporcionar un enfriamiento rápido a una tira de metal, ya sea a base de fluido o no y ya sea a base de boquilla o no. En algunos casos, la tira de metal se puede enfriar o templar usando una gran cantidad de refrigerante, tal como se proporciona directamente desde una manguera, un conducto, un tanque u otra estructura similar para transportar el refrigerante a la tira de metal.
Los aspectos y las características de la presente divulgación se describen en la presente con respecto a la producción de tiras de metal, sin embargo, los aspectos de la presente divulgación también se pueden usar para producir productos de metal de cualquier tamaño o forma adecuada, tales como hojas, láminas, planchones, placas, planchas u otros productos de metal.
Estos ejemplos ilustrativos se proporcionan para presentarle al lector el objeto general en cuestión que se analiza en la presente y no pretenden limitar el alcance de la solicitud, como se define en las reivindicaciones adjuntas. Las siguientes secciones describen diversas características adicionales y ejemplos con referencia a los dibujos en los que los números similares indican elementos similares y las descripciones direccionales se usan para describir las realizaciones ilustrativas, pero, al igual que las realizaciones ilustrativas, no deben usarse para limitar la presente divulgación. Resulta posible que los elementos incluidos en las ilustraciones en la presente no estén dibujados a escala.
La FIG. 1 es un diagrama esquemático que representa un sistema de colada y laminación de metales desacoplado 100 de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. El sistema de colada y laminación de metales desacoplado 100 puede incluir un sistema de colada 102, un sistema de almacenamiento 104 y un sistema de laminación en caliente 106. El sistema de colada y laminación de metales desacoplado 100 puede considerarse una única línea de procesamiento continuo que tiene subsistemas desacoplados. La tira de metal 110 colada mediante el sistema de colada 102 puede continuar en una dirección corriente abajo a través del sistema de almacenamiento 104 y el sistema de laminación en caliente 106. El sistema de colada y laminación de metales desacoplado 100 puede considerarse continuo, ya que la tira de metal 110 puede ser producida continuamente mediante el sistema de colada 102, almacenada mediante el sistema de almacenamiento 104 y laminada en caliente mediante el sistema de laminación en caliente 106. En algunos casos, el sistema de colada y laminación de metales desacoplado 100 puede ubicarse dentro de un solo edificio o instalación, sin embargo, en algunos casos, los subsistemas del sistema de colada y laminación de metales desacoplado 100 pueden ubicarse por separado entre sí. En algunos casos, un único sistema de colada 102 puede asociarse a uno o más sistemas de almacenamiento 104 y uno o más sistemas de laminación en caliente 106, lo que permite, de este modo, que el sistema de colada 102 funcione continuamente a una velocidad mucho mayor que lo que de otro modo permitiría un único sistema de almacenamiento 104 o sistema de laminación en caliente 106.
El sistema de colada 102 incluye un dispositivo de colada continua, tal como una máquina de colada de correa continua 108, que somete una tira de metal 110 a colada continua. El sistema de colada 102 puede incluir, opcionalmente, un sistema de templado rápido 114 posicionado inmediatamente corriente abajo de la máquina de colada de correa continua 108 o poco después. El sistema de colada 102 puede incluir un dispositivo de bobinado capaz de bobinar la tira de metal 110 en una bobina intermedia 112.
La bobina intermedia 112 acumula una porción de la tira de metal 110 que sale de la máquina de colada de correa continua 108 y, después de ser cortada mediante una cizalla u otro dispositivo adecuado, se puede transportar a otra ubicación, lo que permite que una nueva bobina intermedia 112 se forme posteriormente a partir de una tira de metal 110 adicional que sale de la máquina de colada de correa continua 108, lo que permite que la máquina de colada de correa continua 108 funcione de manera continua o semicontinua.
La bobina intermedia 112 puede proporcionarse directamente al sistema de laminación en caliente 106 o puede almacenarse y/o procesarse en el sistema de almacenamiento 104. El sistema de almacenamiento 104 puede incluir diversos mecanismos de almacenamiento, tales como mecanismos de almacenamiento verticales u horizontales y mecanismos de almacenamiento periódicos o en rotación continua. En algunos casos, las bobinas intermedias 112 pueden someterse a precalentamiento en un precalentador 116 (por ejemplo, un horno) cuando se almacenan en el sistema de almacenamiento 104. El precalentamiento se puede producir durante una parte o la totalidad del tiempo cuando la bobina intermedia 112 está en el sistema de almacenamiento 104. Después de ser almacenada en el sistema de almacenamiento 104, la tira de metal 110 se puede proporcionar al sistema de laminación en caliente 106.
El sistema de laminación en caliente 106 puede reducir el espesor de la tira de metal 110 desde un calibre en estado bruto de colada hasta un calibre deseado para la distribución. En algunos casos, el calibre deseado para la distribución puede ser de o de aproximadamente 0,7 mm a 4,5 mm o de o de aproximadamente 1,5 mm a 3,5 mm. El sistema de laminación en caliente 106 puede incluir un conjunto de cajas de laminación en caliente 118 para reducir el espesor de la tira de metal 110. En algunos casos, el conjunto de cajas de laminación en caliente 118 puede incluir una única caja de laminación en caliente, sin embargo, se puede usar cualquier número de cajas de laminación en caliente, tal como dos, tres o más. En algunos casos, el uso de un mayor número de cajas de laminación en caliente (por ejemplo, tres, cuatro o más) puede dar como resultado una mejor calidad de la superficie para una reducción total del espesor determinada (por ejemplo, una reducción del espesor desde antes de la primera caja de laminación en caliente hasta después de la última caja de laminación en caliente) porque, por lo tanto, cada caja de laminación necesita reducir el espesor del metal en una cantidad menor y, por ende, en la tira de metal generalmente se confieren menos defectos superficiales. El sistema de laminación en caliente 106 puede realizar, además, otro procesamiento de la tira de metal, tal como el acabado superficial (por ejemplo, texturizado), precalentamiento y tratamiento térmico. La tira de metal 110 que sale del sistema de laminación en caliente 106 puede proporcionarse directamente a un equipo de procesamiento adicional (por ejemplo, una máquina de troquelado o una máquina de flexión) o puede bobinarse en una bobina distribuible 120 (por ejemplo, una bobina acabada). Como se usa en la presente, el término distribuible puede describir un producto de metal, tal como una tira de metal bobinada, que tiene las características deseadas de un consumidor de la tira de metal. Por ejemplo, una bobina distribuible 120 puede incluir una tira de metal bobinada que tiene características físicas y/o químicas que cumplen con las especificaciones del fabricante del equipo original. La bobina distribuible 120 puede ser un temple W o un temple T. La bobina distribuible 120 puede almacenarse, venderse y enviarse según corresponda.
El sistema de colada y laminación de metales desacoplado 100 que se representa en la FIG. 1 permite que la velocidad del sistema de colada 102 se desacople de la velocidad del sistema de laminación en caliente 106. Como se representa, el sistema de colada y laminación de metales desacoplado 100 usa un sistema de almacenamiento 104 para almacenar bobinas intermedias 112, en donde la tira de metal 110 que sale de la máquina de colada de correa continua 108 se bobina en unidades separadas y se almacena hasta que el sistema de laminación en caliente 106 esté disponible para procesarlas. En algunos casos, en lugar de almacenar bobinas intermedias 112, el sistema de almacenamiento 104 usa un acumulador en línea que acepta la tira de metal 110 del sistema de colada 102 a una primera velocidad y la acumula entre un conjunto de rodillos en movimiento para permitir que la tira de metal continua 110 sea alimentada a un sistema de laminación en caliente 106 a una segunda velocidad diferente de la primera velocidad. El acumulador en línea puede dimensionarse para admitir una diferencia en la primera velocidad y la segunda velocidad durante un período de tiempo predeterminado en función de la duración de colada deseada del sistema de colada 102. En los sistemas en los que se desea que el sistema de colada 102 funcione continuamente, un sistema de almacenamiento 104 a base de bobina puede ser deseable.
La FIG. 2 es un gráfico de tiempo 200 para la producción de diversas bobinas que usan un sistema de colada y laminación de metales desacoplado de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. El gráfico de tiempo 200 representa la ubicación y los procesos que se realizan para cada una de las diversas bobinas en función del tiempo a medida que las bobinas pasan desde el sistema de colada 202, a través del sistema de almacenamiento 204 y a través del sistema de laminación en caliente 206. El sistema de colada 202, el sistema de almacenamiento 204 y el sistema de laminación en caliente 206 pueden ser el sistema de colada 102, el sistema de almacenamiento 104 y el sistema de laminación en caliente 106 del sistema de colada y laminación de metales desacoplado 100 de la FIG. 1.
Como se ha descrito anteriormente, el sistema de colada 202 puede colar bobinas intermedias. Los bloques 222A, 222B, 222C, 222D y 222E representan los tiempos de colada de las bobinas intermedias A, B, C, D y E, respectivamente. El sistema de colada 202 puede colar cada bobina intermedia a una velocidad de colada particular. Por lo tanto, el tiempo de colada de la bobina 228 puede representar el tiempo necesario para que el sistema de colada 202 someta a colada y bobine una sola bobina intermedia. En algunos casos, el sistema de colada 202 se somete a un tiempo de reinicio durante el que el sistema de colada 202 se reinicia para la colada y el bobinado de una bobina intermedia posterior. En otros casos, el sistema de colada 202 puede comenzar inmediatamente a colar y bobinar la bobina intermedia posterior. Como se representa en la FIG. 2, el sistema de colada 202 puede producir repetidamente bobinas intermedias continuamente.
Las bobinas intermedias pueden pasarse al sistema de almacenamiento 204 para su almacenamiento y/o procesamiento opcional (por ejemplo, recalentamiento). Los bloques 224A, 224B, 224C, 224D y 224E representan las duraciones de almacenamiento de las bobinas intermedias A, B, C, D y E, respectivamente. Debido a que la velocidad del sistema de colada 202 se desacopla de la velocidad del sistema de laminación en caliente 206, el sistema de almacenamiento 204 puede ser capaz de almacenar cualquier número adecuado de bobinas intermedias durante períodos de tiempo variables, según el número de sistemas de laminación en caliente 206 disponible y las velocidades del sistema de colada 202 y del sistema de laminación en caliente 206.
En algunos casos, cada bobina intermedia puede permanecer en el sistema de almacenamiento 204 durante un tiempo mínimo de almacenamiento 230, que puede ser una cantidad mínima de tiempo necesaria para realizar cualquier procesamiento opcional durante el almacenamiento. En algunos casos, no existe un tiempo mínimo de almacenamiento 230 y la bobina intermedia puede suministrarse al sistema de laminación en caliente 206 sin almacenamiento si el sistema de laminación en caliente 206 está disponible para aceptar la bobina intermedia. Por ejemplo, si no existe un tiempo mínimo de almacenamiento 230, entonces la bobina intermedia A se suministraría directamente al sistema de laminación en caliente 206 y no habría un bloque 224A.
Las bobinas intermedias proporcionadas al sistema de laminación en caliente 206 pueden laminarse y procesarse de otra manera en una bobina distribuible. Los bloques 226A, 226B, 226C, 226D y 226E representan la duración del tiempo transcurrido en el sistema de laminación en caliente 206 para las bobinas intermedias A, B, C, D y E, respectivamente. El sistema de laminación en caliente 206 puede funcionar a una velocidad establecida, lo que da como resultado un tiempo de laminación de bobina 232 que representa la duración del tiempo necesario para laminar en caliente y procesar de otro modo un rodillo intermedio en el sistema de laminación en caliente 206.
Se puede apreciar que, aunque está desacoplado, el proceso de colada, almacenamiento y laminación en caliente de la tira de metal es continuo, ya que la tira de metal pasa continuamente de un sistema al siguiente. El sistema de almacenamiento 204 puede ser especialmente deseable cuando el tiempo de colada de la bobina 228 es más corto que el tiempo de laminación de la bobina 232. La diferencia entre el tiempo de colada de la bobina 228 y el tiempo de laminación de la bobina 232 puede dictar el tamaño necesario del sistema de almacenamiento 204 en función de la duración total de la colada (por ejemplo, el tiempo total que se desea para que el sistema de colada 202 someta a colada continuamente las bobinas intermedias antes de apagarse).
La FIG. 3 es un diagrama esquemático que representa un sistema de colada continua desacoplado 300 de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. El sistema de colada continua desacoplado 300 incluye un dispositivo de colada continua, tal como una máquina de colada de correa continua 308. La máquina de colada de correa continua 308 incluye correas opuestas 334 capaces de extraer el calor del metal líquido 336 a una velocidad de enfriamiento suficiente para solidificar el metal líquido 336, que, una vez que está sólido, sale de la máquina de colada de correa continua 308 como una tira de metal 310. La máquina de colada de correa continua 308 puede operar a una velocidad de colada continua deseada. Las correas opuestas 334 pueden estar preparadas de cualquier material adecuado, sin embargo, en algunos casos, las correas 334 están preparadas de cobre. Los sistemas de enfriamiento dentro de la máquina de colada de correa continua 308 pueden extraer suficiente calor del metal líquido 336, de tal manera que la tira de metal 310 que sale de la máquina de colada de correa continua 308 tenga una temperatura de 200 °C a 530 °C, aunque se pueden usar otros intervalos.
En algunos casos, se puede lograr una rápida solidificación y un rápido enfriamiento mediante el uso de una máquina de colada de correa continua 308 configurada para extraer suficiente calor del metal, de tal manera que la tira de metal 310 que sale de la máquina de colada de correa continua 308 tenga una temperatura menor de 200 °C. En otros casos, el enfriamiento rápido posterior a la colada se puede realizar mediante un sistema de templado 314 posicionado inmediatamente corriente abajo de la máquina de colada de correa continua 308 o poco después. El sistema de templado 314 puede extraer suficiente calor de la tira de metal 310 de tal manera que la tira de metal salga del sistema de templado 314 a una temperatura de 100 °C o menos, a pesar de la temperatura a la que la tira de metal 310 sale de la máquina de colada de correa continua 308. Como ejemplo, el sistema de templado 314 puede configurarse para reducir la temperatura de la tira de metal 310 a 100 °C o menos dentro de aproximadamente diez segundos.
El sistema de templado 314 puede incluir una o más boquillas 340 para distribuir el refrigerante 342 sobre la tira de metal 310. El refrigerante 342 se puede alimentar a las boquillas 340 desde una fuente de refrigerante 346 acoplada a las boquillas 340 mediante la tubería apropiada. El sistema de templado 314 puede incluir una o más válvulas 344, incluyendo las válvulas 344 asociadas a una o más boquillas 340 y/o las válvulas 344 asociadas a la fuente de refrigerante 346, para ajustar la cantidad de refrigerante 342 que se aplica a la tira de metal 310. En algunos casos, la fuente de refrigerante 346 puede incluir un dispositivo de control de temperatura para configurar una temperatura deseada del refrigerante 342. Un controlador 352 se puede acoplar operativamente a las válvulas 344, la fuente de refrigerante 346 y/o un sensor 350 para controlar el sistema de templado 314. El sensor 350 puede ser cualquier sensor adecuado para determinar una temperatura de la tira de metal 310, tal como una temperatura de la tira de metal 310 cuando sale del sistema de templado 314. En función de la temperatura detectada, el controlador 352 puede ajustar la temperatura del refrigerante 342 o la velocidad de flujo del refrigerante 342 para mantener la temperatura de la tira de metal 310 cuando sale del sistema de templado 314 dentro de los parámetros deseados (por ejemplo, por debajo de 100 °C).
El sistema de templado 314 puede posicionarse para comenzar a enfriar la tira de metal 310 a una distancia 348 corriente abajo de donde la tira de metal 310 sale de la máquina de colada de correa continua 308. La distancia 348 puede ser tan pequeña como se pueda poner en práctica. En algunos casos, la distancia 348 es de o menos de 5 metros, 4 metros, 3 metros, 2 metros, 1 metro, 50 cm, 25 cm, 20 cm, 15 cm, 10 cm, 5 cm, 2,5 cm o 1 cm.
La tira de metal 310 que sale del sistema de templado 314 puede tener una distribución deseable de elementos formadores de dispersoides y, por lo tanto, estar en un estado deseable para la posterior formación de dispersoides (por ejemplo, precipitación de dispersoides), como se divulga en la presente. La tira de metal 310 que sale del sistema de templado 314 puede bobinarse, mediante un dispositivo de bobinado, en una bobina intermedia.
La FIG. 4 es un diagrama esquemático que representa un sistema de almacenamiento vertical 400 de bobina intermedia de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. El sistema de almacenamiento vertical 400 de bobina intermedia puede ser el sistema de almacenamiento 104 de la FIG. 1. El sistema de almacenamiento vertical 400 de bobina intermedia puede usarse para almacenar una bobina intermedia 412, tal como una bobina intermedia 412 que comprende una tira de metal 410 envuelta alrededor de un husillo 452. La bobina intermedia 412 puede levantarse en una orientación vertical y, a continuación, colocarse en un estante de almacenamiento 454 que tiene soportes verticales 456. Los soportes verticales 456 pueden interactuar con el husillo 452 para mantener de manera segura la bobina intermedia 412 en la orientación vertical. En algunos casos, un soporte vertical 456 puede ser una protuberancia extendida que cabe dentro de una abertura del husillo 452, aunque se pueden usar otros mecanismos. En algunos casos, el estante de almacenamiento 454 puede incluir un reborde 458 para mantener la tira de metal 410 de la bobina intermedia 412 separada del estante de almacenamiento 454. En algunos casos, una bobina intermedia 412 puede incluir una tira de metal 410 sin un husillo, en cuyo caso el soporte vertical 456 puede caber dentro de una abertura central formada por la tira de metal bobinada 410.
La FIG. 5 es un diagrama esquemático que representa un sistema de almacenamiento horizontal 500 de bobina intermedia de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. El sistema de almacenamiento horizontal 500 de bobina intermedia puede ser el sistema de almacenamiento 104 de la FIG. 1. El sistema de almacenamiento horizontal 500 de bobina intermedia puede usarse para almacenar una bobina intermedia 512, tal como una bobina intermedia 512 que comprende una tira de metal 510 envuelta alrededor de un husillo 552. El sistema de almacenamiento horizontal 500 de bobina intermedia puede incluir uno o más soportes horizontales 562 para soportar el husillo 552 de la bobina intermedia 512 en una orientación horizontal. En algunos casos, uno o más soportes horizontales 562 se pueden asegurar a una estructura única 564, tal como una pared u otra estructura adecuada.
En algunos casos, la bobina intermedia 512 se puede girar en una dirección de rotación 560 durante el almacenamiento. La rotación se puede producir de manera periódica (por ejemplo, girar durante 30 segundos una vez cada diez minutos) o de manera continua. En algunos casos, el soporte horizontal 562 puede incluir un motor u otra fuente de energía motriz para hacer girar la bobina intermedia 512.
En algunos casos, la bobina intermedia 512 puede incluir una tira de metal 510 sin un husillo, en cuyo caso el soporte horizontal 562 puede incluir un husillo u otro mecanismo para soportar la bobina intermedia 512 en una orientación horizontal. En algunos casos, el soporte horizontal puede soportar tal bobina intermedia sin husillo desde una abertura central formada por la tira de metal 510 bobinada, lo que evita, por tanto, que se aplique un peso mayor a las porciones de la tira de metal 510 ubicada gravitacionalmente por debajo de la abertura. Sin embargo, en algunos casos, el soporte horizontal 562 puede incluir rodillos u otros mecanismos similares para soportar una bobina intermedia en una orientación horizontal desde debajo de la parte inferior de la bobina intermedia. En algunos casos, tales rodillos pueden facilitar la rotación de la bobina intermedia.
La FIG. 6 es un diagrama esquemático que representa un sistema de laminación en caliente 600 de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. El sistema de laminación en caliente 600 puede ser el sistema de laminación en caliente 106 de la FIG. 1. El sistema de laminación en caliente 600 puede aceptar la tira de metal 610, tal como en la forma de una bobina intermedia que se desbobina mediante un dispositivo de desbobinado (por ejemplo, un desbobinador). La tira de metal 610 puede pasar a través de diversas zonas del sistema de laminación en caliente 600, tal como una zona de templado inicial 668, una zona de laminación en caliente 670, una zona de tratamiento térmico 672 y una zona de templado por tratamiento térmico 674. Los sistemas de laminación en caliente pueden incluir menos o más zonas.
En una zona de templado inicial 668, la tira de metal 610 se puede enfriar hasta una temperatura de laminación en caliente adecuada para la laminación en caliente en la zona de laminación en caliente 670. La temperatura de laminación en caliente puede ser de o de aproximadamente 350 °C, aunque se pueden usar otros valores. Se puede usar cualquier dispositivo de extracción de calor adecuado en la zona de templado inicial 668, tal como una boquilla de templado inicial 678 que suministra refrigerante de templado inicial 680 a la tira de metal 610. Se pueden usar diversos controladores y sensores para asegurar que el dispositivo de extracción de calor enfríe en las cantidades deseadas. La zona de templado inicial 668 se puede ubicar corriente arriba de la zona de laminación en caliente 670, tal como inmediatamente corriente arriba de la zona de laminación en caliente 670.
En una zona de laminación en caliente 670, una o más cajas de laminación en caliente pueden reducir el espesor de la tira de metal 610. La laminación en caliente puede incluir la reducción del espesor de la tira de metal 610, al tiempo que la tira de metal 610 está a una temperatura de laminación en caliente, tal como de o de aproximadamente 350 °C. Cada caja de laminación en caliente puede incluir un par de rodillos de trabajo 682 en contacto directo con la tira de metal 610 y un par de rodillos de apoyo 684 para aplicar la fuerza de laminación a la tira de metal 610 a través de los rodillos de trabajo 682. Se pueden usar otros tipos de cajas de laminación en caliente, tales como cajas dúo, cajas cuarto, cajas sexto u otras cajas que tengan cualquier número adecuado de rodillos de apoyo, incluido cero. Se pueden usar diversos dispositivos de extracción de calor en la tira de metal 610, los rodillos de trabajo 682 y/o los rodillos de apoyo 684 para contrarrestar el calor inducido mecánicamente que se genera durante la laminación en caliente.
En una zona de tratamiento térmico 672, un dispositivo de calentamiento, tal como un conjunto de calentadores magnéticos giratorios 688, puede calentar la tira de metal 610. La tira de metal se puede calentar en la zona de tratamiento térmico 672 a una temperatura de tratamiento térmico, tal como de o de alrededor de 500 °C o más. La zona de tratamiento térmico 672 puede calentar rápidamente la tira de metal 610 después de salir de la zona de laminación en caliente 670. Se pueden usar diversos controladores y sensores para asegurar que el dispositivo de calentamiento caliente la tira de metal 610 a la temperatura de tratamiento térmico. Los calentadores magnéticos giratorios 688 pueden incluir rotores electromagnéticos o magnéticos permanentes que giran cerca de la tira de metal 610 sin entrar en contacto con la tira de metal 610. Estos calentadores magnéticos giratorios 688 pueden crear campos magnéticos cambiantes capaces de inducir corrientes inducidas dentro de la tira de metal 610, lo que calienta la tira de metal 610.
En algunos casos, el calentamiento que se realiza normalmente en la zona de tratamiento térmico 672 puede realizarse total o parcialmente durante la zona de laminación en caliente 670 al permitir que caliente el calor inducido mecánicamente generado durante la laminación en caliente la tira de metal 610 hacia, hasta o por encima de la temperatura de tratamiento térmico. Por lo tanto, cualquier dispositivo de calentamiento adicional de la zona de tratamiento térmico 672 (por ejemplo, calentadores magnéticos rotatorios 688) se puede usar en menor grado o excluirse del sistema de laminación en caliente 600.
En una zona de templado de tratamiento térmico 674, la tira de metal 610 puede enfriarse rápidamente hasta una temperatura de salida deseada, tal como de o de aproximadamente 100 °C. En algunos casos, la tira de metal puede enfriarse por debajo de una temperatura de bobinado deseada (por ejemplo, de aproximadamente 100 °C), tras lo que la tira de metal puede recalentarse hasta la temperatura de bobinado deseada mediante cualquier equipo de recalentamiento adecuado, tal como calentadores magnéticos giratorios. La zona de templado por tratamiento térmico 674 se puede ubicar inmediatamente corriente abajo de la zona de tratamiento térmico 672 y a una distancia suficiente para asegurar que la tira de metal 610 se mantenga a la temperatura de tratamiento térmico o por encima de esta durante, como máximo, una duración deseada, tal como de o menos de 5 segundos o de o menos de 1 segundo. En algunos casos, la duración deseada es lo más baja posible, lo que minimiza la distancia entre la zona de tratamiento térmico 672 y la zona de templado por tratamiento térmico 674. La zona de templado por tratamiento térmico 674 puede incluir una o más boquillas de templado por tratamiento térmico 690 que suministran el refrigerante de templado por tratamiento térmico 692 a la tira de metal 610. En algunos casos, el refrigerante de templado por tratamiento térmico 692 es el mismo refrigerante que el refrigerante de templado inicial 680.
A lo largo del sistema de laminación en caliente 600, se pueden emplear diversos rodillos de apoyo 686 para facilitar el paso de la tira de metal 610 a través del sistema de laminación en caliente 600.
La FIG. 7 es un gráfico y diagrama esquemático combinados que representan un sistema de laminación en caliente 700 y el perfil de temperatura asociado 701 de la tira de metal 710 que se lamina en el mismo de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. El sistema de laminación en caliente 700 puede ser el sistema de laminación en caliente 106 de la FIG. 1.
El sistema de laminación en caliente 700 incluye, desde el desbobinado corriente arriba hasta el bobinado corriente abajo, una zona de precalentamiento 794, una zona de templado inicial 768, una zona de laminación en caliente 770, una zona de tratamiento térmico 772 y una zona de templado por tratamiento térmico 774. El perfil de temperatura 701 muestra que la tira de metal 710 puede entrar en el sistema de laminación en caliente 700 a una temperatura convencional (por ejemplo, 350 °C, como se muestra en la línea de trazos) o a una temperatura precalentada (por ejemplo, 530+ °C, como se muestra en la línea de puntos). Al entrar a una temperatura precalentada, la zona de precalentamiento 794 puede aplicar poco o ningún calor adicional a la tira de metal 710. Sin embargo, al entrar a cualquier temperatura por debajo de una temperatura de precalentamiento deseada (por ejemplo, de 530 °C o más), uno o más dispositivos de calentamiento en la zona de precalentamiento 794 pueden aplicar calor a la tira de metal 710 para elevar la temperatura de la tira de metal a o por encima de la temperatura de precalentamiento deseada. El precalentamiento 795 de la tira de metal 710 puede mejorar la disposición de dispersoides en la tira de metal 710, como se describe en la presente. En algunos casos, la zona de precalentamiento 794 puede incluir un conjunto de imanes permanentes giratorios 788, aunque se pueden usar otros dispositivos de calentamiento.
Antes de entrar en la zona de laminación en caliente 770, la tira de metal 710 puede someterse a un templado inicial 769 en la zona de templado inicial 768. En la zona de templado inicial 768, el refrigerante de templado inicial 780 suministrado por una o más boquillas de templado inicial 778 puede reducir la temperatura de la tira de metal 710 hasta una temperatura de laminación en caliente (por ejemplo, de o de alrededor de 350 °C) para la posterior laminación en caliente 770.
Durante el proceso de laminación en caliente en la zona de laminación en caliente 770, se puede reducir el espesor de la tira de metal 710 debido a la fuerza aplicada desde los rodillos de apoyo 784 hasta los rodillos de trabajo 782. Para contrarrestar el calor inducido mecánicamente generado a través de la laminación en caliente, una o más boquillas de refrigerante de laminación 796 pueden suministrar refrigerante de laminación 798 a uno o más de la tira de metal 710, los rodillos de trabajo 782 o los rodillos de apoyo 784. Por lo tanto, como se ve en el perfil de temperatura 701, la temperatura de la tira de metal 710 se puede mantener en la temperatura de laminación o alrededor de esta en toda la zona de laminación en caliente 770.
En la zona de tratamiento térmico 772, la tira de metal 710 se puede calentar 773 hasta una temperatura de tratamiento térmico (por ejemplo, de o de alrededor de 500 °C o más). La zona de tratamiento térmico 772 puede incluir un conjunto de imanes permanentes giratorios 788, aunque se pueden usar otros dispositivos de calentamiento. En la zona de templado por tratamiento térmico 774, la tira de metal 710 se puede templar 775 hasta una temperatura por debajo de la temperatura de laminación en caliente, tal como hasta una temperatura de salida (por ejemplo, de 100 °C o menos). La zona de templado por tratamiento térmico 774 puede enfriar la tira de metal 710 al suministrar refrigerante de templado por tratamiento térmico 792 desde una o más boquillas de templado por tratamiento térmico 790. En algunos casos, el refrigerante de templado inicial 780, el refrigerante de laminación 798 y el refrigerante de templado por tratamiento térmico 792 provienen de la misma fuente de refrigerante, aunque ese puede no ser el caso.
La FIG. 8 es un gráfico y diagrama esquemático combinados que representan un sistema de laminación en caliente 800 que tiene cajas de laminación subenfriadas intencionalmente y el perfil de temperatura asociado 801 de la tira de metal 810 que se lamina en el mismo de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. El sistema de laminación en caliente 800 puede ser el sistema de laminación en caliente 106 de la FIG. 1.
El sistema de laminación en caliente 800 incluye, desde el desbobinado corriente arriba hasta el bobinado corriente abajo, una zona de precalentamiento 894, una zona de templado inicial 868, una zona de laminación en caliente 870, una zona de tratamiento térmico 872 y una zona de templado por tratamiento térmico 874. El perfil de temperatura 801 muestra que la tira de metal 810 puede entrar en el sistema de laminación en caliente 800 a una temperatura convencional (por ejemplo, 350 °C, como se muestra en la línea de trazos) o a una temperatura precalentada (por ejemplo, 530+ °C, como se muestra en la línea de puntos). Al entrar a una temperatura precalentada, la zona de precalentamiento 894 puede aplicar poco o ningún calor adicional a la tira de metal 810. Sin embargo, al entrar a cualquier temperatura por debajo de una temperatura de precalentamiento deseada (por ejemplo, de 530 °C o más), uno o más dispositivos de calentamiento en la zona de precalentamiento 894 pueden aplicar calor a la tira de metal 810 para elevar la temperatura de la tira de metal a o por encima de la temperatura de precalentamiento deseada. El precalentamiento 895 de la tira de metal 810 puede mejorar la disposición de dispersoides en la tira de metal 810, como se describe en la presente. En algunos casos, la zona de precalentamiento 894 puede incluir un conjunto de imanes permanentes giratorios 888, aunque se pueden usar otros dispositivos de calentamiento.
Antes de entrar en la zona de laminación en caliente 870, la tira de metal 810 puede someterse a un templado inicial 869 en la zona de templado inicial 868. En la zona de templado inicial 868, el refrigerante de templado inicial 880 suministrado por una o más boquillas de templado inicial 878 puede reducir la temperatura de la tira de metal 810 hasta una temperatura de laminación en caliente (por ejemplo, de o de alrededor de 350 °C) para la posterior laminación en caliente 870.
Durante el proceso de laminación en caliente en la zona de laminación en caliente 870, se puede reducir el espesor de la tira de metal 810 debido a la fuerza aplicada desde los rodillos de apoyo 884 hasta los rodillos de trabajo 882. Para contrarrestar el calor inducido mecánicamente generado a través de la laminación en caliente, una o más boquillas de refrigerante de laminación 896 pueden suministrar refrigerante de laminación 898 a uno o más de la tira de metal 810, los rodillos de trabajo 882 o los rodillos de apoyo 884. Sin embargo, en contraste con el sistema de laminación en caliente 700 de la FIG. 7, el sistema de laminación en caliente 800 incluye cajas de laminación intencionalmente subenfriadas. Las cajas de laminación se subenfrían intencionalmente al hacer que las boquillas de refrigerante de laminación 896 apliquen menos refrigerante de laminación 898 de lo necesario para contrarrestar completamente el calor inducido mecánicamente. Por lo tanto, como se ve en el perfil de temperatura 801, la temperatura de la tira de metal 810 se puede aumentar por encima de la temperatura de laminación a medida que pasa a través de la zona de laminación en caliente 870, tal como hacia, hasta o por encima de la temperatura de tratamiento térmico diana. En algunos casos, en lugar de aplicar menos refrigerante de laminación 898, se puede usar un refrigerante de laminación 898 de una temperatura diferente o una mezcla diferente para proporcionar menos extracción de calor.
En la zona de tratamiento térmico 872, la tira de metal 810 se puede calentar 873 hasta una temperatura de tratamiento térmico (por ejemplo, de o de alrededor de 500 °C o más). La zona de tratamiento térmico 872 puede incluir un conjunto de imanes permanentes giratorios 888, aunque se pueden usar otros dispositivos de calentamiento. Cuando las cajas de laminación en caliente se subenfrían intencionalmente, la zona de tratamiento térmico 872 puede aplicar poco o ningún calor adicional para lograr la temperatura de tratamiento térmico deseada en la tira de metal 810.
En la zona de templado por tratamiento térmico 874, la tira de metal 810 se puede templar 875 hasta una temperatura por debajo de la temperatura de laminación en caliente, tal como hasta una temperatura de salida (por ejemplo, de 100 °C o menos). La zona de templado por tratamiento térmico 874 puede enfriar la tira de metal 810 al suministrar refrigerante de templado por tratamiento térmico 892 desde una o más boquillas de templado por tratamiento térmico 890. En algunos casos, el refrigerante de templado inicial 880, el refrigerante de laminación 898 y el refrigerante de templado por tratamiento térmico 892 provienen de la misma fuente de refrigerante, aunque ese puede no ser el caso.
La FIG. 9 es un diagrama de flujo y un diagrama esquemático combinados que representan un proceso 900 para colar y laminar tiras de metal en asociación a una primera variante 901A de un sistema desacoplado y una segunda variante 901B de un sistema desacoplado de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. En el bloque 903, la tira de metal se puede someter a colada mediante un dispositivo de colada continua, tal como una máquina de colada de correa continua. La tira de metal se puede someter a colada a una primera velocidad. En el bloque 905, la tira de metal se puede almacenar, tal como en forma de una bobina intermedia. En el bloque 907, la tira de metal puede recalentarse hasta o por encima de una temperatura de recalentamiento (por ejemplo, de o de alrededor de 550 °C o más). En algunos casos, la temperatura de recalentamiento puede ser de 400 °C - 580 °C o de aproximadamente estos valores. La tira de metal se puede recalentar durante un tiempo de recalentamiento. En algunos casos, la duración del recalentamiento puede ser de seis horas o menos, de dos horas o menos, de una hora o menos, de 5 minutos o menos o de un minuto o menos. En algunos casos, la duración del recalentamiento se puede seleccionar para obtener una cantidad deseada de precipitación de dispersoides. En el bloque 909, la tira de metal se puede laminar en caliente para reducir el espesor de la tira de metal a un espesor deseado. La tira de metal se puede laminar en caliente a una segunda velocidad que es diferente de la primera velocidad. La segunda velocidad puede ser más lenta que la primera velocidad. En el bloque opcional 911, la tira de metal se puede bobinar para su suministro.
La porción derecha de la FIG. 9 es un diagrama esquemático que representa los bloques del proceso 900 que pueden ser realizados mediante determinados subsistemas de una primera variante 901A de un sistema de colada y laminación desacoplado y una segunda variante 901B de un sistema de colada y laminación desacoplado.
En la primera variante 901A, la colada en el bloque 903 se realiza mediante el sistema de colada 902A. El almacenamiento de la tira de metal en el bloque 905 y el recalentamiento de la tira de metal en el bloque 907 se realizan mediante un sistema de almacenamiento 904A. La laminación en caliente de la tira de metal en el bloque 909 y el bobinado opcional de la tira de metal en el bloque 911 se realizan mediante un sistema de laminación en caliente 906A.
En la segunda variante 901B, la colada en el bloque 903 se realiza mediante el sistema de colada 902B. El almacenamiento de la tira de metal en el bloque 905 se realiza mediante un sistema de almacenamiento 904B. El recalentamiento de la tira de metal en el bloque 907, la laminación en caliente de la tira de metal en el bloque 909 y el bobinado opcional de la tira de metal en el bloque 911 se realizan mediante un sistema de laminación en caliente 906B.
La FIG. 10 es un diagrama de flujo que representa un proceso 1000 para colar y laminar tiras de metal de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. En el bloque 1002, un dispositivo de colada continua, tal como una máquina de colada de correa continua, somete una tira de metal a colada. La tira de metal se puede someter a colada a una primera velocidad. En el bloque 1004, la tira de metal puede templarse rápidamente (por ejemplo, enfriarse rápidamente) cuando sale del dispositivo de colada continua, por ejemplo, inmediatamente cuando sale del dispositivo de colada o poco después. En el bloque 1006, la tira de metal se puede bobinar en una bobina intermedia.
En el bloque 1008, la bobina intermedia puede ser almacenada. El almacenamiento de la bobina intermedia puede incluir, opcionalmente, almacenar la bobina intermedia en una orientación vertical u horizontal y, opcionalmente, puede incluir suspender la bobina intermedia y/o girar la bobina intermedia. En el bloque 1008, la bobina intermedia puede precalentarse opcionalmente hasta una temperatura de precalentamiento.
En el bloque 1010, la tira de metal puede desbobinarse de la bobina intermedia, tal como mediante un dispositivo de desbobinado de un sistema de laminación en caliente. En el bloque opcional 1014, la tira de metal puede recalentarse hasta una temperatura de recalentamiento. En los casos donde la bobina intermedia se recalienta hasta la temperatura de recalentamiento en el bloque 1008, se puede evitar el recalentamiento en el bloque 1014.
En el bloque 1016, la tira de metal se puede templar hasta una temperatura de laminación en caliente. En el bloque 1018, la tira de metal se puede laminar en caliente a un espesor deseado. La tira de metal se puede laminar en caliente a una segunda velocidad que es diferente de la primera velocidad. La segunda velocidad puede ser más lenta que la primera velocidad.
En el bloque opcional 1020, la tira de metal se puede calentar hasta una temperatura de tratamiento térmico. El calentamiento de la tira de metal hasta una temperatura de tratamiento térmico puede incluir aplicar calor de manera rápida a la tira de metal inmediatamente después de que la tira de metal salga de la zona de laminación en caliente o poco después. El calentamiento de la tira de metal hasta una temperatura de tratamiento térmico puede incluir aplicar calor de manera rápida a la tira de metal durante poco tiempo. En el bloque 1022, la tira de metal se puede templar rápidamente. El templado rápido de la tira de metal en el bloque 1022 puede detener el tratamiento térmico del bloque 1020 después de una duración deseada. El templado rápido de la tira de metal en el bloque 1022 puede disminuir la temperatura de la tira de metal hasta una temperatura de salida, tal como de o de alrededor de 100 °C o menos. En el bloque opcional 1024, la tira de metal puede bobinarse en una bobina distribuible (por ejemplo, una bobina acabada). En el bloque 1024, la tira de metal tiene las características físicas y/o químicas necesarias para la distribución a un cliente (por ejemplo, las características que coinciden con una especificación deseada).
La FIG. 11 es un gráfico 1100 que representa un perfil de temperatura de una tira de metal en proceso de colada sin un templado posterior a la colada y almacenada a alta temperatura antes de ser laminada, de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. El eje x del gráfico 1100 representa la distancia a lo largo del sistema de laminación y colada continua desacoplado desde una dirección corriente arriba hacia una dirección corriente abajo (por ejemplo, de izquierda a derecha). El eje y del gráfico 1100 es la temperatura (°C). La línea 1102 del gráfico 1100 representa la temperatura aproximada del metal a medida que se mueve a lo largo del sistema de laminación y colada continua desacoplado. La tira de metal se representa como saliendo del dispositivo de colada a aproximadamente 560 °C, aunque, en algunos casos, la tira de metal puede salir del dispositivo de colada a una temperatura entre aproximadamente 200 °C y 560 °C, incluyendo entre aproximadamente 350 °C y 450 °C.
Cuando no se realiza un templado posterior a la colada, la temperatura de la tira de metal que sale del dispositivo de colada puede no disminuir o solo disminuir ligeramente antes del bobinado. Cuando se produce el precalentamiento entre la colada y la laminación en caliente (por ejemplo, el precalentamiento durante el almacenamiento), la tira de metal se puede mantener a una temperatura elevada (por ejemplo, de o de alrededor de 530 °C o más) y se puede suministrar al sistema de laminación en caliente a esa temperatura o alrededor de esta. Durante la laminación en caliente, la temperatura de la tira de metal puede disminuir hasta una temperatura de laminación en caliente (por ejemplo, de o de alrededor de 350 °C) durante al menos la duración del tiempo en que la tira de metal pasa a través de las cajas de laminación del sistema de laminación en caliente. La tira de metal puede recalentarse rápidamente hasta una temperatura de tratamiento térmico (por ejemplo, de o de alrededor de 500 °C o más) antes de templarse hasta una temperatura de salida (por ejemplo, de o de alrededor de 100 °C o menos).
La FIG. 12 es un gráfico 1200 que representa un perfil de temperatura de una tira de metal en proceso de colada sin un templado posterior a la colada y con precalentamiento antes de la laminación, de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. El eje x del gráfico 1200 representa la distancia a lo largo del sistema de laminación y colada continua desacoplado desde una dirección corriente arriba hacia una dirección corriente abajo (por ejemplo, de izquierda a derecha). El eje y del gráfico 1200 es la temperatura (°C). La línea 1202 del gráfico 1200 representa la temperatura aproximada del metal a medida que se mueve a lo largo del sistema de laminación y colada continua desacoplado. La tira de metal se representa como saliendo del dispositivo de colada a aproximadamente 560 °C, aunque, en algunos casos, la tira de metal puede salir del dispositivo de colada a una temperatura entre aproximadamente 200 °C y 560 °C, incluyendo entre aproximadamente 350 °C y 450 °C.
Cuando no se realiza un templado posterior a la colada, la temperatura de la tira de metal que sale del dispositivo de colada puede no disminuir o solo disminuir ligeramente antes del bobinado. Cuando el precalentamiento se produce en línea en el sistema de laminación en caliente (por ejemplo, inmediatamente antes de la laminación en caliente), la temperatura de la tira de metal puede disminuir durante el almacenamiento y puede entrar en el sistema de laminación en caliente a alrededor de 350 °C. El precalentamiento en línea realizado en el sistema de laminación en caliente puede aumentar rápidamente la temperatura de la tira de metal hasta una temperatura de precalentamiento (por ejemplo, de o de alrededor de 530 °C o más). Poco después del recalentamiento, la tira de metal puede templarse hasta una temperatura de laminación en caliente (por ejemplo, de o de alrededor de 350 °C) y mantenerse ahí durante al menos la duración del tiempo en que la tira de metal pasa a través de las cajas de laminación del sistema de laminación en caliente. La tira de metal puede recalentarse rápidamente hasta una temperatura de tratamiento térmico (por ejemplo, de o de alrededor de 500 °C o más) antes de templarse hasta una temperatura de salida (por ejemplo, de o de alrededor de 100 °C o menos).
La FIG. 13 es un gráfico 1300 que representa un perfil de temperatura de una tira de metal en proceso de colada con un templado posterior a la colada y almacenada a alta temperatura antes de ser laminada, de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. El eje x del gráfico 1300 representa la distancia a lo largo del sistema de laminación y colada continua desacoplado desde una dirección corriente arriba hacia una dirección corriente abajo (por ejemplo, de izquierda a derecha). El eje y del gráfico 1300 es la temperatura (°C). La línea 1302 del gráfico 1300 representa la temperatura aproximada del metal a medida que se mueve a lo largo del sistema de laminación y colada continua desacoplado. La tira de metal se representa como saliendo del dispositivo de colada a aproximadamente 560 °C, aunque, en algunos casos, la tira de metal puede salir del dispositivo de colada a una temperatura entre aproximadamente 200 °C y 560 °C, incluyendo entre aproximadamente 350 °C y 450 °C.
Cuando se realiza un templado posterior a la colada, la temperatura de la tira de metal que sale del dispositivo de colada puede disminuir rápidamente antes del bobinado. Este templado rápido puede disminuir la temperatura de la tira de metal de o de aproximadamente 500 °C, 400 °C, 300 °C, 200 °C o 100 °C. Cuando se produce el precalentamiento entre la colada y la laminación en caliente (por ejemplo, el precalentamiento durante el almacenamiento), la tira de metal se puede calentar hasta una temperatura elevada (por ejemplo, de o de alrededor de 530 °C o más) y se puede suministrar al sistema de laminación en caliente a esa temperatura o alrededor de esta. Durante la laminación en caliente, la temperatura de la tira de metal puede disminuir hasta una temperatura de laminación en caliente (por ejemplo, de o de alrededor de 350 °C) durante al menos la duración del tiempo en que la tira de metal pasa a través de las cajas de laminación del sistema de laminación en caliente. La tira de metal puede recalentarse rápidamente hasta una temperatura de tratamiento térmico (por ejemplo, de o de alrededor de 500 °C o más) antes de templarse hasta una temperatura de salida (por ejemplo, de o de alrededor de 100 °C o menos).
La FIG. 14 es un gráfico 1400 que representa un perfil de temperatura de una tira de metal en proceso de colada con un templado posterior a la colada y precalentada antes de la laminación, de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. El eje x del gráfico 1400 representa la distancia a lo largo del sistema de laminación y colada continua desacoplado desde una dirección corriente arriba hacia una dirección corriente abajo (por ejemplo, de izquierda a derecha). El eje y del gráfico 1400 es la temperatura (°C). La línea 1402 del gráfico 1400 representa la temperatura aproximada del metal a medida que se mueve a lo largo del sistema de laminación y colada continua desacoplado. La tira de metal se representa como saliendo del dispositivo de colada a aproximadamente 560 °C, aunque, en algunos casos, la tira de metal puede salir del dispositivo de colada a una temperatura entre aproximadamente 200 °C y 560 °C, incluyendo entre aproximadamente 350 °C y 450 °C.
Cuando se realiza un templado posterior a la colada, la temperatura de la tira de metal que sale del dispositivo de colada puede disminuir rápidamente antes del bobinado. Este templado rápido puede disminuir la temperatura de la tira de metal de o menos de aproximadamente 500 °C, 400 °C, 300 °C, 200 °C o 100 °C. Según la temperatura de la tira de metal durante el bobinado, la temperatura de la tira de metal puede disminuir o la tira de metal puede calentarse durante el bobinado. La tira de metal puede entrar en el sistema de laminación en caliente a aproximadamente 350 °C, sin embargo, en algunos casos, puede entrar en el sistema de laminación en caliente a temperaturas inferiores a esa. El precalentamiento en línea realizado en el sistema de laminación en caliente puede aumentar rápidamente la temperatura de la tira de metal hasta una temperatura de precalentamiento (por ejemplo, de o de alrededor de 530 °C o más). Poco después del recalentamiento, la tira de metal puede templarse hasta una temperatura de laminación en caliente (por ejemplo, de o de alrededor de 350 °C) y mantenerse ahí durante al menos la duración del tiempo en que la tira de metal pasa a través de las cajas de laminación del sistema de laminación en caliente. La tira de metal puede recalentarse rápidamente hasta una temperatura de tratamiento térmico (por ejemplo, de o de alrededor de 500 °C o más) antes de templarse hasta una temperatura de salida (por ejemplo, de o de alrededor de 100 °C o menos).
La FIG. 15 es un conjunto de imágenes ampliadas que representan compuestos intermetálicos que contienen hierro (que contiene Fe) en la aleación de aluminio AA6014 para una tira de metal colada por DC convencional 1500 en comparación con una tira de metal 1501 en estado bruto de colada que usan un sistema de colada y laminación desacoplado de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. La tira de metal 1500 se preparó de acuerdo con las técnicas convencionales de colada directa en molde, incluyendo los prolongados tiempos de tratamiento térmico (por ejemplo, en el orden de muchas horas o días). La tira de metal 1501 se preparó de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación.
Cuando se comparan las imágenes de las tiras de metal 1500 y 1501, la tira de metal colada por DC 1500 muestra muchos compuestos intermetálicos grandes que tienen un tamaño de decenas de micrómetros, mientras que los compuestos intermetálicos encontrados en la tira de metal 1501 son mucho más pequeños, midiendo incluso los compuestos intermetálicos más grandes por debajo de unos pocos micrómetros de longitud. Estas diferentes disposiciones de compuestos intermetálicos muestran que la solidificación en la tira de metal colada por DC 1500 se produjo relativamente de manera lenta en comparación con la solidificación en la tira de metal 1501. De hecho, la solidificación de la tira de metal 1501 se produjo a velocidades de aproximadamente 100 veces más rápidas que la velocidad de solidificación de la tira de metal colada por DC 1500.
La FIG. 16 es un conjunto de micrografías electrónicas de transmisión de barrido que representan dispersoides en tiras de metal de aleación de aluminio de la serie 6xxx que se han recalentado durante una hora a 550 °C que comparan una tira de metal 1601 colada sin un templado posterior a la colada y una tira de metal 1600 colada con un templado posterior a la colada de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. Cada una de las tiras de metal 1600, 1601 se preparó mediante un sistema de colada continua como se describe en la presente, tal como el sistema de colada continua 102 de la FIG. 1, sin embargo, el sistema de colada usado para la tira de metal 1600 incluía un sistema de templado rápido, tal como el sistema de templado rápido 314 de la FIG. 3, mientras que el sistema de colada usado para la tira de metal 1601 no incluía un sistema de templado rápido.
La tira de metal 1601 salió de la máquina de colada de correa continua a aproximadamente 450 °C y se dejó enfriar al aire hasta aproximadamente 100 °C durante el transcurso de tres horas. La tira de metal 1600 salió de la máquina de colada de correa continua a aproximadamente 450 °C y se templó inmediatamente a 100 °C en aproximadamente 10 segundos o menos. Tanto la tira de metal 1601 como la tira de metal 1600 se recalentaron en un horno de resistencia convencional precalentado a 550 °C durante una hora.
La disposición de dispersoides de la tira de metal 1601 muestra solo algunos dispersoides de tamaño deseable, siendo la mayoría demasiado grandes o demasiado pequeños. Por el contrario, la disposición de dispersoides de la tira de metal 1600 muestra una disposición bien distribuida de dispersoides de tamaño deseable. Los dispersoides de tamaño deseable pueden tener diámetros, en promedio, entre 10 nm y 500 nm o entre 10 nm y 100 nm. A modo de referencia, se representan a la izquierda de cada micrografía un punto de 50 nm (por ejemplo, un dispersoide deseable de intervalo medio) y un punto de 100 nm (por ejemplo, un dispersoide deseable máximo) en la escala aproximada de las micrografías.
Debido al templado inmediato después de la colada continua, la tira de metal precursora a la tira de metal 1600 (por ejemplo, antes de ser recalentada como se indica) incluía muchos elementos pequeños y bien dispersos formadores de dispersoides mantenidos en sobresaturación dentro de la matriz de aluminio. Esta matriz sobresaturada con elementos formadores de dispersoides es, ventajosamente, de manera única, como un metal precursor capaz de recalentarse para producir la disposición de dispersoides deseable mostrada en la FIG. 16. Cuando la tira de metal precursora a la tira de metal 1600 se recalentó, los dispersoides comenzaron a precipitarse desde la matriz sobresaturada hacia la disposición de dispersoides deseada representada. Por el contrario, sin el templado posterior a la colada, la disposición de dispersoides de la tira de metal 1601 no está tan bien distribuida e incluye dispersoides no deseablemente grandes.
La FIG. 17 es un gráfico 1700 que compara los resultados de los ensayos de límite elástico y de flexión de tres puntos de las tiras de metal de la serie 7xxx preparadas usando técnicas tradicionales de colada directa en molde y usando la colada y laminación continuas desacopladas de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. El gráfico 1700 muestra que se pueden lograr las mismas características de flexión de tres puntos al mismo tiempo que se logra un límite elástico muy mejorado (por ejemplo, mejorado en el 15 %) mediante el uso del sistema de laminación y colada continua desacoplado descrito en la presente, en comparación con las técnicas tradicionales de colada directa en molde.
La FIG. 18 es un gráfico 1800 que compara los resultados del límite elástico y del tiempo de remojo del tratamiento térmico de solución de las tiras de metal de la serie 6xxx preparadas usando técnicas tradicionales de colada directa en molde y usando la colada y laminación continuas desacopladas de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. El gráfico 1800 muestra que las características deseadas de límite elástico (por ejemplo, de o de alrededor de 290 MPa) normalmente requieren al menos 60 segundos de tiempo de remojo a una temperatura de solubilización (por ejemplo, de o de alrededor de 520 °C) para el metal colado usando técnicas tradicionales de colada directa en molde. Sin embargo, para el metal colado usando el sistema de laminación y colada continua desacoplado descrito en la presente, las características deseadas de límite elástico se pueden lograr con un tiempo de remojo de cero segundos a la temperatura de solubilización.
Las técnicas tradicionales de colada DC requieren este tiempo de remojo de 60 segundos para volver a poner en solución diversas partículas de refuerzo. Sin embargo, debido a la disposición deseable de partículas en colada de metal de acuerdo con diversos aspectos de la presente divulgación, el límite elástico deseado se puede lograr simplemente al calentar la tira de metal hasta una temperatura de solubilización sin necesidad de mantener el metal a esa temperatura durante más de unos pocos segundos, un segundo o incluso 0,5 segundos.
Este enorme ahorro en el tiempo de remojo es especialmente importante cuando se desea que el tratamiento térmico de solución se realice en línea con un laminador en caliente. Debido a que la tira de metal puede moverse a velocidades de alrededor de 300 m/min hasta 800 m/min o más a la salida de las cajas de laminación en caliente, la cantidad de línea de procesamiento necesaria para proporcionar un remojo de 60 segundos a una tira de metal colada por DC puede ser mayor de 300 - 800 metros. Por el contrario, la cantidad de línea de procesamiento necesaria para proporcionar el tiempo de remojo deseado para una tira de metal preparada de acuerdo con diversas realizaciones de la presente divulgación puede ser insignificante. Esta distancia puede ser prácticamente de cero o tan baja como la distancia mínima necesaria entre un dispositivo de calentamiento (por ejemplo, calentadores magnéticos giratorios) y un dispositivo de templado directamente corriente abajo de este.
La FIG. 19 es un conjunto de micrografías electrónicas de transmisión de barrido que representan dispersoides en tiras de metal de aleación de aluminio AA6111 que se han recalentado durante ocho horas a 550 °C que comparan una tira de metal 1901 colada sin un templado posterior a la colada y una tira de metal 1900 colada con un templado posterior a la colada de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. Cada una de las tiras de metal 1900, 1901 se preparó mediante un sistema de colada continua como se describe en la presente, tal como el sistema de colada continua 102 de la FIG. 1, sin embargo, el sistema de colada usado para la tira de metal 1900 incluía un sistema de templado rápido, tal como el sistema de templado rápido 314 de la FIG. 3, mientras que el sistema de colada usado para la tira de metal 1901 no incluía un sistema de templado rápido.
La tira de metal 1901 salió de la máquina de colada de correa continua a aproximadamente 450 °C y se dejó enfriar al aire hasta aproximadamente 100 °C durante el transcurso de tres horas. La tira de metal 1900 salió de la máquina de colada de correa continua a aproximadamente 450 °C y se templó inmediatamente (por ejemplo, a 100 °C en aproximadamente 10 segundos o menos). Ambas tiras de metal 1901 y 1900 se recalentaron lentamente a una velocidad de 50 °C/hora hasta 540 °C y se mantuvieron a 540 °C durante ocho horas.
La disposición de dispersoides de la tira de metal 1901 muestra dispersoides gruesos y solo unos pocos dispersoides de tamaño deseable. Por el contrario, la disposición de dispersoides de la tira de metal 1900 muestra una disposición bien distribuida de muchos dispersoides de tamaño deseable. Los dispersoides de tamaño deseable pueden tener diámetros, en promedio, entre 10 nm y 500 nm o entre 10 nm y 100 nm. A modo de referencia, se representan a la izquierda de cada micrografía un punto de 50 nm (por ejemplo, un dispersoide deseable de intervalo medio), un punto de 100 nm y un punto de 500 nm en la escala aproximada de las micrografías.
Debido al templado inmediato después de la colada continua, la tira de metal precursora a la tira de metal 1900 (por ejemplo, antes de ser recalentada como se indica) incluía muchos elementos pequeños y bien dispersos formadores de dispersoides mantenidos en sobresaturación dentro de la matriz de aluminio. Esta matriz sobresaturada con elementos formadores de dispersoides es, ventajosamente, de manera única, como un metal precursor capaz de recalentarse para producir la disposición de dispersoides deseable mostrada en la FIG. 19. Cuando la tira de metal precursora a la tira de metal 1900 se recalentó, los dispersoides comenzaron a precipitarse desde la matriz sobresaturada hacia la disposición de dispersoides deseada representada. Por el contrario, sin el templado posterior a la colada, la disposición de dispersoides de la tira de metal 1901 no está tan bien distribuida e incluye dispersoides más gruesos y en menor cantidad.
La FIG. 20 es un gráfico 2000 que representa la precipitación de Mg2Si de una tira de metal de aluminio durante la laminación en caliente y el templado de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. El gráfico 2000 representa la precipitación esperada de Mg2Si de acuerdo con el tiempo empleado a determinadas temperaturas para una aleación de aluminio, tal como una aleación de aluminio de la serie 6xxx. Se muestra una zona de alta precipitación 2001. Los límites de la zona de alta precipitación 2001 denotan la precipitación esperada de Mg2Si entre el 1 % y el 90 % (por ejemplo, entre una fracción de volumen de 0,01 y 0,9). Por lo tanto, cuando una línea cruza el borde izquierdo de la zona de alta precipitación 2001, se espera que el metal que sigue esa línea tenga aproximadamente el 1 % de precipitación de Mg2Si, que crecerá hasta que la línea cruce el borde derecho de la zona de alta precipitación 2001, momento en el que se espera que el metal que sigue esa línea tenga al menos el 90 % de precipitación de Mg2Si. Por ejemplo, se espera que un metal mantenido a aproximadamente 400 °C tenga aproximadamente el 1 % o menos de precipitación de Mg2Si durante hasta aproximadamente 1,7 segundos y, si se mantiene a esa temperatura durante 407 segundos, se espera que tenga al menos el 90 % de precipitación de Mg2Si. Dentro de la zona de alta precipitación 2001, la precipitación de Mg2Si se produce de manera rápida, moviéndose rápidamente del 1 % al 90 % de precipitación. Por lo tanto, en algunos casos, puede ser deseable minimizar la cantidad de tiempo que la tira de metal pasa dentro de la zona de alta precipitación 2001. En algunos casos, puede ser deseable salir de la zona de alta precipitación 2001 después de un tiempo específico calculado para lograr una fracción de volumen deseado de precipitación de Mg2Si o cualquier otro precipitado.
La línea 2003 representa la temperatura de una tira de metal inmediatamente antes, durante y después de la laminación en caliente, que incluye el templado, en el que la tira de metal se precalienta y enfría antes de la laminación en caliente, se lamina a una temperatura de laminación en caliente que está por debajo de la temperatura de recristalización, a continuación, se calienta después de la laminación en caliente y, finalmente, se templa. La línea 2003 puede seguir la temperatura de una tira de metal, tal como la tira de metal 710 de la FIG. 7, a medida que pasa por la zona de templado inicial 768, la zona de laminación en caliente 770, la zona de tratamiento térmico 772 y la zona de templado por tratamiento térmico 774.
La línea 2003 muestra una caída inicial de la temperatura hasta una temperatura de laminación en caliente. La tira de metal permanece a la temperatura de laminación en caliente durante todo el proceso de laminación en caliente, que puede incluir pasar a través de una primera caja de laminación 2007, una segunda caja de laminación 2009 y una tercera caja de laminación 2011. Se observa que la línea 2003 se encuentra dentro de la zona de alta precipitación 2001 de Mg2Si cuando la tira de metal pasa por la segunda caja de laminación 2009 y la tercera caja de laminación 2011. La línea 2003 puede mostrar el tratamiento térmico de la tira de metal después de la laminación en caliente y su templado posterior. El punto 2005 representa cuándo comienza el templado.
La línea 2003 entra en la zona de alta precipitación 2001 a aproximadamente 2,5 segundos y sale de la zona de alta precipitación 2001 a aproximadamente 19,2 segundos, por lo que pasa aproximadamente 16,7 segundos dentro de la zona de alta precipitación 2001. En algunos casos, la línea 2003 sale brevemente de la zona de alta precipitación 2001 cerca del final del tratamiento térmico a medida que la temperatura aumenta por encima del borde izquierdo de la zona de alta precipitación 2001, antes de que la temperatura descienda rápidamente a medida que comienza el templado.
La línea 2013 representa la temperatura de una tira de metal inmediatamente antes, durante y después de la laminación en caliente, que incluye el templado, en el que la temperatura del metal se enfría gradualmente durante la laminación en caliente antes de que se temple finalmente. La línea 2013 puede seguir la temperatura de una tira de metal, tal como la tira de metal 2110 de la FIG. 21, por debajo, a medida que pasa a través de la zona de laminación en caliente 2170 y la zona de templado por tratamiento térmico 2174.
La línea 2013 muestra poco o ningún templado inicial antes de la laminación en caliente. Más bien, se deja que la temperatura de la tira de metal baje durante la laminación en caliente desde una temperatura de entrada de laminación en caliente que está por encima de una temperatura de recristalización (por ejemplo, una temperatura de precalentamiento, tal como de 530 °C o más) hasta una temperatura de salida de laminación en caliente que está por debajo de la temperatura de entrada de laminación en caliente. Para efectuar la disminución de la temperatura durante la laminación en caliente que se muestra en la línea 2013, cada caja del laminador en caliente puede extraer calor de la tira de metal. En lugar de basarse en la recristalización posterior a la laminación (por ejemplo, después de la laminación en caliente) durante un proceso de tratamiento térmico, la tira de metal puede someterse a una recristalización dinámica durante el proceso de laminación en caliente. La línea 2013 puede seguir un camino monotónicamente decreciente desde inmediatamente antes de la primera caja de laminación en caliente hasta el proceso de templado inmediatamente siguiente.
Puede ser deseable controlar la precipitación de precipitados, tales como el Mg2Si. En algunos casos, la cantidad de precipitación puede controlarse o minimizarse a una cantidad deseada predeterminada. Por ejemplo, cuando se desea minimizar la precipitación, se puede minimizar la cantidad de tiempo dentro de la zona de alta precipitación 2001. Para minimizar la cantidad de tiempo dentro de la zona de alta precipitación 2001, la tira de metal puede salir de la caja de laminación en caliente final a una temperatura de salida de laminación en caliente y, posteriormente, puede templarse rápidamente hasta una temperatura menor que la que se espera de una precipitación sustancial (por ejemplo, hasta una temperatura por debajo de la zona de alta precipitación 2001 durante ese período de tiempo particular). Por lo tanto, puede ser deseable minimizar la temperatura de salida de laminación en caliente y/o maximizar la velocidad de enfriamiento durante el templado. Como se describe en la presente, puede ser deseable maximizar la cantidad de reducción (por ejemplo, porcentaje de reducción del espesor) de la caja de laminación en caliente final (por ejemplo, tercera caja de laminación en caliente 2021) o al menos seleccionar una cantidad de reducción adecuada para lograr una temperatura de salida de laminación en caliente adecuada para el templado rápido para minimizar el tiempo en la zona de alta precipitación 2001. Por ejemplo, en algunos casos, la cantidad de reducción realizada en cada una de una primera caja de laminación en caliente 2017, una segunda caja de laminación en caliente 2019 y una tercera caja de laminación en caliente 2021 puede ser una reducción del 50 % (por ejemplo, de 16 mm a 8 mm, a continuación, de 8 mm a 4 mm, a continuación, de 4 mm a 2 mm). En algunos casos, la cantidad de reducción realizada en la tercera caja de laminación en caliente 2021 puede ser mayor del 40 %, 45 %, 50 %, 55 %, 60 %, 65 % o 70 %.
La temperatura de salida de laminación en caliente puede ser cualquier temperatura adecuada. En algunos casos, puede ser deseable eliminar cantidades sustanciales de calor durante el proceso de laminación en caliente, de tal manera que el metal salga de la caja de laminación en caliente final a una temperatura de salida de laminación en caliente de o por debajo de aproximadamente 450 °C, 445 °C, 440 °C, 435 °C, 430 °C, 425 °C, 420 °C, 415 °C, 410 °C, 405 °C, 400 °C, 395 °C, 390 °C, 385 °C, 380 °C, 375 °C, 370 °C, 365 °C, 360 °C, 355 °C, 350 °C, 345 °C, 340 °C, 335 °C, 330 °C, 325 °C, 320 °C, 315 °C, 310 °C, 305 °C o 300 °C. En algunos casos, puede ser deseable que la temperatura de salida de laminación en caliente esté entre aproximadamente 375 °C y 405 °C, 380 °C y 400 °C, 385 °C y 395 °C o aproximadamente 390 °C. Al entrar en la primera caja de laminación en caliente 2017 a una temperatura por encima de la temperatura de recristalización y reducir la temperatura a medida que la tira de metal pasa a través de la segunda caja de laminación en caliente 2019 y la tercera caja de laminación en caliente 2021, hasta una temperatura de salida de laminación en caliente, la recristalización dinámica puede tener lugar dentro de la tira de metal durante el proceso de laminación en caliente. Se pueden usar otras cajas de laminación.
Como se representa en el gráfico 2000, la línea 2013 entra en la zona de alta precipitación 2001 tras aproximadamente 3,1 segundos y sale de la zona de alta precipitación 2001 tras aproximadamente 7,4 segundos, por lo que pasa aproximadamente 4,3 segundos dentro de la zona de alta precipitación 2001. Por lo tanto, la duración dentro de la zona de alta precipitación 2001 de la línea 2013 puede ser aproximadamente el 25 % de la duración dentro de la zona de alta precipitación 2001 de la línea 2003. Esta diferencia en la duración puede afectar sustancialmente a la cantidad de precipitación de Mg2Si u otros precipitados. Aunque el gráfico 2000 representa la precipitación de Mg2Si, existen gráficos similares para otros precipitados y se pueden aplicar principios similares.
La FIG. 21 es un gráfico y diagrama esquemático combinados que representan un sistema de laminación en caliente 2100 y el perfil de temperatura asociado 2101 de la tira de metal 2110 que se lamina en el mismo de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. El sistema de laminación en caliente 2100 puede ser el sistema de laminación en caliente 106 de la FIG. 1 y puede operarse en función del esquema de principios con respecto a la línea 2013 de la FIG. 20.
El sistema de laminación en caliente 2100 incluye, desde el desbobinado corriente arriba hasta el bobinado corriente abajo, una zona de precalentamiento 2194 opcional, una zona de laminación en caliente 2170 y una zona de templado 2174. El perfil de temperatura 2101 muestra que la tira de metal 2110 puede entrar en el sistema de laminación en caliente 2100 a una temperatura convencional (por ejemplo, 350 °C, como se muestra en la línea de trazos) o a una temperatura precalentada (por ejemplo, 530+ °C, como se muestra en la línea de puntos). Al entrar a una temperatura precalentada, la zona de precalentamiento 2194 puede aplicar poco o ningún calor adicional a la tira de metal 2110. Sin embargo, al entrar a cualquier temperatura por debajo de una temperatura de precalentamiento deseada (por ejemplo, a 530 °C o más), uno o más dispositivos de calentamiento en la zona de precalentamiento 2194 pueden aplicar calor a la tira de metal 2110 para elevar la temperatura de la tira de metal hasta la temperatura de precalentamiento deseada o por encima de esta. El precalentamiento 2195 de la tira de metal 2110 puede mejorar la disposición del dispersoide en la tira de metal 2110, como se describe en la presente. En algunos casos, la zona de precalentamiento 2194 puede incluir uno o más conjuntos de imanes permanentes giratorios 2188, aunque se pueden usar otros dispositivos de calentamiento.
Antes de entrar en la zona de laminación en caliente 2170, la tira de metal 2110 se somete a poco o ningún templado inicial. Por lo tanto, la tira de metal 2110 puede tener una temperatura elevada (por ejemplo, de o más de aproximadamente 530 °C o más) cuando entra en la zona de laminación en caliente 2170.
Durante el proceso de laminación en caliente en la zona de laminación en caliente 2170, se puede reducir el espesor de la tira de metal 2110 debido a la fuerza aplicada desde los rodillos de apoyo 2184 a través de los rodillos de trabajo 2182. Para contrarrestar el calor inducido mecánicamente generado a través de la laminación en caliente y para proporcionar un efecto de enfriamiento a la tira de metal 2110, una o más boquillas de refrigeración de laminación 2196 pueden suministrar refrigerante de laminación 2198 a uno o más de la tira de metal 2110, los rodillos de trabajo 2182 o los rodillos de apoyo 2184. El refrigerante 2198 puede ser cualquier refrigerante adecuado, tal como aceite lubricante, aire, agua o una mezcla de estos. Por lo tanto, como se ve en el perfil de temperatura 2101, la temperatura de la tira de metal 2110 puede disminuirse monotónicamente en toda la zona de laminación en caliente 2170 desde una temperatura de entrada de laminación en caliente (por ejemplo, de aproximadamente 530 °C o más) hasta una temperatura de salida de laminación en caliente que está por debajo de la temperatura de entrada de laminación en caliente (por ejemplo, de o de aproximadamente 400 °C). En algunos casos, puede ser deseable minimizar la temperatura de salida de laminación en caliente mientras se garantiza la recristalización dinámica. Esta minimización se puede lograr al mantener una velocidad alta de deformación en la caja de laminación final, por ejemplo, a través de una laminación de velocidad relativamente alta con una reducción relativamente alta del espesor.
La tira de metal 2110 se puede templar inmediatamente después de su salida de la zona de laminación en caliente 2170 (por ejemplo, sin recalentar). En la zona de templado 2174, la tira de metal 2110 se puede templar 2175 hasta una temperatura por debajo de la temperatura de salida de laminación en caliente, tal como, por ejemplo, hasta una temperatura de salida (por ejemplo, de 100 °C o menos). La zona de templado por tratamiento térmico 2174 puede enfriar la tira de metal 2110 al suministrar refrigerante de templado 2192 desde una o más boquillas de templado 2190. En algunos casos, el refrigerante de laminación 2198 y el refrigerante de templado 2192 provienen de la misma fuente de refrigerante, aunque ese puede no ser el caso.
La FIG. 22 es un diagrama esquemático que representa un sistema de colada continua de banda en caliente 2200 de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. El sistema de colada continua de banda en caliente 2200 puede ser un sistema de colada continua parcialmente desacoplado que es similar al sistema de colada continua desacoplado 300 de la FIG. 3, con varias adiciones en línea para mejorar determinadas características metalúrgicas. El sistema de colada continua de banda en caliente 2200 puede producir una banda en caliente bobinada 2212 que está opcionalmente en el calibre final y, opcionalmente, en el temple final. En algunos casos, la banda en caliente 2212 puede usarse como bobina intermedia y someterse a un procesamiento adicional como se describe en la presente. En algunos casos, sin embargo, la banda en caliente 2212 puede ser un producto final en sí mismo, en un calibre deseado y, opcionalmente, temple deseado.
El sistema de colada continua de banda en caliente 2200 incluye un dispositivo de colada continua, tal como una máquina de colada de doble correa continua 2208, aunque se pueden usar otros dispositivos de colada continua, tales como las máquinas de colada de doble rodillo. La máquina de colada de correa continua 2208 incluye correas opuestas capaces de extraer el calor del metal líquido 2236 a una velocidad de enfriamiento suficiente para solidificar el metal líquido 2236, que, una vez que está sólido, sale de la máquina de colada de correa continua 2208 como una tira de metal 2210. El espesor de la tira de metal 2210 cuando sale de la máquina de colada de correa continua 2208 puede ser de 50 mm o menos, aunque se pueden usar otros espesores. La máquina de colada de correa continua 2208 puede operar a una velocidad de colada deseada. Las correas opuestas pueden estar preparadas de cualquier material adecuado, aunque, en algunos casos, las correas están preparadas de cobre. Los sistemas de enfriamiento dentro de la máquina de colada de correa continua 2208 pueden extraer suficiente calor del metal líquido 2236, de tal manera que la tira de metal 2210 que sale de la máquina de colada de correa continua 2208 tenga una temperatura de entre 200 °C y 530 °C, aunque se pueden usar otros intervalos. En algunos casos, la temperatura (por ejemplo, la temperatura pico del metal) que sale de la máquina de colada de correa continua 2208 puede ser de o de aproximadamente 350 °C - 450 °C.
En algunos casos, un horno de termodifusión 2217 opcional (por ejemplo, un horno de túnel) puede posicionarse corriente abajo de la máquina de colada de correa continua 2208 cerca de la salida de la máquina de colada de correa continua 2208. El uso de un horno de termodifusión 2217 puede facilitar el logro de un perfil de temperatura uniforme en todo el ancho lateral de la tira de metal 2210. Además, el horno de termodifusión 2217 puede homogeneizar de forma instantánea la tira de metal 2210, lo que puede preparar la tira de metal 2210 para mejorar la rotura de los constituyentes de hierro durante la laminación en caliente o en tibio. En algunos casos, se puede posicionar un rodillo transportador 2215 opcional entre la máquina de colada de correa continua 2208 y el horno de termodifusión 2217. En algunos casos, se puede posicionar un conjunto opcional de calentadores magnéticos 2288 (por ejemplo, rotores magnéticos o imanes que giran alrededor de un eje de rotación) entre la máquina de colada de correa continua 2208 o el rodillo transportador 2215 y el horno de termodifusión 2217. Los calentadores magnéticos 2288 pueden aumentar la temperatura de la tira de metal 2210 hasta la temperatura del horno de termodifusión 2217 o a aproximadamente esta temperatura, que puede ser de aproximadamente 570 °C (por ejemplo, 500-570 °C, 520­ 560 °C o de o de aproximadamente 560 °C o 570 °C). El horno de termodifusión 2217 puede tener una longitud suficiente para permitir que la tira de metal 2210 pase a través del horno de termodifusión 2217 en o en aproximadamente 1 a 10 minutos o, más preferentemente, en o entre 1 minuto y 3 minutos o, más preferentemente, en o en aproximadamente 2 minutos, mientras se mueve a la velocidad de salida de la máquina de colada de correa continua 2208.
En algunos casos, una caja de laminación 2284 puede posicionarse corriente abajo del horno de termodifusión 2217 y corriente arriba de un aparato de bobinado. La caja de laminación 2284 puede ser una caja de laminación en caliente o una caja de laminación en tibio. En algunos casos, la laminación en tibio se produce a temperaturas de 400 °C o menos, pero por encima de una temperatura de laminación en frío, y la laminación en caliente se produce a temperaturas por encima de 400 °C, pero por debajo de la temperatura de fusión. La caja de laminación 2284 puede reducir el espesor de la tira de metal 2210 en al menos el 30 % o, más preferentemente, entre el 50 % y el 75 %. Un templado posterior a la laminación 2219 puede reducir la temperatura de la tira de metal 2210 después de que salga de la caja de laminación 2284. El templado posterior a la laminación 2219 puede conferir características metalúrgicas beneficiosas, tales como las relacionadas con la formación de dispersoides como se describe con referencia a la FIG. 3. En algunos casos, se puede usar más de una caja de laminación 2284, tal como dos, tres o más, aunque ese puede no ser el caso.
En algunos casos, un templado anterior a la laminación 2213 opcional puede reducir la temperatura de la tira de metal 2210 entre el horno de termodifusión 2217 y la caja de laminación 2284, lo que puede conferir características metalúrgicas beneficiosas en la tira de metal 2210. El templado anterior a la laminación 2213 y/o el templado posterior a la laminación 2219 pueden reducir la temperatura de la tira de metal 2210 a una velocidad de o de aproximadamente 200 °C/s. El templado anterior a la laminación 2213 puede reducir la temperatura pico del metal de la tira de metal 2210 a o a aproximadamente 350 °C - 450 °C, aunque se pueden usar otras temperaturas.
Antes del bobinado, se puede someter la tira de metal 2210 a recorte de bordes con una recortadora de bordes 2221. Durante el bobinado, la tira de metal 2210 puede enrollarse en una bobina de banda en caliente 2212 y una cizalla 2223 puede dividir la tira de metal 2210 cuando la bobina de banda en caliente 2212 ha alcanzado una longitud o un tamaño deseado. En algunos casos, la banda en caliente 2212 puede no bobinarse, pero puede suministrarse directamente a otro proceso. En algunos casos, el bobinado se puede producir a temperaturas de o de aproximadamente 50 °C - 400 °C.
La banda en caliente 2212 puede estar en un calibre final, como lo indica el bloque 2286. En tales casos, la caja de laminación 2284 puede configurarse para reducir el espesor de la tira de metal 2210 al calibre final deseado para la banda en caliente 2212. En algunos casos, la banda en caliente 2212 puede estar en el temple y calibre finales, como lo indica el bloque 2287. En tales casos, la caja de laminación 2284 se puede configurar para reducir el espesor de la tira de metal 2210 hasta el calibre final deseado para la banda en caliente 2212 y la temperatura se puede controlar cuidadosamente a través del sistema de colada continua de banda en caliente 2200 para lograr un temple deseado, tal como un temple O o un temple T4, aunque se pueden usar otros temples. En algunos casos, la banda en caliente 2212 se puede almacenar, recalentar opcionalmente, como se ha indicado anteriormente con referencia a las bobinas intermedias, a continuación, terminar, laminar en frío y/o tratar térmicamente, como lo indica el bloque 2289. La banda en caliente 2212 producida mediante el sistema de colada continua de banda en caliente 2200 puede tener microestructuras más adecuadas para laminación en frío. Por ejemplo, las bandas en caliente de aleación de aluminio de la serie 6xxx producidas mediante el sistema de colada continua de banda en caliente 2200 pueden tener compuestos intermetálicos más pequeños y más esferoides, que responden más favorablemente a la laminación en frío que los compuestos intermetálicos convencionales, lo que puede causar vacíos problemáticos y sitios de inicio de grietas tras la laminación en frío.
En algunos casos, la banda en caliente 2212 puede incluir distribuciones de partículas de hierro deseables (por ejemplo, rotura de constituyentes de hierro y esferoidización) en aleaciones de aluminio de la serie 6xxx, cuando se deja que la tira de metal 2210 se ponga en remojo en un horno de termodifusión 2217, en línea después de ser colada de forma continua, en temperaturas pico del metal de al menos o aproximadamente 560 °C o 570 °C durante al menos o aproximadamente 1,5 minutos o 2 minutos antes de ser laminada en caliente o en tibio con una reducción del espesor de o de aproximadamente el 50 % - 70 %. La distribución de partículas de hierro puede desempeñar un papel importante en los sitios de inicio de grietas y la deformabilidad de un producto de metal preparado usando la banda en caliente 2212. Mediante el uso de determinados aspectos de la presente divulgación, la banda en caliente 2212 se puede preparar con constituyentes de hierro altamente rotos y esferoidizados, lo que puede dar como resultado, por tanto, una mejor capacidad de deformación y una menor susceptibilidad al agrietamiento.
En algunas realizaciones alternativas, la caja de laminación 2284 puede posicionarse corriente arriba (por ejemplo, a la izquierda, como se muestra en la FIG. 22) del horno de termodifusión 2217. Si bien tal posición puede producir resultados deseables, el aumento de la velocidad de la tira de metal 2210 como resultado de la reducción relativamente alta del espesor (por ejemplo, 50 %-70 %) puede dar como resultado un horno de termodifusión 2217 más largo y, por lo tanto, mayores costes de instalación, costes operativos y espacio físico. En algunas realizaciones alternativas, puede posicionarse un horno de termodifusión adicional corriente abajo de la caja de laminación 2284 para controlar adicionalmente la temperatura de la tira de metal 2210 después de la reducción del espesor. Sin embargo, una vez más, el aumento de velocidad de la tira de metal después de la laminación puede dar como resultado que el horno de termodifusión adicional implique un espacio relativamente grande y mayores costes asociados.
La FIG. 23 es un gráfico 2300 que representa la precipitación de Mg2Si de una tira de metal de aluminio durante la laminación en caliente y el templado de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. El gráfico 2300 es similar al gráfico 2000 de la FIG. 20, que representa la precipitación esperada de Mg2Si de acuerdo con el tiempo empleado a determinadas temperaturas para una aleación de aluminio, tal como una aleación de aluminio de la serie 6xxx. Se muestra una zona de alta precipitación 2301, similar a la zona de alta precipitación 2001 de la FIG.
20.
La línea 2303 representa la temperatura de una tira de metal procesada de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación, en donde la tira de metal se enfría hasta una temperatura de laminación en tibio, se lamina en tibio mientras se enfría adicionalmente y, después de eso, se enfría adicionalmente. La laminación en tibio mientras se enfría se produce adicionalmente en la sección 2307. Al controlar el tiempo y la temperatura de la tira de metal de tal manera que la línea de temperatura 2303 permanezca fuera de la zona de alta precipitación 2301, se puede minimizar la precipitación de Mg2Si.
En algunos casos, la tira de metal se puede pasar a través de dos cajas de laminación mientras se lamina en tibio. En el primer contacto (por ejemplo, entre los rodillos de la primera caja de laminación), la tira de metal puede templarse hasta una temperatura lo suficientemente baja como para evitar la precipitación de compuestos intermetálicos no deseables (por ejemplo, Mg2Si). En el segundo contacto, la tira de metal puede reducirse en espesor con suficiente fuerza para recristalizarse a la temperatura de la tira de metal al entrar en el segundo contacto.
La línea 2305 representa la temperatura de una tira de metal procesada de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación, en donde la tira de metal se mantiene a una temperatura alta (por ejemplo, de o por encima de aproximadamente 510 °C, 515 °C o 517 °C) desde la colada hasta la laminación. Después de la laminación, la tira de metal se puede templar rápidamente, lo que minimiza la cantidad de tiempo que la línea de temperatura 2305 de la tira de metal permanece en la zona de alta precipitación 2301. En este caso, la tira de metal puede retener una estructura de grano endurecido sin trabajar debido, al menos en parte, a la alta temperatura durante la laminación. La FIG. 24 es un diagrama de flujo que representa un proceso 2400 para colar una banda de metal en caliente de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. La tira de metal se puede colar con un dispositivo de colada continua en el bloque 2402, tal como, por ejemplo, con una máquina de colada de correa. El uso de un dispositivo de colada continua, tal como una máquina de colada de correa, puede garantizar una rápida velocidad de solidificación.
En el bloque opcional 2404, la tira de metal puede homogeneizarse de forma instantánea después de salir de la máquina de colada de correa. La homogeneización instantánea puede incluir, opcionalmente, recalentar la tira de metal hasta una temperatura de remojo (por ejemplo, de o de aproximadamente 400 °C - 580 °C o, más preferentemente, de o de aproximadamente 570 °C - 580 °C) y mantener la tira de metal a la temperatura de remojo durante una duración de tiempo. La duración de tiempo puede ser de o de aproximadamente 10 - 300 segundos, 60 - 180 segundos o 120 segundos.
La homogeneización instantánea puede ser especialmente útil para romper y/o esferoidizar compuestos intermetálicos grandes y/o en forma de cuchillas. Por ejemplo, las aleaciones AA6111 y AA6451 pueden tener compuestos intermetálicos relativamente grandes tras la colada que pueden mejorarse significativamente a través de la homogeneización instantánea, como se divulga en la presente. Las aleaciones AA5754, sin embargo, pueden no producir compuestos intermetálicos con forma de agujas o cuchillas, por lo que se puede omitir la homogeneización instantánea de AA5754 y aleaciones similares. En algunos casos, la determinación de cuándo usar la homogeneización instantánea y cuándo no usar la homogeneización instantánea se puede realizar en función de la relación de hierro con respecto a silicio, donde las aleaciones con mayor contenido de silicio (por ejemplo, en una relación de 1:5 de silicio con respecto a hierro o superior) pueden verse beneficiadas por la homogeneización instantánea. En algunos casos, las aleaciones con menor contenido de silicio (por ejemplo, en una relación de 1:5 de silicio con respecto a hierro o inferior) pueden colarse de forma deseable sin homogeneización instantánea o con homogeneización instantánea a temperaturas más bajas (por ejemplo, de o de aproximadamente 500 °C - 520 °C).
En algunos casos, la homogeneización instantánea se puede realizar a temperaturas más bajas para las aleaciones específicas. Por ejemplo, una aleación de la serie 7xxx se puede homogeneizar de forma instantánea con éxito a temperaturas de o de aproximadamente 350 °C - 480 °C.
En el bloque 2406 opcional, la tira de metal puede enfriarse antes de la laminación en caliente o en tibio. En algunos casos, especialmente en los casos donde se desea controlar la precipitación de cromo, puede ser beneficioso enfriar la tira de metal antes de la laminación en caliente o en tibio. El enfriamiento en el bloque 2406 puede incluir el enfriamiento de la tira de metal hasta temperaturas de o de aproximadamente 350 °C - 450 °C, aunque se pueden usar otras temperaturas.
En el bloque 2408, la tira de metal puede laminarse en caliente o en tibio con una reducción del espesor de al menos aproximadamente el 30 % y menos de aproximadamente el 80 %. En algunos casos, la reducción del espesor puede ser de al menos aproximadamente el 50 %, 55 %, 60 %, 65 %, 70 % o 75 %. En algunos casos, la laminación en caliente o en tibio en el bloque 2408 puede incluir, opcionalmente, templar la tira de metal durante la laminación (por ejemplo, dentro del contacto entre los rodillos de una caja de laminación), aunque ese puede no ser el caso. En algunos casos, la laminación en caliente o en tibio en el bloque 2408 se realiza mientras se mantiene la tira de metal a una temperatura de 500 °C, 505 °C, 510 °C, 515 °C, 520 °C, 525 °C o más.
En el bloque 2410, la tira de metal se puede templar después de la laminación en caliente o en tibio. El templado en el bloque 2410 puede incluir el enfriamiento de la tira de metal a una velocidad alta, tal como 200 °C/s, aunque se pueden usar otras velocidades. El templado en el bloque 2410 puede reducir la temperatura de la tira de metal a o a aproximadamente 50 °C - 400 °C, tal como 50 °C - 300 °C, aunque se pueden usar otras temperaturas.
En el bloque 2412, la tira de metal puede bobinarse como una banda en caliente. La banda en caliente puede estar en el calibre y temple final, en el calibre final o en un calibre intermedio. Si se encuentra en el calibre y temple final o en el calibre final, la banda en caliente bobinada puede suministrarse a un cliente para su uso previsto. Si se encuentra en un calibre intermedio, la banda en caliente puede recalentarse, laminarse (por ejemplo, laminarse en caliente o en frío), tratarse térmicamente o transformarse en un producto final para su suministro a un cliente.
En el bloque opcional 2414, la banda en caliente puede recalentarse para mejorar adicionalmente las propiedades metalúrgicas, como se describe en la presente, incluyendo los ejemplos a continuación.
La FIG. 25 es un diagrama esquemático que representa un sistema de colada continua de banda en caliente 2500 de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. El sistema de colada continua de banda en caliente 2500 puede ser igual o similar al sistema de colada continua de banda en caliente 2200 de la FIG. 22, aunque con una bobina de alimentación 2513 adicional. El sistema de colada continua de banda en caliente 2500 puede operar en un modo de colada y un modo de procesamiento. En un modo de colada, el sistema de colada continua de banda en caliente 2500 puede hacer uso de la máquina de colada de correa continua 2508 para producir una tira de metal 2510 que, a continuación, puede dirigirse a través de los diversos componentes del sistema de colada continua de banda en caliente 2500, como se describe con respecto al sistema de colada continua de banda en caliente 2200 de la FIG. 22, que incluye pasar la tira de metal 2510 a través de una caja de laminación 2584.
Sin embargo, en un modo de procesamiento, el sistema de colada continua de banda en caliente 2500 puede proporcionar una tira de metal 2510 (por ejemplo, una banda en caliente no en el calibre final) de la bobina de alimentación 2513 adicional en uno o más componentes del sistema de colada continua de banda en caliente 2500, que incluyen al menos la caja de laminación 2584. La tira de metal 2510 de la bobina de alimentación 2513 adicional, después de su laminación (por ejemplo, laminación en caliente o en tibio), puede bobinarse en una bobina de banda en caliente 2512.
Por lo tanto, la misma caja de laminación 2584 puede usarse tanto para la laminación en línea de la tira de metal que se acaba de colar de forma continua como para la laminación de la tira de metal 2510 que se ha colado y bobinado previamente. El funcionamiento del sistema de colada continua de banda en caliente 2500 en un modo de procesamiento puede ser especialmente útil cuando el dispositivo de colada continua necesita reparación o mientras se espera la preparación del metal líquido 2536.
La FIG. 26 es un diagrama esquemático que representa un sistema de colada continua 2600 de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. El sistema de colada continua 2600 puede ser similar al sistema de colada continua de banda en caliente 2200 de la FIG. 22, sin embargo, se usa un dispositivo de colada continua 2608 para colar un artículo de metal extruible 2610 (por ejemplo, un tocho) en lugar de una máquina de colada continua que cola una tira de metal. El artículo de metal extruible 2610 puede someterse al mismo proceso o uno similar usando el mismo equipo o un equipo similar al descrito anteriormente con referencia a la tira de metal 2210 de la FIG. 22, sin embargo, la caja de laminación se puede reemplazar con un troquel 2684. El sistema de colada continua 2600 puede producir un producto bobinado 2612. El producto bobinado 2612, similar a la banda en caliente 2212 de la FIG. 22, puede estar en el calibre final, en el calibre y temple final, o puede estar en un calibre intermedio para un procesamiento posterior.
La FIG. 27 es un diagrama de flujo que representa un proceso 2700 para colar un producto de metal extruible de acuerdo con determinados aspectos de la presente divulgación. Un artículo de metal extruible, tal como un tocho, se puede colar con un dispositivo de colada continua en el bloque 2702. El uso de un dispositivo de colada continua puede garantizar una rápida velocidad de solidificación.
En el bloque opcional 2704, el artículo de metal extruible puede homogeneizarse de forma instantánea después de salir del dispositivo de colada. La homogeneización instantánea puede incluir, opcionalmente, recalentar el artículo de metal extruible hasta una temperatura de remojo (por ejemplo, de o de aproximadamente 400 °C - 580 °C o, más preferentemente, de o de aproximadamente 570 °C - 580 °C) y mantener el artículo de metal extruible a la temperatura de remojo durante una duración de tiempo. La duración de tiempo puede ser de o de aproximadamente 10 - 300 segundos, 60 - 180 segundos o 120 segundos.
La homogeneización instantánea puede ser especialmente útil para romper y/o esferoidizar compuestos intermetálicos grandes y/o en forma de cuchillas. Por ejemplo, las aleaciones AA6111 y AA6451 pueden tener compuestos intermetálicos relativamente grandes tras la colada que pueden mejorarse significativamente a través de la homogeneización instantánea, como se divulga en la presente. Las aleaciones AA5754, sin embargo, pueden no producir compuestos intermetálicos con forma de agujas o cuchillas, por lo que se puede omitir la homogeneización instantánea de AA5754 y aleaciones similares. En algunos casos, la determinación de cuándo usar la homogeneización instantánea y cuándo no usar la homogeneización instantánea se puede realizar en función de la relación de hierro con respecto a silicio, donde las aleaciones con mayor contenido de silicio (por ejemplo, en una relación de 1:5 de silicio con respecto a hierro o superior) pueden verse beneficiadas por la homogeneización instantánea. En algunos casos, las aleaciones con menor contenido de silicio (por ejemplo, en una relación de 1:5 de silicio con respecto a hierro o inferior) pueden colarse de forma deseable sin homogeneización instantánea o con homogeneización instantánea a temperaturas más bajas (por ejemplo, de o de aproximadamente 500 °C - 520 °C).
En algunos casos, la homogeneización instantánea se puede realizar a temperaturas más bajas para aleaciones específicas. Por ejemplo, una aleación de la serie 7xxx se puede homogeneizar de forma instantánea con éxito a temperaturas de o de aproximadamente 350 °C - 480 °C.
En el bloque 2706 opcional, el artículo de metal extruible se puede enfriar antes de la extrusión a través de un troquel a temperaturas de extrusión calientes o tibias. La extrusión a temperatura de extrusión caliente o tibia puede ser un tipo de trabajo en caliente o en tibio. En algunos casos, especialmente en los casos donde se desea controlar la precipitación de cromo, puede ser beneficioso enfriar el artículo de metal extruible antes de la extrusión en caliente o en tibio. El enfriamiento en el bloque 2706 puede incluir el enfriamiento del artículo de metal extruible a temperaturas de o de aproximadamente 350 °C - 450 °C, aunque se pueden usar otras temperaturas.
En el bloque 2708, el artículo de metal extruible puede extruirse en caliente o en tibio con una reducción de diámetro (por ejemplo, una reducción de sección) de al menos aproximadamente el 30 % y menos de aproximadamente el 80 %. En algunos casos, la reducción del diámetro puede ser de al menos aproximadamente el 50 %, 55 %, 60 %, 65 %, 70 % o 75 %. En algunos casos, la extrusión en caliente o en tibio en el bloque 2708 puede incluir, opcionalmente, templar el artículo de metal durante la extrusión (por ejemplo, dentro del troquel), aunque ese puede no ser el caso. En algunos casos, la extrusión en caliente o en tibio en el bloque 2708 se realiza mientras se mantiene el artículo de metal a una temperatura de 500 °C, 505 °C, 510 °C, 515 °C, 520 °C, 525 °C o más.
En el bloque 2710, el artículo de metal extruido (por ejemplo, el artículo de metal extruible después de la extrusión) se puede templar después de la extrusión en caliente o en tibio. El templado en el bloque 2710 puede incluir el enfriamiento del artículo de metal extruido a una velocidad alta, tal como 200 °C/s, aunque se pueden usar otras velocidades. El templado en el bloque 2710 puede reducir la temperatura del artículo de metal extruido a o a aproximadamente 50 °C - 400 °C, tal como 50 °C - 300 °C, aunque se pueden usar otras temperaturas.
En el bloque 2712, el artículo de metal extruido puede bobinarse o almacenarse de otro modo. El artículo de metal extruido puede estar en el calibre y temple final, en el calibre final o en un calibre intermedio. Si se encuentra en el calibre y temple final o en el calibre final, el artículo de metal extruido puede suministrase a un cliente para su uso previsto. Si se encuentra en un calibre intermedio, el artículo de metal extruido se puede recalentar, extruir adicionalmente (por ejemplo, extrusión en frío o en caliente), tratarse térmicamente o transformarse en un producto final para su suministro a un cliente.
En el bloque opcional 2714, el artículo de metal extruido puede recalentarse para mejorar adicionalmente las propiedades metalúrgicas, como se describe en la presente con respecto a la banda en caliente, lo que incluye los siguientes ejemplos.
Ejemplos
Los siguientes ejemplos servirán para ilustrar adicionalmente la presente invención sin que, sin embargo, constituyan ninguna limitación de esta. Por el contrario, ha de entenderse claramente que es posible recurrir a diversas realizaciones, modificaciones y equivalentes de estas que, después de leer la descripción en la presente, se les puedan ocurrir a aquellos de experiencia habitual en la materia, sin apartarse del alcance de la invención, como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Se sometieron a ensayo diversas aleaciones usando determinados aspectos y características de la presente divulgación. Las aleaciones de aluminio se describen en virtud de su composición elemental en porcentaje en peso (% en peso) en función del peso total de la aleación. En determinados ejemplos de cada aleación, el resto es aluminio, con un % en peso máximo del 0,15 % para la suma de las impurezas. La Tabla 1 representa varias de tales aleaciones, incluyendo las temperaturas aproximadas de solidificación y solubilidad:
T l 1: E m l l i n m n xxx xxx 7xxx
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Aunque la Tabla 1 representa varios ejemplos de aleaciones comunes de las series 5xxx, 6xxx y 7xxx, pueden existir otras aleaciones de las series 5xxx, 6xxx y 7xxx, estando los constituyentes (por ejemplo, elementos de aleación) presentes en diferentes porcentajes en peso, incluyendo el resto aluminio y, opcionalmente, cantidades traza (por ejemplo, del 0,15 % o menos) de impurezas. Pueden estar presentes elementos incidentales, tales como refinadores de granos y desoxidantes, u otros aditivos.
Las aleaciones AA6111 y AA6451 se produjeron de acuerdo con los métodos descritos en la presente. Las aleaciones AA6111 y AA6451 se colaron de forma continua en planchones que tenían un calibre de 11 mm. La aleación AA6111 se sometió adicionalmente a un procedimiento de homogeneización instantánea realizado a diversas temperaturas y durante diversos períodos de tiempo, como se muestra en la Tabla 2:
T l 2: T m r r rí i m h m n iz i n in n n
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La FIG. 28 es un gráfico que muestra una distribución log-normal de densidad numérica de partículas constituyentes de hierro (Fe) por micrómetro cuadrado (pm2) en comparación con el tamaño de partícula de aleaciones producidas de acuerdo con los métodos descritos en la presente. La Muestra A era una aleación AA6111 en estado bruto de colada no sometida al procedimiento de homogeneización instantánea divulgado o laminación en caliente. La Muestra B era un planchón AA6111 de 11 mm colado de forma continua sometido a la homogenización instantánea divulgada sin ninguna laminación en caliente adicional. La Muestra C era un planchón AA6111 de 11 mm colado de forma continua sometido a la homogenización instantánea divulgada y laminado en caliente hasta una reducción del espesor del 50 % (es decir, un calibre de 6,5 mm). La Muestra D era un planchón AA6111 de 11 mm colado de forma continua sometido a la homogeneización instantánea divulgada, templado térmicamente con agua a temperatura ambiente hasta una temperatura de 350 °C y laminado en caliente hasta una reducción del espesor del 50 % (es decir, un calibre de 6,5 mm). La Muestra E era un planchón AA6111 de 11 mm colado de forma continua sometido a una homogeneización instantánea opcional (véase la Tabla 2) y laminado en caliente hasta una reducción del 50 % (es decir, un calibre de 6,5 mm). La Muestra F era un planchón AA6111 de 11 mm colado de forma continua sometido a una homogeneización instantánea opcional (véase la Tabla 2) y laminado en caliente hasta una reducción del 50 % (es decir, un calibre de 6,5 mm). La Muestra A (planchón AA6111 en estado bruto de colada) mostró un pico amplio que indica una amplia distribución de tamaños de partícula y una falta de refinamiento de los constituyentes de Fe. La Muestra C (AA6111 colada en un planchón de 11 mm, sometido a la homogeneización instantánea divulgada y laminado en caliente hasta una reducción del 50 %) mostró una distribución estrecha de tamaños de partículas que indica el refinamiento de las partículas constituyentes de Fe. Las Muestras D y E (sometidas a homogeneización instantánea opcional a una temperatura más baja, 400 °C, en el caso de la Muestra D, y 380 °C, en el caso de la Muestra E) mostraron amplias distribuciones de tamaño de partícula, lo que indica un menor refinamiento de las partículas constituyentes de Fe.
La FIG. 29 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) que muestran partículas constituyentes de Fe en aleaciones AA6111 después del procesamiento de acuerdo con los métodos descritos en la presente. Los paneles A, B, C, D, E y F de la FIG. 29 se correlacionan con las Muestras A, B, C, D, E y F de la FIG.
28, respectivamente. El Panel A muestra grandes partículas constituyentes de Fe con forma de aguja 2401 en la Muestra A (véase la Tabla 2). El Panel B muestra un refinamiento (es decir, una rotura) de partículas constituyentes de Fe después de que la aleación AA6111 se haya sometido a la homogeneización instantánea divulgada sin someterse a laminación en caliente (Muestra B, Tabla 2). El Panel C muestra un refinamiento adicional de las partículas constituyentes de Fe en la Muestra C, en donde el planchón de aleación AA6111 de 11 mm de calibre colado de forma continua se sometió a la homogeneización instantánea divulgada y se sometió, además, a laminación en caliente hasta una reducción del espesor del 50 %. El Panel C muestra más refinamiento, como lo demuestra el ajuste de distribución log-normal representado como Muestra C en la FIG. 28. El Panel D muestra un refinamiento de las partículas constituyentes de Fe en la Muestra D similar al refinamiento observado en la Muestra C, en donde el planchón de aleación AA6111 de 11 mm de calibre colado de forma continua se sometió a la homogenización instantánea divulgada y se sometió, además, a templado con agua a 350 °C antes de la laminación en caliente hasta una reducción del espesor del 50 %. El Panel E ilustra la falta de refinamiento de las partículas constituyentes de Fe y las partículas de siliciuro de magnesio (Mg2Si) no disueltas presentes en la Muestra E, en donde el planchón de aleación AA6111 de 11 mm colado de forma continua se sometió a una homogeneización instantánea a 400 °C durante 1 minuto y, a continuación, a laminación en caliente hasta una reducción del espesor del 50 %. El Panel F ilustra la falta de refinamiento de las partículas constituyentes de Fe y las partículas de siliciuro de magnesio (Mg2Si) no disueltas presentes en la Muestra F, en donde el planchón de aleación AA6111 de 11 mm colado de forma continua se sometió a una homogeneización instantánea a 380 °C sin un tiempo de permanencia y, a continuación, a laminación en caliente hasta una reducción del espesor del 50 %.
La FIG. 30 es un gráfico que muestra una distribución log-normal de densidad numérica de partículas constituyentes de hierro (Fe) por micrómetro cuadrado (pm2) en comparación con el tamaño de partícula de aleaciones producidas de acuerdo con los métodos descritos en la presente. La Muestra C, la Muestra D y la Muestra E (véase la Tabla 2) se sometieron, además, a una homogeneización adicional después de la laminación en caliente hasta una reducción del espesor del 50 %. Los procedimientos de homogeneización adicionales se resumen en la Tabla 3:
___________________ Tabla 3: Parámetros adicionales de homogeneización_____________________ | Referencia de prueba | Muestra (véase la Tabla 2) | Temperatura (°C) | Tiempo(h) |
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Todas las muestras sometidas a la homogenización instantánea divulgada y laminadas en caliente hasta una reducción del 50 %, seguido de una homogeneización adicional a diversas temperaturas mostraron una distribución estrecha de tamaños de partículas, lo que indica el refinamiento de las partículas constituyentes de Fe. La homogeneización instantánea a alta temperatura (por ejemplo, 570 °C, Muestra C y Muestra D (Pruebas G, H, V y W)) continuó presentando más refinamiento de partículas constituyentes de Fe que la homogeneización instantánea a baja temperatura (por ejemplo, 400 °C y menos, Muestra E (Pruebas I, J, X e Y)).
La FIG. 31 es un gráfico que muestra una distribución log-normal de densidad numérica de partículas constituyentes de hierro (Fe) por micrómetro cuadrado (|Jm2) en comparación con el tamaño de partícula de aleaciones producidas de acuerdo con los métodos descritos en la presente. En el caso de cada una de estas pruebas homogéneas instantáneas, se laminaron en caliente tiras de metal de 11 mm hasta 2 mm. En algunos casos, se realizó una laminación en caliente inicial (por ejemplo, reducción "Q1") con una reducción del espesor del 50 %, seguida de una reducción final del espesor del 68 %, lo que dio como resultado una tira de 2 mm. En algunos casos, se realizó una laminación en caliente inicial con una reducción del espesor del 70 %, seguida de una reducción final del espesor del 40 %, lo que dio como resultado una tira de 2 mm. En la Tabla 4, se resumen los parámetros adicionales de homogeneización y laminación en caliente:
Tabla 4: Parámetros adicionales de homo eneización laminación en caliente
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Todas las muestras sometidas a la homogenización instantánea divulgada e inicialmente laminadas en caliente hasta una reducción del espesor de al menos el 50 %, seguido de la homogeneización adicional y laminación en caliente hasta un calibre deseado (por ejemplo, 2 mm), mostraron una distribución estrecha de tamaños de partículas, lo que indica el refinamiento de las partículas constituyentes de Fe. Las muestras sometidas a la homogenización instantánea divulgada (por ejemplo, 570 °C durante 5 minutos, Muestra C y Muestra D, Pruebas G, H, Z, AA, AB y AC) presentaron una distribución más estrecha de partículas constituyentes de Fe finas que las muestras sometidas a una homogeneización instantánea de temperatura más baja (por ejemplo, 400 °C, Muestra E, Pruebas I, J, AD y AE), lo que sugiere que no es necesaria una homogeneización adicional cuando se usa la homogeneización instantánea a alta temperatura divulgada.
La FIG. 32 es un gráfico que muestra una distribución log-normal de densidad numérica de partículas constituyentes de hierro (Fe) por micrómetro cuadrado (jm 2) en comparación con el tamaño de partícula de aleaciones producidas de acuerdo con los métodos descritos en la presente. La Muestra F (véase la Tabla 2) se sometió adicionalmente a homogeneización adicional y laminación en caliente adicional hasta una reducción total del espesor del 70 % (es decir, la Muestra F se laminó en caliente hasta una reducción adicional del espesor del 20 %) en comparación con un planchón de aleación AA6111 en estado bruto de colada (Muestra A, véase la Tabla 2) de 11 mm colado de forma continua. La aleación AA6111 en estado bruto de colada no se sometió a la homogeneización instantánea divulgada. La aleación AA6111 en estado bruto de colada se sometió a una homogeneización adicional similar y laminación en caliente como la Muestra F y los parámetros se resumen en la Tabla 5:
Tabla 5: Homogeneización instantánea a baja temperatura en comparación con ninguna homogeneización instantánea
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Todas las muestras sometidas a la homogenización instantánea divulgada y, a continuación, laminadas en caliente hasta una reducción de al menos el 50 %, seguido de una homogeneización adicional y laminación en caliente hasta un calibre deseado (por ejemplo, 2 mm), mostraron una distribución estrecha de tamaños de partículas, lo que indica el refinamiento de las partículas constituyentes de Fe. Las muestras que no se sometieron a la homogeneización instantánea divulgada mostraron menos refinamiento de las partículas constituyentes de Fe.
La aleación AA6451 se sometió adicionalmente a un procedimiento de homogeneización instantánea realizado a diversas temperaturas y durante diversos períodos de tiempo, como se muestra en la Tabla 6:
Tabla 6: Tem eraturas tiem os de homo eneización instantánea
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La FIG. 33 es un gráfico que muestra una distribución log-normal de densidad numérica de partículas constituyentes de hierro (Fe) por micrómetro cuadrado (|Jm2) en comparación con el tamaño de partícula de aleaciones producidas de acuerdo con los métodos descritos en la presente. La Muestra AAA (indicada por una línea azul continua) era una AA6451 en estado bruto de colada no sometida al procedimiento de homogeneización instantánea divulgado o laminación en caliente. La Muestra CCC (indicada por una pequeña línea verde de trazos) era un planchón AA6451 de 11 mm colado de forma continua sometido a la homogenización instantánea divulgada y laminado en caliente hasta una reducción del espesor del 50 % (es decir, un calibre de 6,5 mm). La Muestra DDD (indicada por una línea violeta de trazos y puntos simples) era un planchón AA6451 de 11 mm colado de forma continua sometido a la homogeneización instantánea divulgada, templado térmicamente con agua a temperatura ambiente hasta una temperatura de 350 °C y laminado en caliente hasta una reducción del espesor del 50 % (es decir, un calibre de 6,5 mm). La Muestra e Ee (indicada por una línea negra de trazos y puntos dobles) era un planchón AA6451 de 11 mm colado de forma continua sometido a una homogeneización instantánea opcional (véase la Tabla 2) y laminado en caliente hasta una reducción del 50 % (es decir, un calibre de 6,5 mm). La Muestra FFF (indicada por una línea naranja continua) era un planchón AA6451 de 11 mm colado de forma continua sometido a una homogeneización instantánea opcional (véase la Tabla 2) y laminado en caliente hasta una reducción del 50 % (es decir, un calibre de 6,5 mm). La Muestra AAA (planchón AA6451 en estado bruto de colada) mostró un pico amplio que indica una distribución amplia de tamaños de partículas y una falta de refinamiento de los constituyentes de Fe. La Muestra CCC (AA6451 colada en un planchón de 11 mm, sometido a la homogeneización instantánea divulgada y laminado en caliente hasta una reducción del 50 %) mostró una distribución estrecha de tamaños de partículas que indica el refinamiento de las partículas constituyentes de Fe. Las muestras DDD y EEE (sometidas a homogeneización instantánea opcional a temperatura más baja, 400 °C, en el caso de la muestra DDD, y 380 °C, en el caso de la muestra EEE) mostraron distribuciones amplias de tamaño de partícula, lo que indica un menor refinamiento de las partículas constituyentes de Fe.
La FIG. 34 es un gráfico que muestra una distribución log-normal de densidad numérica de partículas constituyentes de hierro (Fe) por micrómetro cuadrado (jm 2) en comparación con el tamaño de partícula de aleaciones producidas de acuerdo con los métodos descritos en la presente. La Muestra FFF (véase la Tabla 2) se sometió adicionalmente a homogeneización adicional y laminación en caliente adicional hasta una reducción total del espesor del 70 % (es decir, la Muestra FFF se laminó en caliente inicialmente en virtud de una reducción adicional del espesor del 20 %) y se comparó con un planchón de aleación AA6451 en estado bruto de colada (Muestra AAA, véase la Tabla 2) de 11 mm colado de forma continua. La aleación AA6451 en estado bruto de colada no se sometió a la homogeneización instantánea divulgada. La aleación AA6451 en estado bruto de colada se sometió a una homogeneización adicional similar y laminación en caliente como la Muestra FFF y los parámetros se resumen en la Tabla 7:
Tabla 7: Homogeneización instantánea a baja temperatura en comparación con ninguna homogeneización ___________________ __________________ instantánea________________________ ________________ | Referencia de | Muestra (véase la | Temperatura (°C) | Tiempo (h) | Rodillo en ~|
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Todas las muestras (excepto UU) que se sometieron a la homogeneización instantánea divulgada y que se laminaron en caliente hasta una reducción del espesor de al menos el 50 %, seguido de una homogeneización adicional y laminación en caliente hasta un calibre deseado (por ejemplo, 2 mm), mostraron una distribución estrecha de tamaños de partículas, lo que indica el refinamiento de las partículas constituyentes de Fe. Las muestras que no se sometieron a la homogeneización instantánea divulgada mostraron menos refinamiento de las partículas constituyentes de Fe. La muestra UU se sometió a la homogeneización instantánea divulgada (por ejemplo, 570 °C durante 5 minutos) y se laminó en caliente hasta una reducción del espesor del 70 % inmediatamente y mostró un excelente refinamiento de las partículas constituyentes de Fe después de una homogeneización adicional y el 40 % adicional de laminación en caliente.
La FIG. 35, la FIG. 36 y la FIG. 37 son micrografías que muestran la microestructura de una aleación de aluminio AA6014. La FIG. 35 muestra la aleación de aluminio AA6014 que se coló de forma continua en un planchón que tenía 19 mm de espesor, se enfrió y almacenó, se precalentó y se laminó en caliente hasta 11 mm de espesor y se laminó adicionalmente en caliente hasta 6 mm de espesor, que se denomina "R1". El precalentamiento se realizó al calentar el planchón enfriado en dos condiciones, ya sea (i) calentamiento a 550 °C en 1 minuto o (ii) calentamiento a 420 °C en 30 segundos. La dirección de laminación se indica mediante la flecha 3001. La FIG. 35 ilustra el efecto sobre el tamaño de grano y el grado de recristalización después de la laminación en caliente. La FIG. 36 muestra la aleación de aluminio AA6014 que se coló de forma continua en un planchón que tenía 10 mm de espesor, se enfrió y almacenó, se precalentó y se laminó en caliente hasta 5,5 mm de espesor, que se denomina "R2". El precalentamiento se realizó al calentar el planchón enfriado en dos condiciones, ya sea (i) calentamiento a 550 °C en 1 minuto o (ii) calentamiento a 420 °C en 30 segundos. La dirección de laminación se indica mediante la flecha 3101. La FIG. 36 ilustra el efecto sobre el tamaño de grano y el grado de recristalización después de la laminación en caliente. La FIG. 37 muestra la aleación de aluminio AA6014 que se coló de forma continua en un planchón que tenía 19 mm de espesor, se enfrió y almacenó, se laminó en frío hasta 11 mm de espesor, se precalentó y se laminó en caliente hasta 6 mm de espesor, que se denomina "R3". El precalentamiento se realizó al calentar el planchón enfriado en dos condiciones, ya sea (i) calentamiento a 550 °C en 1 minuto o (ii) calentamiento a 420 °C en 30 segundos. La dirección de laminación se indica mediante la flecha 3201. La FIG. 37 ilustra el efecto sobre el tamaño de grano y el grado de recristalización después de la laminación en caliente.
La FIG. 38 es un gráfico que muestra los efectos del precalentamiento sobre la formabilidad de la aleación de aluminio AA6014. La aleación de aluminio AA6014 se sometió a procedimientos de calentamiento y laminación como se ha descrito anteriormente en las FIG. 30 - 32, denominados "R1, R2 y R3", respectivamente. El precalentamiento de la aleación de aluminio AA6014 a una temperatura de 550 °C durante 1 minuto (denominado "HO1", histograma izquierdo en cada grupo) proporcionó una aleación de aluminio con excelentes propiedades de formabilidad, lo que está indicado por ángulos de flexión internos menores de 20°. El precalentamiento de la aleación de aluminio AA6014 a una temperatura de 420 °C durante 1 minuto (denominado "HO2", histograma derecho en cada grupo) proporcionó una aleación de aluminio con una formabilidad muy baja, lo que está indicado por ángulos de flexión internos relativamente altos (por ejemplo, mayores de 20°). Todas las muestras se templaron con agua después de la laminación en caliente (denominada "WQ") y se sometieron a una deformación previa del 10 % antes del ensayo de flexión.
La FIG. 39 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) que muestran partículas constituyentes de Fe en una sección de 11,3 mm de calibre de metal AA6111. Los paneles a l, a2, a3, a5 y a6 muestran el metal que se ha colado mediante un dispositivo de colada continua, tal como la máquina de colada de correa continua 2208 del sistema de colada continua de banda en caliente 2200 de la FIG. 22. El panel a l muestra el metal en estado bruto de colada, con grandes partículas constituyentes de Fe con forma de aguja. El panel a4 muestra una pieza de metal equivalente de un sistema de colada directa en molde, con partículas constituyentes de Fe muy grandes. Los paneles a2, a3, a5 y a6 se han calentado en un horno de termodifusión después de la colada (por ejemplo, horno de termodifusión 2217 de la FIG. 22) durante 2 minutos a temperaturas pico del metal de 540 °C, 550 °C, 560 °C y 570 °C, respectivamente. Los constituyentes de Fe más pequeños se ven en cada uno de los paneles a2, a3, a5 y a6 y los más pequeños en el panel a6. Además, casi no se observa esferoidización en ningún panel, excepto en el panel a6.
La FIG. 40 es un gráfico que representa el diámetro circular equivalente (ECD) de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 39. El gráfico de la FIG. 40 se basa en una función de densidad de probabilidad log-normal. El diámetro circular equivalente, como se usa en la presente, se puede calcular al medir el área de una partícula (por ejemplo, una partícula constituyente de Fe) y determinar el diámetro de un círculo que tendría la misma área total. En otras palabras,
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La FIG. 41 es un gráfico que representa relaciones de aspecto de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 39. El gráfico de la FIG. 41 se basa en una función de densidad de probabilidad log-normal. La relación de aspecto se puede determinar al dividir la longitud de una partícula en una primera dirección por el ancho de la partícula en una dirección perpendicular. La relación de aspecto puede dar indicios de la cantidad de esferoidización a la que se sometió la partícula.
La FIG. 42 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para el diámetro circular equivalente de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 39.
La FIG. 43 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para la relación de aspecto de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 39.
Las FIG. 39-43 muestran que se pueden lograr constituyentes de Fe más pequeños mediante la homogeneización instantánea de un artículo de metal colado de forma continua, especialmente a temperaturas de o de aproximadamente 570 °C. Además, las temperaturas pico más altas del metal durante la homogeneización instantánea parecen mostrar partículas más finas. Finalmente, una esferoidización sustancial (por ejemplo, una relación de aspecto más pequeña) es evidente cuando se alcanzan temperaturas pico del metal de o de aproximadamente 570 °C, casi sin ninguna esferoidización a temperaturas más bajas.
La FIG. 44 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) que muestran partículas constituyentes de Fe en una sección de 11,3 mm de calibre de metal AA6111. Los paneles a7, a8, a9 y a11 muestran el metal que se ha colado mediante un dispositivo de colada continua, tal como la máquina de colada de correa continua 2208 del sistema de colada continua de banda en caliente 2200 de la FIG. 22. El panel a7 muestra el metal en estado bruto de colada, con grandes partículas constituyentes de Fe con forma de aguja. El panel a10 muestra una pieza de metal equivalente de un sistema de colada directa en molde, con partículas constituyentes de Fe muy grandes. El panel a11 muestra una pieza de metal equivalente de un sistema de colada directa en molde después de haber sido sometido a una homogeneización de 2 minutos a una temperatura pico del metal de 570 °C. Los paneles a8, a9 y a12 se han calentado en un horno de termodifusión después de la colada (por ejemplo, horno de termodifusión 2217 de la FIG. 22) a una temperatura pico del metal de 570 °C durante períodos de 1 minuto, 2 minutos y 3 minutos, respectivamente. Se observan constituyentes de Fe más pequeños en cada uno de los paneles a8, a9 y a11 y los más pequeños en el panel a11. Los tiempos de remojo más prolongados mostraron más esferoidización y se logró una esferoidización deseable a los 2 y 3 minutos. Una inmersión de 2 minutos para un lingote colado de forma directa en molde no mostró ningún cambio notable alguno en la microestructura.
La FIG. 45 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para el diámetro circular equivalente de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 44.
La FIG. 46 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para la relación de aspecto de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 44.
Las FIG. 45 y 46 muestran que se pueden lograr constituyentes de Fe más pequeños mediante la homogeneización instantánea de un artículo de metal colado de forma continua, especialmente a temperaturas de o de aproximadamente 570 °C, con tiempos de remojo de al menos o aproximadamente 1 o 2 minutos.
La FIG. 47 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) que muestran partículas constituyentes de Fe en una sección de 11,3 mm de calibre de metal AA6111. El panel a13 representa el metal que se ha colado usando un dispositivo de colada continua, tal como la máquina de colada de correa continua 2208 del sistema de colada continua de banda en caliente 2200 de la FIG. 22, sometido a homogeneización instantánea a 565 °C durante 5 minutos (por ejemplo, usando un horno de termodifusión 2217 de la FIG. 22) y, a continuación, no sometido a laminación en caliente. Los paneles a14, a15, a16, a17, a18 y a19 muestran el metal que se ha colado usando un dispositivo de colada continua, tal como la máquina de colada de correa continua 2208 del sistema de colada continua de banda en caliente 2200 de la FIG. 22, sometido a homogeneización instantánea a 565 °C durante 5 minutos (por ejemplo, usando el horno de termodifusión 2217 de la FIG. 22) y, a continuación, sometido a laminación en caliente (por ejemplo, usando la caja de laminación 2284 de la FIG. 22) con reducciones del espesor del 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 % y 70 %, respectivamente. Se muestran constituyentes de Fe más pequeños después de la homogeneización instantánea, seguida de una mayor reducción en caliente, aunque parece existir una meseta, tras la que una reducción mayor del espesor otorga un beneficio menor.
La FIG. 48 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para el diámetro circular equivalente de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 47.
La FIG. 49 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para la relación de aspecto de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 47.
Las FIG. 48 y 49 muestran que se pueden lograr constituyentes de Fe más pequeños mediante la homogeneización instantánea de un artículo de metal colado de forma continua, seguida de laminación en caliente, especialmente con reducciones del espesor de o de aproximadamente el 40 % - 70 %. Una mayor reducción de calor muestra una mayor rotura de las partículas constituyentes de Fe, aunque la reducción de calor del 50 % - 70 % parece proporcionar una cantidad de rotura relativamente similar.
La FIG. 50 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) que muestran partículas constituyentes de Fe en secciones de metal AA6111 después de someterse a diversas vías de procesamiento para lograr una banda de 3,7 - 6 mm de calibre. El panel a20 representa un metal de colada directa en molde que se ha relaminado hasta un calibre de aproximadamente 3,7 - 6 mm. Los paneles a21, a22, a23, a24, a25 y a26 representan el metal que se ha colado usando un dispositivo de colada continua, tal como la máquina de colada de correa continua 2208 del sistema de colada continua de banda en caliente 2200 de la FIG. 22, y sometido a cierta cantidad de laminación en caliente (por ejemplo, usando la caja de laminación 2284 de la FIG. 22). Los paneles a21, a22 y a23 no se sometieron a homogeneización instantánea, mientras que los paneles a24, a25 y a26 se sometieron a homogeneización instantánea. Los paneles a21 y a24 experimentaron una reducción del espesor del 45 %, los paneles a22 y a25 experimentaron una reducción del espesor del 45 % y recalentamiento a 530 °C durante 2 horas y los paneles a23 y a26 experimentaron una reducción del espesor del 60 %. Se observaron partículas constituyentes de Fe más pequeñas después de la homogeneización instantánea, seguida de una mayor reducción en caliente. Adicionalmente, el recalentamiento después de la laminación en caliente pareció promover la esferoidización.
La FIG. 51 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para el diámetro circular equivalente de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 50.
La FIG. 52 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para la relación de aspecto de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 50.
Las FIG. 51 y 52 muestran que se pueden conseguir constituyentes de Fe más pequeños mediante la homogeneización instantánea de un artículo de metal colado de forma continua, seguida de la laminación en caliente, especialmente sobre la laminación en caliente sin homogeneización instantánea. Adicionalmente, el recalentamiento después de la laminación en caliente pareció mejorar la esferoidización.
La FIG. 53 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) que muestran partículas constituyentes de Fe en secciones de metal AA6111 después de someterse a diversas vías de procesamiento para lograr una tira de 2,0 mm de calibre. El panel a27 representa un metal colado de forma directa en molde que se ha laminado hasta un calibre final de 2,0 mm. Los paneles a28, a29, a30, a31, a32, a33 y a34 representan el metal que se ha colado usando un dispositivo de colada continua, tal como la máquina de colada de correa continua 2208 del sistema de colada continua de banda en caliente 2200 de la FIG. 22. El panel a31 se ha colado de forma continua y, a continuación, laminado en frío hasta un calibre final de 2,0 mm. Los paneles a28, a29, a30, a32, a33 y a34 se han sometido a cierta cantidad de laminación en caliente (por ejemplo, usando la caja de laminación 2284 de la FIG. 22). Los paneles a28, a29 y a30 no se sometieron a homogeneización instantánea alguna, mientras que los paneles a32, a33 y a34 se sometieron a homogeneización instantánea. Los paneles a28 y a32 experimentaron una reducción del espesor del 45 % en la laminación en caliente, seguida de una laminación en frío hasta un calibre final de 2,0 mm. Los paneles a29 y a33 experimentaron una reducción del espesor del 45 % en la laminación en caliente, un recalentamiento hasta 530 °C durante 2 horas y, a continuación, una laminación en tibio hasta un calibre final de 2,0 mm. Los paneles a30 y a34 experimentaron una reducción del espesor del 60 % en la laminación en caliente, seguida de una laminación en frío hasta un calibre final de 2,0 mm.
La FIG. 54 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para el diámetro circular equivalente de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 53.
La FIG. 55 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para la relación de aspecto de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 53.
Las FIG. 54 y 55 muestran que se pueden lograr constituyentes de Fe más pequeños mediante la homogeneización instantánea de un artículo de metal colado de forma continua, seguida de una laminación en caliente y un recalentamiento, especialmente cuando se compara con solo la laminación en caliente y laminación en frío. El recalentamiento después de la laminación en caliente mostró una esferoidización mejorada de las partículas constituyentes de Fe. A pesar de que la laminación en frío después de la colada continua sí mostró cierto grado de rotura de las partículas constituyentes de Fe, no logró la esferoidización deseable.
Adicionalmente, se realizaron ensayos de flexión en las muestras de la FIG. 53 de acuerdo con la especificación 238-100 de la Asociación Alemana de la Industria Automotriz (VDA en inglés) para realizar ensayos de flexión y la especificación 232-200 para normalizar los ensayos a 2,0 mm. Las muestras de los paneles a27, a28, a29, a30, a31, a32, a33 y a34 lograron ángulos de flexión alfa (exterior) de 80°, 79°, 75°, 67°, 66°, 96°, 102° y 95°, respectivamente.
La FIG. 56 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) que muestran partículas constituyentes de Fe en secciones de metal AA6111 después de someterse a diversas vías de procesamiento para lograr una tira de 2,0 mm de calibre. Los paneles a35, a36, a37 y a38 representan el metal que se ha colado usando un dispositivo de colada continua, tal como la máquina de colada de correa continua 2208 del sistema de colada continua de banda en caliente 2200 de la FIG. 22, homogeneizado de forma instantánea (por ejemplo, usando el horno de termodifusión 2217 de la FIG. 22) y laminado en caliente (por ejemplo, usando la caja de laminación 2284 de la FIG. 22) con una reducción del espesor del 45 %. Los paneles a35, a36 y a37 se sometieron posteriormente a recalentamiento a una temperatura de 530 °C durante 2 horas, mientras que el panel a38 se laminó en frío inmediatamente hasta un calibre final de 2,0 mm. Después del recalentamiento, el panel a35 se laminó en caliente hasta un calibre final de 2,0 mm. Después del recalentamiento, el panel a36 se volvió a laminar en caliente con una reducción del espesor del 50 %, a continuación, se templó y se laminó en frío hasta un calibre final de 2,0 mm. Después del recalentamiento, el panel a37 se templó y se laminó en frío hasta un calibre final de 2,0 mm.
La FIG. 57 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para el diámetro circular equivalente de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 56.
La FIG. 58 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para la relación de aspecto de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 56.
Las FIG. 57 y 58 muestran que se pueden lograr constituyentes de Fe más pequeños mediante la homogeneización instantánea de un artículo de metal colado de forma continua, seguida de la laminación en caliente y el recalentamiento, especialmente cuando se compara con solo la laminación en caliente y laminación en frío. El recalentamiento después de la laminación en caliente mostró una esferoidización mejorada de las partículas constituyentes de Fe. A pesar de que la laminación en frío después de la colada continua sí mostró cierto grado de rotura de las partículas constituyentes de Fe, no logró la esferoidización deseable.
Adicionalmente, se realizaron ensayos de flexión en las muestras de la FIG. 56 de acuerdo con la especificación 238-100 de la Asociación Alemana de la Industria Automotriz (VDA) para realizar ensayos de flexión y la especificación 232-200 para normalizar los ensayos a 2,0 mm. Las muestras de los paneles a35, a36, a37 y a38 lograron ángulos de flexión alfa (exterior) de 96°, 95°, 104° y 93°, respectivamente.
La FIG. 59 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) que muestran partículas constituyentes de Fe en secciones de metal AA6451 después de someterse a diversas vías de procesamiento para lograr una banda de 3,7 - 6 mm de calibre. El panel p1 representa un metal colado de forma directa en molde que se ha relaminado hasta un calibre de aproximadamente 3,7 - 6 mm. Los paneles p2, p3, p4, p5, p6, p7 y p8 representan el metal que se ha colado usando un dispositivo de colada continua, tal como la máquina de colada de correa continua 2208 del sistema de colada continua de banda en caliente 2200 de la FIG. 22. El panel p2 muestra una tira de 6 mm en estado bruto de colada. Los paneles p2, p3, p4, p6, p7 y p8 se sometieron a cierta cantidad de laminación en caliente (por ejemplo, usando la caja de laminación 2284 de la FIG. 22). Los paneles p2, p3 y p4 no se sometieron a homogeneización instantánea alguna, mientras que los paneles p6, p7 y p8 se sometieron a homogeneización instantánea. Los paneles p2 y p6 experimentaron una reducción del espesor del 45 % sin recalentamiento. Los paneles p3 y p6 experimentaron una reducción del espesor del 45 % y se recalentaron a 530 °C durante 2 horas. Los paneles p4 y p8 experimentaron una reducción del espesor del 60 % sin recalentamiento. Se observaron partículas constituyentes de Fe más pequeñas después de la homogeneización instantánea, seguida de una mayor reducción en caliente. Adicionalmente, el recalentamiento después de la laminación en caliente pareció promover la esferoidización. Es de destacar que, en función de ensayos adicionales, se determinó que la mancha oscura que se ve en el panel p3 es una anomalía.
La FIG. 60 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para el diámetro circular equivalente de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 59.
La FIG. 61 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para la relación de aspecto de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 59.
Las FIG. 60 y 61 muestran que se pueden conseguir constituyentes de Fe más pequeños mediante la homogeneización instantánea de un artículo de metal colado de forma continua, seguida de la laminación en caliente, especialmente sobre la laminación en caliente sin homogeneización instantánea. Adicionalmente, el recalentamiento después de la laminación en caliente pareció mejorar la esferoidización.
La FIG. 62 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) que muestran partículas constituyentes de Fe en secciones de metal AA6451 después de someterse a diversas vías de procesamiento para lograr una tira de 2,0 mm de calibre. El panel p9 representa un metal colado de forma directa en molde que se ha laminado hasta un calibre final de 2,0 mm. Los paneles (310, (311, (312, (313, (314, (315 y (316 representan el metal que se ha colado usando un dispositivo de colada continua, tal como la máquina de colada de correa continua 2208 del sistema de colada continua de banda en caliente 2200 de la FIG. 22. El panel p13 se ha colado de forma continua y, a continuación, laminado en frío hasta un calibre final de 2,0 mm. Los paneles p10, p11, p12, p14, p15 y p16 se han sometido a cierta cantidad de laminación en caliente (por ejemplo, usando la caja de laminación 2284 de la FIG. 22). Los paneles p10, p11 y p12 no se sometieron a homogeneización instantánea alguna, mientras que los paneles p14, p15 y p16 se sometieron a homogeneización instantánea. Los paneles p10 y p14 experimentaron una reducción del espesor del 45 % en la laminación en caliente, seguida de una laminación en frío hasta un calibre final de 2,0 mm. Los paneles p11 y p15 experimentaron una reducción del espesor del 45 % en la laminación en caliente, un recalentamiento hasta o hasta aproximadamente 530 °C durante 2 horas y, a continuación, una laminación en tibio hasta un calibre final de 2,0 mm. Los paneles p12 y p16 experimentaron una reducción del espesor del 60 % en la laminación en caliente, seguida de una laminación en frío hasta un calibre final de 2,0 mm.
La FIG. 63 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para el diámetro circular equivalente de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 62.
La FIG. 64 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para la relación de aspecto de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 62.
Las FIG. 63 y 64 muestran que se pueden lograr constituyentes de Fe más pequeños mediante la homogeneización instantánea de un artículo de metal colado de forma continua, seguida de una laminación en caliente y un recalentamiento, especialmente cuando se compara con solo la laminación en caliente y laminación en frío. El recalentamiento después de la laminación en caliente mostró una esferoidización mejorada de las partículas constituyentes de Fe. A pesar de que la laminación en frío después de la colada continua sí mostró cierto grado de ruptura de partículas constituyentes de Fe, no logró la esferoidización deseable.
Adicionalmente, se realizaron ensayos de flexión en las muestras de la FIG. 62 de acuerdo con la especificación 238-100 de la Asociación Alemana de la Industria Automotriz (VDA) para realizar ensayos de flexión y la especificación 232-200 para normalizar los ensayos a 2,0 mm. Las muestras de los paneles p9, p10, p11, p12, p13, p14, p15 y p16 lograron ángulos de flexión alfa (exterior) de 70°, 67°, 88°, 75°, 65°, 75°, 80° y 81°, respectivamente.
La FIG. 65 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) y micrografías ópticas que representan la fusión y la formación de vacíos de Mg2Si en secciones de metal AA6451 que se ha colado y laminado en frío para lograr una tira de 2,0 mm de calibre. Los paneles p17, p18, p21 y p22 son micrografías de SEM, mientras que los paneles p19, p20, p23 y p24 son micrografías ópticas. Cada una de las muestras ha sido colada de forma continua y, a continuación, laminada en frío, sin someterse a los procesos de la presente divulgación. Los paneles p17, p18, p19 y p20 son a base de metal en temple F (por ejemplo, sin tratamiento térmico de solución), mientras que los paneles p21, p22, p23 y p24 son a base de metal en temple T4 (por ejemplo, con tratamiento térmico adicional de solución). Los resultados muestran que el tratamiento térmico de solución de muestras laminadas en frío muestra numerosos vacíos, lo que puede deberse, al menos en parte, a la presencia de Mg2Si grueso en estado bruto de colada en el temple F. Por lo tanto, es evidente que las mejoras en la microestructura intermetálica pueden ser beneficiosas para lograr un producto de temple T4 deseable.
La FIG. 66 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) que muestran partículas constituyentes de Fe en secciones de metal AA6451 después de someterse a diversas vías de procesamiento para lograr una tira de 2,0 mm de calibre. Los paneles p25, p26, p27 y p28 representan el metal que se ha colado usando un dispositivo de colada continua, tal como la máquina de colada de correa continua 2208 del sistema de colada continua de banda en caliente 2200 de la FIG. 22 y, posteriormente, sometido a una reducción del espesor del 45 % de laminación en caliente (por ejemplo, usando la caja de laminación 2284 de la FIG. 22). El panel p25 se sometió, a continuación, a un recalentamiento a 530 °C durante 2 horas, seguido de una laminación en tibio hasta el calibre final. El panel p26 se sometió, a continuación, a un recalentamiento a 530 °C durante 2 horas, seguido de una reducción adicional del espesor del 50 % de laminación en caliente, seguida de un templado con agua y, a continuación, una laminación en frío hasta el calibre final. El panel p27 se sometió, a continuación, a un recalentamiento a 530 °C durante 2 horas, seguido de un templado con agua y, a continuación, una laminación en frío hasta el calibre final. El panel p28 se sometió, a continuación, a una laminación en frío. La esferoidización del constituyente de Fe más mejorada en el calibre final se encontró cuando la tira de metal se homogeneizó de forma instantánea, se laminó en caliente o en tibio, a continuación, se precalentó y, a continuación, se templó con agua antes de la laminación en frío hasta el calibre final.
La FIG. 67 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para el diámetro circular equivalente de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 66.
La FIG. 68 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para la relación de aspecto de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 66.
Las FIG. 67 y 68 muestran que se pueden lograr constituyentes de Fe más pequeños a través de la homogeneización instantánea de un artículo de metal colado de forma continua, seguido de la laminación en caliente y el recalentamiento, especialmente cuando se combina con el posterior templado con agua y la laminación en frío hasta el calibre final. Se determinó que la homogeneización (por ejemplo, el recalentamiento) puede beneficiar a la esferoidización y que el templado después de la homogeneización puede beneficiar a la distribución de partículas.
Adicionalmente, se realizaron ensayos de flexión en las muestras de la FIG. 66 de acuerdo con la especificación 238-100 de la Asociación Alemana de la Industria Automotriz (VDA) para realizar ensayos de flexión y la especificación 232-200 para normalizar los ensayos a 2,0 mm. Las muestras de los paneles p25, p26, p27 y p28 lograron ángulos de flexión alfa (exterior) de 75°, 67°, 78° y 71°, respectivamente.
La FIG. 69 es un conjunto de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) que muestran partículas constituyentes de Fe en secciones de metal AA5754. El panel y4 representa el metal que ha sido colado de forma directa en molde y reducido hasta el calibre final. Los paneles y1, y2, y3, y5 y Y6 representan el metal que se ha colado usando un dispositivo de colada continua, tal como la máquina de colada de correa continua 2208 del sistema de colada continua de banda en caliente 2200 de la FIG. 22, y sometido a laminación en caliente (por ejemplo, usando la caja de laminación 2284 de la FIG. 22) con diversas reducciones del espesor. Los paneles y1, Y2, y5 y y6 no se sometieron a homogeneización instantánea antes de la laminación en caliente, mientras que los paneles y3 y y7 se sometieron a homogeneización instantánea antes de la laminación en caliente. El panel y1 se sometió al 50 % de laminación en caliente hasta el calibre final. El panel y2 se sometió al 70 % de laminación en caliente hasta el calibre final. El panel y3 se sometió al 70 % de laminación en caliente hasta el calibre final. El panel Y5 se sometió al 50 % de laminación en caliente y, a continuación, a una laminación en frío adicional hasta el calibre final. El panel y6 se sometió al 70 % de laminación en caliente y, a continuación, a una laminación en frío adicional hasta el calibre final. El panel y7 se sometió al 70 % de laminación en caliente y, a continuación, a una laminación en frío adicional hasta el calibre final. Se observó que la esferoidización y/o la rotura de partículas constituyentes de Fe más mejoradas se encontraron cuando la tira de metal se coló de forma continua, se homogeneizó de forma instantánea y, a continuación, se laminó en caliente.
La FIG. 70 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para el diámetro circular equivalente de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 69.
La FIG. 71 es un gráfico que representa la mediana y los datos de distribución para la relación de aspecto de partículas constituyentes de Fe en las piezas de metal mostradas y descritas con referencia a la FIG. 69.
Las FIG. 70 y 71 muestran que se pueden conseguir constituyentes de Fe más pequeños mediante la homogeneización instantánea de un artículo de metal colado de forma continua, seguida de la laminación en caliente, especialmente cuando se compara con la laminación en caliente sin homogeneización instantánea.
Adicionalmente, se realizaron ensayos de flexión en las muestras seleccionadas de la FIG. 69 de acuerdo con la especificación 238-100 de la Asociación Alemana de la Industria Automotriz (VDA) para realizar ensayos de flexión y la especificación 232-200 para normalizar los ensayos a 2,0 mm. Las muestras de los paneles y5 y y7 lograron ángulos de flexión alfa (exterior) de 160° y 171°, respectivamente.
La descripción anterior de las realizaciones, incluyendo las realizaciones ilustradas, se ha presentado solo con fines ilustrativos y descriptivos y no pretende ser exhaustiva ni limitativa de las formas precisas divulgadas. Numerosas modificaciones, adaptaciones y usos de esta serán evidentes para aquellos expertos en la materia.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un producto de metal intermedio de aleación AA6xxx de aluminio, que comprende:
una fase primaria de aluminio sólido formada mediante el enfriamiento de metal líquido en un dispositivo de colada continua con un espesor de tira de 7 mm - 50 mm; y
una fase secundaria que incluye un elemento de aleación, en donde la fase secundaria se esferoidiza mediante el trabajo en caliente o en tibio de la fase primaria y la fase secundaria con una reducción de sección de aproximadamente el 30 % al 80 % y en donde la fase secundaria se esferoidiza adicionalmente mediante el mantenimiento de una temperatura pico del metal en la fase primaria y la fase secundaria que está aproximadamente 15 °C - 45 °C por debajo de una temperatura de solidificación del producto de metal, en donde la temperatura pico del metal se mantiene durante una duración de aproximadamente 1-3 minutos antes del trabajo en caliente o en tibio.
2. El producto de metal de la reivindicación 1, en donde el trabajo en caliente o en tibio incluye la laminación en caliente o en tibio y la reducción de sección es una reducción del espesor.
3. El producto de metal de la reivindicación 1, en donde la reducción de sección es de aproximadamente el 50 % al 70 %.
4. El producto de metal de la reivindicación 1, en donde el producto de metal se forma en la forma de una tira de metal bobinada en una bobina.
5. El producto de metal de la reivindicación 1, en donde la fase secundaria se esferoidiza adicionalmente mediante el mantenimiento de una temperatura pico del metal de aproximadamente 450 °C a 580 °C en la fase primaria y la fase secundaria durante una duración de aproximadamente 1-3 minutos antes del trabajo en caliente o en tibio.
6. Un método, que comprende:
colar continuamente una tira de metal de aleación AA6xxx de aluminio usando un dispositivo de colada continua; y laminar en caliente o en tibio la tira de metal con una reducción del espesor de aproximadamente el 50 % - 70 % después de que la tira de metal salga del dispositivo de colada continua, y que comprende, además, mantener una temperatura pico del metal que está aproximadamente 15 °C - 45 °C por debajo de una temperatura de solidificación de la tira de metal durante una duración de aproximadamente 1-3 minutos entre la colada de la tira de metal y la laminación de la tira de metal.
7. El método de la reivindicación 6, en donde la colada continua de la tira de metal comprende la colada continua de la tira de metal con un espesor de 7 mm - 50 mm.
8. El método de la reivindicación 6, en donde la laminación en caliente o en tibio comprende la laminación en caliente a temperaturas de al menos aproximadamente 400 °C.
9. El método de la reivindicación 6, en donde la laminación en caliente o en tibio de la tira de metal comprende la reducción del espesor de la tira de metal en aproximadamente el 50 % - 70 % usando una única caja de laminación.
10. El método de la reivindicación 6, en donde la colada continua de la tira de metal comprende el paso de metal líquido a través de un par de rodillos para extraer calor del metal líquido y solidificar el metal líquido.
11. El método de la reivindicación 6, que comprende, además, bobinar la tira de metal en una bobina después de laminar en caliente o en tibio la tira de metal.
12. El método de la reivindicación 6, en donde la laminación en caliente o en tibio de la tira de metal comprende: extraer calor de la tira de metal dentro de un contacto de una caja de laminación; y
aplicar fuerza a la tira de metal para reducir el espesor de la tira de metal, en donde la fuerza aplicada es suficiente para recristalizar la tira de metal a una temperatura de la tira de metal cuando se aplica la fuerza.
13. El método de la reivindicación 12, en donde la extracción de calor y la aplicación de la fuerza se producen en una sola caja de laminación.
14. El método de la reivindicación 12, en donde la extracción de calor se produce en una primera caja de laminación y la aplicación de la fuerza se produce en una caja de laminación posterior.
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