ES2898762T3 - Procedimiento para producir una barra continua a base de acero fino - Google Patents

Procedimiento para producir una barra continua a base de acero fino Download PDF

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Abstract

Procedimiento para producir una barra continua a base de acero fino mediante conformación en frío de una lupia para dar la barra continua consolidada en frio y, seguidamente, recocido de la barra continua, en el que en el recocido de la barra continua, la barra continua se calienta a una temperatura en el intervalo de 400 ºC a 460 ºC, caracterizado por que la barra continua consolidada en frio está rodeada durante el calentamiento por una atmósfera de gas protector, en donde el procedimiento presenta adicionalmente la etapa de enfriar la barra continua después del calentamiento, en donde la barra continua está rodeada durante el enfriamiento por una atmósfera de gas protector, en donde la lupia y la barra continua se presentan en forma de un tubo con un diámetro interno y un diámetro externo, en donde mediante la conformación en frío se configura un tubo, cuyo diámetro interno asciende a la mitad del diámetro externo o menos y en donde el material de la lupia es un acero fino austenítico.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para producir una barra continua a base de acero fino
La presente invención se refiere a un procedimiento para producir una barra continua a base de acero fino austenítico mediante conformación en frío de una lupia para dar la barra continua consolidada en frio y, seguidamente, recocido de la barra continua.
Productos de acero fino en forma de barra continua, es decir, en particular, perfiles, barras y tubos, se producen a menudo mediante conformación en frío de un producto semiacabado, designado en esta solicitud como lupia, para dar la barra continua propiamente dicha.
Junto a una modificación de sus dimensiones, la lupia experimenta en el caso de una conformación en frío también una consolidación en frío.
Mediante la conformación en frío, la barra continua a base de acero fino adquiere, por lo tanto, propiedades que no se pueden alcanzar mediante una conformación en caliente. En particular, mediante la conformación en frío pueden producirse barras continuas con elevadas resistencias a la tracción, tal como no se pueden alcanzar o solo con dificultad de otro modo. Frente a ello, el alargamiento de barras continuas, conformadas en frío a base de acero fino es más bien pequeño comparado con barras continuas producidas mediante otros procedimientos de conformación.
A partir del documento WO 2014/034522 A1 se conoce un procedimiento para la conformación en frío de una barra continua, en el que la barra continua es recocida a una temperatura de 450 °C después de la conformación en frío.
A partir del documento JP 2005 298932 A se conoce un procedimiento para producir un alambre de acero fino muy resistente, cuya resistencia está considerablemente mejorada y cuya rigidez corresponde a la de la cuerda de piano a base de alambre de carbono. El alambre de acero fino austenítico metaestable para un muelle con elevada resistencia y elevada rigidez contiene componentes que, según la masa, contienen 0,03 a 0,14 % de C, 0,1 a 4,0 % de Si, 1,0 a 8,0 % de Mn, 1,0 a 5,0 % de NiCr y 0,05 a 0,30 % de N y el resto Fe con las impurezas inevitables, en donde el valor de Md30 expresado por la fórmula especificada asciende a -10 hasta 40 °C.
A partir del documento WO 2014/034522 A1 se conoce un tubo a base de un acero fino dúplex con una resistencia a la tracción (YSlt) de 689,1 a 1000,5 MPa en la dirección del eje del tubo, en donde la resistencia a la tracción (YSlt), la resistencia a la compresión (YSlc) en la dirección del eje del tubo, la resistencia a la tracción (YSct) en la dirección periférica del tubo y la resistencia a la compresión (YScc) en la dirección periférica del tubo a base del acero fino dúplex, cumple las ecuaciones (1) a (4): (1) 0,09 < y Slc/y Slt < 1,11; (2) 0,90 < YScc/YSct < 1,11: (3) 0,90 < YScc/YSlt < 1,11; y (4) 0,90 < YSct/YSlt < 1,11.
Por lo tanto, es misión de la presente invención proporcionar un procedimiento para producir una barra continua a base de acero fino austenítico que posibilite producir barras continuas a base de acero fino austenítico que presenten tanto una elevada resistencia a la tracción como un elevado alargamiento. Además, es misión de la presente invención proporcionar una barra continua a base de acero fino austenítico, la cual presente tanto una elevada resistencia a la tracción como un elevado alargamiento.
Al menos una de las misiones antes mencionadas se alcanza mediante un procedimiento según la reivindicación 1.
Una barra continua consolidada en frío a base de acero fino austenítico, la cual se produce de este modo, dispone de manera sorprendente de un elevado alargamiento, manteniéndose o incluso mejorándose todavía al mismo tiempo la elevada resistencia a la tracción conseguida mediante la conformación en frío.
Esto es sorprendente, en la medida en que un recocido de una barra continua a base de acero fino en el estado de la técnica siempre se utiliza para el denominado recocido blando o bien recocido por recristalización, es decir, con el fin de reducir la resistencia a la tracción, la mayoría de las veces en favor de una procesabilidad de la barra continua en una etapa de conformación en frío adicional.
Cuando en el sentido de la presente invención se describen temperaturas de la barra continua durante el recocido, entonces este dato se refiere a la temperatura superficial de la barra continua consolidada en frío.
Procedimientos de conformación en frío en el sentido de la presente solicitud son todos los procedimientos de conformación en los cuales se conforma la lupia, es decir, el producto semiacabado, a temperaturas que se encuentran por debajo de la temperatura de recristalización del acero fino austenítico utilizado.
En el sentido de la presente solicitud la conformación en frío tiene lugar, en particular, mediante laminación por peregrinación en frío o embutición en frío.
En particular, para la producción de tubos precisos a base de acero fino austenítico, se reduce en frío mediante tensiones de compresión una lupia hueca, alargada, a modo de tubo como producto semiacabado en estado totalmente enfriado. En este caso, la lupia se conforma en un tubo con un diámetro externo reducido definido y un espesor o bien grosor de pared definido.
Para ello, en la laminación por peregrinación en frío (también denominada como peregrinación en frío), la lupia es desplazada por encima de un mandril de laminación calibrado, es decir, que presenta el diámetro interno del tubo acabado y, en este caso, es rodeada desde el exterior por dos laminadores calibrados, es decir, que definen el diámetro externo del tubo acabado y es laminada en la dirección longitudinal por encima del mandril de laminación.
Durante la peregrinación en frío, la lupia experimenta un avance escalonado en dirección al mandril de laminación o bien por encima de éste. Entre dos pasos de avance, los laminadores son movidos de forma giratoria por encima del mandril y, con ello, la lupia se mueve y laminan la lupia. En todo punto de detención de la estructura de laminación con los cilindros de laminación fijados a ella de forma giratoria, los cilindros de laminación liberan la lupia y ésta es desplazada en una etapa ulterior en dirección a la herramienta, es decir, al mandril de laminación o bien a los cilindros de laminación.
El avance de la lupia por encima del mandril tiene lugar con ayuda de un carro de sujeción de avance impulsado por traslación, el cual realiza un movimiento de traslación en una dirección paralela al eje del mandril de laminación y transfiere éste a la lupia.
Durante el avance, la lupia es girada, además, en torno a su eje longitudinal, con el fin de posibilitar una laminación uniforme de la lupia. Mediante la múltiple laminación de cada uno de los tramos del tubo se alcanza un grosor de pared y una redondez del tubo uniformes, así como diámetros internos y externos uniformes. Por lo tanto, por norma general, los pasos de avance son más pequeños que el avance global de la estructura de laminación entre los dos puntos de detención.
En contraposición a ello, durante la embutición en frío, un procedimiento de conformación en frío adicional a considerar aquí a modo de ejemplo, una lupia en forma de barra continua es estirada a través de una matriz de embutir, la cual presenta un diámetro interno que es menor que el diámetro externo de la lupia y, con ello, se conforma y se dimensiona de nuevo.
En función de la herramienta utilizada, en la embutición de tubos se diferencia entre la denominada embutición en hueco, en la que la conformación se reduce únicamente con una matriz de embutir previamente descrita (también designada como anillo de embutir, hueco de embutir o hilera de estirar), y el denominado extractor de noyas o trefilado de barras, en el que también el diámetro interno, así como el grosor de pared del tubo embutido es definido por un núcleo de tracción dispuesto en el interior de la lupia.
Por resistencia a la tracción en el sentido de la presente invención se entiende la tensión que se calcula en el ensayo de tracción a partir de la fuerza de tracción máxima alcanzada inmediatamente antes de la rotura de la muestra, referida a la sección transversal original de la muestra. La dimensión de la resistencia a la tracción es fuerza por superficie.
Por alargamiento en el sentido de la presente solicitud se entiende la prolongación remanente de una barra continua, la cual es estirada bajo la acción de la fuerza hasta la rotura, referido a la longitud de medición inicial. Este alargamiento se designa también como alargamiento de rotura o límite de alargamiento. El alargamiento de rotura se calcula como el cociente de la modificación de la longitud remanente después de la rotura, dividido por la longitud inicial antes de la acción de la fuerza. Esto proporciona una magnitud adimensional y se indica a menudo como valor de porcentaje.
Lo sorprendente es que en el intervalo de temperaturas de 400 °C a 460 °C indicado se aumente todavía mediante el recocido la consolidación de la barra continua mediante la conformación en frío, es decir, la elevada resistencia a la tracción alcanzada y no se reduzca de manera digna de mención al mismo tiempo el alargamiento.
No se puede establecer una modificación macroscópica o microscópica de barras continuas que fueron recocidas por la solicitante después de la conformación en frío en este intervalo de temperaturas.
Una mejora particularmente ventajosa de la resistencia a la tracción con una conservación simultánea de un elevado alargamiento frente a un procedimiento de conformación en frío, el cual renuncia por completo a un recocido después de la conformación en frío, se alcanza en un intervalo de 410 °C a 450 °C, preferiblemente en un intervalo de 435 °C a 445 °C y, de manera particularmente preferida, a 440 °C.
Con el fin de configurar mínima la oxidación del material de acero fino durante el recocido, el recocido tiene lugar en una atmósfera de gas protector, la cual rodea a la barra continua durante el recocido. Esta atmósfera de gas protector presenta ventajosamente en una forma de realización, argón, preferiblemente una porción de argón mayor que 95 % en vol.
En una forma de realización de la invención, el contenido en oxígeno de la atmósfera de gas protector durante el recocido es menor que 50 ppm, preferiblemente menor que 15 ppm y, de manera particularmente preferida, menor que 10 ppm. Entonces se pueden dejar de lado procesos de oxidación de la superficie de la barra continua.
En una forma de realización de la invención, el punto de rocío de la atmósfera de gas protector a la presión atmosférica (1013 mbar) se encuentra a una temperatura de -40 °C o menor, preferiblemente de -50 °C o menor. Mientras que se ha de partir del hecho de que el efecto descrito del recocido en el caso de las temperaturas de acuerdo con la invención se manifiesta en todos los materiales de acero fino, el mismo pudo ser demostrado explícitamente por parte de los autores de la invención, en particular para acero fino austenítico.
En este caso, en el sentido de la presente solicitud, por un acero fino austenítico se entiende un cristal mixto cúbicocentrado en la superficie de una aleación de hierro, en particular un cristal mixto y.
Una barra continua en el sentido de la presente solicitud está en forma de un tubo.
El procedimiento de acuerdo con la invención sirve para la producción de un tubo. Tubos con una elevada resistencia a la tracción con un alargamiento al mismo tiempo elevado se requieren ante todo en el sector de los implantes médicos, pero también como tuberías de alta presión para los fines de aplicación más diversos.
Mientras que, sin embargo, se podría partir del hecho de que el efecto descrito del recocido en el caso de las temperaturas de acuerdo con la invención solo se manifiesta en tubos de acero fino consolidados en frío, de pared delgada, se ha demostrado, sorprendentemente, que también este efecto se manifiesta en el caso de barras continuas consolidadas en frío en forma de varilla con una sección transversal maciza y, en particular, también en el caso de tubos de pared gruesa. Tubos de pared gruesa de este tipo se requieren en la técnica de alta presión para la conducción de fluidos. En el caso de una barra continua en forma de tubo, la lupia y la barra continua acabada presentan un diámetro interno y un diámetro externo. Tubos en los que el diámetro interno asciende a la mitad del diámetro externo o menos, preferiblemente a un tercio del diámetro externo o menos, se consideran como resistentes a alta presión y se designan en el sentido de la presente solicitud como tubos de alta presión.
De acuerdo con la invención, la barra continua consolidada en frío es un tubo con un diámetro interno y un diámetro externo, en donde el diámetro interno asciende a la mitad del diámetro externo o menos, preferiblemente a un tercio del diámetro externo o menos.
Otras ventajas, características y posibilidades de aplicación de la presente invención se explican con ayuda de la siguiente descripción de un ejemplo.
La Figura 1 muestra un diagrama de flujo del procedimiento para producir un tubo de acero fino austenítico de acuerdo con una forma de realización de la presente invención.
En un ensayo se produjo un tubo en forma de lupia a base de un acero fino austenítico de acuerdo con la Norma DIN 1.44/41, que presenta el carbono con una porción no mayor que 0,06 % en peso, manganeso con una porción no mayor que 1,8 % en peso, silicio con una porción no mayor que 0,7 % en peso, níquel con una porción de 11 % en peso, cromo con una porción de 17 % en peso y molibdeno con una porción de 2,3 % en peso, con un resto de hierro e impurezas inevitables.
La lupia se redujo en frío primeramente mediante laminación por peregrinación en frío para formar un tubo de acero fino de dimensiones finales.
El tubo así laminado tiene un alargamiento A(H) de 25,0 % y una resistencia a la tracción Rp 0,2 de 762 N/mm2. A continuación, se recoció este tubo laminado por peregrinación en frío bajo una atmósfera de gas protector con una porción de argón mayor que 95 % en vol. a una temperatura de 440 °C. Con ello, el contenido en oxígeno en la atmósfera de gas protector era menor que 10 ppm.
El tubo recocido presenta después del recocido un alargamiento A(H) de 15,1 %. La resistencia a la tracción Rp 0,2 asciende a 812 N/mm2.
Para explicar entonces con ayuda del diagrama de flujo de la Figura 1 el procedimiento para la producción de un tubo de acero fino de acuerdo con la presente invención, se hace entonces de nuevo una breve recopilación.
Primeramente, en la etapa 1, como material de partida se proporciona un tubo a base de acero fino austenítico en forma de lupia. El acero fino contiene, junto a hierro e impurezas inevitables, carbono con una porción no mayor que 0,06 % en peso, manganeso con una porción no mayor que 1,8 % en peso, silicio con una porción no mayor que 0,7 % en peso, níquel con una porción de 11 % en peso, cromo con una porción de 17 % en peso y molibdeno con una porción de 2,3 % en peso. Esta lupia se conforma entonces en frío mediante laminación por peregrinación en frío en la etapa 2 para dar el tubo dimensionado final.
El tubo acabado se recuece acto seguido en la etapa 3, bajo una atmósfera de gas protector con una porción de argón mayor que 95 % en vol. y un contenido en oxígeno en la atmósfera de gas protector menor que 10 ppm a una temperatura de 440 °C.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para producir una barra continua a base de acero fino mediante conformación en frío de una lupia para dar la barra continua consolidada en frio y, seguidamente, recocido de la barra continua, en el que en el recocido de la barra continua, la barra continua se calienta a una temperatura en el intervalo de 400 °C a 460 °C, caracterizado por que la barra continua consolidada en frio está rodeada durante el calentamiento por una atmósfera de gas protector, en donde el procedimiento presenta adicionalmente la etapa de enfriar la barra continua después del calentamiento, en donde la barra continua está rodeada durante el enfriamiento por una atmósfera de gas protector, en donde la lupia y la barra continua se presentan en forma de un tubo con un diámetro interno y un diámetro externo, en donde mediante la conformación en frío se configura un tubo, cuyo diámetro interno asciende a la mitad del diámetro externo o menos y en donde el material de la lupia es un acero fino austenítico.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la barra continua se calienta a una temperatura en el intervalo de 410 °C a 450 °C, preferiblemente en un intervalo de 435 °C a 445 °C y de manera particularmente preferida hasta 440 °C.
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la atmósfera de gas protector presenta argón, preferiblemente con una porción de argón mayor que 95 % en vol.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la atmósfera de gas protector presenta un contenido en oxígeno menor que 50 ppm, preferiblemente menor que 15 ppm y, de manera particularmente preferida, menor que 10 ppm.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el punto de rocío de la atmósfera de gas protector a la presión atmosférica se encuentra a una temperatura de -40 °C o menor, preferiblemente de -50 °C o menor.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el diámetro interno asciende a un tercio del diámetro externo o menos.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la conformación en frío tiene lugar mediante laminación por peregrinación en frío.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el acero fino es un acero fino austenítico de acuerdo con la Norma DIN 1.44/41.
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