ITMI20090945A1 - A process for the production of rolling mill cast rolls and a rolling mill cast roll - Google Patents
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Description
Titolo: Cilindro per laminatoio ottenuto per colata ed un processo per la produzione di cilindri per laminatoio ottenuti per colata
DESCRIZIONE
DIVULGAZIONE DELL'INVENZIONE
La presente invenzione à ̈ rivolta ad un processo per la produzione di cilindri per laminatoio ottenuti per colata altamente resistenti alla degradazione nonché a cilindri prodotti tramite questo processo. Più specificamente, l'invenzione si riferisce all'introduzione di zolfo, come elemento di lega, a ghisa bianca ad alto tenore di cromo ed a ghisa bianca multi-componente, al fine di formare in modo controllato particelle di fase solfuro nella microstruttura, consentendo così l'uso di questo tipo di materiale nella fabbricazione di cilindri per laminatoio ottenuti per colata con elevate prestazioni di servizio.
Come noto ai tecnici del ramo, i cilindri per laminatoio sono utensili usati nel processo di laminazione, tramite cui vengono sagomati prodotti piani o lunghi in materiale metallico, prevalentemente acciai. Come tutti gli utensili di sagomatura, à ̈ il cilindro del laminatoio che contatta direttamente il prodotto sagomato, determinando così la continua e crescente degradazione della sua superficie durante l'uso nonché la conseguente necessità di ripristinare la condizione iniziale di questa superficie dopo un determinato periodo d'uso. Tale ripristino viene effettuato rimuovendo lo strato superficiale deteriorato tramite lavorazione meccanica, necessitando in tal modo l'arresto della produzione del laminatoio per estrarre il cilindro degradato e sostituire lo stesso con un cilindro nuovo o già riparato.
Pertanto, la qualità del prodotto laminato e la produttività del processo di laminazione sono intimamente collegate alle prestazioni di servizio dei cilindri per laminatoio, in quanto:
(a) la qualità dei nastri à ̈ determinata principalmente per mezzo della loro forma, ruvidità e tolleranze dimensionali, le quali dipendono fortemente dal profilo della forma e dalla qualità della superficie del cilindro;
(b) la produttività del laminatoio à ̈ direttamente legata alla lunghezza delle campagne dei cilindri, essendo lo scopo essenziale quello di mantenere nel tempo la ruvidità della superficie e il profilo della forma il più possibile vicino a quelli iniziali (diminuendo gli arresti per la sostituzione dei cilindri degradati, come conseguenza dell'uso di cilindri resistenti alla degradazione, aumenta direttamente la produttività del laminatoio).
Nella fase finale del processo di nastri di laminazione a caldo, viene utilizzata una serie di moduli di laminazione in linea ("gabbie") denominata treno finitore. La quantità di gabbie di laminazione può variare in funzione della configurazione e della concezione del laminatoio stesso.
Nelle gabbie iniziali e finali di laminazione vengono utilizzati materiali diversi dei cilindri, dato che presentano differenti modalità di degradazione.
La degradazione dei cilindri per laminatoio à ̈ un processo caratterizzato dall'azione simultanea di modalità di usura distinte: abrasione, ossidazione, adesione e fatica termica. Tuttavia, à ̈ noto che in ogni gabbia prevalgono una o due di tali modalità di usura: nelle gabbie iniziali, in cui la laminazione avviene a temperature dell'ordine di 1.000°C, i fenomeni di fatica termica ed ossidazione sono predominanti; nelle ultime gabbie, in cui la laminazione avviene a temperature dell'ordine di 700°C, prevalgono abrasione ed adesione.
Insieme alla progressiva degradazione della superficie del cilindro, danni imprevisti favoriti da incidenti operativi, come l'adesione del nastro laminato sul cilindro ("appiccicatura" o "saldatura") e la propagazione instabile di microvenature superficiali o subsuperficiali, provocano l'arresto del laminatoio per rimuovere il cilindro. Due caratteristiche operative delle ultime gabbie di laminazione rendono più soggetti a tali danni i cilindri che lavorano su di esse:
(a) bassa temperatura di laminazione (che porta a basse cinetiche sulla superficie del cilindro, il che indebolisce il ruolo dello stesso nel proteggere dall'adesione);
(b) ridotto spessore del nastro laminato.
I cilindri per le gabbie finitrici di laminatoi caldi, nella maggioranza dei casi, sono componenti colati che sono composti da uno "scudo esterno" costituito da un materiale resistente all'usura ed un "nucleo" costituito da ghisa duttile o grigia. Il processo comunemente utilizzato per la produzione di tali cilindri bimetallici à ̈ la colata centrifuga in uno stampo metallico: il materiale dello scudo viene versato nello stampo ed, a causa dell'azione della forza centrifuga, viene distribuito uniformemente sulla sua superficie interna, formando uno strato (o scudo) esterno con uno spessore tra 40 e 120 mm; dopo la solidificazione dello scudo, il materiale del nucleo viene versato nello stampo ancora in rotazione, riempiendo così lo stesso. Quando à ̈ a contatto con la superficie interna del nucleo già solidificato, il materiale del nucleo rifonde un piccolo volume dello scudo (circa 10 mm lungo l'intera sua superficie interna), creando così un legame metallurgico tra lo scudo ed il nucleo che à ̈ denominato interfaccia .
Al giorno d'oggi, l'uso di ghisa ad elevato tenore di cromo e di ghise bianche multi-componenti (denominate anche acciai rapidi) come materiali per lo scudo dei cilindri nelle gabbie iniziali à ̈ esteso. Lo stesso à ̈ valido per la ghisa a tempra indefinita come materiale per lo scudo dei cilindri nelle gabbie finali. In generale, la vita utile delle prime à ̈ almeno il doppio di quella delle ultime, il che stabilisce differenti programmi per la sostituzione del cilindro nelle gabbie iniziali e finali. Armonizzando le campagne dei cilindri in tutte le gabbie per mezzo di cilindri ad alta prestazione nelle ultime gabbie si dovrebbe promuovere un significativo miglioramento della produttività del laminatoio.
Sebbene sia stato intenso negli ultimi 20 anni lo sviluppo di materiali per lo scudo di cilindri delle prime gabbie, da più di 40 anni si utilizza una lega di Fe-Cr-Si-Ni-C denominata ghisa a tempra indefinita come materiale per lo scudo di cilindri delle ultime gabbie. La microstruttura di questo materiale ha una matrice di martensite temprata con una precipitazione di carburi secondari M3C ed una rete interdendritica di carburi eutettici M3C (frazione in volume di circa il 25%), oltre a grafite nodulare o compatta anch' essa interdendritica (frazione in volume di circa il 3%). Questa microstruttura à ̈ il risultato dell'equilibrio delle caratteristiche degli elementi di lega nella composizione chimica della ghisa a tempra indefinita: silicio e nichel sono stabilizzanti della grafite, il cromo à ̈ un forte componente che produce carburo ed, inoltre, il nichel determina anche la temprabilità necessaria per impedire la formazione di perlite nel raffreddamento a temperatura ambiente successivo alla colata.
La lunga vita utile della ghisa a tempra indefinita come materiale per lo scudo dei cilindri delle ultime gabbie à ̈ attribuita al fatto che la sua microstruttura ha rappresentato, finora, la miglior soluzione di compromesso tra la resistenza all'usura abrasiva che à ̈ favorita dalla matrice e da carburi eutettici, e la resistenza all'adesione ed alla propagazione instabile di microvenature che à ̈ favorita dalla grafite. E' ben accettato che la grafite agisce da lubrificante all'interfaccia cilindro/nastro laminato (diminuendo l'adesione) e riduce la concentrazione di sollecitazione all'estremità di microvenature, diminuendo così la velocità di propagazione delle stesse.
Nonostante la richiesta degli utilizzatori finali, si sono ottenuti pochi miglioramenti sostanziali nella resistenza all'usura abrasiva della ghisa a tempra indefinita, mentre si sono mantenuti gli altri parametri di prestazione. La più significativa à ̈ basata sull'uso di elementi di lega che favoriscono la formazione di carburi eutettici e secondari più duri del carburo M3C, come carburi MC ed M7C3.
Tuttavia, à ̈ stato trovato che questo favorisce una riduzione od una eliminazione della formazione di grafite e, di conseguenza, una riduzione della resistenza all'adesione ed alla propagazione instabile di microvenature; ovvero, le proprietà del cilindro diventano sbilanciate e la produttività del laminatoio non viene aumentata .
Oltre a tali tentativi, solo pochi laminatoi utilizzano ghisa bianca multi-componente nelle ultime gabbie di laminazione che sono ottenute o tramite un processo di colata centrifuga od un CPC {processo di "placcatura in colata continua" o, in gergo, "rivestimento con colata continua"). Tuttavia, un problema con tali laminatoi à ̈ che la composizione di questo tipo di lega non contiene grafite, compromettendo così la resistenza all'adesione.
Il brevetto PCT/US1996/0918 1 divulga un processo per la produzione di ghisa a tempra indefinita con l'aggiunta da 0,3% a 6% in peso di niobio e con prestazioni di servizio che sostituiscono quelle della ghisa a tempra indefinita. La presenza di niobio favorisce la formazione di particelle isolate di carburo primario NbC con una durezza aumentata, senza compromettere la formazione di grafite, aumentando così la resistenza all'usura abrasiva e conservando la resistenza all'adesione ed alla propagazione instabile di microvenature {la formazione di carburo NbC avviene a temperature superiori a quelle della grafite e, pertanto, non vi à ̈ alcuna competizione tra gli stessi).
Tuttavia, l'aggiunta di niobio à ̈ in pratica dell'ordine di 0,6% in peso, dal momento che, contenuti maggiori implicano la necessità di aumentare sostanzialmente la temperatura di colata del cilindro, rendendo il processo inadatto. Con questo contenuto di niobio, l'aumento della resistenza all'usura abrasiva à ̈ limitato, dato che la frazione in volume di carburo eutettico NbC nella microstruttura à ̈ molto bassa (inferiore ad 1%) e i carburi secondari NbC non precipitano nella matrice.
Tenendo in considerazione la prevenzione di detti svantaggi dello stato dell'arte, sono stati sviluppati il processo e gli oggetti di prodotto della presente invenzione .
Pertanto, un obiettivo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un processo per la produzione di cilindri per laminatoi ottenuti per colata che siano resistenti all'adesione dei nastri laminati, nonché resistenti all'usura abrasiva ed alla propagazione instabile di microvenature .
A tale scopo, à ̈ stato sviluppato un modo per permettere l'uso di ghisa bianca multi-componente o ghisa bianca ad alto tenore di cromo come materiali per lo scudo nei cilindri delle ultime gabbie, così da poter eliminare il problema dell'assenza di grafite (elemento lubrificante). Di conseguenza, l'invenzione consiste in un processo per la produzione di cilindri per laminatoio ottenuti per colata che usano zolfo come elemento di lega in ghisa bianca multi-componente o in ghisa bianca ad alto tenore di cromo, al fine di formare una precipitazione controllata del solfuro di manganese nella microstruttura. In questo modo, il solfuro di manganese gioca lo stesso ruolo della grafite (lubrificante e arresto delle microvenature) . Allo stesso tempo, sia il solfuro di manganese che i carburi molto duri sono presenti simultaneamente nella microstruttura di ghisa bianca multicomponente contenente zolfo o ghisa bianca ad alto tenore di cromo contenente zolfo.
Le fasi convenzionali di un processo per la produzione di cilindri di ghisa bianca ad alto tenore di cromo o di ghisa bianca multi-componente sono:
- carico del forno di fusione con materiale greggio: strido di acciaio piano, leghe di ferro e strido interno liquido o solido;
- fusione del carico;
- versamento della colata risultante in una siviera per fonderia;
- trasferimento della colata dalla siviera per fonderia nell'attrezzatura di colata, sagomando così il cilindro semi-finito.
La presente invenzione comprende, in modo innovativo, come osservato nella Figura 1, le seguenti fasi:
- carico del forno di fusione (1) con il materiale greggio: sfrido liquido interno o solido (a), sfrido di acciaio piano e leghe di ferro;
- fusione (2) del carico;
- pre-analisi chimica (3) di un campione (d) della colata al fine di regolare (4) la composizione chimica (tramite l'aggiunta (e) di leghe di ferro o metalli puri);
- aggiunta (5) di zolfo (f) alla colata;
- pre-analisi chimica (6) di un nuovo campione (g) del carico al fine di regolare (7) la composizione chimica (h);
- aggiunta (8) di una lega metallica di terre rare (k) alla siviera per fonderia (j);
- trasferimento (9) della colata (i) dal forno di fusione alla siviera per fonderia (j);
trasferimento della colata nella siviera per fonderia all'attrezzatura di colata (10), formando così il cilindro semi-finito (11).
L'aggiunta di zolfo, combinato con una lega metallica di terre rare, consente di ottenere una formazione controllata di particelle di fase solfuro nella microstruttura, ottenendo così un materiale di scudo con una migliore resistenza all'usura abrasiva ed una equivalente resistenza all'adesione ed alla propagazione instabile di microvenature quando paragonato alla ghisa a tempra indefinita. Questi risultati sono dovuti in primo luogo al fatto che gli elementi vanadio, cromo, molibdeno e tungsteno che sono presenti nella composizione chimica di ghisa bianca multi-componente, ed un certo numero degli stessi à ̈ presente in ghisa bianca ad alto tenore di cromo, inducono la formazione di carburi eutettici e secondari aventi una durezza aumentata 2000 HV e 2800 HV ("Numero di durezza Vickers"); secondo, la fase solfuro sostituisce la grafite come lubrificante all'interfaccia cilindro/nastro laminato, promuovendo anche la riduzione della concentrazione di sollecitazioni all'estremità delle microvenature.
La composizione chimica della lega comprende da 1,0% a 3,0% di carbonio, fino a 18% di cromo, fino a 8,0% di molibdeno, fino a 8,0% di tungsteno, fino a 10% di vanadio, fino a 2,0% di manganese, da 0,1% ad 1,0% di zolfo, fino ad 1,0% di nichel e fino a 2,0% di silicio (in peso). Il contenuto di manganese à ̈ bilanciato dal contenuto di zolfo usato nella composizione (rapporto Mn:S = 2:1).
L'aggiunta della lega metallica di terre rare à ̈ in un rapporto di 0,2% del peso della colata nella siviera per fonderia. La lega metallica di terre rare contiene, preferibilmente, il 50% in peso di cerio.
La temperatura di fusione dipende dal valore del carico, e può variare tra circa 1.200°C e 1.500°C.
Pertanto, la presente invenzione offre il vantaggio che l'aggiunta di zolfo al processo per la produzione di cilindri per laminatoio ottenuti per colata dà come risultato cilindri per laminatoio con un'elevata resistenza alla degradazione durante l'uso.
Di conseguenza, l'aggiunta di zolfo rende possibile usare un numero ridotto di cilindri, con minore necessità di ripristinare la condizione iniziale degli stessi, consentendo così un prolungamento della campagna lavorativa del laminatoio con un numero inferiore di arresti nel corso del processo di laminazione, mantenendo la gualità della superficie dei prodotti finali sopra il livello minimo richiesto.
Di seguito à ̈ riportata una tabella che mostra esempi di forme di realizzazione preferite della composizione chimica del materiale usato per la produzione dello scudo del cilindro per laminatoio ottenuto per colata con maggiore resistenza alla degradazione della presente invenzione :
Lega
Composizione chimica
A B
C 1,5 - 2,52,0 - 3,0
Cr 3,0 - 10 10 - 18
Mo 2,0 - 8,0 < 3
W 2,0 - 8,0 < 1,0
V 2,0 - 10 < 1,0
Mn* < 2,0 < 2,0 ;Si < 1,0 < 1,0 ;Ni < 1,0 < 1,0 ;;P < 0,08 < 0,08 ;;S 0,1 - 0,8 0,1 - 0,8 ;Fe C[.Ξ.p . q.s.p. ;in cui, ;Lega A = ghisa bianca multi-componente contenente zolfo; Lega B = ghisa bianca ad alto tenore di cromo contenente zolfo; ;q.s.p. = quantità sufficiente per. ;* L'elemento manganese (Mn) à ̈ bilanciato con il contenuto di zolfo per la formazione della fase solfuro.
Sebbene sia stato descritto e illustrato un concetto preferito di questa soluzione, va sottolineato che à ̈ possibile usare procedure alternative senza allontanarsi dalla portata della presente invenzione. Disponiamo di esempi di queste procedure alternative considerando 1'aggiunta della lega metallica di terre rare, detta aggiunta essendo preferibilmente eseguita sul fondo della siviera per fonderia (j) al fine di ottenere migliori risultati; tuttavia, poteva essere eseguita anche direttamente nel getto di metallo che viene versato dal forno di fusione alla siviera, come pure direttamente nell'imbuto dell'attrezzatura per la colata centrifuga.
Un'altra variante della presente invenzione à ̈ che, oltre alla colata centrifuga, il nuovo materiale che à ̈ stato sviluppato (prodotto) potrebbe essere usato nella fabbricazione di cilindri tramite CPC ("placcatura in colata continua"), già citato in precedenza.
Sebbene la presente invenzione sia stata descritta in relazione a quella che si ritiene correntemente la forma di realizzazione più pratica preferita, va compreso che l'invenzione non deve essere limitata alla succitata forma di realizzazione, piuttosto deve coprire diverse modifiche e disposizioni equivalenti incluse nello spirito e nella portata delle rivendicazioni allegate. Pertanto, la portata delle rivendicazioni allegate dovrà essere conforme ad un'interpretazione più ampia al fine di contemplare tutte le modifiche e simili aggiustamenti di questo tipo.
Claims (7)
- RIVENDICAZIONI 1. Un cilindro per laminatoio ottenuto per colata caratterizzato dal fatto di comprendere, in peso, 2,0-3,0% di carbonio, 10,0-18,0% di cromo, 0,1-0,8% di zolfo, fino a 3,0% di molibdeno, fino a 1,0% di tungsteno, fino a 1,0% di vanadio, fino a 2,0% di manganese, fino ad 1,0% di silicio, fino ad 1,0% di nichel e fino a 0,08% di fosforo.
- 2. Un cilindro per laminatoio ottenuto per colata caratterizzato dal fatto di comprendere, in peso, 1,5-2,5% di carbonio, 3,0-10,0% di cromo, 2,0-8,0% di molibdeno, 2,0-8,0% di tungsteno, 2,0-10,0% di vanadio, 0,1-0,8% di zolfo, fino a 2,0% di manganese, fino ad 1,0% di silicio, fino ad 1,0% di nichel e fino a 0,08% di fosforo.
- 3. Un processo per la produzione di cilindri per laminatoio ottenuti per colata secondo le rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: - carico del forno di fusione (1) con il materiale greggio: sfrido liguido interno o solido (a), sfrido di acciaio piano e leghe di ferro; - fusione (2) del carico; - aggiunta (5) di zolfo (f) alla colata; - aggiunta (8) di una lega metallica di terre rare (k) alla siviera per fonderia (j); - trasferimento (9) della colata (i) dal forno di fusione alla siviera per fonderia (j); trasferimento della colata nella siviera per fonderia all'attrezzatura di colata (10), formando così il cilindro semi-finito (11).
- 4. Il processo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il manganese à ̈ bilanciato con detto zolfo, in rapporto 2:1 (Mn:S).
- 5. Il processo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che l'aggiunta di leghe metalliche di terre rare à ̈ in un rapporto in peso di 0,2% di colata nella siviera per fonderia.
- 6. Il processo secondo le rivendicazioni 3 e 5, caratterizzato dal fatto che la lega metallica di terre rare contiene preferibilmente il 50% in peso di cerio.
- 7. Uso del cilindro per laminatoio ottenuto per colata, secondo le rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto di essere in gabbie di laminazione di finitura di processi di laminazione.
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2009
- 2009-05-28 IT ITMI2009A000945A patent/IT1396004B1/it active
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Non-Patent Citations (1)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IT1396004B1 (it) | 2012-11-09 |
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