MX2007007516A - Proceso de laminacion controlada en caliente para la fabricacion de bandas microaleadas de alta resistencia y tenacidad. - Google Patents

Abstract

El Proceso de Laminacion en Caliente de Productos Planos consiste en deformar el material plasticamente, sometiendolo a esfuerzos por encima de la Resistencia a la Fluencia y por debajo del Limite de Resistencia Maxima, provocando una reduccion de espesor y un alargamiento en el material, con una variacion de ancho despreciable. Este proceso de laminacion convencional se lleva a cabo generalmente a una temperatura ligeramente mayor a la de recristalizacion del material, entre 800 y 1 300 degree C dependiendo de la aleacion procesada. La practica habitual de Laminacion Controlada en Caliente establece iniciar la laminacion final con un espesor de barra (o desbaste intermedio) alto, generalmente mayor a 40 mm, para aumentar la reduccion total por debajo de la temperatura de no recristalizacion de la austenita y obtener un grano ferritico fino luego de la transformacion austerita/ferrita. El proceso motivo de esta Memoria Descriptiva para la Laminacion Controlada en Caliente para la fabricacion de bandas microaleadas de alta resistencia y tenacidad, permite el acondicionamiento del grano austenitico en laminadores convencionales con espesores de barra menores a 40 mm y un grano ferritico refinado, luego del enfriamiento forzado de la banda. El proceso de Laminacion Controlada llevado a cabo para la fabricacion de bandas microaleadas de alta resistencia y tenacidad presento las siguientes ventajas: refinamiento del grano ferritico por acondicionamiento previo de la austerita, mejor control de la temperatura y la deformacion por debajo de la temperatura de no recristalizacion de la austerita y posibilidad de producir un refinamiento adicional del grano austenitico por recristalizacion dinamica.

Description

PROCESO DE LAMINACIÓN CONTROLADA EN CALIENTE PARA LA FABRICACIÓN DE BANDAS MICROALEADAS DE ALTA RESISTENCIA Y TENACIDAD Descripción El proceso de Laminación en Caliente de Productos Planos consiste en deformar el material plásticamente, sometiéndolo a esfuerzos por encima de la Resistencia a la Fluencia y por debajo del Límite de Resistencia Máxima , provocando una reducción de espesor y un alargamiento en el material, con una variación de ancho despreciable. Este proceso de laminación convencional se lleva a cabo generalmente a una temperatura ligeramente mayor a la de recristalización del material, entre 800 y 1 300°C, dependiendo de la aleación procesada. El proceso en SIDOR se realiza en cinco pasos: Horno de Recalentamiento, Cuarto Reversible, Tren Continuo, Mesa de Enfriamiento y Enrolladores, el Horno de Recalentamiento se calientan los planchones (de 175 ó 200 mm de espesor, 12 500 mm de longitud y hasta 1 250 mm de ancho) desde la temperatura de entrada hasta la temperatura de austenización (1 200-1 250 °C). El material pasa al Cuarto Reversible donde se reduce el espesor del planchón en el rango entre 27 y 40 mm, para obtener las dimensiones finales y cumplir con las temperaturas de salida especificadas. En el Tren Continuo se reduce el espesor del desbaste hasta espesores de banda comprendidos entre 1 ,8 y 13,2 mm a la temperatura, calidad superficial, perfil, forma y tolerancias requeridas por el cliente, pasando luego a la Mesa de Enfriamiento. Allí se enfría la banda hasta la temperatura de enrollado, con una estrategia acorde a las características mecánicas requeridas, para luego pasar a los Enrolladores en los que la banda se enrolla, manteniendo la tensión adecuada para formar bobinas de paredes homogéneas sin telescopicidad. Por otra parte, la práctica habitual de Laminación Controlada en Caliente establece iniciar la laminación final con un espesor de barra (o desbaste intermedio) alto, generalmente mayor a 40 mm , para aumentar la reducción total por debajo de la temperatura de no recristalización de la austenita y obtener un grano ferrítico fino luego de la transformación austerita/ferrita. La mayoría de los grados de acero de alta resistencia y baja aleación utilizan el refinamiento de grano como mecanismo principal de endurecimiento; ya que es el único que permite alcanzar simultáneamente resistencia y excelente tenacidad a la fractura en condiciones exigidas. Otro requerimiento no menos importante de estos aceros es mantener bajo el contenido de carbono bajo para mejorar su soldabilidad y disminuir su sensibilidad a la fisuración por hidrógeno. Durante el procesamiento de estos aceros, la sinergia existente entre los parámetros de laminación y elementos microaleantes es clave para controlar los mecanismos de endurecimiento por refinamiento de grano y precipitación de carburos y nitruros. Esto requiere establecer una química y un esquema de laminación controlada en caliente que permitan desarrollar la microestructura deseada. La utilización de ciertos elementos microaleantes (Nb, V, Ti entre otros) y la definición de variables claves del esquema de Laminación Controlada en Caliente (temperatura y tasas de deformación y enfriamiento principalmente) concentran los esfuerzos de centros de investigación y desarrollo y de las usinas siderúrgicas. El proceso motivo de esta Memoria Descriptiva para la Laminación Controlada en Caliente para la fabricación de bandas microaleadas de alta resistencia y tenacidad, permite el acondicionamiento del grano austen ítico en laminadores convencionales con espesores de barra menores a 40 mm y un grano ferrítico refinado luego del enfriamiento forzado de la banda. Las etapas de la Laminación Controlada en Caliente y su interacción con los elementos microaleantes incluyen las siguientes reacciones metalúrgicas: • Disolución de compuestos (Carburos, Nitruros) de los elementos microaleantes en austenita M (C,N) ? [M]? + [C]? + [N]? • Retardo (o inhibición) de la recristalización por precipitación M (C, N) debido a suficiente sobresaturación de la austenita deformada • Laminado en las etapas finales por debajo de la temperatura de no- recristalización (Te < Tnr) causando acumulación de deformación. • Transformación de la austenita no-recristalizada en granos ferríticos finos • Enfriamiento controlado para la transformación y el endurecimiento por precipitación (precipitation hardening) Los elementos microaleantes tienen las siguientes características: • Se utilizan en peq ueños porcentajes, entre 10" 1 y 1 0"3 % • Tienen interacción con C, N y S • Producen la precipitación de segundas fases en la matriz • Presentan un fuerte efecto sobre la microestructura • Ejercen el control de las reacciones de disolución y de precipitación a través de los parámetros del proceso de laminación Para la validación del proceso se utilizó un acero cuya composición química orientativa se muestra en la Tabla I Tabla I. Composición química del acero Nb-V-Ti El proceso consistió en una primera etapa de refinamiento del grano austenítico llevada a cabo en el laminador IV reversible, acompañada de un control de la temperatura de entrada al tren acabador (Ta < 1050°C). Debido al elevado espesor final de la banda ( 1 1 ,91 mm) y a la limitación de potencia de la cizalla de corte (crop-shear), fue necesario reducir el espesor de desbaste a la entrada del tren acabador (< 35 mm). Para este proceso el espesor de planchón se fijó en 200 mm como requerimiento metalúrgico de diseño. Esto implica una reducción total mayor al 90%. El proceso de laminación en caliente se llevó a cabo mediante la utilización de dos hornos de vigas caminantes, un laminador IV reversible (con canteo vertical), utilizando sólo cinco de los seis bastidores del laminador continuo. La Tabla I I muestra el detalle de las condiciones de laminado aplicadas. Luego del laminado (Temperatura final < 900°C), la banda fue enfriada mediante cabezales de agua de flujo laminar y finalmente enrollada (Temperatura final de enrollado < 650°C). En la Tabla I I se observa el detalle de las variables de proceso y su valor de control para las diferentes instalaciones. Las temperaturas de fin de laminado y de enrollado pueden variar dependiendo de las características del laminador y del sistema de enfriamiento utilizados; como así también del diseño de aleación y nivel de resistencia requerido en la banda. Una característica distintiva de esta práctica es que, luego del primer pase de laminación, se deja abierto el segundo bastidor para no aplicar allí una reducción de espesor. Esto permite un mejor control de la temperatura de laminación, ya que la banda ingresa al siguiente pase (Bastidor 3) a menor temperatura y con un espesor mayor para aumentar la cantidad de deformación por debajo de la temperatura de no recristalización de la austerita. Esto es particularmente importante para espesores de banda altos (mayores a 9 mm) en los que la dificultad de control de temperatura de laminación es mayor. Tabla II. Diseño de esquema de laminación controlada desarrollado A continuación se resumen los resultados obtenidos aplicando la práctica de laminación desarrollada. Las bobinas fueron destinadas a la fabricación de tubos de 30 pulgadas de diámetro con soldadura helicoidal por arco sumergido. En las Figuras 1 y 2 se muestran los resultados de las propiedades mecánicas en banda; destacándose la excelente combinación de alta resistencia (YS > 520 MPa; TS > 590 MPa) con una tenacidad elevada a bajas temperaturas (> 100 Joules a -60°C). En la Figura 3 se muestra la microestructura obtenida que consiste en ferrita de grano fino y perlita. Las propiedades mecánicas obtenidas en tubos de 30 pulgadas de diámetro se muestran en la Figura 4. El Proceso de Laminación Controlada llevado a cabo para la fabricación de bandas microaleadas de alta resistencia y tenacidad presentó las siguientes ventajas: • La sinergia entre los elementos microaleantes y la estrategia de laminación controlada utilizada lograron el esperado refinamiento del grano ferrítico por acondicionamiento previo de la austenita.

• El esquema de laminación practicado (bastidor intermedio abierto) permite un mejor control de la temperatura y la deformación por debajo de la temperatura de no recristalización de la austenita .

• La acumulación de deformación a partir del análisis de las variaciones de la tensión de fluencia media podría producir un refinamiento adicional del grano austen ítico por recristalízación dinámica. • La aplicación del proceso de laminación desarrollado fue adecuado para obtener bandas de alta resistencia utilizando aceros microaleados.

Claims (1)

REIVINDICACIÓN

1 . Proceso de Laminación Controlada en Caliente para la fabricación de bandas microaleadas de alta resistencia y tenacidad que posibilita el acondicionamiento del grano austenítico en laminadores convencionales con espesores de barra menores a 40 mm y un grano ferrítico refinado luego del enfriamiento forzado de la banda. Las etapas de la Laminación Controlada en Caliente y su interacción con los elementos microaleantes incluyen las siguientes reacciones metalúrgicas: • Disolución de compuestos (Carburos, Nitruros) de los elementos microaleantes en austenita M (C.N) ? [M]? + [C]? + [N]? • Retardo (o inhibición) de la recristalización por precipitación M (C, N) debido a suficiente sobresaturación de la austenita deformada • Laminado en las etapas finales por debajo de la temperatura de no- recristalización (Te < Tnr) causando acumulación de deformación. • Transformación de la austenita no-recristalizada en granos ferríticos finos • Enfriamiento controlado para la transformación y el endurecimiento por precipitación (precipitation hardening) Para la validación del proceso se utiliza un acero cuya composición química orientativa se muestra en la Tabla I Tabla I. Composición química del acero Nb-V-Ti El proceso consiste en una primera etapa de refinamiento del grano austenítico llevada a cabo en el laminador IV reversible, acompañada de un control de la temperatura de entrada al tren acabador (Ta < 1050°C). Debido al elevado espesor final de la banda (1 1 ,91 mm) y a la limitación de potencia de la cizalla de corte (crop-shear), se reduce el espesor de desbaste a la entrada del tren acabador (< 35 mm). Para este proceso el espesor de planchón se fija en 200 mm como requerimiento metalúrgico de diseño. Esto implica una reducción total mayor al 90%. El proceso de laminación en caliente se lleva a cabo mediante la utilización de dos hornos de vigas caminantes, un laminador IV reversible (con canteo vertical), utilizando sólo cinco de los seis bastidores del laminador continuo. La Tabla II muestra el detalle de las condiciones de laminado aplicadas. Luego del laminado (Temperatura final < 900°C), la banda se enfría mediante cabezales de agua de flujo laminar y finalmente se enrolla (Temperatura final de enrollado < 650°C). En la Tabla II se observa el detalle de las variables de proceso y su valor de control para las diferentes instalaciones. Las temperaturas de fin de laminado y de enrollado pueden variar dependiendo de las características del laminador y del sistema de enfriamiento utilizados; como así también del diseño de aleación y nivel de resistencia requerido en la banda. Una característica distintiva de esta práctica es que, luego del primer pase de laminación, se deja abierto el segundo bastidor para no aplicar allí una reducción de espesor. Esto permite un mejor control de la temperatura de laminación, ya que la banda ingresa al siguiente pase (Bastidor 3) a menor temperatura y con un espesor mayor para aumentar la cantidad de deformación por debajo de la temperatura de no recristalización de la austerita. Esto es particularmente importante para espesores de banda altos (mayores a 9 mm) en los que la dificultad de control de temperatura de laminación es mayor. Tabla II. Diseño de esquema de laminación controlada desarrollado RESUMEN El proceso de Laminación en Caliente de Productos Planos consiste en deformar el material plásticamente, sometiéndolo a esfuerzos por encima de la Resistencia a la Fluencia y por debajo del Límite de Resistencia Máxima, provocando una reducción de espesor y un alargamiento en el material, con una variación de ancho despreciable. Este proceso de laminación convencional se lleva a cabo generalmente a una temperatura ligeramente mayor a la de recristalización del material, entre 800 y 1 300°C, dependiendo de la aleación procesada. La práctica habitual de Laminación Controlada en Caliente establece iniciar la laminación final con un espesor de barra (o desbaste intermedio) alto, generalmente mayor a 40 mm, para aumentar la reducción total por debajo de la temperatura de no recristalización de la austenita y obtener un grano ferrítico fino luego de la transformación austerita/ferrita. El proceso motivo de esta Memoria Descriptiva para la Laminación Controlada en Caliente para la fabricación de bandas microaleadas de alta resistencia y tenacidad, permite el acondicionamiento del grano austenítico en laminadores convencionales con espesores de barra menores a 40 mm y un grano ferrítico refinado, luego del enfriamiento forzado de la banda. El Proceso de Laminación Controlada llevado a cabo para la fabricación de bandas microaleadas de alta resistencia y tenacidad presentó las siguientes ventajas: refinamiento del grano ferrítico por acondicionamiento previo de la austerita, mejor control de la temperatura y la deformación por debajo de la temperatura de no recristalización de la austerita y posibilidad de producir un refinamiento adicional del grano austenítico por recristalización dinámica.