WO2023057674A1 - Método de optimización de la rugosidad de un cilindro de laminación mediante proyección térmica a alta velocidad - Google Patents

Método de optimización de la rugosidad de un cilindro de laminación mediante proyección térmica a alta velocidad Download PDF

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WO2023057674A1
WO2023057674A1 PCT/ES2022/070627 ES2022070627W WO2023057674A1 WO 2023057674 A1 WO2023057674 A1 WO 2023057674A1 ES 2022070627 W ES2022070627 W ES 2022070627W WO 2023057674 A1 WO2023057674 A1 WO 2023057674A1
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roughness
cylinder
speed
powder
granulometry
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PCT/ES2022/070627
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Inventor
Gregorio FUENTEVILLA DIAZ
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Mecanizacion Industrial Astillero, S.A.
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/005—Rolls with a roughened or textured surface; Methods for making same
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material

Definitions

  • the present invention relates to a specially designed method for creating and optimizing roughness on coated work rolls using high speed thermal spray technology.
  • These work rolls can be used for the production of sheet or coils in hot or cold rolling mills.
  • the improvement of the service life of the work rolls is one of the main ways to reduce the operating costs of steel manufacturers.
  • the roughness of the rolls must be uniform along the length of the roll and must meet the requirements in terms of mean roughness and standard deviation.
  • the roughness of the roll affects the coefficient of friction between the strip and the rolls during rolling.
  • the coefficient of friction increases as the roughness increases and at the same roughness the coefficient of friction increases as the number of peaks increases [1]
  • Belt roughness affects the properties, quality and performance of the belt itself. As in the case of Skin-pass mills, to ensure good behavior during stamping, the roughness of the strip must be high enough to avoid cracks in the material.
  • the roughness of the belt is transferred from the roughness of the work roll.
  • the higher the roughness of the rolls the higher the roughness of the rolled strip.
  • Rolling force and strip tension affect how roughness is transferred.
  • the roughness of the work rolls is defined.
  • steelmakers Based on the rolling process conditions and the target roughness of the strip, steelmakers define the roughness of the rolls.
  • the arithmetic mean deviation of the roughness profile is defined as Ra.
  • the calculation is made according to the ISO 4287 standard with a cut-off of 0.8 mm.
  • RPC is defined as the number of spikes per unit length in centimeters. The calculation is made according to the standard ISO 4287 with a bandwidth of 1 micrometer.
  • Table-1 shows typical values for the texture of working rolls.
  • the decrease in roughness also depends on the type of texture used on the cylinders. See Fig.3 • As the initial roughness of the rolls is much higher than the roughness at the end of the rolling campaign, steelmakers regularly monitor the roughness of the rolls to prevent it from deviating from the range necessary to ensure the quality of the rolling surface. band. The cylinders are changed when the roughness is too low.
  • Steel or cast iron shot with a specific granulometry, is projected onto the surface of the work cylinder.
  • the kinetic energy of the particles is sufficient to produce a plastic deformation of the surface.
  • the roughness obtained is a function of the mass and size of the shot, the speed of the shot, the hardness of the base material of the cylinder, the number of passes along the cylinder and the speed of rotation of the cylinder.
  • the roughness is a function of the frequency, the voltage applied between the electrodes and the level of capacitance in the electronics. This technology is rarely used in cold rolling with a high reduction index since it is very sensitive to cylinder wear. This texture is currently the reference for Skin-pass and Temper trains.
  • a laser beam strikes the surface of the cylinder melting the material and ejecting the material out of the crater created with the assistance of a gas (O2, CO2 or Ar).
  • a gas O2, CO2 or Ar.
  • the final texture of the cylinder corresponds to a uniform distribution of craters along a helical pitch on the circumference of the working cylinder.
  • the axial distance of the craters is controlled by the speed of longitudinal movement of the cylinder. In the tangential direction, the distance of the craters is determined by both the speed of the cylinder and the speed of the mechanical shutter.
  • the depth of the crater is determined by the power of the laser. This technology is not very commonly used today.
  • This technology consists of bombarding a beam of electrons on the surface of the cylinder.
  • the lenses focus the beam to preheat the cylinder material, then bombard the surface with a first shot to create a crater, and then heat the rim surrounding the crater.
  • This cycle can be performed two or three times in the same spot to create a deeper crater.
  • the beam is deflected to compensate for the continuous movement of the cylinder surface (displacement and rotation). This technology is only occasionally used for Skin-Pass trains, but it is not very commonly used today.
  • Thermal spraying techniques are coating processes in which molten materials are sprayed onto a surface. A mixture of gases is burned in a combustion chamber, heating and accelerating a powder to deposit it on a substrate. If the oxidizing gas is oxygen, the thermal projection is called HVOF. If the oxidizer is air, the thermal projection is called HVAF.
  • a rolling cylinder is produced with a coating of tungsten carbide alloys where the coating is usually a single layer, with a thickness between 0.003 mm and 0.020 mm, affecting 100% of the surface of work.
  • the alloy is preferably selected from: WC-CoCr, WC-N ⁇ Cr, WC-Co, WC-Ni or WC-CrC-N ⁇ .
  • the permeability of the coating is in a range between 0% and 0.1%.
  • the coating layer has a final hardness, between 1000 Hv and 1600 Hv.
  • Patent WO2021148690 describes, in the case of HVAF technology, the use of tungsten carbide coatings for cold rolling rolls.
  • the method of the invention consists of a method of coating a cylinder by thermal spraying of a powder by means of a spray column to form an isotropic roughness (Ra) on the surface of said cylinder.
  • the cylinder rotates at a speed (Vr) around its longitudinal axis and the projection column moves in translation at a speed (Vt), parallel to the axis of the cylinder to deposit the material according to a helical figure, so that in this method the following operational phases are established: a) establish a granulometry (G) of the powder to be projected, b) establish a target roughness (Ra) and a target thickness (t) of the coating, c) find the flow corresponding feed rate (Fr) of the powder in an empirical table presenting the target roughness (Ra) as a function of feed flow (Fr) and granulometry (G) according to the formula: where q is the efficiency of the process that depends on the type of equipment to be used and A
  • the thermal projection method may be HVOF or HVAF projection.
  • the projection dust will contain hard particles with dimensions less than 1 pm and in which the target final roughness (Ra) depends on the average granulometry of the dust (G).
  • the number of peaks (RPc) of the coating surface must not exceed a value related to the roughness (Ra).
  • Figure 2. Shows a graph related to the evolution of roughness during the lamination process and how the use of coatings such as chrome delays the wear caused by friction between the band and the cylinder, where the ordinate axis represents the roughness of the surface in microns, and the abscissa axis the strip length in kilometers, and where the lower curve represents the behavior of a steel cylinder forged with 5% chrome (cylinder without coating), while the curve The top represents the behavior of a cylinder with an electroplated chrome or chrome silver coating.
  • Figure 3. Shows a graph in which the decrease in roughness is represented as a function of rolled tons of sheet steel, depending on the type of texture used in the cylinders, specifically for four different textures.
  • Figure 4.- Shows a schematic representation of the method of the invention, in which the cylinder (7) rotates at a controlled speed around its longitudinal axis (8) and the projection cone moves in translation, parallel to the axis of the cylinder to deposit the material according to a helical figure (10).
  • Figure 5. Shows a graph in which the evolution of the arithmetic mean deviation of the roughness profile is represented as a function of the number of peaks per unit length in centimeters, where the upper curve corresponds to the maximum ratio of peaks and the curve below the minimum peak ratio.
  • Figure 6. Shows a graph similar to that of figure 5, but corresponding to a comparison between the curves in a process without additional treatment and the curve corresponding to the additional treatment to reduce the peaks in the roughnesses below 2 microns.
  • Figures 6.1 and 6.2.- Show a profile cut of the coating to measure the number of peaks and their relief, made using a tool specifically for this purpose.
  • the ordinate axis reflects the size of the peaks in microns (considering as peaks both ridges as well as valleys) while the abscissa axis represents the length in microns of the profile.
  • Figure 6.1 shows the profile without additional treatment and figure 6.2 an extreme case where all peak crests above 0.25 microns of the desired coating thickness have been removed for a specific case.
  • the thickness (t) is closely related to the powder feed flow (Fr), as well as the tangential velocity of the piece (Vr) and the transverse velocity of the gun (Vt) according to the following formula: Equation-1
  • N cylinder revolutions per minute
  • Vt Traverse speed of the gun
  • p Density of the powder
  • Vr tangential velocity of the cylinder
  • the ratio between the width of the projection cone (d) and the length of the step (p) between two turns of rotation must be greater than 1 (see Fig.4).
  • Equation-2 Being: Process efficiency
  • A(G) and B(G) are functions of the granulometry of the powder (G)
  • the powder contains fine, hard particles (like WC) and a binder (usually a softer metal). This means that the particle size of the dust is greater than the sizes of the hard particles.
  • a dust grain may contain more than one hard particle.
  • Table-4 describes the thermal spray according to our invention compared to the standard roughness.
  • Tabia-4 Comparison between the roughness by thermal projection and the standard stochastic.
  • the powder size must be adapted, according to Table-5 to address different roughness ranges.
  • the size of the hard particles can affect the final roughness of the coating by high speed spraying.
  • patent JP09300008 advises adapting the hard particle size between 1 and 20 pm so that the roughness obtained is between 0.3 and 3 pm.
  • the size of hard particles between 1 and 5 pm to obtain a roughness of about 0.3 pm.
  • the duration of the rolling campaign increases. If the size of the hard particles is too large, the roughness of the roll increases again as the rolling progresses and this is due to the "wear" of the metal binder. To avoid this phenomenon, the size of the hard particles must be smaller. to 1 p.m.
  • the HVAF or HVOF coating that contains hard particles considerably increases the service life of the cylinders. This means a large increase in the duration of the rolling campaign. For the standard duration of the campaign of rolling (non-coated rolls or chrome-plated rolls), roughness management is sufficient to avoid defects in the rolled strip. In case of coatings with hardness greater than 1000 Hv, the tests indicated that it is important to limit the level of the number of peaks in addition to the roughness. Based on [2]% of the flat area affects friction. One way to increase the contact surface is to decrease the number of peaks and/or round off the peaks.
  • This surface treatment can be mechanical (shot blasting, polishing%), chemical, electrochemical or thermal (laser... ).
  • shots blasting, polishing chemical, electrochemical or thermal
  • the roughness peaks are eroded.
  • the roughness and the total number of peaks are reduced (see Fig. 6, Fig. 6.1 and Fig.6.2).
  • the way in which the peaks and roughness decrease depends on the type of final treatment to be carried out.

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Abstract

Se trata de un método de recubrimiento de un cilindro mediante proyección térmica de un polvo por medio de una columna de proyección para formar una rugosidad isotrópica (Ra) en la superficie de dicho cilindro, donde el cilindro gira a una velocidad (Vr) alrededor de su eje longitudinal y la columna de proyección se mueve en traslación a una velocidad (Vt), depositando el material de forma helicoidal. Tras establecer una establecer una granulometría (G) de polvo a proyectar, una rugosidad objetivo (Ra) y un espesor objetivo (t) del recubrimiento, se determina el flujo de alimentación correspondiente (Fr) del polvo en una tabla empírica que presente la rugosidad objetivo (Ra) en función del flujo de alimentación (Fr) y la granulometría (G) según una fórmula preestablecida, tras lo que se define la velocidad de rotación (Vr) y la velocidad de traslación (Vt) a partir de una ecuación que relaciona el espesor de recubrimiento objetivo (t) como una función del flujo de alimentación definido (Fr), la velocidad de traslación (Vt) y la velocidad de rotación (Vr).

Description

D E S C R I P C I Ó N
Método de optimización de la rugosidad de un cilindro de laminación mediante proyección térmica a alta velocidad.
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se refiere a un método especialmente concebido para crear y optimizar la rugosidad sobre los cilindros de trabajo recubiertos mediante la tecnología de proyección térmica a alta velocidad.
Estos cilindros de trabajo pueden usarse para la producción de chapa o bobinas en los trenes de laminación en frío o caliente.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la planta de laminación en frío y caliente, la mejora de la vida en servicio, de los cilindros de trabajo, es uno de los principales caminos para reducir los costes de operación de los fabricantes de acero.
Para aumentar la vida en servicio de los cilindros de trabajo, en comparación con una solución tradicional como el cromado, es necesario aumentar la dureza del recubrimiento. Esto se puede hacer gracias al recubrimiento que incluye partículas de carburos dentro de una matriz metálica.
Estos recubrimientos se depositan sobre la superficie de los cilindros de trabajo mediante proyección térmica a alta velocidad. El tipo de partículas duras proyectadas y el espesor del recubrimiento afectan en gran medida a la vida útil del cilindro de trabajo en servicio.
Según los cilindros de trabajo estándar, debido a las limitaciones del proceso y para evitar defectos en la banda, la rugosidad de los cilindros debe ser uniforme a lo largo del cilindro y debe cumplir con los requisitos en términos de rugosidad media y desviación estándar.
Debido a que la tecnología de proyección térmica de alta velocidad no se ha desarrollado para gestionar la rugosidad, es un desafío gestionar de forma fiable tanto: • el espesor del recubrimiento para asegurar la vida en servicio de los cilindros de trabajo
• como la rugosidad objetivo.
En cuanto a la importancia de la rugosidad en la superficie del cilindro, cabe destacar lo siguiente:
• La rugosidad del cilindro afecta al coeficiente de fricción entre la banda y los cilindros durante la laminación. El coeficiente de fricción aumenta a medida que aumenta la rugosidad y a igual rugosidad el coeficiente de fricción aumenta al aumentar el número de picos [1]
• Si el coeficiente de fricción es demasiado bajo, puede aparecer un deslizamiento/patinazo de la banda sobre el cilindro y crear defectos o limitar la reducción de espesor en la laminación [2], Por el contrario, si el coeficiente de fricción es demasiado alto, aumenta la abrasión del cilindro sobre la banda y aumenta la contaminación de la banda con finos de hierro [1],
• Es el caso de las grietas en los bordes de la banda, que se ven normalmente en los trenes de reducción reversible. En ese caso, es bien sabido que las grietas en los bordes son sensibles al coeficiente de fricción: el defecto aumenta cuando aumenta la fricción [3],
• La rugosidad de la banda afecta las propiedades, la calidad y el rendimiento de la propia banda. Como en el caso de los trenes Skin-pass, para asegurar un buen comportamiento durante el estampado, la rugosidad de la banda debe ser lo suficientemente alta para evitar grietas en el material.
• La rugosidad de la banda se transfiere de la rugosidad del cilindro de trabajo. Cuanto mayor es la rugosidad de los cilindros, mayor es la rugosidad de la banda laminada. La fuerza de laminación y la tensión de la banda afectan a la forma en que se transfiere la rugosidad. Así, conociendo la rugosidad solicitada en la banda, se define la rugosidad de los cilindros de trabajo. • Según las condiciones del proceso de laminación y la rugosidad objetivo de la banda, los fabricantes de acero definen la rugosidad de los cilindros.
Esta patente presenta soluciones y metodología para obtener una rugosidad uniforme que responde a los requisitos del cliente.
En tal sentido se procede a introducir la nomenclatura utilizada en la presente invención.
Se define como Ra la desviación media aritmética del perfil de rugosidad. El cálculo se hace de acuerdo con la norma estándar ISO 4287 con un cut-off de 0.8 mm.
Se define como RPC el número de picos por unidad de longitud en centímetros. El cálculo se hace de acuerdo con la norma estándar ISO 4287 con una anchura de banda de 1 micrómetro.
En cuanto a los cilindros usados en el proceso de laminación en frío cabe destacar que los cilindros de trabajo usados en los trenes de laminación en frío presentan diferentes tipos de acabado superficial.
En la Tabla-1 se muestran los valores típicos de la textura de los cilindros de trabajo.
Figure imgf000005_0001
Tabla-1
En cuanto a la evolución de la Rugosidad durante la laminación, cabe destacar lo siguiente:
• Durante la campaña de laminación, la rugosidad de los cilindros de trabajo disminuye debido al desgaste producida por la fricción entre la banda y el cilindro. El uso de recubrimientos, como el cromado, retrasa este fenómeno. Ver Fig.2
• La disminución de la rugosidad, también, depende del tipo de textura usada en los cilindros. Ver Fig.3 • Como la rugosidad inicial de los cilindros es mal alta que la rugosidad del final de la campaña de laminación, los fabricantes de acero controlan regularmente la rugosidad de los cilindros para evitar que se desvíe del rango necesario para asegurar la calidad en la superficie de la banda. Los cilindros se cambian cuando la rugosidad es demasiado baja.
Por su parte, y en lo que se refiere a las tecnologías de texturado, cabe destacar lo siguiente:
Actualmente existen varias tecnologías de texturado para crear una rugosidad sobre la superficie de los cilindros de trabajo. i. Granallado (SBT):
Una granalla de acero o fundición, con una granulometría específica, es proyectada sobre la superficie del cilindro de trabajo. La energía cinética de las partículas es suficiente para producir una deformación plástica de la superficie. La rugosidad obtenida es función de la masa y tamaño de la granalla, de la velocidad de la granalla, de la dureza del material base del cilindro, del número de pasadas a lo largo del cilindro y de la velocidad de rotación del cilindro.
¡i. Texturado mediante descarga eléctrica (EDT):
El voltaje aplicado entre el cilindro (cátodo) y el electrodo de cobre (ánodo), separados por un medio dieléctrico, produce una descarga eléctrica capaz de crear cráteres en la superficie del cilindro. La rugosidad es función de la frecuencia, del voltaje aplicado entre los electrodos y del nivel de capacitancia en la electrónica. Esta tecnología es poco usada en la laminación en frío con alto índice de reducción ya que es muy sensible al desgaste del cilindro. Actualmente esta textura es la referencia para los trenes Skin-pass y Temper. iii. Texturado con Laser (LT):
Un rayo láser golpea la superficie del cilindro fundiendo el material y expulsando el material fuera del cráter creado mediante la asistencia de un gas (O2, CO2 o Ar). La textura final del cilindro se corresponde con una distribución uniforme de cráteres a lo largo de un paso helicoidal sobre la circunferencia del cilindro de trabajo. La distancia axial de los cráteres es controlada por la velocidad del movimiento longitudinal del cilindro. En la dirección tangencial, la distancia de los cráteres es determinada, tanto por la velocidad del cilindro como por la velocidad del obturador mecánico. La profundidad del cráter viene determinada por la potencia del láser. Esta tecnología no es muy comúnmente usada actualmente. iv. Texturado por haz de electrones (EBT):
Esta tecnología consiste en bombardear un haz de electrones sobre la superficie del cilindro. Durante un solo disparo, las lentes enfocan el rayo para precalentar el material del cilindro, luego bombardean la superficie con un primer disparo para crear un cráter y después calienta el borde que rodea el cráter. Este ciclo se puede realizar dos o tres veces en el mismo lugar para crear un cráter más profundo. Durante el ciclo de disparo, el haz se desvía para compensar el movimiento continuo de la superficie del cilindro (desplazamiento y rotación). Esta tecnología solo se usa, ocasionalmente, para los trenes Skin-Pass, pero no es muy comúnmente usada actualmente.
En la Fig.1 se describen estas diferentes tecnologías.
En cuanto a los recubrimientos mediante proyección térmica a alta velocidad, cabe destacar lo siguiente:
• Las técnicas de proyección térmica son procesos de recubrimiento en los que los materiales fundidos se proyectan sobre una superficie. Una mezcla de gases se quema en una cámara de combustión, calentando y acelerando un polvo para depositarlo sobre un sustrato. Si el gas comburente es oxígeno, la proyección térmica se llama HVOF. Si el comburente es aire, la proyección térmica se llama HVAF.
• Para aumentar la vida útil, se produce un cilindro de laminación con un revestimiento de aleaciones de carburo de tungsteno donde el revestimiento suele ser de una sola capa, con un espesor comprendido entre 0,003 mm y 0,020 mm, afectando al 100% de la superficie de trabajo. La aleación se selecciona preferiblemente de: WC-CoCr, WC-N¡Cr, WC-Co, WC-Ni o WC-CrC-N¡. Preferiblemente, la permeabilidad del revestimiento está en un rango entre 0% y 0,1%.
• La capa de recubrimiento tiene una dureza final, comprendida entre 1000 Hv y 1600 Hv.
• La patente WO2021148690 describe, en el caso de la tecnología HVAF, el uso de recubrimientos de carburo de tungsteno para cilindros de laminación en frío.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
El método que la invención propone resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta.
Para ello, y de forma más concreta, el método de la invención consiste en un método de recubrimiento de un cilindro mediante proyección térmica de un polvo por medio de una columna de proyección para formar una rugosidad isotrópica (Ra) en la superficie de dicho cilindro, en el que el cilindro gira a una velocidad (Vr) alrededor de su eje longitudinal y la columna de proyección se mueve en traslación a una velocidad (Vt), paralela al eje del cilindro para depositar el material de acuerdo con una figura helicoidal, de modo que en dicho método se establecen las siguientes fases operativas: a) establecer una granulometría (G) de polvo a proyectar, b) establecer una rugosidad objetivo (Ra) y un espesor objetivo (t) del recubrimiento, c) encontrar el flujo de alimentación correspondiente (Fr) del polvo en una tabla empírica que presente la rugosidad objetivo (Ra) en función del flujo de alimentación (Fr) y la granulometría (G) según la fórmula:
Figure imgf000008_0001
donde q es la eficiencia del proceso que depende del tipo de equipo a utilizar y A (G) y B (G) son funciones de la granulometría del polvo (G), d) definir la velocidad de rotación (Vr) y la velocidad de traslación (Vt) a partir de una ecuación que relaciona el espesor de recubrimiento objetivo (t) como una función del flujo de alimentación definido (Fr), la velocidad de traslación (Vt) y la velocidad de rotación (Vr), de acuerdo con la fórmula:
Figure imgf000009_0001
donde N son las revoluciones por minuto del cilindro y p es la densidad del polvo de proyección, mientras que la relación entre el ancho del cono de proyección (d) y el paso por vuelta (p) de la hélice es mayor que uno.
El método de proyección térmica podrá ser proyección HVOF o HVAF.
Por su parte, el polvo de proyección contendrá partículas duras de dimensiones inferiores a 1 pm y en el que la rugosidad final objetivo (Ra) depende de la granulometría media del polvo (G).
Paralelamente, el número de picos (RPc) de la superficie del recubrimiento no debe superar un valor relacionado con la rugosidad (Ra).
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de figuras en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.- Muestra un esquema de las diferentes tecnologías de texturado existentes en la actualidad, en donde:
(1) Texturado mediante granallado (SBT). Recubrimiento estocástico.
(2-2’) Texturado mediante descarga eléctrica (EDT). Recubrimiento estocástico.
(3) Texturado con Laser (LT). Recubrimiento determinístico. (4) Texturado por haz de electrones (EBT). Recubrimiento determinístico.
(5) Texturado mediante deposición de cromo (TST). Recubrimiento Nodular.
(6) Recubrimiento mediante proyección térmica HVAF. Recubrimiento estocástico.
La figura 2.- Muestra una gráfica relativa a la evolución de la rugosidad durante el proceso de laminación y como el uso de recubrimientos como el cromado retrasa el desgaste producido por la fricción entre la banda y el cilindro, en donde el eje de ordenadas representa la rugosidad de la superficie en mieras, y el eje de abscisas la longitud de banda en kilómetros, y en donde la curva inferior representa el comportamiento de un cilindro de acero forjado con 5% de cromo (cilindro sin recubrimiento), mientras que la curva superior representa el comportamiento de un cilindro con un recubrimiento electrolítico de cromo o de cromo plateado.
La figura 3.- Muestra una gráfica en la que se representa la disminución de la rugosidad en función de las toneladas laminadas de chapa de acero, dependiendo del tipo de textura utilizada en los cilindros, concretamente para cuatro texturas diferentes.
La figura 4.- Muestra una representación esquemática del procedimiento de la invención, en el que el cilindro (7) gira a una velocidad controlada alrededor de su eje longitudinal (8) y el cono de proyección se mueve en traslación, paralela al eje del cilindro para depositar el material de acuerdo con una figura helicoidal (10).
La figura 5.- Muestra una gráfica en la que se representa la evolución de la desviación media aritmética del perfil de rugosidad en función del número de picos por unidad de longitud en centímetros, en donde la curva superior corresponde a la relación máxima de picos y la curva inferior a la relación mínima de picos.
La figura 6.- Muestra una gráfica similar a la de la figura 5, pero correspondiente a una comparativa entre las curvas en un proceso sin tratamiento adicional y la curva correspondiente al tratamiento adicional para reducir los picos en las rugosidades inferiores a 2 mieras.
Las figuras 6.1 y 6.2.- Muestran un corte en perfil del recubrimiento para medir el número de picos y el relieve de los mismos realizado mediante una herramienta exprofeso para ello. El eje de ordenadas refleja el tamaño de los picos en mieras (considerándose como picos tanto las crestas como tos valles) mientras que el eje de abscisas representa la longitud en mieras del perfil. La figura 6.1 muestra el perfil sin tratamiento adicional y la figura 6.2 un caso extremo donde se han eliminado todas las crestas de los picos por encima de 0.25 mieras del espesor de recubrimiento perseguido para un caso concreto.
REALIZACIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
De acuerdo con el método de la invención, para la gestión de la rugosidad se ha previsto lo siguiente:
Para el Recubrimiento por Proyección Térmica el espesor (t) está estrechamente relacionado con el flujo de alimentación del polvo (Fr), así como con la velocidad tangencial de la pieza (Vr) y la velocidad transversal de la pistola (Vt) de acuerdo con la siguiente fórmula: Ecuación-1
Figure imgf000011_0001
Siendo: t= espesor del recubrimiento
N= revoluciones por minuto del cilindro
Eficiencia del proceso según el tipo de equipo de proyección
Fr= Flujo de alimentación de polvo
Vt= Velocidad transversal de la pistola p= Densidad del polvo
Vr= Velocidad tangencial del cilindro
Para asegurar la uniformidad de la rugosidad isotrópica y del espesor del recubrimiento, es necesario optimizar el solape del cono de proyección entre dos vueltas de rotación del cilindro. Para conseguir esto, la relación entre la anchura del cono de proyección (d) y la longitud del paso (p) entre dos vueltas de rotación, debe ser mayor de 1 (ver Fig.4).
La rugosidad depende del flujo de alimentación y granulometría del polvo de proyección, de acuerdo con la fórmula empírica simplificada descrita a continuación: Ecuación-2
Figure imgf000011_0002
Siendo: Eficiencia del proceso
Figure imgf000012_0001
Fr= Flujo de alimentación de polvo
A(G) y B(G) son funciones de la granulometría del polvo (G)
Es más conveniente el uso de la Tablas descritas a continuación:
Figure imgf000012_0002
Tabla-2: Ra (pm) como Función del Flujo de alimentación y Granulometría del polvo-proceso
HVAF.
Figure imgf000012_0004
Figure imgf000012_0003
Tabla-3: Ra (pm) como función del Flujo de alimentación y Granulometría del polvo-proceso
HVOF. Como aclaración, el polvo contiene partículas finas y duras (como WC) y un ligante (generalmente un metal más blando). Esto significa que la granulometría de polvo es mayor que los tamaños de partículas duras. Un grano de polvo puede contener más de una partícula dura.
En cuanto a las etapas para gestionar la rugosidad, estas son las siguientes: a) Definir la Granulometría del polvo. b) Conociendo la granulometría del polvo y la rugosidad objetivo, el flujo de alimentación de polvo se define según la Tabla-2 o Tabla-3. c) Conociendo el flujo de alimentación de polvo y el espesor objetivo, los valores de Vr y Vt se definen teniendo en cuenta la Ecuación-1 y respetando d/p >1.
La Tabla-4 describe la proyección térmica de acuerdo con nuestra invención comparada con la rugosidad estándar.
Figure imgf000013_0001
Tabia-4: Comparación entre la rugosidad por proyección térmica y la estocástica estándar.
En lo que respecta a la gestión de la granulometría del polvo y el tamaño de sus partículas duras: - Anteriormente se explicaron los pasos necesarios para gestionar la rugosidad para un tamaño fijo del polvo de proyección.
Para acceder a todos los niveles de rugosidad solicitados, el tamaño del polvo debe adaptarse, de acuerdo con la Tabla-5 para abordar diferentes rangos de rugosidad.
Figure imgf000014_0001
Tabía-5: Granulometría del polvo requerida
- Se sabe que el tamaño de las partículas duras puede afectar a la rugosidad final del recubrimiento por proyección de alta velocidad. Como, por ejemplo, la patente JP09300008 aconseja adaptar el tamaño de partícula dura entre 1 y 20 pm para que la rugosidad obtenida esté comprendida entre 0,3 y 3 pm. Por ejemplo, el tamaño de partículas duras entre 1 y 5 pm para obtener una rugosidad de alrededor de 0,3 pm.
- A medida que aumenta la vida útil de los cilindros, aumenta la duración de la campaña de laminación. Si el tamaño de las partículas duras es demasiado grande, la rugosidad del cilindro vuelve a aumentar a medida que transcurre la laminación y esto es debido ai "desgaste” del ligante metálico. Para evitar este fenómeno, el tamaño de las partículas duras debe ser inferior a 1 pm.
Por su parte, y en lo que respecta a la gestión del número de picos de la rugosidad, cabe destacar lo siguiente:
- Para cilindros sin recubrir, o cilindros cromados, usados en trenes de laminación tándem o reversibles, como se mencionó anteriormente, los fabricantes de acero solían fijar la rugosidad para garantizar la calidad de la banda (sin contaminación, grietas en los bordes, etc.... ) pero no se realiza ninguna solicitud específica para el número de picos.
- El recubrimiento HVAF o HVOF que contiene partículas duras, aumenta considerablemente la vida en servicio de los cilindros. Esto significa un gran aumento de la duración de la campaña de laminación. Para la duración estándar de la campaña de laminación (cilindros no recubiertos o cilindros cromados), la gestión de la rugosidad es suficiente para evitar defectos en la banda laminada. En caso de recubrimientos con dureza superior a 1000 Hv, los ensayos señalaron que es importante limitar el nivel del número de picos además de la rugosidad. Según el [2]% del área plana afecta la fricción. Una forma de aumentar la superficie de contacto es disminuir el número de picos y/o redondear los picos.
- Para poder aumentar la vida en servicio de la campaña de laminación en 1 ,5 veces en comparación con los cilindros cromados o 2 veces en comparación con los cilindros no recubiertos sin ningún problema de calidad (grietas en los bordes, contaminación, etc....), el número máximo de picos (RPc) debe seguir la fórmula: Ecuación-3
Figure imgf000015_0001
- En el caso de los recubrimientos mediante proyección térmica a alta velocidad, el número de picos evoluciona con la rugosidad como se muestra en la Fig-5. Esta evolución es típica de la rugosidad creada mediante proyección térmica de alta velocidad y para granulometrías del polvo de proyección inferior a 50 pm.
- La Fig.6. Muestra que los recubrimientos de proyección térmica a alta velocidad cumplen la Ecuación-3. Para rugosidades superiores a 1 ,5-2 pm. Para una rugosidad más baja es necesario añadir una operación posterior de tratamiento de la superficie recubierta.
Este tratamiento superficial puede ser mecánico (granallado, pulido...), químico, electroquímico o térmico (láser... ). Mediante estos tratamientos se van erosionando los picos de la rugosidad. Al mismo tiempo, se reduce la rugosidad y el número de picos total (consulte la Fig. 6, Fig. 6.1 y Fig.6.2). La forma en que disminuyen los picos y la rugosidad depende del tipo de tratamiento final a realizar.
Paralelamente, para rugosidades superiores a 5 pm es preciso llevar a cabo un tratamiento previo del cilindro mediante granallado. Las referencias utilizadas en la presente solicitud son las siguientes:
[1] WORK ROLL ROUGHNESS TOPOGRAPHY AND STRIP CLEANLINESS DURING COLD ROLLING AUTOMOTIVE SHEET - Claude Gaspard, Daniel Cavalier, Stefan Wahlund - Technical contribution to the 11th International Rolling Conference, part of the ABM Week 2019, October 1 st-3rd, 2019, Sao Paulo, SP, Brazil.
RELATIONS BETWEEN FRICTION COEFFICIENT AND ROLL SURFACE
PROFILES, ROLLED SHEET CHARACTERISTICS IN COLD ROLLING OF
STEEL SHEETS - Hiroyasu YAMAMOTO, Mansaku SASAKI and Takahiro KITAMURA - Tetsu-to-Hagané Vol. 95 (2009) No. 5.
[3] THE RESEARCH ON EDGE CARCK OF COLD ROLLED THIN STRIP - Haibo Xie - 2011 - Thesis of university of Wollongong.
[4] TEXTURING METHODS FOR COLD MILL WORK ROLLS - Bilal QOLAK*, Fatih UDCS'19 Fourth International Iron and Steel
Figure imgf000016_0001
Symposium, 4-6 April, Karabuk.
[5] EFFECT OF WORK ROLL TECHNOLOGY ON COLD MATERIALS ROLLING AND PROGRESS OF MANUFACTURING FUTURE DEVELOPMENTS IN JAPAN - Mitsuo HASHIMOTO, Taku TANAKA, Tsuyoshi INOUE, 1) Masayuki
YAMASHITA.2) Ryurou KURAHASHI3) and Ryozi TERAKADO4) - ISIJ International, Vol. 42 (2002), No. 9, pp. 982-989.
[6] Patent WO 2021148690.
Patent J P 09300008.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1a.- Método de optimización de la rugosidad de un cilindro de laminación mediante proyección térmica a alta velocidad, más concretamente proyección térmica de un polvo por medio de una columna de proyección para formar una rugosidad isotrópica (Ra) en la superficie de dicho cilindro, en el que el cilindro gira a una velocidad (Vr) alrededor de su eje longitudinal y la columna de proyección se mueve en traslación a una velocidad (Vt), paralela al eje del cilindro para depositar el material de acuerdo con una figura helicoidal, en donde en el mismo se establecen las siguientes fases operativas: a) establecer una granulometría (G) de polvo a proyectar, b) establecer una rugosidad objetivo (Ra) y un espesor objetivo (t) del recubrimiento, c) encontrar el flujo de alimentación correspondiente (Fr) del polvo en una tabla empírica que presente la rugosidad objetivo (Ra) en función del flujo de alimentación (Fr) y la granulometría (G) según la fórmula:
Figure imgf000017_0001
donde η es la eficiencia del proceso que depende del tipo de equipo a utilizar y A (G) y B (G) son funciones de la granulometría del polvo (G), d) definir la velocidad de rotación (Vr) y la velocidad de traslación (Vt) a partir de una ecuación que relaciona el espesor de recubrimiento objetivo (t) como una función del flujo de alimentación definido (Fr), la velocidad de traslación (Vt) y la velocidad de rotación (Vr) , de acuerdo con la fórmula:
Figure imgf000017_0002
donde N son las revoluciones por minuto del cilindro y p es la densidad del polvo de proyección, mientras que la relación entre el ancho del cono de proyección (d) y el paso por vuelta (p) de la hélice es mayor que uno. 2a.- Método de optimización de la rugosidad de un cilindro de laminación mediante proyección térmica a alta velocidad, según reivindicación 1a, caracterizado por que se utiliza un método de proyección térmica HVAF, siendo la tabla empírica del cálculo de la rugosidad deseada (Ra) en función a la granulometría de polvo (G) y el flujo de alimentación del polvo (Fr):
Figure imgf000018_0004
Figure imgf000018_0001
3a.- Método de optimización de la rugosidad de un cilindro de laminación mediante proyección térmica a alta velocidad, según reivindicación 1a, caracterizado por que se utiliza un método de proyección térmica HVOF, siendo la tabla empírica del cálculo de la rugosidad deseada (Ra) en función a la granulometría de polvo (G) y el flujo de alimentación del polvo (Fr):
Figure imgf000018_0003
Figure imgf000018_0002
4a.- Método de optimización de la rugosidad de un cilindro de laminación mediante proyección térmica a alta velocidad, según reivindicación 1a, caracterizado por que el polvo de proyección contiene partículas duras de dimensiones inferiores a 1 pm y en el que la rugosidad final objetivo (Ra) depende de la granulometría media del polvo (G) según la regla siguiente:
Figure imgf000019_0002
5a.- Método de optimización de la rugosidad de un cilindro de laminación mediante proyección térmica a alta velocidad, según reivindicación 1a, caracterizado por que el número de picos (RPc) de la superficie del recubrimiento no supera un valor relacionado con la rugosidad (Ra) según la fórmula siguiente:
Figure imgf000019_0001
6a.- Método de optimización de la rugosidad de un cilindro de laminación mediante proyección térmica a alta velocidad, según las reivindicaciones 1a y 3a, caracterizado porque el número de picos (RPc) se obtiene mediante una etapa de tratamiento superficial adicional que consiste en reducir la altura y el número de picos mediante ablación/eliminación mecánica, térmica, química, o electroquímica, para rugosidades inferiores a 2 pm.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09300008A (ja) 1996-05-10 1997-11-25 Fujikoo:Kk 鋼板の調質圧延用ロール
WO2005105362A1 (en) * 2004-04-30 2005-11-10 Sandvik Intellectual Property Ab Method for joining dispersion-strengthened alloy
JP2007084884A (ja) * 2005-09-22 2007-04-05 Fujikoo:Kk ロールの製造方法及びこれを用いて製造したロール
WO2017056519A1 (ja) * 2015-09-28 2017-04-06 三島光産株式会社 ロール及びその製造方法
WO2021148690A1 (es) 2020-01-20 2021-07-29 Mecanizacion Industrial Astillero, S.A. Procedimiento de obtención de cilindros para laminación con un recubrimiento de aleaciones de carburo de tungsteno y cilindro obtenido

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09300008A (ja) 1996-05-10 1997-11-25 Fujikoo:Kk 鋼板の調質圧延用ロール
WO2005105362A1 (en) * 2004-04-30 2005-11-10 Sandvik Intellectual Property Ab Method for joining dispersion-strengthened alloy
JP2007084884A (ja) * 2005-09-22 2007-04-05 Fujikoo:Kk ロールの製造方法及びこれを用いて製造したロール
WO2017056519A1 (ja) * 2015-09-28 2017-04-06 三島光産株式会社 ロール及びその製造方法
WO2021148690A1 (es) 2020-01-20 2021-07-29 Mecanizacion Industrial Astillero, S.A. Procedimiento de obtención de cilindros para laminación con un recubrimiento de aleaciones de carburo de tungsteno y cilindro obtenido

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BILAL COLAK: "UDCS'19 Fourth International Iron and Steel Symposium", TEXTURING METHODS FOR COLD MILL WORK ROLLS
HAIBO XIE: " Thesis of university of Wollongong.", THE RESEARCH ON EDGE CARCK OF COLD ROLLED THIN STRIP, 2011
HIROYASU YAMAMOTOMANSAKU SASAKITAKAHIRO KITAMURA: "Tetsu-to-Hagane", RELATIONS BETWEEN FRICTION COEFFICIENT AND ROLL SURFACE PROFILES, ROLLED SHEET CHARACTERISTICS IN COLD ROLLING OF STEEL SHEETS, vol. 95, no. 5, 2009
MITSUO HASHIMOTOTAKU TANAKATSUYOSHI INOUEMASAYUKI YAMASHITARYUROU KURAHASHIRYOZI TERAKADO4, EFFECT OF WORK ROLL TECHNOLOGY ON COLD MATERIALS ROLLING AND PROGRESS OF MANUFACTURING FUTURE DEVELOPMENTS IN JAPAN, vol. 42, no. 9, 2002, pages 982 - 989

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