ES2252275T3 - Metodo para reducir y dimensionar productos ferrosos laminados en caliente. - Google Patents
Metodo para reducir y dimensionar productos ferrosos laminados en caliente.Info
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Abstract
Un método para laminar y dar acabado de forma continua a una pieza de trabajo ferrosa, transformándola en un redondo acabado, que comprende: laminar dicha pieza de trabajo (10) en una primera y segunda pasadas de rodillo sucesivas (P1, P2) a una elevada temperatura, entre unos 650 y 1.000ºC, estando dicha primera y segunda pasadas de rodillo (P1, P2) definidas cada una por dos rodillos de trabajo (12, 16) y estando dimensionadas para efectuar una reducción combinada fuerte del área de la sección transversal de dicha pieza de trabajo de al menos 20-25% aproximadamente, con una pauta de tensiones efectivas acompañante dominada por una concentración de tensión efectiva máxima en una región central de dicha área de sección transversal; aunque dicha pauta de tensiones efectivas permanece dominada por una concentración de tensión efectiva máxima en una región central de dicha sección transversal, se continúa la laminación de dicha pieza de trabajo en al menos una tercera y cuarta pasadas de rodillo consecutivas (P3, P4), en el que dicha pieza de trabajo tiene una sección transversal redonda, dichas pasadas de rodillo primera y segunda (P1, P2) están configuradas respectivamente para impartir progresivamente secciones transversales oval y redonda reducidas a dicha pieza de trabajo, en el que dichas tercera y cuarta pasadas de rodillo (P3, P4) están configuradas para impartir progresivamente una sección transversal redonda adicional progresivamente reducida a dicha pieza de trabajo. que se caracteriza porque: cada una de dichas tercera y cuarta pasadas de rodillo (P3, P4) están definidas por al menos tres rodillos (20, 24) y están dimensionadas para efectuar una reducción combinada adicional en el área de la sección transversal de dicha pieza de trabajo que es relativamente ligera en comparación con dicha reducción fuerte y no es superior a 4 ¿ 25%, aproximadamente.
Description
Método para reducir y dimensionar productos
ferrosos laminados en caliente.
El invento se refiere a un método de acuerdo con
el preámbulo de la reivindicación 1. Dicho método es conocido por
el documento U.S. 5.325.697. Se refiere especialmente a la
laminación en caliente continuo de productos largos, ferrosos,
incluyendo entre otros, octágonos, cuadrados y similares.
El término "dimensionar" empleado aquí en la
laminación de redondos significa impartir una deformación final
durante el último paso de la laminación para obtener un diámetro de
producto nominal acabado dentro de una tolerancia normal
especificada, que es típicamente de unos \pm 0,1 mm de tolerancia
de diámetro y de 0,1 mm de ovalidad o mejor. Además, tal como aquí
se emplea, el término "dimensionamiento libre" significa hacer
ajustes en separación de rodillos de bastidores de dimensionamiento
para producir diámetros de producto acabado que sean ligeramente
mayores o ligeramente menores que el diámetro nominal designado
para las gargantas del rodillo, siendo, no obstante, diámetros que
se encuentran dentro de una tolerancia aceptable para el diámetro
obtenido.
Se han desarrollado varias técnicas para el
dimensionamiento y el dimensionamiento libre de productos largos
ferrosos. Por ejemplo, tal como se describe en la patente U.S.
4.907.438, concedida el 13 de marzo de 1990 a Sasaki et
al., es conocido que se laminan secciones de proceso redondas a
través de plataformas sucesivas de dimensionamiento de dos
rodillos, con una secuencia de pasada de
redondo-redondo, y con las pasadas de rodillo
configuradas para realizar reducciones relativamente ligeras, del
orden del 8 al 15% por pasada.
Alimentando las plataformas de dimensionamiento
con redondos de diferente diámetro extraídos de distintos
bastidores en las secciones intermedias de aguas arriba o de acabado
del tren de laminación, y cambiando los diámetros de los rodillos y
las configuraciones de las gargantas, puede conseguirse una variada
gama de productos.
Se puede conseguir también algún dimensionamiento
libre, pero dentro de un margen relativamente estrecho debido a las
limitaciones impuestas por la dispersión que inevitablemente
acompaña a la laminación con pasadas de dos rodillos.
Un inconveniente adicional de la secuencia de
pasada redondo-redondo de Sasaki et al. es
el desarrollo en ciertos productos de una microestructura dúplex,
en la que los granos a través de la sección transversal del
producto varían de tamaño en más de 2 números ASTM de tamaño de
grano (medidos de acuerdo con la norma ASTM
E112-84).
Es generalmente reconocido que una variación de
tamaño del grano de más de unos 2 números ASTM en la sección
transversal de un producto puede causar ruptura y rasgado de la
superficie cuando el producto es sometido a operaciones sucesivas
de doblado y estampación en frío. Tales variaciones del tamaño del
grano contribuyen también a obtener malas propiedades de recocido,
que a su vez afectan adversamente a los procesos de deformación en
frío.
Se reconoció posteriormente que el desarrollo de
microestructuras dúplex procedía de la incapacidad de las pasadas
de dimensionamiento ligeras de reducción de redondos para conseguir
una adecuada deformación a través de la sección transversal del
producto en un tiempo suficientemente corto. Este problema ha sido
tratado en la técnica descrita en la patente U.S. Nº 5.325.697,
concedida el 5 de julio de 1994 a Shore et al. En ella, una
secuencia de dimensionamiento de reducción ligera de dos rodillos
redondo-redondo es precedida inmediatamente por una
secuencia de pasada de fuerte reducción de dos rodillos
oval-redondo. Las fuertes reducciones conseguidas
en la secuencia de pasada oval-redondo producen una
pauta de deformación que penetra hasta el centro del producto,
originando grandes tensiones. Antes de que las tensiones producidas
sean aliviadas por medio de recristalización estructural y de
recuperación, la laminación continúa en las pasadas de reducción
ligera de dos rodillos inmediatamente siguientes.
Por lo tanto, las reducciones realizadas en las
cuatro pasadas sucesivas comprenden un proceso sustancialmente
continuo, con una pauta de tensiones resultante a través de la
sección transversal del producto que impide el desarrollo de una
microestructura dúplex.
De nuevo aquí, sin embargo, el margen disponible
de laminación con dimensionamiento libre es limitado debido a la
dispersión experimentada cuando se lamina con pasadas de dos
rodillos.
Es conocido también emplear pasadas de tres y
cuatro rodillos en secuencias de dimensionamiento
redondo-redondo. Estas secuencias permiten un
margen más amplio de laminación con dimensionamiento libre debido a
que los productos están más estrechamente confinados en las pasadas
de rodillo y de esta manera no se experimenta el grado de
dispersión encontrado en pasadas de dos rodillos.
Sin embargo, en comparación con pasadas de dos
rodillos, las pasadas de tres o cuatro rodillos son mucho menos
eficaces a la hora de conseguir una suficiente penetración de
deformación hasta el centro del producto. Dicha penetración es
necesaria para obtener una estructura de grano uniforme desde el
centro hasta la superficie del producto. Este hecho es
particularmente importante para productos que desarrollan sus
propiedades mediante el refinamiento del grano.
El documento U.S. 6.085.565 describe un bastidor
de laminación- acabado final de una máquina de laminación para
producir material de barra redonda de un tipo de ocho rodillos que
comprende cuatro rodillos delanteros y cuatro rodillos traseros en
un bloque de alojamiento que imparte secciones transversales
redondas reducidas a una pieza de trabajo.
El artículo "Hein O. et al":
"Precission Rolling System (PRS) - a new Dimension in Sizing
Systems" Aise Steel Technology, Aise, Pittsburg, PA, US, vol 77,
Nº 9, de septiembre de 2000, (2000-09), páginas
41-43, XP000977065: ISSN:
0021-1559, describe diferentes métodos de laminación
y de acabado de una pieza de trabajo ferrosa. Éstos métodos
incluyen:
- -
- una secuencia de pasadas de tres pasadas oval/redondo/redondo en la que las pasadas están definidas por dos rodillos;
- -
- una secuencia de pasadas de dos pasadas oval/redondo en la que las pasadas están definidas por dos rodillos;
- -
- una secuencia de pasadas de tres pasadas redondo/redondo/redondo en la que todas las pasadas están definidas por tres rodillos;
- -
- una secuencia de dos pasadas redondo/redondo en la que todas las pasadas están definidas por cuatro rodillos; y
- -
- una secuencia de tres pasadas tetragonal/tetragonal/redondo en la que las dos primeras pasadas están definidas por dos rodillos y la última pasada está definida por tres rodillos.
Es, por tanto, el objeto del invento proporcionar
un método mejorado para laminar en caliente productos largos, que
sea capaz de conseguir tolerancias de dimensionamiento y estructuras
de grano sustancialmente uniformes desde el centro hasta la
superficie, y que tenga también un margen ampliado de
dimensionamiento libre.
Este objetivo ha sido resuelto mediante las
características de la reivindicación 1.
De acuerdo con el invento presente, una sección
de proceso ferrosa, redonda, es inicialmente laminada en una
primera y una segunda pasadas de dos rodillos a una temperatura
elevada, de unos 650 a 1.000ºC, para efectuar una reducción fuerte
combinada del área de la sección transversal de al menos
aproximadamente 20-55%, acompañada por una pauta de
tensiones efectivas dominada por una concentración de tensiones
efectivas máximas en una región central de la sección transversal
del producto. Antes de que ocurran cambios microestructurales
debidos a la recristalización y a la recuperación, y mientras la
pauta de tensiones efectivas permanece dominada por una
concentración de tensiones efectivas máximas en una región central
de la sección transversal del producto, el producto es laminado al
menos en una tercera y cuarta pasadas de rodillo, definida cada una
de ellas al menos por tres rodillos, para efectuar una reducción
relativamente ligera, combinada, adicional, en el área de la
sección transversal del producto no superior a 4 - 25%,
aproximadamente.
Cuando se lamina una sección de proceso redonda
para transformarla en un producto redondo acabado de la manera
anteriormente mencionada, por ejemplo, una varilla o barra, la
primera pasada de rodillo produce una sección transversal oval y la
segunda pasada de rodillo produce una sección de proceso
transversal redonda.
La tercera y cuarta pasadas de rodillo completan
la conformación de la sección transversal redonda de proceso en un
redondo acabado que tiene no más de \pm 0,1 mm de tolerancia de
diámetro y 0.1 mm de ovalidad, o ¼ de tolerancia ASTM de varilla o
barra, la que sea mejor. Después de enfriar hasta alcanzar un
estado de equilibrio térmico, el producto resultante tendrá una
variación del tamaño del grano en su sección transversal no
superior a unos 2 números ASTM de tamaño de grano.
Estas y otras características y ventajas del
invento presente serán descritas a continuación con mayor detalle
haciendo referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:
La Figura 1 es una ilustración esquemática de dos
secuencias de pasadas alternativas de acuerdo con el invento
presente;
las Figuras 2A-2D son
simulaciones basadas en elementos finitos, de los niveles de
tensiones plásticas efectivas que resultan de la deformación del
producto en las pasadas sucesivas de rodillo P_{1}, P_{2},
P_{3}, P_{4} ilustradas en la Figura 1; y
las Figuras 3A-3B son
simulaciones basadas en elementos finitos, de los niveles de
tensiones plásticas efectivas que resultan de la deformación del
producto en las pasadas de rodillo P_{3'} y P_{4'}, después de
que el producto haya sido laminado inicialmente en las pasadas de
rodillo P_{1} y P_{2}.
Haciendo referencia primero a la Figura 1, una
secuencia de pasadas de acuerdo con el invento presente incluye
cuatro pasadas de rodillo P_{1}-P_{4}
configuradas para laminar una sección de proceso redonda 10a y
transformarla en un redondo acabado 10e. La pasada de rodillo
P_{1} está definida por dos rodillos de trabajo 12 que tienen
gargantas 14 configuradas para laminar la sección de proceso redonda
10a y transformarla en una oval 10b.
La pasada de rodillo P_{2} está definida por
dos rodillos de trabajo 16 que tienen gargantas 18 configuradas
para laminar el óvalo 10b y transformarlo en un redondo de proceso
10c. Dependiendo del programa de laminación empleado, las pasadas
de rodillo P_{1}, P_{2} serán dimensionadas para efectuar
reducciones combinadas entre 20-25% aproximadamente,
del que 11-28% ocurre en la pasada de rodillo
P_{1} y 10-25% ocurre en la pasada de rodillo
P_{2}.
La pasada de rodillo P_{3} está definida por
tres rodillos de trabajo 20 que tienen gargantas 22 configuradas
para laminar el redondo de proceso 10c y transformarlo en otro
redondo de proceso 10d. La pasada de rodillo P_{4} está también
definida por tres rodillos de trabajo 24 que tienen gargantas 26
configuradas para laminar el redondo de proceso 10d y transformarlo
en el redondo acabado 10e.
De nuevo, dependiendo del programa de laminación
que se emplee, las pasadas de rodillo P_{3}, P_{4} serán
dimensionadas para efectuar reducciones combinadas de
aproximadamente 3-25%, en las que
1,8-17% ocurre en la pasada de rodillo P_{3}, y
1,2-10% ocurre en la pasada de rodillo P_{4}.
Con esta secuencia de pasadas si, por ejemplo, la
sección de proceso 10a tiene un diámetro de 14,032 mm, y el
redondo acabado debe tener un diámetro de 10,0 mm, las reducciones
de área progresivas en las pasadas de rodillo
P_{1}-P_{4} serán respectivamente, 22%; 18%,
10%; 8%.
Típicamente, la laminación ocurrirá en las
pasadas de rodillo P_{1}-P_{4} a temperaturas
elevadas, de unos 650 a 1.000ºC.
Las Figuras 2A-2D ilustran las
pautas de tensiones efectivas del producto cuando éste emerge de
las pasadas de rodillo sucesivas ilustradas en la Figura 1. Como se
muestra en la Figura 2A, el óvalo 10b que emerge de las dos
pasadas de rodillo de reducción fuerte P_{1} tiene una pauta de
tensiones efectivas dominada por una concentración de tensión
efectiva máxima en una región central a_{1}. Progresando hacia el
exterior desde la región central a_{1} se encuentran las regiones
b_{1}, c_{1}, d_{1} y e_{1} que tienen progresivamente
niveles de tensiones efectivas inferiores, siendo más bajo el nivel
de tensiones efectivas en las regiones f_{1}, adyacentes a los
límites exteriores del área de la sección transversal del
producto.
La Figura 2B muestra que el redondo de proceso
10c que emerge de la segunda pasada de dos rodillos P_{2} de
alta reducción retiene una pauta de tensiones efectivas dominada por
una región central a_{2} de tensión máxima efectiva, con niveles
de tensiones efectivas progresivamente inferiores en las regiones
circundantes b_{2}-f_{2}.
La figura 2C muestra la pauta de tensiones
efectivas en el redondo de proceso 10d que emerge de la pasada de
dimensionamiento de reducción ligera P_{3} de tres rodillos. El
nivel de tensiones efectivas máximas es mantenido en la región
central a_{3}, que está de nuevo circundada por las regiones
b_{3}-f_{3} de niveles de tensiones efectivas
progresivamente inferiores.
En la pasada de tres rodillos de reducción ligera
final P_{4}, tal como se muestra en la Figura 2D, la pauta de
tensiones efectivas en el redondo de salida 10e sigue estando
dominada por la tensión efectiva máxima en la región a_{4}, con
niveles efectivos progresivamente inferiores en las regiones
circundantes b_{4}-f_{4}.
El tamaño de grano más pequeño estará por tanto
situado en la región a_{4}, estando situados los granos
progresivamente mayores en las regiones circundantes
b_{4}-f_{4}. Cuando se deja que se enfríe el
redondo acabado 10e, la velocidad de enfriamiento a través de su
sección transversal disminuirá desde un máximo en las regiones más
exteriores f_{4}, donde los granos son mayores, a un mínimo en
las regiones más internas a_{4}, donde los granos son más
pequeños. Cuando se están enfriando, los granos de cada región
crecerán en una cantidad proporcional al tiempo necesitado por cada
región para enfriarse, reduciendo así la diferencia en tamaños de
grano entre las regiones más internas y las más externas, dando
como resultado una variación del tamaño del grano a través de la
sección transversal del producto inferior a un tamaño de grano de 2
ASTM.
Volviendo la Figura 1, el redondo de proceso 10c
que emerge de la pasada de rodillo P_{2}, puede alternativamente
ser dimensionamiento en cuatro pasadas de rodillo P_{3'} y
P_{4'}. La pasada de rodillo P_{3'} está definida por cuatro
rodillos de trabajo 20', que tienen gargantas 22' configuradas para
laminar un redondo de proceso 10c y transformarlo en otro redondo
de proceso 10d'. La pasada de rodillo P_{4'} está también
definida por cuatro rodillos de trabajo 24' que tienen gargantas
26' configuradas para laminar el redondo de proceso 10d' y
transformarlo en un redondo acabado 10e'.
Las pautas de tensiones efectivas del producto
cuando éste emerge de las pasadas de rodillo P_{1} y P_{2} son
como se han descrito e ilustrado previamente en las Figuras 2A y 2B.
Las pautas de tensiones efectivas del producto cuando éste emerge
de las pasadas de rodillo P_{3'} y P_{4'}, están ilustradas
respectivamente en las Figuras 3A y 3B. Se puede apreciar que aquí,
de nuevo, la sección de proceso 10d' tiene una pauta de tensiones
efectivas dominada por una tensión efectiva máxima en la región
a_{3'} rodeada por las regiones b_{3'}-f_{3'}
de niveles de tensiones progresivamente inferiores.
La Figura 3B muestra que la misma pauta básica
persiste en el producto acabado 10e' que emerge de la pasada de
rodillo P_{4'}.
Claims (4)
1. Un método para laminar y dar acabado de
forma continua a una pieza de trabajo ferrosa, transformándola en
un redondo acabado, que comprende:
laminar dicha pieza de trabajo (10) en una
primera y segunda pasadas de rodillo sucesivas (P_{1}, P_{2})
a una elevada temperatura, entre unos 650 y 1.000ºC, estando dicha
primera y segunda pasadas de rodillo (P_{1}, P_{2}) definidas
cada una por dos rodillos de trabajo (12, 16) y estando
dimensionadas para efectuar una reducción combinada fuerte del área
de la sección transversal de dicha pieza de trabajo de al menos
20-25% aproximadamente, con una pauta de tensiones
efectivas acompañante dominada por una concentración de tensión
efectiva máxima en una región central de dicha área de sección
transversal;
aunque dicha pauta de tensiones efectivas
permanece dominada por una concentración de tensión efectiva máxima
en una región central de dicha sección transversal, se continúa la
laminación de dicha pieza de trabajo en al menos una tercera y
cuarta pasadas de rodillo consecutivas (P_{3}, P_{4}),
en el que dicha pieza de trabajo tiene una
sección transversal redonda, dichas pasadas de rodillo primera y
segunda (P_{1}, P_{2}) están configuradas respectivamente para
impartir progresivamente secciones transversales oval y redonda
reducidas a dicha pieza de trabajo, en el que dichas tercera y
cuarta pasadas de rodillo (P_{3}, P_{4}) están configuradas
para impartir progresivamente una sección transversal redonda
adicional progresivamente reducida a dicha pieza de trabajo.
que se caracteriza porque:
cada una de dichas tercera y cuarta pasadas de
rodillo (P_{3}, P_{4}) están definidas por al menos tres
rodillos (20, 24) y están dimensionadas para efectuar una reducción
combinada adicional en el área de la sección transversal de dicha
pieza de trabajo que es relativamente ligera en comparación con
dicha reducción fuerte y no es superior a 4 - 25%,
aproximadamente.
2. El método de la reivindicación 1, en el
que la laminación continúa en dichas tercera y cuarta pasadas de
rodillos (P_{3}, P_{4}) antes de que aparezcan cambios
microestructurales debidos a la recristalización y
recuperación.
3. El método de la reivindicación 1 ó 2, en
el que la pieza de trabajo emerge de dichas al menos tercera y
cuarta pasadas de rodillo (P_{3}, P_{4}) como un redondo acabado
que tiene una tolerancia de diámetro no superior a \pm 0,1 mm y
una ovalidad de 0,1 mm.
4. El método de la reivindicación 1, en el
que después de enfriar hasta un estado de equilibrio térmico,
dicha pieza de trabajo tiene una variación de tamaño de grano a
través de su sección transversal no superior a unos 2 números ASTM
de tamaño de grano.
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