En el proceso de trabajo en caliente, la temperatura de acabado influye en gran medida en la microestructura del acero. Las temperaturas de acabado más altas aumentan la tendencia de los granos a fusionarse y crecer, lo que da como resultado granos austeníticos más gruesos.
Por lo tanto, es crucial minimizar la temperatura de acabado durante la producción, normalmente sin caer por debajo del punto Ar3. Esto se puede lograr mediante métodos controlados de laminado y enfriamiento para refinar el tamaño del grano y mejorar la calidad del producto.
Para aceros con bajo contenido de carbono, la temperatura de acabado debe mantenerse cerca de 800°C y no debe caer por debajo de 750°C.
En el caso de aceros con alto contenido de carbono, para evitar la formación de una red de cementita, la temperatura de acabado durante la producción debe controlarse en torno a los 850°C.
Combinar esto con un enfriamiento rápido después del laminado puede suprimir eficazmente la precipitación de cementita proeutectoide, evitando la formación de una red de cementita, o al menos asegurando que sea fina y fácilmente desprendible sin pasos de procesamiento adicionales.
En aceros al carbono hipereutectoides y aceros aleados, el exceso de cementita forma una red a lo largo de los límites de los granos después del laminado. Los aceros con red de cementita tienen una capacidad de conformado en frío reducida y una mayor tendencia a agrietarse durante el temple.
Para eliminar esta red son necesarios tratamientos térmicos complejos, que no siempre son efectivos.
Por lo tanto, se deben crear condiciones para evitar la formación de una red de cementita después del laminado. Este objetivo se puede lograr con un acabado a baja temperatura y un enfriamiento rápido después de la laminación.
Por ejemplo, el acero GCr15 se enfría con agua antes del laminador de acabado para bajar la temperatura antes del laminado final. El enfriamiento rápido posterior al laminado se logra mediante chorros de aire comprimido, seguido de un enfriamiento lento en un pozo.
El enfriamiento lento después del laminado da como resultado granos ferríticos gruesos, un límite elástico más bajo y una mayor temperatura de transición frágil. La velocidad de enfriamiento depende del tamaño de la sección transversal del acero; Las secciones más grandes son más difíciles de enfriar rápidamente y, por lo tanto, generalmente tienen propiedades mecánicas más bajas.
En el extranjero, los aceros redondos generalmente se enfrían con aire después del laminado debido al menor contenido de gas en su acero. El uso de refrigeración por agua en línea puede ser más eficaz, pero se limita a aceros redondos con diámetros inferiores a 75 mm. Aunque el enfriamiento rápido ayuda a reducir las bandas, en aceros con alto contenido de manganeso y granos austeníticos gruesos, puede provocar la formación de ferrita de Widmanstätten.
Por lo tanto, el enfriamiento rápido post-laminación debe combinarse con una temperatura de acabado baja. Cuando el tamaño del grano austenítico es pequeño, ni siquiera un enfriamiento rápido conducirá a la formación de ferrita de Widmanstätten.
Para los aceros estructurales aleados laminados en laminadores de tamaño mediano, aquellos con diámetros inferiores a 60 mm se enfrían en chimeneas de aire, mientras que aquellos con diámetros superiores a 60 mm se enfrían en fosas sin calefacción. El acero debe enfriarse en el foso a 100-150°C durante al menos 30 horas.
El acero para rodamientos es propenso a tener manchas blancas, por lo que se debe enfriar lentamente después de laminarlo o tratarlo térmicamente según lo especificado. Durante la carga, la temperatura no debe ser inferior a 700°C. Las palanquillas se colocan en el foso hasta que la temperatura no supere los 100-200°C, una media de 72 horas.
Incluso a temperaturas de acabado más bajas, un enfriamiento lento puede provocar la formación de una red de cementita en el acero.
Para evitar esto, cada barra debe enfriarse individualmente lo más rápido posible por debajo de 650°C.
La velocidad de enfriamiento de los aceros para rodamientos sin malla de cementita depende de la temperatura final de laminación; a 900-950°C la velocidad debe ser de al menos 45-50°C/min, que puede reducirse a medida que disminuye la temperatura de acabado.
Controlar la temperatura de acabado final adecuada (cerca del punto Ac3) y combinarla con una tasa de reducción adecuada (alrededor del 40%) puede lograr estructuras metalúrgicas ideales y propiedades mecánicas ideales en aceros con bajo y medio carbono, así como en aleaciones, resortes. Aceros y aceros para rodamientos.
Para conseguirlo, se instalan cajas de refrigeración por agua antes de las dos últimas mesas del tren de acabado de barras. Para garantizar temperaturas internas y externas uniformes en piezas laminadas enfriadas rápidamente, se instala una sección de compensación de temperatura antes del grupo de laminación de acabado.
Los métodos de enfriamiento del acero posterior al laminado incluyen:
- En el aire.
- En materiales con baja conductividad térmica.
- En cajas aislantes.
- En pozos aislantes sin calefacción.
- En fosas y hornos aislantes precalentados.
- En fosos y hornos aislantes calentados.
- En el agua.
Los grados de acero representativos y sus métodos controlados de laminación y enfriamiento incluyen:
1. Aceros para cojinetes y muelles
Estos requieren un acabado a bajas temperaturas, seguido de un enfriamiento lento y aislado. Para evitar la precipitación de carburos reticulares, los aceros para rodamientos se enfrían rápidamente después del laminado y luego se enfrían lentamente.
La temperatura de acabado del acero para rodamientos se controla estrictamente entre 800 y 850 °C para ayudar a descomponer los carburos de la red.
Cuando la temperatura de acabado supera los 900°C, el acero se puede rociar con agua para enfriarlo rápidamente a 600-650°C (para evitar una mayor precipitación de carburos reticulares) y luego enfriar lentamente. Se instalan cajas de agua de refrigeración antes del molino de acabado para controlar la temperatura de las piezas que ingresan al molino.
2. Aceros templados y revenidos
Estos aceros tienen estructura de sorbita templada y se utilizan en piezas de alta resistencia, impacto o carga alterna, como bielas y ejes. Ofrecen un alto rendimiento mecánico integral debido a su alta resistencia y límites elásticos, así como a su suficiente ductilidad y tenacidad.
El esquema de producción incluye 225.000 toneladas de acero estructural al carbono de calidad y 225.000 toneladas de acero estructural aleado, lo que representa el 90% de la producción total. Controlar la temperatura de un volumen tan grande de acero proporciona una ventaja competitiva.
3. Aceros estructurales al carbono de calidad y aceros estructurales aleados.
Ambos son aceros hipoeutectoides con una temperatura de enfriamiento de aproximadamente 30-50°C por encima de AC3. Para aceros redondos de menos de 40 mm de diámetro, se instalan cajas de agua de refrigeración antes del molino de acabado para refinar el tamaño del grano y obtener una estructura martensítica post-templado.
Luego, los aceros se templan a altas temperaturas por debajo de A1 para realizar la transición a una estructura templada estable. Para aceros redondos de mayor diámetro, fabricantes como la fábrica ABS LUNA en Udine, Italia, practican el control de temperatura en línea, que produce aceros redondos con un diámetro de 20 a 100 mm, incluidos acero al carbono, acero endurecido en la superficie y acero templado. y acero templado, acero de microaleación, acero para cojinetes, acero para resortes y acero inoxidable. Controlan en línea la temperatura de aceros de 20 a 90 mm de diámetro.
Dado el posicionamiento de los productos de Shigang (Shi Steel) y las crecientes necesidades de los usuarios de acero, el suministro de aceros para automóviles y la entrada en mercados de alta calidad se ha vuelto esencial.
Ofrecer estructuras metalúrgicas ideales y propiedades mecánicas ideales proporciona una ventaja competitiva. Al considerar los regímenes de refrigeración, se deben instalar cajas de refrigeración por agua antes y después del laminador de acabado, especialmente en aceros redondos de menos de 40 mm, para el control de la temperatura en línea.
La instalación de cajas de refrigeración por agua después del tren de acabado es objeto de debate internacional. Para aceros redondos de gran diámetro, se considera que solo elimina las incrustaciones y mejora la calidad de la superficie, lo que tiene poco efecto en el refinamiento del grano y potencialmente causa un tamaño de grano interno irregular.
El control de temperatura en línea sin duda prolongaría la línea de laminación y aumentaría la inversión. La longitud de la caja de refrigeración por agua a instalar tras terminar el mecanizado no es muy recomendable, siendo referencia la fábrica de ABS LUNA en Italia, con una caja de 55 metros de longitud.
Teniendo en cuenta los requisitos de calidad y desarrollo a largo plazo, se debe considerar el control de temperatura en línea. La instalación inicial de cajas de refrigeración por agua después del acabado puede al menos eliminar las incrustaciones y mejorar la calidad de la superficie. Los regímenes de calentamiento, laminado final y enfriamiento para varios aceros se detallan en la Tabla 1.
Tabla 1: Temperaturas de calentamiento, acabado, laminado y enfriamiento de varios tipos de acero.
| 45# | Temperatura de calentamiento ℃ | 1050——————1180 |
| método de enfriamiento | Aire acondicionado | |
| Temperatura de acabado (°C) | ≥850℃ | |
| 40cr | Temperatura de calentamiento ℃ | 1050——————1180 |
| método de enfriamiento | Aire acondicionado | |
| Temperatura de acabado (°C) | ≥850℃ | |
| 20MnV, 40MnB, 20CrMo | Temperatura de calentamiento ℃ | 1050——————1180 |
| método de enfriamiento | Enfriamiento de pila | |
| Temperatura de acabado (°C) | ≥850℃ | |
| GCr15 | Temperatura de calentamiento ℃ | 1050——————1100 |
| método de enfriamiento | Bien refrigerado, temperatura de entrada ≥ 600°C | |
| Temperatura de acabado (°C) | ≥850℃ | |
| 20CrMnTi | Temperatura de calentamiento ℃ | 1050——————1120 |
| método de enfriamiento | Para diámetros inferiores a 85 mm, Stack Cooling; para diámetros de 85 mm y superiores, enfriamiento completo, temperatura de entrada ≥600 ℃ | |
| Temperatura de acabado (°C) | ≥850℃ | |
| 45Mn2, 27SiMn | Temperatura de calentamiento ℃ | 1050——————1180 |
| método de enfriamiento | Bien refrigerado, temperatura de entrada ≥ 400°C | |
| Temperatura de acabado (°C) | ≥850℃ | |
| 60Si2Mn | Temperatura de calentamiento ℃ | 1030——————1120 |
| método de enfriamiento | Bien de enfriamiento, temperatura de entrada ≥400 ℃ | |
| Temperatura de acabado (°C) | ≥850℃ |
Rodamiento controlado
Teoría del rodamiento controlado
En el proceso de laminación en caliente, un control razonable del calentamiento, la deformación y los regímenes de temperatura del metal permite la combinación de la transformación de fase de estado sólido y la deformación termoplástica para obtener estructuras de grano fino, mejorando así las propiedades mecánicas integrales del acero.
Para los aceros con bajo contenido de carbono y baja aleación, la laminación controlada refina principalmente los granos austeníticos deformados, dando lugar a granos ferríticos finos y colonias de perlita más pequeñas después de la transformación de austenita en ferrita y perlita. Esto aumenta la resistencia, tenacidad y soldabilidad del acero.
Para aceros con alto contenido de carbono e hipereutectoides, el laminado con temperatura controlada refina los granos austeníticos deformados y termina el laminado cerca del punto de transformación de la austenita.
1. Laminación Termomecánica
Actualmente, el laminado termomecánico de aceros redondos se limita a diámetros inferiores a 40 mm, principalmente en aceros con bajo contenido de carbono y baja aleación, con el objetivo de refinar granos ferríticos. La temperatura del laminado final está entre 750°C y 790°C.
Antes y después de finalizar la laminación, se requiere refrigeración por agua. Para aceros redondos de mayor diámetro, las temperaturas desiguales entre la superficie y el núcleo después del enfriamiento con agua pueden causar microfisuras en la superficie y tamaños de grano inconsistentes entre el núcleo y la superficie durante la recristalización, lo que lleva a una integridad estructural desigual en toda la sección transversal.
2. Laminación estandarizada
Para aceros redondos de entre 40 mm y 80 mm, se utiliza el laminado estándar, y las últimas cuatro pasadas totalizan entre un 50 y un 60 % de deformación. El acero se equilibra antes de ingresar al laminador de acabado, con una temperatura de acabado de 800°C a 850°C, seguido de un enfriamiento rápido.
3. Laminación con temperatura controlada
La temperatura de acabado oscila entre 850°C y 900°C, seguida de un enfriamiento controlado para mejorar la calidad de la superficie.
Para los aceros con alto contenido de carbono, este proceso produce colonias de perlita más finas; para aceros hipereutectoides, reduce la precipitación de carburos de red.
Los procesos de laminación de Shi Steel
Para grados de acero como 20#, 45#, 20CrMo, 20CrMnTi, 40Cr, 40MnB, que producen aceros redondos de 50 mm a 80 mm de diámetro, se utiliza el laminado estándar.
Sin embargo, es necesario equilibrarlo antes de terminar el mecanizado, lo que aumenta la distancia del proceso y reduce la producción. La deformación en las últimas cuatro pasadas aumenta para garantizar una mayor precisión del producto y una deformación uniforme en toda la sección transversal, lo que sugiere la adición de un molino de calibración, lo que aumenta la inversión. Para diámetros superiores a 80 mm, se requiere un laminado con temperatura controlada.
Para la producción de acero plano para muelles se utiliza laminación termomecánica. El acabado en la zona de ferrita-austenita de dos fases refina los granos austeníticos deformados, lo que da como resultado granos ferríticos finos y colonias de perlita más pequeñas, aumentando así la resistencia y tenacidad del acero.
Sin embargo, esto requiere refrigeración por agua antes y después de terminar de laminar, aumentando la inversión y ampliando la zona de laminación.
En el caso del acero para rodamientos, es necesario un laminado con temperatura controlada para evitar la precipitación de los carburos de la red y mejorar la calidad de la superficie.
Teniendo en cuenta la inversión y la ubicación del proceso, Shi Steel emplea laminación con temperatura controlada, reduciendo la temperatura de laminación inicial, controlando la temperatura de acabado e implementando un enfriamiento controlado después de la laminación para obtener una buena calidad de superficie y estructura interna.
Tabla 2: Proceso de laminación para diferentes tipos y especificaciones de acero.
| Acero | Nota | Proceso de laminación |
| 20#、45#、20CrMo、20CrMnTi、40Cr、40MnB | ∮50——∮80 | Laminación estandarizada; Laminación con temperatura controlada |
| ∮80——∮150 | Laminación con temperatura controlada | |
| GCr15 | ∮50——∮95 | Laminación con temperatura controlada |
| 60Si2Mn | 14 mm—20 mm×165 mm—160 mm | Laminación Termomecánica (con enfriamiento por agua antes y después de terminar la laminación); Laminación con temperatura controlada |
