INGENIERIA DE MATERIALES02. COLADA Y LAMINACION

ING. EDVER CANELO

COLADA DE ACERO

Una vez completado el afino del acero en la estación de Metalurgia, el caldo se pasa a la cuchara de colada (si ya no estaba en ella por ser horno-cuchara)

COLADA EN LINGOTERAEste tipo de fabricación ha desaparecido prácticamente, sustituido por la colada continua que ha eliminado trabajos penosos y los costosos trenes desbastadores blooming-slabbing. En la actualidad la colada en lingotera se aplica casi exclusivamente a la obtención de lingotes (“grandes forjas”) para obtención por forja de piezas de gran tamaño.

COLADA CONTINUALa colada continua es un procedimiento siderúrgico en el que el acero líquido se vierte directamente en un molde de fondo abierto cuya sección transversal tiene la forma geométrica del semiproducto que se desea fabricar, a saber, desbastes y palanquillas de sección cuadrada (para obtención de “largos”), planchones de gran sección (para obtención de “planos”), redondos y secciones especiales, etc…Se llama “continua” porque el semiproducto sale sin interrupción de la máquina hasta que la cuchara ha vaciado todo el acero líquido que contiene

Las máquinas de colada continua han ido evolucionando, pasando de las completamente verticales a las actuales, de menor altura, en las que el acero se solidifica con cierto grado de curvatura. Una vez en la zona horizontal de la línea, se endereza el desbaste y se corta a la medida.

COLADA CONTINUA

La colada continua es un proceso de solidificación de metales mediante el cual el fundido se vierte directamente en un molde sin fondo cuya sección transversal tiene la forma geométrica del semiproducto que se desea fabricar. En siderurgia, los formatos más comunes de la colada continua son: • Productos planos rectangulares de 150 a 300 mm de espesor (slabs o planchones). • Productos planos rectangulares de espesor mediano: 80-100 mm (slabs medianos, tecnología Sumitomo o Conroll). • Productos planos rectangulares de espesores delgados: 40-60 mm (slabs delgados, tecnología Siemag CSP, Mannesmann Demag ISP o Danieli FTSR). • Productos largos cuadrados—rectangulares (blooms). • Productos largos con sección de hueso de perro (beam blank). • Palanquilla.

COLADA CONTINUA

COLADA CONTINUA

COLADA CONTINUA

COLADA DE MOLDEOEl moldeo es un proceso de solidificación en el que, a diferencia de la colada en lingotera o la colada continua, no se obtiene un semiproducto, sino el producto final.

En los procesos de moldeo, el hierro líquido (normalmente con un carbono equivalente cercano al punto eutéctico del sistema Fe-C, aunque también pueden procesarse líquidos con bajos contenidos en carbono, es decir, aceros) se vierte en un molde hueco cuya cavidad reproduce la forma deseada de la pieza. Cuando el producto ya ha solidificado, se retira el molde para extraer el producto terminado

COLADA DE MOLDEOLa razón más importante para utilizar esta técnica de conformado, frente a la colada convencional o continua, es económica. Se puede pensar en situaciones en las cuales la complejidad geométrica de la pieza sea tal que resulte más económico su obtención por moldeo que mediante forja abierta o mecanización de productos laminados en caliente.

FABRICACION DEL MOLDEEl proceso de fabricación de una pieza moldeada I consta de las siguientes etapas:

1.- Construcción y preparación del modelo con la forma de la pieza que se desea fabricar . 2.- Fabricación del molde a partir del modelo. 3.- Fabricación del hierro líquido aleado. 4.- Vertido del fundido en el molde. 5.- Desmoldeo de las piezas. 6.- Limpieza y acabado de las piezas. 7.- Tratamiento térmico de las piezas

MOLDE EN ARENAEn esta técnica se fabrica un molde con arenas siliciosas y algo de arcilla y agua como aditivos para lograr la aglomeración. Se emplean arenas ricas en cuarzo y arcilla, con algo de humedad y otros componentes.

Las propiedades exigidas a las arenas de moldeo son: • Plasticidad para poder reproducir los pequeños detalles del modelo. • Permeabilidad para que los gases que se desprenden en la colada puedan atravesar el molde. • Refractariedad para que no se deformen en contacto con el metal a más de 1500 oC. • Cohesión para que tenga cierta resistencia a tracción y a flexión.

MOLDE EN ARENA

Después de su extracción, la pieza está sucia y tiene aún los bebederos y rebosaderos de alimentación pegados a ella. Para eliminar estos detalles se siguen dos tipos de operaciones: • Limpieza. En el moldeo en arena quedan granos adheridos que se eliminan por medio de chorros abrasivos (de arena o granalla), tambores rotatorios o empleando fuertes chorros de agua. • Desbarbado. Se realiza para recortar los bebederos, rebosaderos y rebabas. Puede ser manual o con cinceles neumáticos, sierras, sopletes o esmeriladoras.

OPERACIONES DE ACABADO

Trenes de laminación

Laminación

• Después de obtener el lingote o palanquilla durante el proceso de producción, se procede a laminarlo. Este consiste en dar forma a las piezas y reduciéndolas a secciones más delgadas por medio de un estirado y compresión, el cual se realiza haciendo pasar las piezas entre rodillos cilíndricos, que giran a igual velocidad y en sentido contrario.

Laminación

a) Laminador duob) Laminador duo

reversiblec) Laminador triod) Laminador

cuadruploe) Laminador

Sendzimirf) Laminador

Universal

Laminación

e) Laminador Sendzimirf) Laminador Universal

Laminación

PROCESOS DE LAMINACIÓN

• Dentro del proceso de laminación existen dos tipos:

• Laminación en caliente.• Laminación en frío.

Laminación en caliente. • En este tipo de laminación los rodillos se

llaman devastadores. La superficie es rugosa que comprimen fuertemente el material calentado a temperatura deseada, a fin de facilitar el flujo del material y reducir las fuerzas de laminación. El laminado en caliente, casi siempre se usa en el formado inicial o rompimiento de los lingotes vaciados ya que a temperaturas elevadas, la maleabilidad es generalmente alta permitiendo la deformación con relativa facilidad.

• Los productos en esta etapa son bloques (sección cuadrada) o placas (sección rectangular)

Laminación en caliente. • Las placas son laminas hasta placa gruesa o

tiras en caliente. Para las placas gruesas se utiliza laminadores dúo o cuádruple reversible y para las tiras en una etapa preparadora laminadores dúo o cuádruple y en el acabado tren de laminadores cuádruple.

• El material después de la laminación es bobinado en caliente, decapado y lubricado enviado para el mercado o para la laminación en frio.

• La colada continua en palanquilla, produce placas directamente, evitándose una serie de operaciones, en especial la laminación desbastadora.

Laminado en frío

• En este proceso los rodillos utilizados son denominados de acabado de superficie lisa y dura, considerado como una especie de proceso primario de deformación, se aplica solamente a metales de aleaciones muy maleables y con frecuencia se usa para obtener dureza, resistencia, ductilidad y buen acabado de la superficie en una aleación previamente formada por laminado en caliente.

• Los trenes de laminación cuádruples de alta velocidad son utilizados en la laminación en frio

PROPIEDADES FÍSICAS DEL ACERO

• Fusibilidad: Dar forma a los metales en estado líquido, usando moldes donde de solidifican y enfrían.

• Forjabilidad: Capacidad de dar formas en estado sólido en caliente, con martillos, prensas y laminadores.

• Maleabilidad: Propiedad para modificar su forma a temperaturas normales, mediante la acción de martillado y estirado.

• Ductilidad: Cantidad de deformación plástica en dirección a su longitud, pudiendo expresarse en función de alargamiento o reducción del área.

• Tenacidad: Resistencia a la rotura por tracción, o medida de energía para hacer fallar un material.

• Resistencia: Capacidad de soportar esfuerzos y deformaciones.

• Elasticidad: Deformación que ocurre sólo durante la aplicación de esfuerzos, o sea que desaparece al suprimirse éstos

• Cedencia: es el grado de deformación elástica de un material

• Dureza: resistencia de un material a la penetración de su superficie.

• Oxidabilidad: es la acción que posee el oxígeno que se encuentra en la atmósfera y tiene la capacidad de recubrir con óxido o carbonado a los metales, excepto a los nobles.

• Soldabilidad: es la propiedad de poder unirse y formar un cuerpo único.

PROPIEDADES FÍSICAS DEL ACERO

LAMINACION DE BARRAS Y PERFILES

• Barras de sección circular y hexagonal y perfiles estructurales como: vigas en I, perfiles y rieles son producidos en gran cantidad por laminación en caliente con cilindros ranurados.

• En la laminación de perfiles el pase subsiguiente es girado en 90°, lo que difiere de los productos planos.

FORMAS Y MEDIDAS ESTANDAR DE SECCIONES DE ACERO LAMINADO

• Según sea su sección transversal, se denominan como perfiles laminados tipo: I, (w, S, HP) C, L, T, HSS, Placas y barras circulares.

Principales Productos del AceroBARRAS

Barras para hormigón Barras para molienda Alambrón

PLANOS

Planchas gruesas Rollos y planchas laminadas

en caliente

Rollos y planchas laminadas

en fríoTUBULARES

Tubos soldados por arco

sumergido

CLASIFICACION AISI-SAE DE LOS ACEROS

La clasificación es la identificación específica de cada grado, tipo, o clase de acero dado por un número, letras, símbolos, nombre, o su combinación para la completa designación de un acero en particular. Dentro de la industria esta clasificación tiene una vital importancia y un uso específico por ejemplo el grado es usado para denotar Ía composición química, el tipo es usado para indicar el nivel de desoxidación, y la clase es usada para describir alguna otra cualidad, como el nivel de resistencia o una superficie pulida etc.

En 1912, la sociedad norteamericana de ingenieros automotores (SAE) promovió una reunión de productores y consumidores de aceros, para establecer una nomenclatura de la composición de los aceros. Mas tarde, el instituto norteamericano del hierro y el acero, AISI, tomo la nomenclatura de la SAE y la expandió.

CLASIFICACION AISI-SAE DE LOS ACEROS

En el sistema AISI-SAE, los aceros se clasifican con cuatro dígitos. El primer digito especifica la aleación principal, el segundo modifica al primero y los dos últimos dígitos, dan la cantidad de carbono en centésimas. En algunos aceros al cromo de alto carbono hay números de cinco dígitos, los tres últimos dan el porcentaje de carbono.

Se observa entonces que si el primer número es 1 se sabe que es un acero al carbono; si el dígito siguiente es el 0, o sea que la designación es 10XX, se trata de un acero ordinario al carbono; así 1030 significa un acero ordinario al carbono con 0.30%C. Si el segundo digito es uno, la designación es 11XX y significa que se trata de una acero re sulfurado, es decir, se le añadió azufre para hacerlo mas maquinable, por ejemplo, el acero SAE 1108. Si el segundo digito es 3, la designación es 13XX y se trata de un acero con contenido de manganeso entre 1.5 y 2%, por ejemplo, el SAE 1330. Si el primer digito es 2, se trata de acero al níquel, por ejemplo, el acero SAE 23XX que es un acero con 3.5% de Ni. Si el primer digito es 3, se esta señalando un acero al Ni-Cr, por ejemplo, el acero SAE 31XX con 1.25% de Ni y 0.65% de Cr.

Como el proceso de fabricación de acero afecta los elementos residuales, tales como óxidos, sulfuros, silicatos, nitruros; los que a su vez afectan las propiedades del acero, a veces se añade una letra como prefijo al numero AISI-SAE:

En general, los aceros 10XX de bajo carbono, de 1005 a 1025, se usan para cementación y para la fabricación de láminas. Los aceros 1015 a 1025 se usan como estructurales en vigas, placas, perfiles, ángulos, etc, con propósitos de construcción. Los aceros 11XX son de corte libre, pues se añaden hasta 0.33% de azufre, con el fin de facilitar la producción de partes que no van a soportar muchas tensiones. Aceros con mas de 1.0 de Manganeso, aceros 13XX, desarrollan ductilidad y resistencia y son superiores a los aceros ordinarios al carbono. Las propiedades de los aceros dependen de la acción de los aleantes presentes.