ES2284898T3 - Metodo para el procesado de una plancha o banda de metal continuamente fundida. - Google Patents

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Abstract

Método para el procesado de una plancha o banda continuamente fundida, en el que la plancha o banda se hace pasar entre un juego de rodillos giratorios de un tren de laminado para laminar la plancha o banda, caracterizado porque los rodillos del tren de laminado tienen velocidades periféricas diferentes y la diferencia de velocidad periférica es cómo mínimo de un 15% y como máximo de un 100%, y porque el grosor de la plancha o banda se reduce como máximo en un 15% en cada pasada.

Description

Método para el procesado de una plancha o banda de metal continuamente fundida.
La presente invención se refiere a un método para el procesado de una plancha o banda continuamente fundida, en el que la plancha o banda se hace pasar entre un juego de rodillos giratorios de un tren de laminado para laminar la plancha o banda.
El laminado es una operación de procesado muy general para dar a los metales las dimensiones y propiedades deseadas. Por ejemplo, el laminado resulta en una mejora de la microestructura, como consecuencia del refinamiento de grano que se produce bajo la influencia del laminado.
Si la placa o banda delgada ha de producirse a partir de una plancha gruesa de, por ejemplo, 30 cm o más, la producción de placa o banda delgada es un proceso muy laborioso, dado que el laminado debe repetirse un número de veces muy elevado. Por lo tanto se han desarrollado otras técnicas de fundido para obtener directamente una plancha o banda delgada. Al objeto, además, de producir suficiente material estos procesos se han realizado de una forma continua.
Para la fundición continua del aluminio pueden distinguirse, en principio, tres métodos que están actualmente en uso. El primer método utiliza un rodillo refrigerado sobre el cual una capa fina de aluminio fundido se enfría hasta solidificar. La banda obtenida por este método tiene un grosor de aproximadamente 1 mm. Por razones técnicas este grosor no puede ser mucho mayor. El segundo método utiliza dos rodillos refrigerados entre los cuales se pasa el aluminio fundido para solidificarlo como una banda. El enfriamiento mejorado significa que este método produce habitualmente un grosor de entre 6 mm y 10 mm; el mínimo grosor que puede obtenerse actualmente es de aproximadamente 1 mm. Dependiendo, entre otras cosas, del grosor, la banda que se ha formado se cortará en planchas o se enrollará. En el tercer método, el aluminio fundido se conduce sobre una cinta transportadora sobre la cual solidifica, o pasa entre dos cintas transportadoras para solidificarse. Teniendo en cuenta que es un camino de solidificación más largo, puede disiparse más calor y es posible producir una banda solidificada más gruesa. El grosor es habitualmente de aproximadamente 20 mm. La banda gruesa formada con este método puede cortarse en planchas o enrollarse. En los tres métodos es también posible laminar la banda en uno o más trenes de laminado inmediatamente después de la fundición continua y entonces enrollarla.
Los tres métodos más arriba descritos o también otros pueden utilizarse para la fundición continua de otros metales y, si es apropiado, también es posible producir una banda más gruesa.
Estos métodos y los métodos derivados de ellos están referidos conjuntamente en el contexto presente como "fundición continua", y el producto obtenido está por lo tanto referido como "plancha o banda de fundición continua".
Un inconveniente de estos productos es que el producto final todavía tiene mayoritariamente la microestructura fundida, dado que las planchas y la banda han sido apenas laminadas. Consecuentemente las propiedades mecánicas de los productos finales son relativamente pobres, y consecuentemente la aplicación de estos productos está relativamente limitada, por ejemplo, como láminas y material de partida para aletas de intercambiadores de calor y similares.
La patente US 5,894,879 aporta un método de fabricación de hojas de aleación de aluminio mediante un proceso continuo de fundición de banda, utilizando un par de cintas sinfín, que se lamina directamente en diversas posiciones de una forma convencional.
Es un objetivo de la invención aportar un método para el procesado de una banda o plancha de metal continuamente fundida que permita que las propiedades del producto que así se ha realizado puedan ser mejoradas.
Es otro objetivo de la invención aportar un método para el procesado de una banda o plancha de metal continuamente fundida en el que se puedan cerrar poros en el material fundido.
Todavía otro objetivo de la invención es aportar un método para el procesado de una banda o plancha de metal continuamente fundida en el que resulta un refinamiento de grano en el producto que es realizado mediante él.
Todavía otro objetivo de la invención es aportar un método para el procesado de una banda o plancha de metal continuamente fundida por medio del cual la superficie de la plancha o banda se mejora.
También es un objetivo de la invención aportar una placa o banda de metal con propiedades mecánicas mejoradas, que es preferiblemente realizada con la ayuda de este método.
Según un primer aspecto de la invención, se consiguen uno o más de estos objetivos mediante un método para el procesado de una plancha o banda de metal continuamente fundida en el que la plancha o banda se hace pasar entre un juego de rodillos giratorios de un tren de laminado para laminar la plancha o banda, en el que los rodillos del tren de laminado, en el mencionado método, tienen velocidades periféricas diferentes, y la diferencia de velocidad periférica es cómo mínimo de un 5% y como máximo de un 100%, y en el que el grosor de la plancha o banda, en el mencionado método, se reduce como máximo en un 15% en cada pasada.
Como resultado de que los rodillos disponen de diferente velocidad periférica, aparece un cizallamiento en la plancha o banda y se ha comprobado que ocurre en todo el grosor de la plancha o banda. Se ha comprobado que esto requiere una diferencia de velocidad de por lo menos un 5%. El cizallamiento lleva a los poros, que hay en el material de fundición continua, a cerrarse en una considerable extensión. Esto no requiere un gran cambio de grosor, sino más bien un cambio de grosor de a lo sumo un 15% puede ser suficiente. Esto es ventajoso en una plancha o banda metálica fundida de una forma continua, la cual en muchos casos se ha fundido con un bajo grosor, porque el grosor, entonces, esencialmente se mantiene.
Además, es importante que el laminado según la invención pueda resultar en un refinamiento de grano que ocurre en todo el grosor del material laminado, lo que es ventajoso para las propiedades mecánicas de la plancha o banda. Entre otras, se incrementa la resistencia del material.
El cizallamiento también rompe las partículas eutécticas, lo que resulta en un aumento de la tenacidad.
Además, se espera que el material tenga una mejora en el ratio de aumento de rotura por fatiga, dado que los granos, como consecuencia de la cizalladura, tendrán una mayor o menor forma estriada. Esto resulta en un aumento de la tenacidad y en una disminución de la posibilidad de dañarse.
También se espera que el procesado según la invención resulte en una hoja laminada con menos dispersión lateral.
También se espera que el procesado según la invención provoque que la capa superficial del material sea diferente que en el caso del laminado convencional del material. Habitualmente el laminado resulta en la formación de una capa que presenta un grano de material muy fino. Esta capa es más delgada en el procesado según la invención. La expectativa es que esto mejore la resistencia a la corrosión del material. Esto puede ser favorable para el uso de las planchas y bandas de material de aluminio de fundición continua para aplicaciones diferentes de las actuales.
El grosor de las planchas o bandas se reduce preferiblemente en un 8% como máximo en cada pasada, y preferiblemente en un 5% como máximo en cada pasada. Dado que el cizallamiento, y por lo tanto el refinamiento de grano, se aporta mediante la diferencia de velocidad periférica entre los rodillos, la reducción de grosor del material no es necesaria para obtener el refinamiento de grano. La reducción de grosor se requiere en primer lugar para permitir a los rodillos sujetar el material. Esto requiere solo un ligero cambio de grosor, lo cual es ventajoso en el caso de material de plancha o banda delgada de fundición continua de aluminio. Cuanto más pequeña es la reducción de grosor, más gruesa queda la plancha o banda después de cada pasada. Como resultado, se incrementan las posibles aplicaciones del material de plancha o banda de fundición continua de aluminio.
La diferencia de velocidad periférica es de cómo máximo un 50%, más preferiblemente como máximo un 20%. Si hay una gran diferencia de velocidad hay un considerable riesgo de deslizamiento entre los rodillos y el material, lo que podría resultar en cizallamiento desigual.
Según una realización ventajosa el tren de laminado se diseña de tal forma que los rodillos tienen diferentes diámetros. Esto permite obtener la diferencia deseada en la velocidad periférica.
Según otra realización ventajosa los rodillos tienen una velocidad rotacional diferente. Esto también permite obtener la diferencia deseada en la velocidad rotacional.
Es también posible combinar estas dos últimas soluciones para obtener la diferencia deseada en la velocidad rotacional.
El laminado es preferiblemente llevado a cabo a temperatura elevada. Esto hace que el laminado se desarrolle de una forma más suave. El laminado es preferiblemente llevado a cabo a una temperatura de entre 300ºC y 550ºC, dado que en este rango de temperatura es posible una buena deformación sobre las planchas y bandas de aluminio de fundición continua. Más preferiblemente el laminado es llevado a cabo a una temperatura de entre 425ºC y 475ºC. La temperatura a la que más fácilmente se consigue la deformación del aluminio es aproximadamente a los 450ºC.
Según una realización ventajosa del método, la plancha se introduce entre los rodillos con un ángulo de entre 5 y 45º con respecto a la perpendicular al plano que pasa por los ejes centrales de los rodillos. Introduciendo la plancha entre los rodillos a un ángulo, se facilita a los rodillos sujetar la plancha, con el resultado de que el cambio de grosor puede ser mantenido tan pequeño como sea posible. La experimentación ha demostrado también que después del laminado el material, si se ha introducido entre los rodillos con un cierto ángulo, tiene una planicidad mejorada. La plancha se alimenta con un ángulo de preferiblemente entre 10º y 25º, y más preferiblemente entre 15º y 25º, dado que con tal ángulo el material sale del tren de laminado con un buen nivel de planicidad. Debería apreciarse que el último efecto depende también de la reducción de tamaño del material, del tipo y aleación del material y de la temperatura.
El punto de partida es preferiblemente una plancha o banda de un grosor de como máximo 70 mm, más preferiblemente como máximo 25 mm. El laminado normal implica laminar hasta un grosor de aproximadamente 1 mm o más delgado para obtener mejores propiedades mecánicas. Con la ayuda del método según la invención pueden aportarse mejores propiedades mecánicas a la plancha o banda, con el resultado de que material más delgado puede utilizarse para las mismas aplicaciones. Dado que el método según la invención puede utilizarse para aportar mejores propiedades al metal de fundición continua relativamente delgado, se espera que un material de placa y banda de fundición continua más grueso, ahora con mejores propiedades mecánicas, también encuentre aplicaciones industriales.
Con este propósito, después de que el laminado se ha llevado a cabo por primera vez, la operación de procesado se repite una o más veces. Por ejemplo, se obtiene un refinamiento de grano suficientemente bueno realizando tres veces la operación de procesado según la invención. Sin embargo el número de veces que la operación de procesado debe realizarse depende del grosor del material de fundición continua, de la diferencia de velocidad periférica de los rodillos y del refinamiento de grano deseado. Es deseable que, durante cada operación de procesado, el material sea introducido entre los rodillos con un ángulo de entre 5º y 45º, preferiblemente entre 10º y 25º, y más preferiblemente entre 15º y 25º.
Realizando la operación de procesado según la invención un gran número de veces y sometiendo al material a un tratamiento de recocido entre estas operaciones si es necesario, es posible obtener una estructura de grano ultrafino. La operación de procesado puede repetirse suficientes veces hasta que el material se convierta en superplástico. El material superplástico tiene unos granos extremadamente pequeños y como resultado, bajo ciertas condiciones, puede estirarse casi indefinidamente sin agrietarse. Esta es una propiedad muy ventajosa para la deformación del metal, por ejemplo la embutición profunda de un lingote. Evidentemente cuando la operación de procesado según la invención se repite un número de veces el material se vuelve más delgado y es por lo tanto deseable partir de un metal de fundición continua, como el aluminio, con el máximo grosor posible.
Si la operación de procesado según la invención se repite un número de veces, según una realización ventajosa, la plancha, banda o placa puede hacerse pasar por el tren de laminado en direcciones opuestas para cada pasada la plancha, placa o banda cambia entonces de dirección después de cada laminado y pasa siempre a través del mismo tren de laminado. En este caso los rodillos deben girar en direcciones opuestas en cada pasada. En este caso es también deseable que el material sea cada vez introducido entre los rodillos con un ángulo.
Según otra realización ventajosa, la plancha, banda o placa se pasa sucesivamente por dos o más trenes de laminado. Este método es adecuado principalmente para material en forma de banda que, de esta forma, puede someterse a la operación de procesado deseado muy rápidamente.
Es posible que el método según la invención vaya precedido o seguido por una operación de laminado que es llevada a cabo utilizando un tren de laminado en el que los rodillos tienen una velocidad periférica esencialmente igual. De esta forma, a modo de ejemplo, puede aportarse al producto un grosor o acabado superficial deseados de una forma muy afinada.
Según una realización ventajosa, la plancha de metal está formada por dos o más capas de metal, preferiblemente dos o más capas consistentes en diferentes aleaciones de metal o diferentes metales. De esta forma es posible, por ejemplo, producir material laminado, tal como el que es conocido como material de revestido para, por ejemplo, hoja para soldadura de aluminio.
La invención se explica en referencia a un ejemplo de realización.
Fueron realizados experimentos utilizando planchas de aluminio AA7050 con un grosor de 32,5 mm. Las planchas se laminaron una vez, en un dispositivo de laminado de dos rodillos, en el que el rodillo superior tenía un diámetro de 165 mm y el rodillo inferior un diámetro de 135 mm. Después del laminado las planchas tenían un grosor de 30,5 mm.
Las planchas se introdujeron con diferentes ángulos, variando entre 5º y 45º. La temperatura de las planchas cuando se introdujeron en el dispositivo de laminado era aproximadamente de 450ºC. Los dos rodillos se hicieron girar a una velocidad de 5 revoluciones por minuto.
Después del laminado las planchas tenían una cierta curvatura, dependiente en gran medida del ángulo de introducción. La planicidad de la plancha después del laminado puede, en buena parte, determinarse mediante el ángulo de introducción, en cuyo contexto el ángulo óptimo de introducción será dependiente del grado de reducción de la plancha, del tipo de material y aleación y de la temperatura. Para las planchas de aluminio que se laminaron en el experimento descrito más arriba, un ángulo de introducción óptimo es aproximadamente 20º.
En las planchas de aluminio que fueron laminadas de acuerdo con el experimento descrito más arriba se midió un ángulo de cizalladura de 20º. Utilizando esta medida y la reducción en el tamaño de la plancha, es posible calcular un esfuerzo equivalente de acuerdo con la siguiente fórmula:
1
Esta fórmula se utiliza para hacer posible presentar el esfuerzo en una dimensión y está tomada del libro "Fundamentals of metal forming" de R.H. Wagoner y J.L. Chenot, John Wiley & Sons, 1997.
Por lo tanto en las planchas que se laminaron de acuerdo con el experimento, el esfuerzo equivalente es
2
En el caso de laminado con un tren de laminado corriente no se presenta cizalladura en todo el grosor de la placa y el esfuerzo equivalente es por lo tanto solamente
3
(trabajando sobre la base de un esfuerzo uniforme sobre todo el grosor de la placa).
Por lo tanto, el laminado que utilice el método acorde a la invención, resulta en un esfuerzo equivalente que es de tres a cuatro veces mayor que con un laminado convencional sin ninguna diferencia en la velocidad periférica. Un alto esfuerzo equivalente significa menor porosidad en la plancha, mayor recristalización y por lo tanto mayor refinamiento de grano, y mayor extensión en la rotura de las partículas de segunda fase (partículas constituyentes) en la plancha. Estos efectos, si el esfuerzo equivalente aumenta, son generalmente conocidos por el personal experto en este campo de la ingeniería. Por lo tanto, el laminado según la invención significa que las propiedades resultantes del material se mejoran en gran medida como resultado del uso del método de la invención.

Claims (13)

1. Método para el procesado de una plancha o banda continuamente fundida, en el que la plancha o banda se hace pasar entre un juego de rodillos giratorios de un tren de laminado para laminar la plancha o banda, caracterizado porque los rodillos del tren de laminado tienen velocidades periféricas diferentes y la diferencia de velocidad periférica es cómo mínimo de un 15% y como máximo de un 100%, y porque el grosor de la plancha o banda se reduce como máximo en un 15% en cada pasada.
2. Método según la reivindicación 1, en el que el grosor de la plancha o banda se reduce como máximo en un 8% en cada pasada y preferiblemente como máximo en un 5% en cada pasada.
3. Método según las reivindicaciones 1 o 2, en el que la diferencia de velocidad periférica es como máximo de un 50% y preferiblemente como máximo de un 20%.
4. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el tren de laminado está diseñado de tal manera que los rodillos tienen diferentes diámetros.
5. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los rodillos tienen diferentes velocidades de giro.
6. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el laminado se realiza a temperatura elevada, para aluminio preferiblemente a una temperatura entre 300ºC y 550ºC, y más preferiblemente a una temperatura entre 425ºC y 475ºC.
7. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la plancha se introduce entre los rodillos con un ángulo de entre 5 y 45º con respecto a la perpendicular al plano que pasa por los ejes centrales de los rodillos, preferiblemente con un ángulo de entre 10 y 25º, y más preferiblemente con un ángulo de entre 15 y 25º.
8. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el punto de partida es una plancha o banda con un grosor de cómo máximo 70 mm, preferiblemente como máximo de 25 mm.
9. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual la operación de procesado se repite una o más veces después de que el laminado se ha llevado a cabo por primera vez.
10. Método según la reivindicación 9, en el que se hace que la plancha, placa o banda pase a través del tren de laminado en dirección opuesta cada pasada.
11. Método según la reivindicación 9, en el que se hace que la plancha, placa o banda pase sucesivamente a través de dos o más trenes de laminado.
12. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual la operación de procesado descrita en cualquiera de las anteriores reivindicaciones 1-11 es precedida o seguida por una operación de laminado que se realiza utilizando un tren de laminado en el cual los rodillos tienen velocidades periféricas esencialmente idénticas.
13. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual la plancha metálica está formada por dos o más capas de metal, preferiblemente dos o más capas consistentes en diferentes aleaciones de un metal o de diferentes metales.
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