ES2326697T3 - Metodo para revestir laminas metalicas. - Google Patents
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Abstract
Un método para formar una capa metálica sobre una lámina metálica, que comprende (i) sumergir la lámina metálica en un baño de metal fundido, (ii) formar una capa metálica sobre la lámina metálica mientras que la lámina metálica pasa a lo largo de uno o más rodillos sumergidos en el baño de metal fundido, comprendiendo dicho uno o más rodillos un tambor cilíndrico que tiene una superficie periférica exterior y un revestimiento rociado térmicamente sobre la superficie periférica exterior de dicho tambor cilíndrico, y (iii) retirar del baño de metal fundido la lámina metálica a la que se le ha aplicado una capa metálica, caracterizado porque dicho revestimiento rociado térmicamente comprende, de 66 a 88 por ciento, en peso, de volframio, de aproximadamente 2,5 a 6 por ciento, en peso, de carbono, de 6 a 20 por ciento, en peso, de cobalto, y de 2 a 9 por ciento, en peso, de cromo.
Description
Método para revestir láminas metálicas.
\global\parskip0.900000\baselineskip
Esta invención se refiere a un método para
formar una capa metálica sobre una lámina metálica que utilizan los
rodillos, por ejemplo, de galvanización.
La industria del acero le otorga un alto valor
al funcionamiento de las líneas de galvanizado de manera continua.
Se asocian pérdidas significativas (energía, capacidad,
productividad, etc.) con los tiempos muertos en las líneas de
galvanizado con cinc. El ataque mediante cinc fundido y la
adherencia de la escoria de cinc limitan el tiempo que puede estar
sumergido el material férreo en un caldero con cinc. Los
revestimientos por rociado térmico se usan para revestir rodillos
sumergidos en un esfuerzo para alargar el tiempo entre las paradas
de mantenimiento.
Se usan láminas de acero galvanizadas, que
incluye láminas de acero sumergidas en cinc-aluminio
caliente, como paneles del cuerpo exterior de vehículos, materiales
resistentes a la corrosión para edificios y similares, y se
fabrican mediante procedimientos convencionales de
galvanización.
En un procedimiento típico de galvanización,
según el preámbulo de la reivindicación 1, una lámina de acero es,
en primer lugar, recocida en un horno de recocido continuo y, luego,
la lámina de acero, guiada por un rodillo que le da la vuelta, es
introducida en una baño de galvanización, donde la lámina de acero
es galvanizada mientras que pasa a lo largo de un rodillo de
inmersión, un rodillos frontal de soporte y un rodillo trasero de
soporte. Después de eso, la lámina de acero galvanizada pasa a
través de unas boquillas limpiadoras, un rodillo de apoyo y un
rodillo superior para ajustar el espesor de la capa galvanizada
resultante.
En general, los rodillos que están sumergidos en
el baño de galvanización, o que están en contacto con la lámina de
acero galvanizada a alta temperatura satisfacen, deseablemente, las
siguientes condiciones: los rodillos están sometidos únicamente a
una mínima erosión debido al metal fundido; los rodillos están
sometidos únicamente a mínima abrasión por el contacto con la
lámina de acero que pasa; cuando los rodillos se sacan del baño de
galvanización para su mantenimiento e inspección, el cinc se
desprende fácilmente de la superficie de los rodillos; los rodillos
se pueden usar durante un largo periodo de tiempo; y el coste de los
rodillos es bajo.
La Patente de EE.UU. Nº 5.316.859 describe un
rodillo para galvanización continua. La superficie del rodillo
tiene una capa aplicada mediante rociado, hecha de un material
cerametálico que se rocía, que está constituido esencialmente por
WC-Co. La capa aplicada mediante rociado está
constituida por WC, al menos un compuesto intermetálico
especificado y al menos un compuesto amorfo de
W-C-Co, y C libre, pero no contiene
W libre ni Co libre.
Los aceros resistentes al cinc fundido son
básicamente aleaciones basadas en hierro y no tienen suficiente
resistencia al ataque del cinc fundido. El coste de esas aleaciones
es mucho más alto que el de los aceros estructurales normales. Se
usan revestimientos tales como aleaciones autofundentes y
WC-Co como revestimientos rociados térmicamente
para proteger los sustratos del ataque del cinc fundido, pero no se
ha conseguido suficiente resistencia debido a la penetración del
cinc fundido a través de la porosidad interconectada y al ataque
selectivo sobre los aglomerantes metálicos.
Continúa habiendo en la técnica una necesidad de
que los rodillos puedan ser sumergidos en baños de metal fundido
durante largos periodos de tiempo y, por ello, alargar el tiempo
entre paradas de mantenimiento en, por ejemplo, los procedimientos
de galvanización. También continúa habiendo una necesidad de que los
rodillos tengan una mejorada resistencia al ataque del metal
fundido (como por ejemplo cinc fundido) y a la adherencia de
escorias.
El documento US 4.626.477 hace mención al uso de
los rodillos que tienen un revestimiento rociado térmicamente que
comprende de aproximadamente 66 a aproximadamente 88 por ciento, en
peso, de volframio, de aproximadamente 2,5 a aproximadamente 6 por
ciento, en peso, de carbono, de aproximadamente 6 a aproximadamente
20 por ciento, en peso, de cobalto, y de aproximadamente 2 a
aproximadamente 9 por ciento, en peso, de cromo, como los rodillos
alisadores en la industria textil.
Esta invención se refiere a un método para
formar una capa metálica sobre una lámina metálica que comprende
(i) sumergir la lámina metálica en un baño de metal fundido, (ii)
formar una capa metálica sobre la lámina metálica mientras que la
lámina metálica pasa a lo largo de uno o más rodillos sumergidos en
el baño de metal fundido, comprendiendo dichos uno o más rodillos
sumergidos, un tambor cilíndrico que tiene una superficie
periférica exterior y un revestimiento rociado térmicamente sobre la
superficie periférica exterior de dicho tambor cilíndrico;
comprendiendo dicho revestimiento rociado térmicamente, de
aproximadamente 66 a aproximadamente 88 por ciento, en peso, de
volframio, de aproximadamente 2,5 a aproximadamente 6 por ciento, en
peso, de carbono, de aproximadamente 6 a aproximadamente 20 por
ciento, en peso, de cobalto, y de aproximadamente 2 a
aproximadamente 9 por ciento, en peso, de cromo, y (iii) retirar
del baño de metal fundido la lámina metálica recubierta con una capa
metálica.
La Figura 1 es una fotomicrografía que muestra
la microestructura de un revestimiento de esta invención a 5000
aumentos. Los bordes de las salpicaduras que forman el revestimiento
muestran una fina capa de óxido (las flechas indican delgadas
regiones oscuras, inferiores a 1 micrómetro de espesor).
Lo que sigue describe la fabricación de los
rodillos sumergidos citados en la reivindicación 1.
Como se indicó anteriormente, un polvo de
rociado térmico para revestir la superficie periférica exterior de
un rodillo que se usa en, o en contacto con, el metal fundido
comprende de aproximadamente 66 a aproximadamente 88 por ciento, en
peso, de volframio, de aproximadamente 2,5 a aproximadamente 6 por
ciento, en peso, de carbono, de aproximadamente 6 a aproximadamente
20 por ciento, en peso, de cobalto, y de aproximadamente 2 a
aproximadamente 9 por ciento, en peso, de cromo.
Está estipulado que los polvos para el rociado
térmico sean capaces de conseguir revestimientos rociados
térmicamente que tengan las deseadas resistencia a la corrosión
debida al metal fundido, resistencia al calor, resistencia al
choque térmico, resistencia a la oxidación, y resistencia al
desgaste, especialmente para rodillos usados en procedimientos para
el chapado con metal fundido en el que una banda continua de acero
entra en un baño de cinc o de aleación de cinc (por ejemplo
aleación de cinc-aluminio) fundida y se prolonga
hacia abajo en el metal fundido hasta que pasa primero alrededor de
un rodillos sumergido (comúnmente denominado rodillo de inmersión o
rodillo del caldero) y luego continúa hacia arriba en contacto con
una serie de rodillos sumergidos para estabilizar el trayecto de la
banda a través del baño fundido. También, se proporcionan métodos
para conformar revestimientos rociados térmicamente sobre los
rodillos, usando tales polvos para el rociado térmico.
El contenido de volframio en el polvo para
rociado térmico puede oscilar entre aproximadamente 66 a
aproximadamente 88 por ciento, en peso, preferiblemente de
aproximadamente 76 a aproximadamente 86 por ciento, en peso, y más
preferiblemente de aproximadamente 78 a aproximadamente 84 por
ciento, en peso. Si el contenido de volframio es demasiado bajo, la
resistencia a la corrosión debida al metal fundido, la resistencia
al calor, y la resistencia al desgaste del revestimiento rociado
térmicamente pueden disminuir. Si el contenido de volframio es
demasiado alto, la tenacidad y la adherencia del revestimiento
rociado térmicamente puede disminuir. A medida que la tenacidad y
la adherencia del revestimiento rociado térmicamente disminuyen, la
resistencia al choque térmico del revestimiento rociado
térmicamente también puede disminuir.
El contenido de carbono en el polvo para rociado
térmico puede oscilar entre aproximadamente 2,5 a aproximadamente 6
por ciento, en peso, preferiblemente de aproximadamente 3 a
aproximadamente 5,5 por ciento, en peso, y más preferiblemente de
aproximadamente 3,5 a aproximadamente 5,2 por ciento, en peso. Si el
contenido de carbono es demasiado bajo, la resistencia a la
corrosión debida al metal fundido, la resistencia al calor, y la
resistencia al desgaste del revestimiento rociado térmicamente
pueden disminuir. Si el contenido de carbono es demasiado alto
(originando la formación de un porcentaje demasiado alto de fases
carburo), la tenacidad y la adherencia del revestimiento rociado
térmicamente pueden disminuir.
El contenido de cobalto en el polvo para rociado
térmico puede oscilar entre aproximadamente 6 y aproximadamente 20
por ciento, en peso, preferiblemente de aproximadamente 7 a
aproximadamente 13 por ciento, en peso, y más preferiblemente de
aproximadamente 7 a aproximadamente 11 por ciento, en peso. Si el
contenido de cobalto es demasiado bajo, la tenacidad y la
adherencia del revestimiento rociado térmicamente pueden disminuir.
Si el contenido de cobalto es demasiado alto, la resistencia a la
corrosión debida al metal fundido y la resistencia al desgaste del
revestimiento rociado térmicamente pueden disminuir.
El contenido de cromo en el polvo para rociado
térmico es de aproximadamente 2 a aproximadamente 9 por ciento, en
peso, preferiblemente de aproximadamente 2,5 a aproximadamente 7 por
ciento, en peso, y más preferiblemente de aproximadamente 3 a
aproximadamente 6 por ciento, en peso. Si el contenido de cromo es
demasiado bajo, la resistencia a la corrosión debida al metal
fundido, la resistencia al calor, y la resistencia a la oxidación
del revestimiento rociado térmicamente pueden disminuir. Si el
contenido de cromo es demasiado alto, la tenacidad y la adherencia
del revestimiento rociado térmicamente pueden disminuir.
En el procedimiento de galvanización, el metal
fundido ataca la fase aglomerante metálica del revestimiento
rociado térmicamente. La adición de cromo es una modificación
importante de la composición, debido a que el cromo forma en el
revestimiento una capa de óxido tenaz que actúa como una barrera
contra la corrosión debida al metal fundido. El cromo se puede
hallar en el revestimiento rociado térmicamente de muchas formas;
como un óxido en los bordes de las salpicaduras que forman el
revestimiento, como una aleación metálica de cobalto en la fase
aglomerante del revestimiento y, potencialmente, como un carburo
complejo resistente al desgaste. La capa de óxido de cromo y la
fase aglomerante de cobalto-cromo aumentan, ambas,
el tiempo requerido para que el cinc alcance el material base del
rodillo. El cinc alcanza la base del rodillo en días, o en pocas
semanas para los rodillos revestidos con WCCo sin cromo, y la
escoria se forma rápidamente sobre la superficie del revestimiento
originando defectos en la lámina de acero galvanizada.
El contenido total de volframio, carbono,
cobalto y cromo, en el polvo para rociado térmico, no será inferior
al 97%. En el caso en el que un polvo para rociado térmico contenga
componentes distintos al volframio, carbono, cobalto y cromo, el
contenido de esos otros componentes en el polvo para rociado térmico
es inferior al 3% en peso.
El tamaño medio de partícula de los polvos para
rociado térmico, útiles en esta invención, se establece
preferiblemente según el tipo de dispositivo de rociado térmico y
de las condiciones del rociado térmico usadas durante el rociado
térmico. El tamaño de partícula puede oscilar entre aproximadamente
1 y aproximadamente 150 micrómetros, preferiblemente entre
aproximadamente 5 y aproximadamente 50 micrómetros, y más
preferiblemente entre aproximadamente 10 y aproximadamente 45
micrómetros.
El tamaño medio del grano de carburo de
volframio dentro del polvo para el rociado térmico, útil en esta
invención, se establece preferiblemente según el tipo de
dispositivo para el rociado térmico y las condiciones del rociado
térmico usadas durante el rociado térmico. El tamaño del grano de
carburo de volframio puede oscilar entre aproximadamente 0,1 y
aproximadamente 10 micrómetros, preferiblemente entre
aproximadamente 0,2 y aproximadamente 5 micrómetros, y más
preferiblemente entre aproximadamente 0,3 y aproximadamente 2
micrómetros.
Se puede comenzar con granos finos de carburo de
volframio dentro del polvo para el rociado térmico, lo que favorece
la formación de fases complejas y reduce eficazmente la cantidad de
cobalto elemental que puede atacar el baño de metal fundido.
Durante el proceso de rociado térmico, algunos granos de carburo de
volframio se pueden disolver parcialmente y alearse con la fase
aglomerante de cobalto. Si los granos de carburo de volframio son
demasiado finos, se pueden disolver demasiado, o decarburizar, dando
lugar a que la resistencia al desgaste del revestimiento por
rociado térmico se vea comprometida.
Los polvos para el rociado térmico, útiles en
esta invención, se pueden producir mediante métodos convencionales
tales como aglomeración (métodos de secado por rociado y
sinterización o sinterización y triturado) o colada y triturado. En
un método de secado por rociado y sinterización, se prepara primero
una suspensión mezclando una pluralidad de polvos de la materia
prima y un medio de dispersión adecuado. Esta suspensión se granula
luego mediante secado por rociado, y se forma entonces una partícula
en forma de polvo coherente sinterizando el polvo granulado. El
polvo para el rociado térmico se obtiene luego mediante tamizado y
clasificación (si los aglomerados son demasiado grandes, se pueden
reducir de tamaño mediante trituración). La temperatura de
sinterización durante la sinterización del polvo granulado es,
preferiblemente, de 1000 a 1300ºC.
Los polvos para rociado térmico se pueden
producir mediante otra técnica de aglomeración, y un método de
sinterización y triturado. En el método de sinterización y
triturado, se forma primero una masa compacta mezclando una
pluralidad de polvos de la materia prima seguido de compresión y
luego sinterizado a una temperatura entre 1200 y 1400ºC. El polvo
para el rociado térmico se obtiene luego triturando y clasificando
la masa compacta sinterizada resultante en la distribución de
tamaños de partícula adecuada.
Los polvos para rociado térmico se pueden
producir también mediante un método de colada (masa fundida) y de
triturado en vez de mediante aglomeración. En el método de masa
fundida y triturado, se forma primero un lingote mezclando una
pluralidad de polvos de la materia prima seguido de un calentamiento
rápido, colada y luego enfriamiento. El polvo para el rociado
térmico se obtiene luego triturando y clasificando el lingote
resultante.
En general, los polvos para el rociado térmico
se pueden producir mediante procedimientos convencionales tales como
los siguientes:
(i) Método de secado por rociado y sinterización
- se mezcla WC, Co y Cr en una suspensión y luego se granula por
rociado. El polvo aglomerado se sinteriza luego a alta temperatura
(al menos a 1000ºC) y se tamiza hasta una distribución de tamaños
de partícula adecuada para el rociado;
(ii) Método de colada y triturado - se sinteriza
WC, Co y Cr a alta temperatura en una atmósfera inerte o de gas
hidrógeno (que tiene una baja presión parcial de oxígeno) y se
tritura luego mecánicamente y se tamiza hasta una distribución de
tamaños de partícula adecuada para el rociado;
(iii) Método de colada y triturado - se funde
WC, Co y Cr en un crisol (se puede usar un crisol de grafito para
añadir C) y luego la pieza colada resultante se tritura
mecánicamente y se tamiza;
(iv) Método de partícula revestida - las
superficies de las partículas de WC son sometidas a chapado con Co y
Cr; y
(v) Método de densificación - el polvo producido
en uno cualquiera de los procedimientos anteriores (i)-(iv) se
calienta mediante llama de plasma o láser y se tamiza (procedimiento
de densificación con plasma o de densificación con láser).
El tamaño medio de partícula de cada polvo de la
materia prima es, preferiblemente, no inferior a 0,1 micrómetros y
más preferiblemente no inferior a 0,2 micrómetros, pero
preferiblemente no superior a 10 micrómetros. Si el tamaño medio de
partícula del polvo de la materia prima es demasiado pequeño, los
costes pueden aumentar. Si el tamaño medio de partícula del polvo
de la materia prima es demasiado grande, puede llegar a ser difícil
dispersar uniformemente el polvo de la materia prima.
Las partículas individuales que componen el
polvo para el rociado térmico tienen, preferiblemente, suficiente
resistencia mecánica para mantenerse coherentes durante el
procedimiento de rociado térmico. Si la resistencia mecánica es
demasiado pequeña, las partículas de polvo pueden deshacerse
atascando la boquilla o acumularse sobre las paredes interiores del
dispositivo para el rociado térmico.
El procedimiento de revestimiento implica hacer
fluir el polvo a través de un dispositivo para el rociado térmico
que calienta y acelera el polvo sobre la base del rodillo
(sustrato). Tras el impacto, la partícula calentada se deforma
dando como resultado una lamela o salpicadura. El solapamiento de
las salpicaduras compone la estructura del revestimiento. En la
Patente de EE.UU. Nº 2.714.563 se describe un procedimiento de
detonación, útil en esta invención. El procedimiento de detonación
está descrito además en las Patentes de EE.UU. números 4.519.840 y
4.626.476 que incluyen revestimientos que contienen composiciones de
carburo de volframio, cobalto y cromo. La Patente de EE.UU. Nº
6.503.290, cuya descripción se incorpora aquí como referencia,
describe un procedimiento con combustible y oxígeno a alta
velocidad, útil en esta invención, para aplicar composiciones que
contienen W, C, Co y Cr.
Como también se indicó anteriormente, un
procedimiento para preparar un rodillo para usarlo dentro de, o en
contacto con, un metal fundido comprende (i) proporcionar un rodillo
que tenga una superficie periférica exterior, y (ii) rociar
térmicamente un revestimiento sobre la superficie periférica
exterior de dicho rodillo, comprendiendo dicho revestimiento
aplicado térmicamente de aproximadamente 66 a aproximadamente 88 por
ciento, en peso, de volframio, de aproximadamente 2,5 a
aproximadamente 6 por ciento, en peso, de carbono, de
aproximadamente 6 a aproximadamente 20 por ciento, en peso, de
cobalto y de aproximadamente 2 a aproximadamente 9 por ciento, en
peso, de cromo.
En la etapa de formación del revestimiento, los
polvos para el rociado térmico se aplican térmicamente sobre la
superficie de un rodillo y, como resultado, se forma sobre la
superficie del rodillo un revestimiento rociado térmicamente. El
rociado con combustible-oxígeno a alta velocidad, o
con una pistola para revestimiento por detonación son los métodos
preferibles para rociar térmicamente los polvos para el rociado
térmico. Otros procedimientos de formación de revestimiento
incluyen el rociado con soplete de plasma, arco eléctrico con
transferencia de plasma (PTA), rociado a la llama, o revestimiento
con láser.
El método para formar un revestimiento rociado
térmicamente incluye preparar un polvo para el rociado térmico que
contiene de aproximadamente 66 a aproximadamente 88 por ciento, en
peso, de volframio, de aproximadamente 2,5 a aproximadamente 6 por
ciento, en peso, de carbono, de aproximadamente 6 a aproximadamente
20 por ciento, en peso, de cobalto y de aproximadamente 2 a
aproximadamente 9 por ciento, en peso, de cromo; rociar térmicamente
el polvo para el rociado térmico sobre un rodillo con el fin de
formar un revestimiento de rociado térmico sobre la superficie del
rodillo; y aplicar un agente para el tratamiento de sellado sobre el
revestimiento de rociado térmico formado sobre la superficie del
rodillo, conteniendo el agente de tratamiento de sellado
silicato-nitruro de boro. Véase, por ejemplo, la
Patente de EE.UU. Nº 5.869.144.
Se aplica un agente para el tratamiento de
sellado sobre el revestimiento rociado térmicamente formado sobre
la superficie del sustrato en la anteriormente mencionada etapa de
formación del revestimiento. El agente para el tratamiento de
sellado es un agente que contiene silicato-nitruro
de boro. El agente para el tratamiento de sellado se aplica, por
ejemplo, mediante inmersión, revestimiento con brocha, o rociado.
Véase, por ejemplo, la Patente de EE.UU. Nº 5.869.144.
El compuesto obturador, por ejemplo
silicato-nitruro de boro, puede proporcionar
excelente resistencia al metal fundido, especialmente al cinc
fundido, y el compuesto obturador se aplica preferiblemente al
rodillo que está en contacto con, o sumergido en, el metal fundido.
El cinc fundido ataca a metales tales como el acero y similares y
penetra fácilmente en los pequeños agujeros o huecos, de magnitud
micrométrica, debido a su baja tensión superficial y viscosidad.
Se dispone de un compuesto obturador de silicato
y nitruro de boro para rodillos revestidos térmicamente que está
previsto que entren en contacto con, o que estén sumergidos en, un
metal fundido. El compuesto obturador proporciona resistencia al
ataque del metal fundido y minimiza la acumulación de óxidos,
escorias (es decir, aleaciones intermetálicas o compuestos de, pero
no limitados a, cinc, hierro, aluminio, y sus combinaciones) y
similares, sobre la superficie
de los rodillos. El compuesto obturador de silicato-nitruro de boro es fácil de aplicar y eficaz en el coste al producirlo.
de los rodillos. El compuesto obturador de silicato-nitruro de boro es fácil de aplicar y eficaz en el coste al producirlo.
El material para el sellado exhibe la
resistencia deseada al ataque del metal fundido, como por ejemplo el
cinc fundido, y una anti-mojabilidad, haciéndolo
así idealmente adecuado para revestir materiales estructurales,
tales como rodillos, que está previsto que sean usados en, o que
estén en contacto con, cinc o aleaciones de cinc fundidos.
Un compuesto obturador ilustrativo, útil en esta
invención, se puede preparar como sigue:
(a) preparar una solución acuosa que contenga
silicato y nitruro de boro;
(b) aplicar la solución sobre la superficie del
rodillo, revestida mediante rociado aplicado térmicamente, que se
va a sellar; y
(c) calentar el rodillo revestido en un
intervalo de temperaturas adecuado para retirar sustancialmente el
agua del revestimiento.
Por consiguiente, se usa un compuesto obturador
que tiene una excelente resistencia al metal fundido, especialmente
al cinc fundido, y el compuesto obturador minimiza la acumulación de
óxidos, de escorias y similares cuando se usa en contacto con un
metal fundido tal como el cinc. El compuesto obturador comprende una
solución acuosa de silicato y nitruro de boro que se puede aplicar
a la superficie de un artículo como una pintura, mediante rociado,
como por ejemplo mediante rociado térmico, o usando cualquier otra
técnica convencional.
Preferiblemente, la solución acuosa del
compuesto obturador puede contener de aproximadamente 6 a
aproximadamente 18 por ciento, en peso, de sólidos de nitruro de
boro (BN), de aproximadamente 9 a aproximadamente 26 por ciento, en
peso, de sólidos de siliciluro (sílice-óxidos metálicos totales) y
el resto agua. Más preferiblemente, la solución acuosa de compuesto
obturador puede contener de aproximadamente 9 a aproximadamente 15
por ciento, en peso, de sólidos de nitruro de boro, de
aproximadamente 13 a aproximadamente 24 por ciento, en peso de
sólidos de siliciluro, y el resto agua.
Después de aplicar la solución acuosa al
rodillo, se deberá secar para retirar sustancialmente todo el agua.
Preferiblemente, el agua en el revestimiento deberá reducirse al 10%
o menos del agua usada en la solución acuosa y, preferiblemente, se
deberá reducir al 5% o menos del agua usada en la solución acuosa.
Para asegurar la retirada del agua, el nitruro aplicado se deberá
calentar por encima de 100ºC durante un periodo de tiempo para
reducir el agua en el revestimiento al 5% o menos. Generalmente, un
periodo de tiempo de aproximadamente 1 a aproximadamente 10 horas
sería suficiente, prefiriéndose un periodo de tiempo de
aproximadamente 4 a aproximadamente 8 horas. Es preferible calentar
el artículo revestido por encima de 100ºC ya que el agua en la
solución no se puede evaporar de forma eficaz por debajo de 100ºC.
Un agua residual excesiva puede dar como resultado grietas en la
capa del compuesto obturador cuando se calienta rápidamente hasta la
temperatura del cinc fundido que es de aproximadamente 470ºC.
Las soluciones adecuadas de silicatos pueden
contener 26,5 por ciento, en peso, de SiO_{2}, 10,6 por ciento,
en peso, de Na_{2}O, siendo el resto agua; 20,8 por ciento, en
peso, de K_{2}O, 8,3 por ciento, en peso, de SiO_{2}, siendo el
resto agua; y 28,7 por ciento, en peso, de SiO_{2}, 8,9 por
ciento, en peso, de Na_{2}O, siendo el resto agua. Está también
dentro del alcance de esta invención usar dos componentes M_{2}O
diferentes, como por ejemplo una mezcla de Na_{2}O y K_{2}O.
Una vez que se deposita el compuesto obturador
sobre el rodillo revestido por rociado térmico y que el agua se
retirada sustancialmente, puede contener de aproximadamente 15 a
aproximadamente 70 por ciento, en peso, de nitruro de boro y
aproximadamente 30 a aproximadamente 85 por ciento, en peso, de
silicato, preferiblemente de aproximadamente 31 a aproximadamente
56 por ciento, en peso, de nitruro de boro, y de aproximadamente 44
a aproximadamente 69 por ciento, en peso, de silicato, y muy
preferiblemente de aproximadamente 41,5 a aproximadamente 47,5 por
ciento, en peso, de nitruro de boro, y aproximadamente de 52,5 a
aproximadamente 58,5 por ciento, en peso, de silicato. El compuesto
obturador de silicato-nitruro de boro resistirá la
acumulación de óxido y de escoria que, generalmente, se adhiere al
rodillo cuando está en contacto con un metal fundido, tal como cinc
fundido. La cantidad de nitruro de boro sería suficiente para
proporcionar una superficie no pegajosa, mientras que el silicato
se usa para mantener el nitruro de boro sobre la superficie del
rodillo, sellando así el rodillo frente a la penetración del metal
fundido, tal como cinc fundido.
Para potenciar la penetración del compuesto
obturador en los poros de la superficie del rodillo, se puede
añadir un agente humectante adecuado, como por ejemplo diversos
estearatos, fosfatos o detergentes domésticos corrientes.
Preferiblemente, una cantidad de aproximadamente 2 por ciento, en
peso, o menos, sería suficiente para la mayoría de las
aplicaciones. El nitruro de boro que se va a usar puede ser muy
puro, o puede estar mezclado con arcillas, alúminas, sílice y
carbono.
Según esta invención, los rodillos que está
previsto que se usan con cinc fundido están revestidos, en primer
lugar, mediante rociado térmico con una capa protectora de carburo
de volframio, cobalto y cromo. El compuesto obturador se puede
depositar luego sobre el revestimiento para impedir la penetración
de cinc fundido en el sustrato del rodillo, y también para
minimizar la acumulación de óxidos y/o escorias, sobre la superficie
del rodillo revestido, procedente del cinc fundido.
El revestimiento de rociado térmico, formado
mediante el método para formar revestimiento de rociado térmico,
según esta invención, puede tener la deseada resistencia a la
corrosión debida al metal fundido, resistencia al calor,
resistencia al choque térmico, resistencia a la oxidación, y
resistencia al desgaste.
Se aplica un revestimiento de rociado térmico a
la superficie de un rodillo usado para galvanización, en el que el
rodillo revestido tiene una excelente resistencia a la corrosión
frente al cinc fundido o a la aleación de Zn-Al
fundida. El rodillo revestido es eficaz para la formación de una
capa galvanizada sobre una lámina de acero que tenga una operación
de galvanización mejorada y alta productividad. Como resultado de la
invención, se pueden producir láminas de acero galvanizadas que
tengan una excelente calidad.
La capa aplicada por rociado tiene un espesor de
aproximadamente 0,02 a aproximadamente 1 milímetro y una porosidad
de no más de aproximadamente el 5,0%. La capa aplicada por rociado
tiene un espesor, más preferible, de aproximadamente 0,05 a
aproximadamente 0,5 milímetros y una porosidad de no más de
aproximadamente el 2,5%. La capa aplicada por rociado tiene un
espesor, muy preferible, de aproximadamente 0,07 a aproximadamente
0,2 milímetros, y una porosidad de no más de aproximadamente el
1,5%. Si el revestimiento es demasiado delgado, la escoria se
pegará a la superficie en un corto periodo de tiempo. Si el
revestimiento es demasiado grueso, las tensiones de expansión
térmica podrían conducir a la formación de grietas.
Los rodillos revestidos, usados por esta
invención, pueden exhibir resistencia al ataque o a la corrosión
procedente del cinc fundido produciendo una vida más larga para los
rodillos revestidos por rociado térmico. También, el revestimiento
por rociado térmico se puede aplicar con una rugosidad superficial
concreta para soportar mejor un revestimiento barrera y resistir la
adherencia de la escoria de cinc.
El ataque por parte del cinc fundido, y la
adherencia de la escoria de cinc, limitan el tiempo que puede estar
sumergido el material ferroso en un caldero con cinc. Los materiales
del rociado térmico de esta invención se usan para revestir
rodillos que se sumergen en baños de metal fundido en un esfuerzo
para alargar el tiempo entre paradas de mantenimiento. La adición
de cromo muestra la capacidad de alargar la vida de los
rodillos.
\global\parskip1.000000\baselineskip
El material de carburo de volframio, cobalto y
cromo aplicado mediante procedimientos de detonación o de
combustible y oxígeno, a alta velocidad, pueden proporcionar una
vida aumentada del equipo en las líneas de galvanización y de
recocido y galvanización.
En un procedimiento típico para chapar con metal
fundido, una banda continua de acero pasa a un baño de aleación de
cinc o de cinc fundidos y se extiende hacia abajo, en el metal
fundido, hasta que pasa alrededor de un primer rodillo sumergido
(comúnmente denominado rodillo den inmersión o rodillo del caldero)
y luego continúa hacia arriba en contacto con una serie de rodillos
sumergidos para estabilizar el trayecto de la banda a través del
baño fundido. En semejante procedimiento de galvanización, el
rodillo de inmersión, así como los rodillos estabilizadores, están,
normalmente, soportados por brazos que se proyectan a lo largo de
los lados del caldero de metal fundido hacia el baño de metal
fundido. Los propios rodillos están, a su vez, soportados por
montajes portadores. Estos montajes portadores comprenden
generalmente un manguito montado sobre el extremo proyectante del
eje del rodillo y un elemento portador sobredimensionado, o un
casquillo montado sobre el extremo del brazo soporte del
rodillo.
La alta temperatura (que oscila entre
aproximadamente 419ºC y aproximadamente 700ºC) del baño de aleación
de cinc o de cinc fundidos, en combinación con las altas cargas de
tracción que se requiere que sean mantenidas en la banda para
controlar su movimiento a alta velocidad a través del aparato de
chapado, da como resultado el rápido desgaste del rodillo y de los
montajes que soportan el rodillo. Con el desgaste del rodillo
aumentado, el ataque del metal fundido a los rodillos se hace más
probable. Los rodillos revestidos rociados térmicamente, usados en
el método según esta invención, pueden exhibir excelente resistencia
al ataque del metal fundido y anti-mojabilidad.
Como se indicó anteriormente, esta invención se
refiere a un método para formar una capa metálica sobre una lámina
metálica que comprende (i) sumergir la lámina metálica en un baño de
metal fundido, (ii) formar una capa metálica sobre la lámina
metálica mientras que la lámina metálica pasa a lo largo de uno o
más rodillos sumergidos en el baño de metal fundido, comprendiendo
dicho uno o más rodillos sumergidos un tambor cilíndrico que tiene
una superficie periférica exterior y un revestimiento rociado
térmicamente sobre la superficie periférica exterior de dicho
tambor cilíndrico; comprendiendo dicho revestimiento rociado
térmicamente, de aproximadamente 66 a aproximadamente 88 por
ciento, en peso, de volframio, de aproximadamente 2,5 a
aproximadamente 6 por ciento, en peso, de carbono, de
aproximadamente 6 a aproximadamente 20 por ciento, en peso, de
cobalto, y de aproximadamente 2 a aproximadamente 9 por ciento, en
peso, de cómo, y (iii) retirar del baño de metal fundido la lámina
metálica recubierta con una capa metálica.
En la capa aplicada por rociado térmico, formada
sobre el rodillo para galvanización, el espesor de la capa es un
factor importante. Cuando el rodillo revestido se sumerge en un baño
de galvanización a alta temperatura y se saca de allí levantándolo,
se origina una tensión interna, basada en la diferencia del
coeficiente de expansión térmica entre la capa aplicada y el
sustrato del rodillo, acorde con el cambio térmico. A medida que
crece la diferencia del coeficiente de expansión térmica, la capa
aplicada tiene tendencia a desprenderse del sustrato del rodillo.
Concretamente, una parte de la capa aplicada puede separarse del
sustrato del rodillo de forma diseminada, en lo que se denomina
picado. Por eso, cuando el espesor de la capa aplicada es demasiado
grueso, se desprende fácilmente del sustrato del rodillo debido a la
diferencia del coeficiente de expansión térmica; mientras que
cuando el espesor es demasiado delgado, los poros se forman
fácilmente y, por lo tanto, el cinc caliente penetra en el interior
de la capa aplicada para disminuir la resistencia a la solución del
baño de galvanización.
El espesor de la capa aplicada por rociado
térmico puede variar desde aproximadamente 0,01 hasta
aproximadamente 2,0 milímetros. Cuando el espesor está, por arriba,
fuera del intervalo, la capa aplicada se puede desprender, y
también puede aumentar el coste junto con el aumento del coste del
material que se va a rociar.
La capa de rociado térmico puede consistir en
carburos metálicos, M_{x}C (donde M represente el metal y uno o
más de los elementos siguientes; W, Co y Cr); aglomerante metálico,
CoCr (Co libre y Co en solución con Cr); y una capa protectora,
Cr_{2}O_{3}, que puede proteger a los carburos, el aglomerante,
y los bordes de las salpicaduras de las partículas resultantes. Las
fases de M_{x}C pueden consistir en MC, M_{2}C, M_{6}C,
M_{9}C y M_{12}C; que da como resultado formulaciones de
carburos dentro de la familia de W_{x}Co_{y}Cr_{z}C. Las
fases carburo predominantes de esta invención son WC, mayoritario, y
W_{2}C, minoritario, (x = 1 ó 2, y y z = 0).
Las fases de carburos complejos son difíciles de observar, pero
podrán estar presentes en pequeñas cantidades, especialmente en las
regiones donde las fases carburo mayoritario y minoritario se han
disuelto en la matriz metálica. Los carburos que precipitan a partir
de la solución pueden contener Co y Cr. Esta capa rociada
térmicamente se forma sobre la superficie de un rodillo usado en el
procedimiento de galvanización. Esta capa aplicada por rociado
puede exhibir resistencia a la corrosión debida al cinc caliente o
a un baño de galvanización que contenga de aproximadamente 0,05 a
aproximadamente 5% en peso de Al. Usando semejante capa aplicada
por rociado térmico, se puede disponer de una operación de
galvanización estable, una alta productividad y una mejora en la
calidad de la lámina de acero galvanizada y en la recocida y
galvanizada.
Se proporcionan los siguientes ejemplos para
describir más los rodillos usados en el método según la invención.
Los ejemplos están pensados para que sean ilustrativos en su
naturaleza, y no se van a interpretar como limitadores del alcance
de la invención.
Los ejemplos listados en la Tabla 1 de abajo son
revestimientos rociados térmicamente, aplicados al sumergir
muestras que se situaron en baños de galvanización y de
galvanización con recocido (cinc fundido con ligeras adiciones de
Al, menos del 5%) durante la fabricación de la lámina de acero. Los
revestimientos se aplicaron mediante un procedimiento de detonación
o mediante un procedimiento con combustible y oxígeno a alta
velocidad (HVOF). La totalidad de las muestras sumergidas tuvieron
un tratamiento de sellado que incluía nitruro de boro, según se
describe aquí. Los ejemplos se listan en la Tabla I mostrando la
composición (tanto por ciento en peso), procedimiento de rociado
térmico, método de fabricación del polvo (incluyendo el tamaño del
carburo de volframio de partida), el comportamiento cualitativo
basado en la adherencia del cinc y de la escoria, y comentarios
adicionales.
\vskip1.000000\baselineskip
Como se muestra en la Tabla 1, el
WC-10Co-4Cr y el
WC-8Co-6Cr aplicados mediante HVOF
(pistola JP-5000) y pistola de detonación (ejemplos
E, G, H e I) no fueron mojados por el cinc fundido (con
0,1-0,25% de Al), y ni el cinc ni la escoria
(aluminuros de hierro) se pegaron a las superficies de los rodillos
revestidas. Una muestra de control revestida con
WC-11Co aplicado mediante una pistola de detonación
(oferta estándar), se cubrió de cinc.
Además del grado de resistencia al cinc fundido
exhibido por los revestimientos, los revestimientos de WCCoCr de
esta invención pueden tener una superficie concreta (rugosidad
superficial y contenido de óxidos) que permita una mejor adherencia
del revestimiento barrera o del sellador.
Claims (9)
1. Un método para formar una capa metálica sobre
una lámina metálica, que comprende (i) sumergir la lámina metálica
en un baño de metal fundido, (ii) formar una capa metálica sobre la
lámina metálica mientras que la lámina metálica pasa a lo largo de
uno o más rodillos sumergidos en el baño de metal fundido,
comprendiendo dicho uno o más rodillos un tambor cilíndrico que
tiene una superficie periférica exterior y un revestimiento rociado
térmicamente sobre la superficie periférica exterior de dicho tambor
cilíndrico, y (iii) retirar del baño de metal fundido la lámina
metálica a la que se le ha aplicado una capa metálica,
caracterizado porque dicho revestimiento rociado
térmicamente comprende, de 66 a 88 por ciento, en peso, de
volframio, de aproximadamente 2,5 a 6 por ciento, en peso, de
carbono, de 6 a 20 por ciento, en peso, de cobalto, y de 2 a 9 por
ciento, en peso, de cromo.
2. El método de la reivindicación 1, en el que
el revestimiento rociado térmicamente tiene un espesor de
aproximadamente 0,01 a aproximadamente 2,0 milímetros.
3. El método de la reivindicación 1, en el que
el revestimiento rociado térmicamente tiene una porosidad no
superior a aproximadamente el 2,0%.
4. El método de la reivindicación 1, en el que
el revestimiento rociado térmicamente tiene una rugosidad
superficial suficiente para adherir un revestimiento barrera sobre
el revestimiento rociado térmicamente.
5. El método de la reivindicación 1, que
comprende además un revestimiento para un tratamiento de sellado
sobre el revestimiento rociado térmicamente, formado sobre la
superficie periférica exterior del rodillo.
6. El método de la reivindicación 5, en el que
el revestimiento del tratamiento de sellado comprende un
revestimiento de silicato-nitruro de boro.
7. El método de la reivindicación 1, en el que
dicho revestimiento rociado térmicamente se forma mediante un
método de revestimiento por plasma, un método de revestimiento con
combustible y oxígeno a alta velocidad, o un método de revestimiento
por detonación.
8. El método de la reivindicación 1, en el que
el rodillo se usa en galvanización.
9. El método de la reivindicación 1 que
comprende galvanizar una lámina de acero.
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