ES2640467T3 - Procedimiento para el tratamiento termomecánico del acero - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el tratamiento termomecánico del acero, calentándose el material de partida a una temperatura por encima de la temperatura de recristalización, austenizándose, manteniéndose con compensación de temperatura, deformándose después y finalmente enfriándose rápidamente hasta llegar a martensita y reviniéndose, caracterizado porque se parte de barras de acero redondas, cuya temperatura de calentamiento se compensa a lo largo de la longitud de las barras, que después se deforman mediante cilindros oblicuos, manteniéndose rectas de tal forma que se consiga una torsión del material en la zona marginal y un gradiente de deformación a lo largo de la sección transversal y desarrollándose procesos dinámicos de recristalización después de sobrepasar el grado de deformación crítico, sometiéndolas a continuación a un recalentamiento por encima de Ac3 para ser finalmente endurecidas y revenidas

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento para el tratamiento termomecanico del acero

La invencion se refiere a un procedimiento para el tratamiento termomecanico del acero segun el preambulo de la reivindicacion 1.

El documento DE 43 40 568 C2 debe deducir un procedimiento para templar de forma continuada alambre de acero que incluye los siguientes pasos:

- Calentamiento rapido del alambre a una temperatura en el intervalo de austenita a una velocidad de entre 85 y 100 °C/s;

- Mantenimiento del alambre de acero en el intervalo de austenita durante un tiempo de 10 a 60 s;

- Enfriamiento rapido del alambre de acero hasta la temperatura ambiente a una velocidad superior a 80 °C/s;

- Calentamiento rapido a la temperatura de revenido a una velocidad de 85 a 95 °C/s;

- Mantenimiento a la temperatura de revenido durante un tiempo de 60 a 100 s;

- Enfriamiento del alambre a una velocidad superior 50 °C/s habitual para un enfriamiento con agua;

Entre el paso 2 y el 3 el alambre se puede laminar justo por encima de la temperatura Ac3. A este respecto el alambre se hace ovalado en un primer punto, se lamina de forma redondeada en el segundo punto y, a continuacion, se saca por una tobera de calibrado.

En el documento DE 195 46 204 C1 se describe un procedimiento para la fabricacion de objetos altamente resistentes de un acero para temple y la aplicacion de este procedimiento para la produccion de resortes. El acero con (en % de masa) un 0,4 hasta un 0,6 % de C, hasta un 1 % de Si, hasta un 1,8 % de Mn, un 0,8 hasta un 1,5 % de Cr, un 0,03 hasta un 0,10 % de Nb, un 0 hasta un 0,2 % de V, remanente de hierro debe tratarse de la siguiente forma:

- La materia prima se recuece por disolucion en la region de austenita a temperaturas de 1050 a 1200 °C;

- Justo a continuacion la materia prima se deforma por calor a una temperatura por encima de la temperatura de recristalizacion en una primera fase;

- Justo a continuacion la materia prima se deforma por calor a una temperatura por debajo de la temperatura de recristalizacion pero por encima de la temperatura Ac3 en una segunda fase;

- A continuacion, el producto laminado se mantiene a una temperatura superior a la temperatura Ac3 para la ejecucion de otros procesos de deformacion y elaboracion, y despues

- se enfna hasta por debajo de la temperatura de martensita, despues de lo cual

- finalmente se reviene.

El documento DE 196 37 968 C2 debe deducir un procedimiento para la fabricacion termomecanica a alta temperatura de laminas de resorte para resortes de laminas y/o grnas de resortes de laminas que se basa en una fabricacion termomecanica de resortes parabolicos en dos fases. En el procedimiento se basan los siguientes pasos:

- El material de partida se tiempla a una velocidad de calentamiento de entre 4 °C/s y 30 °C/s a una temperatura de austenizacion;

- La temperatura de austenizacion asciende a 1100 □ 100 °C,

- el material se enfna desde la temperatura de austenizacion a la temperatura de la primera fase de laminado a una velocidad de enfriamiento de entre 10 °C/s y 30 °C/s.

- En primer lugar, en la primera fase se prelamina a una temperatura de 1050 □ 100 °C con una variacion de forma no constante por la longitud de la lamina de resorte de entre el 15 % y el 80 % en uno o varios puntos.

- Se enfna desde la temperatura de la primera fase de laminado a la temperatura de la segunda fase de laminado a una velocidad de enfriamiento de entre 10 °C/s y 30 °C/s.

- En la segunda fase de laminado se termina de laminar a una temperatura de 880 □ 30 °C con una variacion de forma constante de entre el 15 % y el 45 % por la longitud de la lamina de resorte en uno o varios puntos con cilindros puestos en marcha bajo carga.

Finalmente, el documento DE 198 39 383 C2 publica un procedimiento para el tratamiento termomecanico del acero para elementos de resorte sometidos a torsion, deformandose el material de partida a una temperatura por encima de la temperatura de recristalizacion y, a continuacion, a tal temperatura por encima de la temperatura de recristalizacion en al menos dos pasos de deformacion, de tal manera que da como resultado una recristalizacion dinamica y/o estatica de la austenita. La austenita del producto deformado recristalizada de esta forma se enfna rapidamente y se reviene. Para el empleo se debe emplear un acero cromo-silicio con un contenido de carbono de un 0,35 a un 0,75 % que esta microaleado con vanadio u otro elemento de aleacion.

Los procedimientos que se deben deducir para el tratamiento termomecanico de objetos que constan de acero se basan en esencia en pasos de deformacion de varias fases, siendo necesario enfriar/calentar el material de partida varias veces para generar los parametros que se ajustan mas tarde en el producto final.

La invencion se basa en el objetivo de facilitar un procedimiento para el tratamiento termomecanico del acero de

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acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1, que hace posible una mejora buscada de los parametros caractensticos orientada al perfil de carga del producto final.

Este objetivo se soluciona mediante un procedimiento con las caractensticas de la reivindicacion de patente 1.

En las reivindicaciones dependientes estan descritos configuraciones y perfeccionamientos ventajosos del procedimiento. El documento EP0974676 publica un procedimiento para el tratamiento termomecanico del acero para elementos de resorte sometidos a torsion. El procedimiento de acuerdo con la invencion preve que el material de partida se caliente en primer lugar a una temperatura por encima de la temperatura de recristalizacion y, a continuacion, se efectue una compensacion de temperatura por toda la longitud de barra. Ademas, la temperatura de calentamiento de la barra se mantiene constante casi hasta la entrada en la abertura entre cilindros. Con estos pasos de trabajo se persigue una microestructura de la barra lo mas homogenea posible tanto por su longitud como por su seccion transversal antes de la entrada en la abertura entre cilindros que es ventajosa para el proceso de deformacion siguiente. De forma condicionada por las particularidades espedficas del proceso del laminado oblicuo y por la determinacion buscada de los parametros de laminado en el proceso de deformacion de una fase se ajustan una torsion predeterminada del material en la zona marginal de la barra y un gradiente de deformacion por la seccion transversal de barra. Como la direccion de deformacion al laminar de forma oblicua oblicuamente respecto al eje de objeto laminado y el maximo de la deformacion se encuentran en la zona marginal de las barras, la extension estructural condicionada por la deformacion es marcada de forma especialmente fuerte en esta zona marginal y la orientacion estructural tiene su recorrido correspondientemente a la direccion de deformacion tambien oblicuamente respecto al eje de objeto laminado. Despues de sobrepasar el grado de deformacion cntico el proceso de recristalizacion dinamico se desarrolla de forma especialmente intensiva en esta zona marginal, de forma que se debe observar una cafda del grado de recristalizacion por la seccion transversal de barra desde fuera hacia dentro. En el recalentamiento por encima de Ac3 que sigue al proceso de deformacion se completa la recristalizacion estatica que, especialmente en la zona marginal, da como resultado la formacion de austenita de grado fino. Despues del endurecimiento y, a continuacion, revenido la zona marginal esta caracterizada por estructura fina de martensita de alta resistencia.

La invencion presenta ventajas considerables respecto a las soluciones conocidas por el estado de la tecnica. Como resultado de la combinacion de una deformacion buscada de una fase mediante laminado oblicuo y un tratamiento por calor compaginado con este, las barras tratadas presentan un perfil de resistencia por su seccion transversal que alcanza sus valores maximos en la zona marginal. La direccion de torsion de la estructura en la zona marginal de las barras redondas, generada mediante el laminado oblicuo, se corresponde con la direccion de tension principal de una pieza sometida a torsion y las caractensticas particulares de las barras que resultan de ello revelan, con ello, condiciones previas optimas para su empleo, especialmente en la industria de resortes. La distribucion estructural generada por el procedimiento de acuerdo con la invencion por la seccion transversal de barra da como resultado en las barras redondas acabadas un perfil particular que es adecuado al perfil de tension por la seccion transversal con carga de flexion y torsion.

Como para la configuracion de estos efectos de resistencia ventajosos solo es necesario un paso de deformacion y las siguientes fases de elaboracion se implementan en esencia en calor, tambien en consecuencia solo es necesario un proceso de calentamiento para el material de partida, lo que de forma condicionada por el procedimiento da como resultado un ahorro de energfa y tiempo considerable. Por ello, el procedimiento de acuerdo con la invencion se caracteriza, respecto al procedimiento conocido, no solo por una mejora de las particularidades de resistencia y dureza del producto acabado orientadas a cargas, sino ademas tambien por ventajas economicas a causa del mmimo numero de pasos de proceso.

De forma ventajosa el material de partida se calienta de forma inductiva en la forma de barras redondas a una velocidad de calentamiento de 100 a 400 K/s a una temperatura de entre 700 y 1100 °C. A continuacion, se efectua una compensacion de la temperatura de calentamiento de la barra por su longitud en un penodo de tiempo de al menos 10 segundos. Con ello se garantiza que la diferencia de temperatura por la longitud de barra no sobrepase los 5 K. Mediante un equipo de recalentamiento adecuado la temperatura de calentamiento de la barra se mantiene constante hasta la entrada en la abertura entre cilindros. La deformacion como tal se efectua mediante un laminado oblicuo en un paso en el que las barras, que permanecen rectas, pasan por la abertura entre cilindros. Independientemente del material del material de partida se deforma preferentemente en un intervalo de temperatura de 700 a 1150 °C. La relacion de diametros diametro de partida / diametro final se elige de forma que el laminado de las barras se efectue con una razon de estirado A superior a 1,3 y el maximo de la deformacion ascienda a al menos Y=0,3. Por un ajuste buscado de los parametros de laminado, como, por ejemplo, numero de giros de cilindros y velocidad de avance, y mediante una seleccion especial de contornos de cilindros con relaciones angulares se consigue que el maximo de la deformacion en la zona marginal se encuentre entre un 0,65 y un 1,0 del diametro de las barras y que se ajuste un gradiente de deformacion deseado por la seccion transversal de barra. Preferentemente el proceso de laminado oblicuo se controla de forma que en el objeto laminado no se sobrepase un aumento de temperatura local maximo de 50 K.

De forma condicionada por la deformacion despues de sobrepasar un grado de deformacion cntico se desarrollan procesos de recristalizacion dinamica que a causa de la deformacion maxima estan marcados mas fuertemente en la zona marginal que en la zona central de las barras. La influencia buscada en la configuracion de un gradiente de

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deformacion por la seccion transversal de barra conlleva que ya en el curso de la recristalizacion dinamica aparezcan primeros indicios de una distribucion estructural diferenciada por la seccion transversal de objeto laminado. As^ los estudios metalograficos en barras laminadas de acuerdo con la invencion en estado recristalizado muestran una clara reduccion de la parte de cristalita de austenita fina de la zona marginal en direccion a la zona central.

La configuracion estructural diferenciada por la seccion transversal de objeto laminado se refuerza ademas adicionalmente mediante una particularidad del laminado oblicuo. Como al laminar oblicuamente la direccion de deformacion tiene su recorrido oblicuamente respecto al eje de objeto laminado, determina una extension estructural llamativa especialmente en las zonas marginales del objeto laminado a causa de la alta deformacion. Segun la direccion de deformacion la extension estructural tambien tiene su recorrido oblicuamente respecto al eje de objeto laminado y da como resultado una torsion del material en las zonas marginales. En un desarrollo de procedimiento de acuerdo con la invencion la direccion de torsion de la estructura en la zona marginal de las barras asciende, en referencia al eje longitudinal de la barra a 35 hasta 65 grados de angulo y se corresponde, con ello, con la direccion de tension principal de una pieza sometida a torsion.

En el modo de procedimiento representado del laminado oblicuo de una fase la barra que se debe laminar pasa en toda su longitud por una abertura entre cilindros con geometna de abertura entre cilindros constante. Este modo de procedimiento se elige cuando se deben fabricar barras con un diametro que permanece igual por toda la longitud de barra. El procedimiento de acuerdo con la invencion hace posible ademas una variante de procedimiento alternativa, en la que la geometna de abertura entre cilindros en estado de funcionamiento es variada durante el recorrido de la barra que se debe laminar por la abertura entre cilindros. Este modo de trabajo flexible se realiza con una caja de laminado oblicuo, cuyos cilindros se pueden ajustar durante la deformacion en direccion axial y/o radial cuando sea necesario. De este modo el procedimiento de acuerdo con la invencion hace posible la fabricacion de barras redondas con diametro variable por la longitud de barra.

Las barras laminadas de forma oblicua se someten a un recalentamiento a una temperatura por encima de Ac3 inmediatamente despues de la salida de la caja de laminado. El recalentamiento se efectua de modo que la diferencia de temperatura por la longitud de una barra se limite a 5 K.

Segun la finalidad de utilizacion las barras laminadas de forma oblicua y recalentadas a temperatura de recristalizacion en calor, o se bobina respecto a un resorte helicoidal o se dobla respecto a un estabilizador.

A continuacion, las piezas bobinadas o dobladas se endurecen y despues se revienen.

Barras que estan previstas para la fabricacion de resortes de barras de torsion se elaboran mecanicamente en sus extremos en estado fno despues del recalentamiento, a continuacion, se calientan por encima de Ac3, se enfnan rapidamente y se revienen.

Estudios macroscopicos en las barras acabadas presentan una distribucion estructural tfpica por la seccion transversal como consecuencia de la combinacion de laminado oblicuo y tratamiento por calor de acuerdo con la invencion. La zona marginal inmediata presenta estructuras de martensita de grado fino de alta resistencia. La zona marginal presenta una extension estructural continua que tiene su recorrido oblicuamente respecto al eje de barra, cuya direccion de torsion se corresponde con la direccion de tension principal de una pieza sometida a torsion. La estructura mixta perlftica-martensttica de la zona central es de grano mas grueso que la estructura en la zona marginal y no presenta indicios de torsion.

Para el ajuste de parametros de dureza y resistencia optimos en el producto acabado, en el procedimiento de acuerdo con la invencion se utilizan como material de partida barras redondas de acero para resortes, preferentemente aceros silicios-cromos con contenidos de carbono inferiores al 0,8 %. Como alternativa estos aceros pueden estar microaleados con vanadio o mobe.

El objeto de invencion esta representado en el dibujo mediante un ejemplo de realizacion y se describe de la siguiente forma.

La unica figura muestra la estructura principal de una lmea de recorrido para el tratamiento termomecanico de barras de acero redondas de un acero silicio-cromo de acuerdo con la invencion.

Las barras que se deben tratar se calientan en un dispositivo de induccion 1 a una temperatura por encima de la temperatura de recristalizacion, austenizandose su estructura. En el presente ejemplo las barras de acero redondas se calientan a una velocidad de calentamiento de 130 K/s a una temperatura de 900 °C. En uno de los hornos de compensacion 2 conectado a continuacion del dispositivo de induccion 1 se efectua durante un tiempo de 15 s una compensacion de la temperatura de calentamiento s de las barras, de forma que el perfil de temperatura por la longitud de las barras presente un gradiente de 4K.

En este estado las barras de acero redondas templadas ahora uniformemente se introducen en un horno de mantenimiento para mantener constante su temperatura hasta la entrada en la abertura entre cilindros. Las barras calentadas se transportan mediante caminos de rodillos 6 o 7 tanto en el horno de compensacion como en el horno de mantenimiento 3.

En una caja de laminado oblicuo 4 las barras de acero redondas calentadas a 980 °C se deforman en un paso de

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laminado. A este respecto la relacion de diametros diametro de partida / diametro final se elige de forma que se trabaje con una razon de estirado media de A = 1,5 y que el maximo de la deformacion ascienda a al menos ^ = 0,3. Mediante el ajuste buscado de parametros de laminado, como, por ejemplo, el numero de giros de cilindros o la velocidad de avance y mediante una seleccion especial de contornos de cilindros con relaciones angulares espedficas se realiza el maximo de la deformacion en la zona marginal entre 0,65 y 1,0 del diametro de las barras y, con ello, se ajusta un gradiente de deformacion deseado por la seccion transversal de barra. Los parametros de laminado se compaginan mutuamente de forma que a causa del proceso de deformacion no se sobrepase un aumento de temperatura local maximo de 50 K en el objeto laminado. La direccion de deformacion que tiene su recorrido oblicuamente respecto al eje de laminado al laminar de forma oblicua causa una extension estructural marcada en las zonas marginales del objeto laminado a causa de la deformacion mas alta. Segun la direccion de deformacion esta extension estructural tiene su recorrido tambien oblicuamente respecto al eje de objeto laminado y da como resultado una torsion del material en las zonas marginales de las barras. En el desarrollo de procedimiento de acuerdo con la invencion la direccion de torsion de la estructura asciende, en referencia al eje longitudinal de las barras, a 35 hasta 65 grados de angulo y se corresponde, con ello, con la direccion de tension principal de una pieza sometida a torsion.

Despues de su salida de la caja de laminado oblicuo 4 las barras laminadas llegan a un horno de recalentamiento 5 conectado a continuacion de la estructura, en el que para garantizar una recristalizacion estatica completa se someten a un recalentamiento por encima de la temperatura Ac3. El transporte de las barras por el horno de recalentamiento 5 se efectua mediante un camino de rodillos 8. Despues de salir del horno de recalentamiento 5 las barras laminadas de forma oblicua se siguen transportando mediante un camino de rodillos de entrega 9. Desde este camino de rodillos de entrega 9 las barras se suministran a los demas pasos de elaboracion previstos.

En la figura 1 esta representada esquematicamente una lmea de produccion para la fabricacion de resortes helicoidales bobinados. Despues las barras se traspasan a una mesa elevadora 10 por el camino de rodillos de entrega 9 y llegan de ah a un banco de bobinado CNC 11, en el que se efectua el bobinado hasta llegar a resortes helicoidales en calor despues de la recristalizacion. A continuacion del proceso de bobinado las barras bobinadas a partir de ahora hasta llegar a resortes helicoidales se trasladan a una pila de endurecimiento 12 en la que se enfnan rapidamente y se transforma su estructura hasta llegar a martensita. A continuacion, los resortes helicoidales endurecidos se someten a un tratamiento de revenido no representado.

Lista de referencias

1. Dispositivo de induccion

2. Horno de compensacion

3. Horno de mantenimiento

4. Estructura de laminado oblicuo

5. Horno de recalentamiento

6. Camino de rodillos

7. Camino de rodillos

8. Camino de rodillos

9. Camino de rodillos de entrega

10. Mesa elevadora

11. Banco de bobinado CNC

12. Pila de endurecimiento

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   REIVINDICACIONES

   1. Procedimiento para el tratamiento termomecanico del acero, calentandose el material de partida a una temperatura por encima de la temperatura de recristalizacion, austenizandose, manteniendose con compensacion de temperatura, deformandose despues y finalmente enfriandose rapidamente hasta llegar a martensita y reviniendose, caracterizado porque se parte de barras de acero redondas, cuya temperatura de calentamiento se compensa a lo largo de la longitud de las barras, que despues se deforman mediante cilindros oblicuos, manteniendose rectas de tal forma que se consiga una torsion del material en la zona marginal y un gradiente de deformacion a lo largo de la seccion transversal y desarrollandose procesos dinamicos de recristalizacion despues de sobrepasar el grado de deformacion cntico, sometiendolas a continuacion a un recalentamiento por encima de Ac3 para ser finalmente endurecidas y revenidas.
2. 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque el material se calienta a una velocidad de entre 100 y 400 K/s.
3. 3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, caracterizado porque el material de partida se calienta a una temperatura de entre 700 y 1100 °C.
4. 4. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el calentamiento se efectua de forma inductiva.
5. 5. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la compensacion de la temperatura de calentamiento de la barra se efectua durante al menos 10 segundos.
6. 6. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la diferencia de temperatura a lo largo de la longitud de barra no sobrepasa los 5 K.
7. 7. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 o 6, caracterizado porque la temperatura de calentamiento de la barra se mantiene constante hasta su entrada en la abertura entre cilindros.
8. 8. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la deformacion por cilindros oblicuos se realiza en una fase.
9. 9. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el laminado oblicuo de la barra se efectua con una razon de estirado media de al menos A =1,3.
10. 10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 o 9, caracterizado porque el maximo de la deformacion en la zona marginal se encuentra entre 0,65 y 1,0 del diametro de la barra y ^ asciende a al menos 0,3.
11. 11. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque durante el laminado oblicuo no se sobrepasa un aumento de temperatura local maximo de 50 K.
12. 12. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la direccion de torsion de la estructura en la zona marginal de la barra redonda respectiva se corresponde con la direccion de tension principal de una pieza sometida a torsion.
13. 13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 12, caracterizado porque la direccion de torsion de la estructura en la zona marginal, en referencia al eje de la barra redonda, asciende a 35 hasta 65° grados de angulo.
14. 14. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque la distribucion estructural a lo largo de la seccion transversal de la barra redonda acabada presenta una zona marginal inmediata con estructura de martensita de grano fino, una zona marginal con una extension estructural continua que tiene su recorrido oblicuamente respecto al eje de barra y una zona central con una estructura mixta perlttica-martensttica.
15. 15. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque el laminado oblicuo se realiza en un intervalo de temperatura de 700 a 1150 °C.
16. 16. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque los cilindros de la caja de laminado oblicuo se orientan en direccion axial y/o radial durante la deformacion y las barras redondas se fabrican con un diametro variable a lo largo de su longitud de barra.
17. 17. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque en un recalentamiento por encima de Ac3 que sigue al laminado oblicuo la diferencia de temperatura a lo largo de la longitud de barra se limita a 5 K como maximo.
18. 18. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque se parte de acero para resortes.
19. 19. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque se parte de un

    acero cromo-silicio.
20. 20. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque se parte de un acero microaleado.
21. 21. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 20, caracterizado porque la barra 5 laminada de forma oblicua como barra de torsion permanece recta y se trabajan sus extremos.
22. 22. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 20, caracterizado porque un bobinado y/o un doblado de la barra laminada de forma oblicua se efectua en calor despues de la recristalizacion y antes del endurecimiento y el revenido.