Unexpo Vice-Rectorado Puerto Ordaz. M.Romero., B. Hernández., V. Maizo,. Montoya Y. Influencia del enfriamiento por ventilación mecánica de barras de acero de medio carbono con resaltes S-60.

333

INFLUENCIA DEL ENFRIAMIENTO POR VENTILACION MECANICA EN LA MICROESTRUCTURA DE BARRAS DE ACERO DE MEDIO CARBONO CON RESALTTES S-60 M., Romero1, B., Hernández1, V., Maizo2, Montoya, Y.2 (1)Universidad Nacional Experimental de Guayana UNEG, Puerto Ordaz. (2) Laboratorio de Metalografia, Dpto. de Metalurgia – UNEXPO-Puerto Ordaz. 

Resumen— Con la finalidad de garantizar una óptima calidad en el uso final de las cabillas con resaltes, de una aleación de acero de medio carbono, S-60 de 3/8‖ de diámetro, se realiza una caracterización de su microestructura, determinando el tamaño de grano y nivel de inclusiones, vía Microscopía óptica. Para determinar la influencia del enfriamiento inducido por ventiladores en las mesas de enfriamiento se toman muestras, corte transversal de 1cm, después del proceso de laminación con enfriamiento inducido y enfriamiento normal. Se observa una estructura perlítica-ferrítica típica de los aceros de medio carbono, además de un nivel de inclusiones dentro de los valores aceptados, lo que presume la no influencia del enfriamiento rápido en las propiedades mecánicas del producto final. Palabras clave— Enfriamiento Microestructura, Tamaño de Grano, Inclusiones.

Inducido, Nivel de

I. INTRODUCCIÓN Los aceros llamados de medio carbono, son de uso extensivo en una gran variedad de aplicaciones comunes. Se han realizado muchas investigaciones en relación a los factores que controlan la resistencia y la ductilidad en este tipo de aceros; sin embargo, el problema es muy complejo y las relaciones cuantitativas entre microestructura y propiedades mecánicas, deben tomar en cuenta un gran número de variables. Por otra parte, los diversos cambios microestructurales debidos a diversos tratamientos térmicos, influyen decisivamente .en las propiedades mecánicas, lo cual ha sido objeto de constante atención [1-2]. La

Jornadas de Investigación 2012

complejidad de las variables que se deben analizar constituye una dificultad en el análisis cuantitativo de las propiedades mecánicas; las cuales han sido sistemáticamente tabuladas en función de composiciones químicas y tratamientos térmicos aplicados lo que facilita una elección determinada de acuerdo a una necesidad específica. En las unidades operativas de laminación en caliente, su misión es fabricar, embalar y despachar productos no planos (alambrón, barras lisas y con resaltes) de la más alta calidad, compatibles con los procesos productivos, especificaciones y normativas técnicas por lo que es necesario mantener un sistema óptimo de calidad de manera de satisfacer la demanda del mercado nacional. La laminación de productos largos consiste en reducir la sección transversal de la palanquilla proveniente de la colada continua, para transformarla en alambrón, barras y rollos de acero con resaltes. Esto se realiza a través de una deformación mecánica a alta temperatura y un enfriamiento forzado posterior para lograr una microestructura y propiedades mecánicas en función del uso final. Las barras con resaltes son productos de acero de sección circular con protuberancias (resaltes) en su superficie, utilizadas en la industria de la construcción para proporcionarle a las barras mayor resistencia y en el concreto armado le da características de adherencia. Estas se obtienen en el tren de barras. En la presente investigación se trata de determinar la estructura característica de la aleación a través de microscopía óptica, después de aplicado un enfriamiento mecánico y su comparación con la no aplicación del mismo, tomando como referencias investigaciones anteriores se pretende determinar la correlación de la misma en función de las propiedades finales del producto.

Unexpo Vice-Rectorado Puerto Ordaz. M.Romero., B. Hernández., V. Maizo,. Montoya Y. Influencia del enfriamiento por ventilación mecánica de barras de acero de medio carbono con resaltes S-60.

II. DESARROLLO A. Materiales y métodos:

Una vez realizadas las coladas y laminadas las barras se toman las muestras de manera aleatoria en las mesas de enfriamiento, la aleación corresponde a un acero de medio carbono 0,36%C; S-60 COVENIN 316:2000; S: acero al carbono con o sin microaleantes no soldable a temperatura ambiente; 60: resistencia/límite elástico (60.000 psi/14.200 Kgf/cm2), con límites de composición en la aleación: Tabla 1: Composición límite de la aleación

ELEMENTO

ANÁLISIS

ANÁLISIS DE

DE

COMPROBACIÓN

COLADA

(% MÁX.)

HNO3 ). La determinación de la microestructura se realizó en un Microscopio Óptico Metalúrgico, marca Olympus Modelo IX70 utilizando un Software de análisis de materiales Image Pro Plus, versión 3.0; igualmente se procedió a realizar un análisis del nivel de inclusiones según norma Norma ASTM E- 45, método A. Se procede igualmente a la determinación del tamaño de grano según Norma ASTM E- 112 para evaluar su influencia en las propiedades de dichas muestras. B.Resultados: Determinación de los niveles de inclusiones: A continuación se presentan las fotomicrografías características de cada una de las muestras: A

(% MÁX.) Azufre (S)

0,050

0,058

Fósforo (P)

0,040

0,048

Se evaluaron por coladas las condiciones de enfriamiento ―con ventilación‖ y ―sin ventilación‖. Por cada colada se muestrearon dos palanquillas y por cada palanquilla, se tomaron tres muestras por cada condición en la línea 1 y línea 2, finalmente se cortaron transversalmente muestras de 1 cm de largo por 3/8‖ de espesor clasificándose de la siguiente manera:

B

Tabla 2: Clasificación de las muestras MUESTRAS

CONDICIONES

AyB

CV L1

CyD

SV L1

EyF

CV l2

Leyenda: CV: con ventilación; SV: sin ventilación

Microscopía óptica: una vez obtenido las muestras de las barras con resaltes de 1 cm de largo por 3/8‖ de espesor, corte transversal, se procede al desbaste correspondiente para un estudio metalográfico: lijas de 240, 320, 400 y 600 grit, seguido de pulido por paños con alúmina de 1 μm, acabado con alúmina de 0,05 μm, se procede al ataque con una Solución de nital al 3% (97cc de etanol para análisis y 3 cc de Jornadas de Investigación 2012

334

C

Unexpo Vice-Rectorado Puerto Ordaz. M.Romero., B. Hernández., V. Maizo,. Montoya Y. Influencia del enfriamiento por ventilación mecánica de barras de acero de medio carbono con resaltes S-60.

D

D E F

severidad > 5 Grado de severidad 4 Grado de severidad 3 Grado de severidad > 5

Grado de severidad 1 X X

A

E

B

F

C

Figura 1: Fotomicrografías A y B muestras con ventilación Línea 1: C y D muestras sin ventilación Línea 1 y muestras E y F muestras con ventilación Línea 2 (cortes transversales) Muestran la proporción de los niveles de inclusiones Resumen de nivel de inclusiones: Tabla 3: Niveles de inclusiones TIPO D (ÓXIDO GLOBULAR) MUESTRA Tipo D (delgada) Tipo G (gruesa) Grado de A X severidad 5 Grado de B X severidad 5 Grado de C X

Jornadas de Investigación 2012

335

Unexpo Vice-Rectorado Puerto Ordaz. M.Romero., B. Hernández., V. Maizo,. Montoya Y. Influencia del enfriamiento por ventilación mecánica de barras de acero de medio carbono con resaltes S-60.

D

Tabla 4: Tamaño de grano de las muestras MUESTRAS A B C D E F

E

F

Figura 2: microestructuras características de muestras A y B con ventilación Línea 1: muestras C y D muestras sin ventilación Línea 1 y muestras E y F con ventilación Línea 2. Se observa una estructura perlítica con ferrita en los bordes de grano característica en esta aleaciones.

Determinación del tamaño de grano: a continuación se presentan los tamaños de granos característicos.

Jornadas de Investigación 2012

336

TAMAÑO 9,49 7,83 9,04 9,70 9,62 9,84

Discusión de resultados: se observa que el nivel de inclusiones para las dos condiciones de enfriamiento son aceptables dentro del proceso de fabricación de las barras, de acuerdo a la composición de la aleación (medio carbono 0,36 %). En esta aleación se forma el acero hipoeutectoide, la reacción eutectoide rige la micro estructura resultante del acero, esta reacción es gobernada por los procesos difusivos que se llevan a cabo en el acero durante su enfriamiento. La temperatura influye en la transformación austenitaperlita, esta solo ocurre si se enfría por debajo de la temperatura de transformación eutectoide [3], con el enfriamiento mecánico se busca inducir a la formación de perlita fina la cual garantiza mayor dureza y resistencia. La combinación de estas microestructuras garantiza a su vez mayor ductilidad. Se han realizado numerosas investigaciones para determinar el espesor de estas láminas de perlita [4-5], formadas e inclusive su espaciado de ferrita-cementita, en esta investigación no se profundiza al respecto. A estas temperaturas las velocidades de difusión son relativamente elevadas y durante la difusión, los átomos de carbono pueden difundir a lo largo de distancias relativamente largas, formando láminas gruesas. A medida que disminuye la temperatura, se forman láminas más delgadas ya que la velocidad de difusión del carbono decrece. La estructura de láminas delgadas producida en la proximidad de 540 °C se denomina perlita fina. La perlita fina es más dura y resistente que la perlita gruesa. Esta velocidad de enfriamiento también influye en el tamaño y forma del grano final, evidenciando menores tamaños de grano a medida que la velocidad de enfriamiento aumenta, sin embargo no se aprecian diferencias considerables en las

Unexpo Vice-Rectorado Puerto Ordaz. M.Romero., B. Hernández., V. Maizo,. Montoya Y. Influencia del enfriamiento por ventilación mecánica de barras de acero de medio carbono con resaltes S-60.

muestras con ventilación mecánica y sin ésta. Un material con grano fino es más duro y resistente que uno que tiene granos gruesos, puesto que el primero tiene un área total de límite de grano mayor para impedir el movimiento de las dislocaciones. El afino del tamaño de grano es el único mecanismo que permite mejorar al mismo tiempo las propiedades de tenacidad y resistencia, y es por tanto un factor de gran importancia en la consecución de elevados grados de endurecimiento. CONCLUSIONES 1. El nivel de inclusiones no se considera influyente en el desempeño del material fabricado. 2. La microestructura es típica de los aceros de medio carbono, estructura perlítica con ferrita en los bordes de grano determinando propiedades mecánicas aceptables para el uso final del material. 3. No se observan diferencias significativas referidos a los tamaños de grano por lo que se presume la diferencias de condiciones de enfriamiento no influyen significativamente en la microestructura. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Wetscher, F et al. (2007). Changes in the mechanical properties of a pearlitic steel due to large shear deformation, Mater. Sci. Eng. A445-446, pp. 237-243. 2. González, B. (2009). Relación microestructura-propiedades mecánicas en acero perlítico progresivamente trefilado. Anales de Mecánica de la Fractura 26, Vol. 1. Ingeniería de Materiales (Universidad de Salamanca), España. 3. Toribio, J. (2004). Relationship between microstructure and strength in eutectoid steels‖, Mater. Sci. Eng. A387-389, pp. 227-230. 4. Song, H. et al. (2007). Effect of alloying elements on work hardening behavior in cold drawn hyper-eutectoid steel wires‖, Mater.Sci. Eng. A449-451, pp. 1147-1150. 5. HYZAK, J. ET AL. (2009). THE ROLE OF MICROSTRUCTURE ON THE STRENGTH AND TOUGHNESS OF FULLY PEARLITIC STEELS. METALLURGICAL AND MATERIALS

Jornadas de Investigación 2012

TRANSACTIONS A

1217-1224

337

VOLUME 7, NUMBER 8,