INFLUENCIA DEL ENFRIAMIENTO POR VENTILACION MECANICA EN LA MICROESTRUCTURA DE BARRAS DE ACERO DE MEDIO CARBONO CON RESALTTES S-60

Transcripción

1 333 INLUNCI L NRIMINTO POR VNTILCION MCNIC N L MICROSTRUCTUR RRS CRO MIO CRONO CON RSLTTS S-60 M., Romero 1,., Hernández 1, V., Maizo 2, Montoya, Y. 2 (1)Universidad Nacional xperimental de Guayana UNG, Puerto Ordaz. (2) Laboratorio de Metalografia, pto. de Metalurgia UNPO-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 nfriamiento Inducido, Microestructura, Tamaño de Grano, Nivel de Inclusiones. I. INTROUCCIÓN 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 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. n 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. sto 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. stas se obtienen en el tren de barras. n 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.

2 334 II. SRROLLO. 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 COVNIN 316:2000; S: acero al carbono con o sin microaleantes no soldable a temperatura ambiente; 60: resistencia/límite elástico ( psi/ Kgf/cm 2 ), con límites de composición en la aleación: Tabla 1: Composición límite de la aleación LMNTO NÁLISIS COL (% MÁ.) NÁLISIS COMPROCIÓN (% MÁ.) zufre (S) 0,050 0,058 ósforo (P) 0,040 0,048 HNO3 ). La determinación de la microestructura se realizó en un Microscopio Óptico Metalúrgico, marca Olympus Modelo I70 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 STM - 45, método. Se procede igualmente a la determinación del tamaño de grano según Norma STM para evaluar su influencia en las propiedades de dichas muestras..resultados: eterminación de los niveles de inclusiones: continuación se presentan las fotomicrografías características de cada una de las muestras: 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: Tabla 2: Clasificación de las muestras MUSTRS y C y y CONICIONS CV L1 SV L1 CV l2 C 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

3 335 severidad > 5 severidad 4 severidad 3 severidad > 5 severidad 1 C igura 1: otomicrografías y muestras con ventilación Línea 1: C y muestras sin ventilación Línea 1 y muestras y 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 MUSTR TIPO (ÓIO GLOULR) Tipo (delgada) Tipo G (gruesa) severidad 5 severidad 5 C

4 336 Tabla 4: Tamaño de grano de las muestras MUSTRS TMÑO 9,49 7,83 C 9,04 9,70 9,62 9,84 igura 2: microestructuras características de muestras y con ventilación Línea 1: muestras C y muestras sin ventilación Línea 1 y muestras y con ventilación Línea 2. Se observa una estructura perlítica con ferrita en los bordes de grano característica en esta aleaciones. eterminación del tamaño de grano: a continuación se presentan los tamaños de granos característicos. iscusión 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 %). n 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. 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. 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. sta 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

5 337 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. l 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. TRNSCTIONS VOLUM 7, NUMR 8, CONCLUSIONS 1. l 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. RRNCIS ILIOGRÁICS 1. Wetscher, et al. (2007). Changes in the mechanical properties of a pearlitic steel due to large shear deformation, Mater. Sci. ng , pp González,. (2009). Relación microestructura-propiedades mecánicas en acero perlítico progresivamente trefilado. nales de Mecánica de la ractura 26, Vol. 1. Ingeniería de Materiales (Universidad de Salamanca), spaña. 3. Toribio, J. (2004). Relationship between microstructure and strength in eutectoid steels, Mater. Sci. ng , pp Song, H. et al. (2007). ffect of alloying elements on work hardening behavior in cold drawn hyper-eutectoid steel wires, Mater.Sci. ng , pp HYZK, J. T L. (2009). TH ROL O MICROSTRUCTUR ON TH STRNGTH N TOUGHNSS O ULLY PRLITIC STLS. MTLLURGICL N MTRILS