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Jornadas SAM – CONAMET – AAS 2001, Septiembre de 2001
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DETERMINACION DEL EFECTO DE LA GLOBULIZACION DE LA
PERLITA EN LAS PROPIEDADES FISICAS DE E Y R EN ACEROS
UTILIZADOS EN PRODUCTOS PLANOS
J. O. Tormo, S.A. Schwartz.
Instituto Argentino de Siderurgia, Sector Laminación y Productos. Avda. Central y 19 Oeste
San Nicolás. [email protected]; [email protected]
RESUMEN
Se estudió el efecto producido por la globulización de la perlita en las propiedades
mecánicas tensión de fluencia (E), tensión de rotura (R) y alargamiento (A%), de distintos
aceros con diferentes microaleantes (V, Nb, Ti). El efecto de globulización que se estudia en
el presente trabajo es el producido por el tiempo de exposición, del material, a distintas
temperaturas, normalmente usadas durante el proceso de bobinado en la laminación en
caliente de productos planos.
El objetivo de la determinación de las caídas de propiedades de los aceros por éste
fenómeno de globulización, es poder establecer la aptitud, a lo largo de toda una bobina de
chapa, laminada en caliente una vez que ésta se encuentre a temperatura ambiente.
La globulización de la perlita está en función directa a la temperatura y el tiempo de
exposición, cómo también al tipo de microaleantes que tenga el material.
La importancia de determinar la evolución de E y R es debido a que en un acero
expuesto a una misma temperatura durante mayor tiempo, se puede encontrar una diferencia
en la tensión de rotura entre 2 y 6 Kg/mm2 menos, a la exposición más prolongada, por efecto
de la globulización de la perlita, dependiendo del tipo de acero.
Palabras claves
Propiedades físicas, Microaleados, Globulización perlita, Laminación en caliente.
INTRODUCCIÓN
La perlita por definición [1] es un constituyente eutectoide formado por capas alternadas
de ferrita y cementita.
Puede ser gruesa, normal o fina, las características que las diferencian así son su
distancia interlaminar promedio y sus durezas.
Las características generales de resistencias y alargamiento son de 80 Kg/mm2 y de 15
% aproximadamente, respectivamente.
Tanto los espesores de las láminas constitutivas de la perlita, la dureza, la resistencia y
el alargamiento en un acero de bajo carbono, son valores que están en función de la
temperatura de transformación, el tiempo de exposición a la misma y la velocidad de
enfriamiento a la que es sometido el material.
Con relación al espesor de las láminas constitutivas de la perlita, este varía según la
temperatura de transformación, siendo este mayor cuanto más elevada es la temperatura de
transformación; además disminuye la distancia interlaminar, aumentando así la dureza. Por el
contrario haciéndose la estructura cada vez más fina al descender la temperatura de
formación.
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Tormo Jorge, Schwartz Silvana.
Si la transformación se verifica a temperaturas inferiores, pero muy próximas a Ae1,
como la duración de la transformación es muy larga, la cementita no adopta la clásica
disposición laminar, sino que se presenta en forma globular, sobre todo si se han empleado
temperaturas de austenitización muy próximas al punto Ac3 (eutectoide). [2]
El objetivo de la determinación de las caídas de propiedades de los aceros por éste
fenómeno de globulización, es poder establecer la aptitud de chapa laminada en caliente
almacenada en forma de bobina. Esta forma de almacenamiento por su disposición está
sometida a distintos gradientes de temperatura en el enfriamiento.
El fenómeno de globulización, a parte de estar directamente relacionado con la
temperatura de inicio de transformación y el tiempo en el cual estuvo expuesto a la misma, se
encuentra ligado a la composición química del material (microaleantes, porcentajes de C, Mn,
etc.).
La importancia de determinar la evolución de E y R es debido a que en un mismo acero
expuesto a una misma temperatura por más tiempo se puede encontrar una diferencia en la
tensión de rotura de alrededor de 2 a 6 Kg/mm2 . A mayor tiempo de exposición a igual
temperatura es cuando bajan los valores por la globulización de la perlita, entre otros motivos.
En el caso de igual tiempos de exposición, y distintas temperaturas, se observan caídas
de hasta 7 Kg/mm2 para los aceros al V y de 8 Kg/mm2 para aceros al Nb-Ti-C-Mn. En ambos
casos los tiempos en horno son de 60 minutos.
METODO EXPERIMENTAL
A continuación se detallan en la tabla Nº 1 las composiciones químicas de los aceros
utilizados en el presente estudio.
V
Ti-Nb-CMn
C
Tabla Nº 1. Composición química de los materiales.
N2
C
Mn
Al
Si
P
S
Ti
V
ppm
0.147 1.150
69
0.034 0.146 0.009 0.002
0.04
0.137 1.165
50
0.032 0.155 0.016 0.003 0.023
0.150
1.126
59
0.032
0.14
Nb
0.033
0.013 0.005
Una vez seleccionados los materiales, muestreados, y construidas las probetas, se
realizaron los tratamientos térmicos a 5 temperaturas (600ºC, 625ºC, 650ºC, 675ºC y 700 ºC),
y tres diferentes tiempos (15´, 30´, y 60´) de permanencia en horno para cada una de las
temperaturas.
El horno utilizado para los tratamientos térmicos es marca LINDBERG, calibrado para
esta experiencia a partir de los 600ºC. El mismo posee control automático de temperatura.
Todos los ensayos de horno se realizaron con atmósfera de argón.
Posteriormente se realizaron ensayos de tracción (E, R y alargamiento) y observaciones
metalográficas.
Las probetas de tracción se extrajeron de chapas laminadas en caliente, en el sentido
longitudinal a la laminación. Las probetas se fabricaron según norma IRAM-IAS U500-102
con la única diferencia que en uno de sus extremos se hizo una prolongación de 5mm, para las
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posteriores observaciones metalográficas. Las probetas se redimensionaron, en su longitud,
para la utilización en los ensayos físicos.
Esta metodología, de prolongar las probetas para los T.T., se tomó para asegurar que los
resultados de los ensayos físico correspondieran a las metalografías del mismo tratamiento
térmico.
El porcentaje de perlita y ferrita de la estructura y el porcentaje de perlita globulizada,
se midió con un analizador de imágenes en microscopía óptica por relación de área.
Los tamaños de grano perlíticos se determinaron con el mismo equipo calculando el
área promedio de los granos y luego utilizando la norma ASTM E 112.
Procedimiento:
Para cada temperatura, tiempo de exposición y material se procedió de la siguiente manera:
1- Ingreso de la temperatura deseada en el controlador del horno.
2- Una vez que el horno llegó a temperatura, se mantuvo 5´ el horno vacío para lograr
homogenizarlo.
3- Se colocó la muestra en el horno con atmósfera controlada durante el tiempo
estipulado para cada ensayo (15, 30 ó 60 min).
4- Por último se dejo enfriar en el horno hasta los 400ºC, siendo finalmente extraídas.
Una vez que las probetas se encontraban a temperatura ambiente se realizaron las
tracciones de las probetas y las metalografías.
RESULTADOS
En las tablas Nº 2, 3 y 4 se detallan los resultados de los ensayos de tracción para cada
acero. Mostrándose los resultados de fluencia (E), rotura (R) y alargamiento (A%).
En las cuatro tablas se presenta en la primer columna (AR) los valores característicos de
referencia, para cada material sin tratamientos térmicos y en condiciones de temperaturas de
bobinado y de enfriamiento óptimas. Con un grano perlítico totalmente laminar.
Comparando los valores recién descriptos (AR), se puede observar que el
comportamiento de los aceros que contienen microaleantes, es mayor el valor de tensión de
rotura que el del acero al C. Mientras que entre los microaleantes, el acero al (V, Ti, C, Mn)
es el de mayor tensión de rotura.
Las tendencias generales, de los valores de tensión de rotura tienden a disminuir a
medida que la temperatura y el tiempo de exposición van aumentando. Esta es una tendencia
que se cumple para todos los aceros, siendo mayor en unos que en otros, dependiendo
fundamentalmente de sus composiciones químicas.
Tabla Nº 2. Resultados de acero al Vanadio.
V
AR
15 min
30 min
60 min
E R A% E R A% E R A% E R A%
700ºC 42 56 34 41 51 30 39 50 36 38 49 29
675ºC 42 55 35 45 54 35 42 52 34 40 49 35
650ºC 42 56 34 44 55 34 45 55 32 44 53 35
625ºC
46 56 35 45 55 33 44 55 34
600ºC
44 56 33 43 55 30 45 56 33
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Tormo Jorge, Schwartz Silvana.
E y R están expresados en Kg/mm2.
Tabla Nº 3. Resultados de acero al Niobio - Titanio - Manganeso.
C, Mn
AR
15 min
30 min
60 min
Ti, Nb E R A% E R A% E R A% E R A%
700ºC 52 63 31 49 58 31 50 61 31 49 60 31
675ºC 51 62 32 51 60 31 51 59 29 52 58 31
650ºC 52 63 33 51 60 32 51 60 31 51 60 33
625ºC 51 63 27 52 62 33 52 61 31 54 61 30
600ºC 51 62 34 52 62 32 52 62 31 54 63 30
E y R están expresados en Kg/mm2.
Tabla Nº 4. Resultados de acero al Carbono Manganeso.
C
AR
15 min
30 min
60 min
E R A% E R A% E R A% E R A%
700ºC 38 53 35 36 48 34 38 51 36 37 51 37
675ºC 36 51 35 38 50 35 37 48 36 35 47 35
650ºC 36 52 34 37 49 36 34 49 34 37 49 35
625ºC 37 52 36 39 51 34 38 50 35 39 51 34
600ºC 37 52 34 39 51 35 38 50 35 38 51 35
E y R están expresados en Kg/mm2.
8,0
Resistencia [Kg/mm2]
7,0
6,0
5,0
4,0
15 min
30 min
60 min
3,0
2,0
1,0
0,0
-1,0
575
600
625
650
675
700
725
Temperatura [ºC]
Gráfico Nº 1. Evolución del diferencial de la resistencia del acero al V, en función de la
globulización de la perlita por la temperatura y tiempo en horno.
En el gráfico Nº 1 se muestra el aumento de la caída de resistencia, del acero al vanadio.
A medida que aumenta la temperatura de ensayo y el tiempo de permanencia en horno
disminuye la tensión de rotura
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Los valores del gráfico salieron de la diferencia entre la tensión de rotura del material en
condiciones de laminación en caliente standard, con un grano perlítico totalmente laminar y
los valores de tensión para cada caso de tiempo y temperatura en horno. Los valores de
tamaño de grano y globulización están en la tabla Nº 5, mientras que los valores de tensión de
rotura, fluencia y alargamiento se ven en la tabla Nº 2.
Estos valores fueron analizados para todos los aceros en estudio, tanto sea en productos
planos, como en este caso, como así también en productos planos [3], en donde el objeto es
encontrar las ecuaciones constitutivas que nos permitan predecir las propiedades mecánicas.
En estos caos la perlita interviene totalmente laminar, cosa que en este estudio, como en los
anteriores no se obtiene la perlita en ese estado.
En los aceros al vanadio, los porcentajes que se muestran en la tabla Nº 6 son los de
perlita laminar sobre el 100 % de perlita. De esta manera se continuará el estudio en los
productos largos y planos para la obtención de ecuaciones constitutivas que contemplen la
perlita en proceso de globulización. [4]
Tabla Nº 5. Evolución del tamaño de grano y porcentaje de perlita laminar del acero al
Vanadio.
675ºC
650ºC
625ºC
600ºC
Acero
al 700ºC
Vanadio
%
Tg
%
Tg
%
Tg
%
Tg
%
Tg
As Rolled
14.2 9.2
15 min
15.7 10.9 17.1 8.1
20.4 9.2
18.2 8.1
17.7 8.3
30 min
4.8
8.9
18.3 8.6
17.3 8.7
18.2 8.6
17.9 7.8
60 min
1.7
10.9 16.2 9.4
15.8 10.1 18.6 7.9
17.6 8.1
A continuación se podrán ver las estructuras resultantes de las muestras, de un mismo
material, expuestas a las 5 temperaturas durante 15 minutos en horno.
Foto Nº1.600 ºC 15 min
Foto Nº2. 625 ºC 15 min
Foto Nº4. 675 ºC 15 min
Foto Nº3. 650 ºC 15 min
Foto Nº5. 700 ºC 15 min
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Tormo Jorge, Schwartz Silvana.
CONCLUSIONES
En los aceros estudiados se puede observar que a medida que las temperaturas y los tiempos
de los tratamientos térmicos fueron aumentando se produjo una disminución en los valores de
las resistencias y un aumento moderado en la ductilidad. Este fenómeno se puede relacionar
con la disminución del porcentaje de perlita laminar, conjuntamente al aumento del tamaño de
grano.
Los elementos microaleantes generaron un aumento de la resistencia principalmente en el
caso del acero que contiene Nb y Ti.
En todos los casos a la temperatura de 700ºC se hallaron valores que se deberían analizar a la
luz de fenómenos físicos como precipitación y engrosamiento de la estructura. Este estudio
junto con el análisis de perlita globulizada forma parte de la continuación de este trabajo con
el fin de establecer los parámetros de las ecuaciones constitutivas en condiciones
REFERENCIAS
[1] José Apraiz. Tratamientos Térmicos de los Aceros. Ed Dossat. Madrid 1958.
[2] Albert Guy. Physical Metallurgy. Ed Addison-Wesley. Massachusetts. 1965.
[3] Tormo/Schwartz/Raposo. Determinación de las Propiedades de Barras de Aceros para
Hormigón Mediante Simulación por Torsión en Caliente. 2000
[4] Juan L. Zuliani, Metalurgia de los procesos de laminación (aceros al carbono y
microaleados), Bs. As. 1988.
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