k 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS k ES 2 074 015 kNúmero de solicitud: 9301954 kInt. Cl. : C22C 38/44 11 N.◦ de publicación: 21 6 51 ESPAÑA C22C 38/02 B21B 27/00 k 12 SOLICITUD DE PATENTE k 22 Fecha de presentación: 13.09.93 k k 71 Solicitante/s: The Japan Steel Works, LTD. 1-2 Yurakucho 1-Chome, Chiyoda-Ku Tokyo, JP 30 Prioridad: 18.09.92 JP 4-273428 k 72 Inventor/es: Gotoh, Hiroshi; k 74 Agente: Ungrı́a Goiburu, Bernardo 43 Fecha de publicación de la solicitud: 16.08.95 43 Fecha de publicación del folleto de la solicitud: 16.08.95 k Nishiyama, Tetsuro; Ohashi, Shuzo y Ohtsuka, Katsuhiko k k kResumen: 54 Tı́tulo: Material empleado para un rodillo de apoyo para laminación. 57 Material empleado para un rodillo de apoyo para laminación. Se describe un material para un rodillo de apoyo que se puede emplear no sólo en los soportes delanteros de un tren de laminación sino también en los soportes traseros del mismo ası́ como para laminación en frı́o. Un material utilizable para un rodillo de apoyo tiene una composición que incluye de 0,3 a menos de 0,6% en peso de C, más de 1% en peso hasta 2% o menos en peso de Si, 0,8% o menos en peso de Mn, 0,3 a 0,5% en peso de Ni, 3 a 4% en peso de Cr, 0,4 a 0,7% en peso de Mo, Fe y las impurezas inevitables. Venta de fascı́culos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, 1 – 28036 Madrid A1 ES 2 074 015 A1 DESCRIPCION Material empleado para un rodillo de apoyo para laminación 5 Antecedentes de la invención Campo de la invención 10 La presente invención se refiere a un material utilizable en un rodillo de apoyo compuesto de un acero de Cr-Mo para laminación en frı́o o laminación en caliente. Técnica asociada 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Un acero de Cr-Mo con una composición que consta de 0,4 a 0,6 % en peso de C, 3 % en peso de Cr, Fe y las impurezas inevitables y con una dureza de 60 a 65 Hs se ha empleado principalmente como material utilizable en un rodillo de apoyo para tren de laminación de banda en caliente en los soportes delanteros y tren de laminación de banda en los soportes traseros ası́ como en tren de laminación de banda en frı́o. Con respecto al rodillo de trabajo para el tren de laminación de banda en caliente, los materiales de los rodillos de los soportes delanteros deben diferir de los materiales empleados en los rodillos de los soportes traseros por varias razones. Particularmente, los materiales de los rodillos para tren de laminación de banda en caliente en los soportes delanteros se seleccionan prestando una atención significativa a la resistencia al desgaste asociada directamente con la exactitud en el espesor de una plancha, afectando la rugosidad superficial substancialmente al estado de la superficie de un producto de plancha de acero y a otras propiedades, y se ha empleado preferentemente un material de rodillo con excelente resistencia al desgaste en los soportes traseros del tren de laminación en caliente. En conexión con el rodillo de trabajo, se requiere de la misma manera que un rodillo de apoyo utilizable en el soporte trasero de un tren tándem de laminación exhiba excelente resistencia al desgaste para que no sea desgastado por el rodillo de trabajo opuesto en poco tiempo. Por esta razón, actualmente se emplea un acero Cr-Mo-V de alta dureza (que oscila de 67 a 73 Hs) y un alto contenido de Cr y, además, de una composición que consta de 0,5 a 0,7 % en peso de C, 5 % en peso de Cr, Fe y las impurezas inevitables, en lugar del acero de cr-mo convencional. Por otra parte, se emplea un material de una composición que consta de 0,4 a 0,6 % en peso de C, 3 % en peso de Cr, Fe y las impurezas inevitables como material para un rodillo de apoyo utilizable en los soportes delanteros de un tren tándem de laminación de la misma manera que el acero de Cr-Mo convencional. Aunque el rodillo de apoyo con un alto contenido de Cr y alta dureza utilizable en el soporte trasero del tren tándem de laminación exhibe excelente resistencia al desgaste, tiene problemas como la pobre tenacidad frente a la rotura, las grietas que se producen como consecuencia de daños o deterioros causados por laminación, y la llamada grieta por fusiración que se desarrolla lentamente a medida que se propaga la grieta indicada anteriormente en el rodillo de apoyo. A la vista de los problemas mencionados anteriormente, muchas cuestiones han sido planteadas por los usuarios para mejorar las propiedades actuales del rodillo de apoyo convencional. Mientras se utilicen rodillos de apoyo con diferente tipo de material en función de los soportes delanteros y de los soportes traseros del tren de laminación para operaciones de laminación de la manera mencionada anteriormente, es necesario preparar y almacenar una pluralidad de rodillos de apoyo correspondientes a los soportes delanteros y a los soportes traseros del tren tándem de laminación para fines de reparación y de substitución. Por tanto, aumenta el número de rodillos de apoyo que deben prepararse y almacenarse, lo que causa complicaciones en los servicios de mantenimiento. Además, se requiere un espacio amplio para almacenarlos. Para resolver los problemas anteriores se ha hecho una propuesta con respecto a un concepto técnico en el sentido de que un rodillo de apoyo utilizable en los soportes delanteros del tren tándem de laminación y el rodillo de apoyo utilizable en los soportes traseros del mismo se empleen como rodillo de apoyo que sirva no sólo en los soportes delanteros del tren tándem de laminación sino también en los soportes traseros del mismo. A pesar de la propuesta anterior, cuando el rodillo de apoyo utilizable en los soportes delanteros del tren tándem de laminación se emplea como rodillo de apoyo en los soportes traseros, se produce un funcionamiento deficiente, es decir, que exhibe insuficiente resistencia al desgaste, lo que lleva a que sea desgastado por el rodillo de trabajo opuesto en poco tiempo. Por el contrario, cuando el rodillo de apoyo utilizable en los soportes traseros del tren tándem de laminación se emplea como rodillo de 2 ES 2 074 015 A1 5 apoyo en los soportes delanteros del mismo, se produce un funcionamiento deficiente, es decir, que exhibe una dureza excesivamente alta, haciendo que el rodillo de trabajo opuesto sea desgastado fuertemente por él. En conclusión, en la práctica es difı́cil emplear cualquiera de los rodillos de apoyo convencionales como rodillo de apoyo no sólo en la etapa precedente de laminación sino también en los soportes traseros del tren de laminación. Resumen de la invención 10 A la vista del problema anterior, un objeto de la presente invención es proporcionar un material para un rodillo de apoyo para laminación, que asegure que el rodillo de apoyo se pueda emplear no sólo como rodillo de apoyo utilizable en los soportes delanteros de un tren tándem de laminación de banda en caliente, sino también en los soportes traseros del mismo controlando carburo no disuelto y, además, se pueda emplear como rodillo de apoyo utilizable también para laminación en frı́o. 15 Para conseguir el objetivo anterior, la presente invención proporciona un material para un rodillo de apoyo para laminación, donde el material contiene una composición que consta de 0,3 a menos de 0,6 % en peso de C, más de 1 % hasta 2 % o menos en peso de Si, 0,8 % o menos en peso de Mn, 0,3 a 0,5 % en peso de Ni, 3 a 4 % en peso de Cr, 0,4 a 0,7 % en peso de Mo, Fe y las impurezas inevitables. 20 El material del rodillo de la presente invención se puede emplear no sólo para un rodillo de apoyo utilizable en los soportes delanteros de un tren tándem de laminación de banda en caliente ası́ como en los soportes traseros del mismo, sino también para un rodillo de apoyo utilizable en todos los soportes de un tren tándem de laminación de banda en frı́o. Cuando se emplea un rodillo de apoyo para tren tándem de laminación de banda en caliente, es deseable que se emplee no sólo como rodillo de apoyo utilizable en los soportes delanteros del tren tándem de laminación de banda en caliente, sino también como rodillo de apoyo utilizable en los soportes traseros del mismo. No obstante, la presente invención no se limita sólo a un proceso de utilización del rodillo de apoyo de esa manera. Alternativamente, la presente invención se puede aplicar igualmente a un proceso de utilización del rodillo de apoyo solamente para uno de los soportes delanteros del tren tándem de laminación de banda en caliente y para los soportes traseros del mismo. 25 30 35 De acuerdo con la presente invención, puesto que está presente una pequeña cantidad de carburo no disuelto en el rodillo de apoyo, el material del rodillo de la presente invención proporciona un rodillo de apoyo que tiene una excelente resistencia y tenacidad al desgaste y exhibe excelentes propiedades contra la rugosidad superficial que procede de la cooperación con el rodillo de trabajo opuesto. A continuación se describen en detalle las razones de la definición limitativa del contenido de cada componente del material del rodillo de la presente invención de la manera descrita anteriormente y los efectos ventajosos derivados de la aplicación del material del rodillo de la presente invención. 40 Razones por las que se define un contenido de C dentro del lı́mite de 0,3 a menos de 0,6 % en peso 45 El carbono presente en el material del rodillo proporciona un nivel predeterminado de dureza a una matriz del material del rodillo. Si el contenido de carbono es inferior del 0,3 %, no se puede obtener la dureza de temple deseada en el material del rodillo. Por el contrario, si el contenido de carbono es 0,6% en peso o más, se reduce en gran medida la tenacidad del rodillo de apoyo contra rotura estática. Por esta razón, el contenido de carbono se define dentro del lı́mite de 0,3 a menos de 0,6 % en peso. Razones por las que se define un contenido de silicio dentro del limite de más de 1 % en peso hasta 2 % en peso o menos 50 55 En general, el silicio funciona como un agente desoxidante. De acuerdo con la presente invención, la resistencia al desgaste del material del rodillo que ha sido mejorada por la precipitación de un carburo en 5% de acero de Cr-Mo-V se puede mejorar incluyendo una cantidad de Si en el material del rodillo para elevar la resistencia de la matriz del material del rodillo. Si el contenido de silicio es inferior al 1 % en peso, no se puede conseguir la resistencia requerida contra la fatiga de laminación en el material del rodillo. Por el contrario, si el contenido de silicio excede del 2 % en peso, se reduce en gran medida la tenacidad del material del rodillo contra rotura estática, lo que conduce a que no se consiga la tenacidad requerida en el material del rodillo. Por esta razón, el contenido de silicio se define dentro del intervalo de más de 1 % en peso hasta 2 % en peso o menos. 60 3 ES 2 074 015 A1 Razón por la que se define un contenido de Mn dentro del lı́mite de 0,8 % en peso o menos. 5 Con objeto de mejorar las propiedades de temple, el material del rodillo contiene manganeso. Si el contenido de manganeso excede de 0,8 % en peso, se incrementa la frecuencia en que se producen grietas de temple durante una operación de temple. Por esta razón, el limite superior del contenido de manganeso se fija en 0,8 % en peso. Razón por la que se define un contenido de Ni dentro del lı́mite de 0,3 % en peso a 0.6 % en peso. 10 15 El nı́quel es un elemento que contribuye no sólo a la mejora de las propiedades de temple, sino también a la mejora de la resistencia mecánica de la matriz del material del rodillo. Si el contenido de nı́quel es inferior al 0,3 % en peso, el nı́quel exhibe insuficientemente sus propios efectos ventajosos. Por el contrario, cuando el contenido de nı́quel excede de 0,5 % en peso, el interior del rodillo se transforma con retardo, haciendo que se desarrolle una gran cantidad de austenita remanente en la matriz del material del rodillo en el momento del temple. Además, puesto que se degradan las propiedades de temple del material del rodillo, el contenido de nı́quel se define dentro del lı́mite indicado anteriormente. Razón por la que se define un contenido de Cr dentro del lı́mite de 3 a 4 % en peso 20 25 30 35 40 El cromo es un elemento que contribuye a la mejora de la resistencia al desgaste en presencia de su carburo. De acuerdo con la presente invención, la cantidad de Cr en el material del rodillo se incrementa dentro del limite en el que se reduce en la mayor medida posible la cantidad de carburo no disuelto en el material del rodillo en un estado en el que el efecto de mejorar la resistencia al desgaste se mantiene en el estado bien compensado con relación a un efecto de reducción de la tenacidad del material del rodillo. Si el contenido de cromo es inferior al 3 % en peso, no se puede conseguir la resistencia al desgaste requerida en el material del rodillo. Por el contrario, si el contenido de cromo excede el 4 % en peso, se reduce en gran medida la tenacidad del material del rodillo contra rotura. Por esta razón, el contenido de cromo se define dentro del lı́mite de 3 a 4 % en peso. Razón por la que se define un contenido de molibdeno dentro del lı́mite de 0,4 a 0,7 % en peso Está contenido molibdeno en el material del rodillo con objeto de incrementar la dureza del material del rodillo y mejorar la resistencia al desgaste del mismo. Si el contenido de molibdeno es inferior al 0,4 % en peso, el molibdeno exhibe un efecto insuficiente de aumento de la dureza y de mejora de la resistencia al desgaste del material del rodillo, lo que conduce a que no se alcance la dureza requerida en el material del rodillo. Por el contrario, si el contenido de molibdeno excede de 0,7 % en peso, se reduce en gran medida el valor representativo de la tenacidad del material del rodillo contra rotura. A la vista del hecho anterior, el contenido de molibdeno se define dentro del lı́mite de 0,4 a 0,7 % en peso. Aunque no se hace ninguna definición particular con respecto a las impurezas, es deseable que se reduzca a ser posible el contenido de P y de S. Especı́ficamente, es deseable que el contenido de P y de S sea inferior a, 0,01 % en peso. 45 Breve descripción del dibujo 50 La figura 1 es un gráfico que ilustra la transición de un valor representativo de la tenacidad de un rodillo de apoyo contra rotura en el interior del rodillo de apoyo cuando se monta en la práctica en una máquina real, en particular mostrando una comparación de materiales de rodillos de la presente invención con ejemplos comparativos (ver tabla 3). Descripción detallada de formas de ejecución preferidas 55 60 Los lingotes de acero de los ejemplos 1 a 3 de la presente invención y los lingotes de acero de los ejemplos comparativos 4 y 5, cuya composición se muestra en la Tabla 1, se prepararon en un horno de fusión de alta frecuencia a nivel de laboratorio. Después de forjar los lingotes de acero en la misma relación de forja de 2,5 que la relación de la porción del cilindro de cada rodillo de apoyo que debe instalarse en una máquina real, se sometió a tratamientos términos de temple y recocido en condiciones predeterminadas para preparar probetas. Se midió la dureza de cada una de las probetas preparadas de esta manera y, además, se midió una 4 ES 2 074 015 A1 cantidad de desgaste en cada probeta para evaluar la resistencia al desgaste de la probeta en una máquina de ensayo de desgaste con cilindro cruzado. En la tabla 2 se muestran los resultados derivados de las mediciones. 5 En consecuencia, se confirmó que el material del rodillo de la presente invención exhibe substancialmente la misma cantidad de desgaste que la del material del rodillo convencional con excelente resistencia al desgaste empleado en los soportes traseros del tren tándem de laminación de banda en caliente, pero no exhibe deterioro de la resistencia al desgaste. 10 A continuación, se evaluaron las propiedades de aparición de grietas de los ejemplos 1 a 3 de la presente invención y del ejemplo comparativo 1 con las probetas mostradas en la Tabla 1 utilizando un simulador de impacto térmico de fricción. Este simulador de impacto térmico de fricción está construido de tal manera que se aplica una cierta carga mediante una cremallera por su propio peso muerto para hacer girar a un piñón que engrana con ella y luego se pone una barra de acero suave, montada fijamente sobre el piñón, en contacto de fricción con la superficie de una probeta asegurada a la máquina de ensayo para proporcionar impacto térmico a la probeta por el calor de fricción ası́ como por el calor generado por la transformación de la composición de la barra de acero suave. 15 20 25 30 35 40 Como resultado derivado del ensayo, se ha encontrado que no se puede reconocer visualmente que se produzcan grietas en el ejemplo comparativo 4 y ni en los materiales de la presente invención, empleados en los soportes delanteros de un tren tándem de laminación de banda en caliente, sino que solamente se reconoció visualmente la aparición de grietas en el ejemplo comparativo 5 empleado en los soportes traseros del mismo. Cada material del rodillo de la presente invención tiene excelentes propiedades de temple, y se ha confirmado que exhibe dureza suficientemente alta incluso a una profundidad de 100 mm, medida desde la superficie del material del rodillo. Cuando los rodillos de apoyo hechos de los materiales de rodillos N◦ 1 a N◦ 3 de la presente invención mostrados en la Tabla 3 se montaron en la práctica en una máquina real, se encontró que la cantidad de desgaste era substancialmente igual a la del rodillo de apoyo convencional utilizable en los soportes delanteros del tren tándem de laminación de banda en caliente ası́ como utilizable en los soportes traseros del mismo, como se muestra en la Tabla 4 y, además, se probó que cada rodillo de apoyo hecho del material de rodillo de la presente invención exhibı́a excelente resistencia al desgaste cuando se montaba en la práctica en la máquina real. Además, se examinó el estado de rugosidad de la superficie de cada rodillo de trabajo después de que el rodillo de apoyo hecho de material de rodillo de la presente invención se habı́a utilizado no sólo en los soportes delanteros del tren tándem de laminación de banda en caliente sino también en los soportes traseros del mismo. Después de terminar la inspección visual, se obtuvo un resultado bueno sobre el estado de rugosidad superficial en el material del rodillo y se reconoció que el rodillo de apoyo hecho del material de rodillo, que coopera con el rodillo de trabajo opuesto, exhibı́a excelentes propiedades también con respecto a las propiedades de agresión del rodillo de apoyo contra el rodillo de trabajo opuesto. 45 50 55 60 5 ES 2 074 015 A1 [Tabla 1] No. Composición quı́mica (% en peso) 5 C Si Mn Ni Cr. Mo P S V Observaciones 10 15 Material del 1 0,36 1,19 0,62 0,33 3,23 0,43 0,009 0,007 rodillo de la presente invención 2 0,48 1,54 0,63 0,41 3,54 0,56 0,009 0,009 - 3 0,57 1,98 0,61 0,49 3,98 0,68 0,008 0,008 20 4 0,40 0,36 0,68 0,23 2,97 0,32 0,010 0,008 - 3% acero Cr-No 25 Ejemplos 5 0,58 0,94 0,47 0,22 4,98 0,46 0,008 0,008 0,28 % acero comparativos Cr-Mo-V 30 [Tabla 2] 35 40 No. Material del rodillo de la presente invención Dureza Cantidad de desgaste (mm3 ) 1 70 0,26 2 70 0,22 3 71 0,18 4 64 0,41 5 71 0,22 45 50 55 Ejemplos comparativos 60 6 ES 2 074 015 A1 [Tabla 3] No. 5 10 Material del rodillo de la presente invención 15 C Si Mn Ni Cr. Mo P S V Observaciones 1 0,38 1,15 0,62 0,32 3,18 0,42 0,008 0,009 - 2 0,49 1,61 0,61 0,42 3,52 0,55 0,009 0,007 - 3 0,58 1,93 0,61 0,48 3,96 0,69 0,009 0,007 - 4 0,37 0,37 0,69 0,21 3,02 0,33 0,010 0,007 - 3% acero Cr-Mo 5 0,59 0,92 0,50 0,22 5,01 0,47 0,009 0,008 0,29 5 acero Cr-Mo-V 20 25 Ejemplos comparativos 30 [Tabla 4] 35 N◦ En los soportes delanteros Cantidad de Desgaste del Cantidad de Desgaste del desgaste (diámetro perfil (diámetro desgaste (diámetro perfil (diámetro con mm con mm con mm con mm como unidad) como unidad) como unidad) como unidad) 40 45 En los soportes traseros Material del 1 rodillo de la presente invención 2 1,33 0,56 1,23 0,63 1,10 0,43 1,12 0,52 3 0,98 0,32 0,92 0,29 4 1,30-1,70 0,50-0,80 - - 5 - - 1,00-1,20 0,30-0,60 50 55 60 Además, para examinar las propiedades de propagación de las grietas, es decir, un efecto de masa metalúrgico del rodillo de apoyo montado sobre la máquina real, que varia a medida que transcurre el 7 ES 2 074 015 A1 5 10 15 20 25 tiempo, se midió la distribución de los valores kic, que representan la tenacidad del rodillo de apoyo contra rotura estática (a una temperatura de 20◦ C) que varı́a en función de la profundidad desde la superficie del rodillo de apoyo, en el material del rodillo de la presente invención. Los resultados derivados de la medición se muestran en la figura 1. Como se deduce del dibujo, el material del rodillo de la presente invención era superior al del ejemplo comparativo 5 con respecto al nivel de dureza, pero inferior al mismo con respecto a la resistencia al desgaste. En cambio, el material del rodillo de la presente invención exhibı́a tenacidad substancialmente igual a la del ejemplo comparativo 4, utilizable en la práctica en los soportes delanteros del tren tándem de laminación de banda en caliente con muchas dificultades. Como se deduce de la descripción anterior, la presente invención ha proporcionado un material aplicable a un rodillo de apoyo para laminación, donde el material tiene una composición, que consta de 0,3 a menos de 0,6% en peso de C, más de 1 % en peso hasta 2 % o menos en peso de Si, 0,8 % o menos en peso de Mn, 0,3 a 0,5 % en peso de Ni, 3 a 4 % en peso de Cr, 0,4 a 0,7 % en peso de Mo, Fe y las impurezas inevitables. Por consiguiente, un producto de rodillo de apoyo exhibe excelente resistencia al desgaste y una superficie poco afectada por rugosidad después de la terminación de cada operación de laminación en cooperación con el rodillo de trabajo opuesto. Por tanto, el material del rodillo de la presente invención asegura una tenacidad excelente contra rotura. En otras palabras, además de un rodillo de apoyo utilizable para laminación en frı́o, la presente invención puede proporcionar un rodillo de apoyo utilizable no sólo en los soportes delanteros del tren tándem de laminación de banda en caliente, sino también en los soportes traseros del mismo. Cuando el rodillo de apoyo se utiliza en la práctica no sólo para soportes delanteros del tren tándem de laminación de banda en caliente sino también para los soportes traseros del mismo, no es necesario preparar y almacenar una pluralidad de rodillos de apoyo por separado utilizables para los soportes delanteros y los soportes traseros de cada tren de laminación. Por tanto, el servicio de mantenimiento se realiza fácilmente para los rodillos de apoyo respectivos con una zona reducida de espacio para almacenarlos. 30 35 40 45 50 55 60 8 ES 2 074 015 A1 REIVINDICACIONES 5 1. Un material para un rodillo de apoyo para laminación, donde el material contiene una composición que incluye de 0,3 a menos de 0,6 % en peso de c, más de 1 % en peso hasta 2 % o menos en peso de si, 0,8 % o menos en peso de Mn, 0,3 a 0,5 % en peso de Ni, 3 a 4 % en peso de Cr, 0,4 a 0 7 % en peso de Mo, Fe y las impurezas inevitables. 2. Un material para un rodillo de apoyo para laminación según la reivindicación 1, donde las impurezas contienen 0,01 o menos en peso de P y S, respectivamente. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 9 ES 2 074 015 A1 10 kES 2 074 015 kN. solicitud: 9301954 kFecha de presentación de la solicitud: 13.03.93 kFecha de prioridad: 18.09.92 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS 11 ESPAÑA 22 21 ◦ 32 INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA k 51 Int. Cl.6 : C22C 38/44, 38/02, B21B 27/00 DOCUMENTOS RELEVANTES Categorı́a Documentos citados Reivindicaciones afectadas A DE-4143012-A (THYSSEN E.) * Todo el documento * 1-2 A ES-356549-A (THE McKAY COMPANY) * Todo el documento * 1-2 A ES-2021734-A (CHAVANNE KETIN) 16.11.91 * Todo el documento * 1-2 Categorı́a de los documentos citados X: de particular relevancia O: referido a divulgación no escrita Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación misma categorı́a A: refleja el estado de la técnica de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud El presente informe ha sido realizado × para todas las reivindicaciones Fecha de realización del informe 19.07.95 para las reivindicaciones n◦ : Examinador J. Garcı́a-Cernuda Gallardo Página 1/1