Dpl4. defectos típicos en palanquillas

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Curso de autoaprendizaje DEFECTOS EN PRODUCTOS LARGOS Instructor: Ing. Jorge Madías Versión 1.0 Abril 2012

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Curso de autoaprendizaje

DEFECTOS EN PRODUCTOS

LARGOS

Instructor: Ing. Jorge Madías

Versión 1.0 Abril 2012

Page 2: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Curso DEFECTOS EN PRODUCTOS LARGOS

2

Contenido

Introducción al estudio de defectos

Información y herramientas para el estudio de defectos

Repaso de colada continua de palanquillas

Defectos típicos en palanquillas, estudio de casos

Repaso de proceso de laminación de productos largos

Defectos típicos de barras, alambrón y perfiles; estudio de

casos

Page 3: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Defectos típicos en palanquillas,

estudio de casos 3

Defectos de forma

Romboidicidad (Ovalidad)

Abarrilamiento

Defectos superficiales

Poros superficiales (“pin holes”)

Nata atrapada

Gotas frías

Doble piel / miniperforaciones

Grietas longitudinales y depresiones

Grietas transversales

Page 4: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Defectos típicos en palanquillas,

estudio de casos 4

Defectos internos

Porosidad (“blow holes”)

Porosidad central

Segregación central

Grietas “off-corner”

Grietas de medio camino

Macroinclusiones

Page 5: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Romboidicidad (fuera de escuadra)

Cuando la diferencia entre

diagonales es de más de

6/8 mm o más de 1-2 %

Usualmente acompañada

por grietas diagonales en

los ángulos obtusos (>90oC)

Da lugar a problemas en el

desbastador

5

Page 6: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Romboidicidad 6

Capa “chill” irregular, reflejando enfriamiento no

uniforme en el molde

Más frecuente en aceros de medio carbono

Conicidad

Distorsión del molde a lo largo del uso

Centrado del tubo dentro de la camida de agua

(no es un problema en las máquinas nuevas)

Page 7: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Abarrilamiento

No tan común en

palanquillas pequeñas

7

Page 8: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Ovalidad 8

Hay influencia de la presión de los rodillos

extractores

También puede haber influencia de un enfriamiento

no homogéneo en el molde (las mismas causas que

dan origen a las grietas longitudinales y

depresiones)

Page 9: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad superficial 9

Frecuente en aceros calmados al silicio manganeso

colados con buza calibrada y lubricación con aceite

Podrían ser perjudiciales para el producto final si

Están concentrados en una zona (“nido”)

Son lo suficientemente profundos como para no

desaparecer en el horno de precalentamiento

En las primeras pasadas de laminación el material se

ensancha libremente (no está contenido)

Page 10: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad superficial

Pin holes en “cinturones” periódicos

10

Palanquilla de acero de bajo carbono, colada con buza calibrada

y lubricación con aceite

Page 11: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad superficial 11

Aspectos mensurables

Pin holes por dm2 (por ejemplo, en los 30 cm peores de

una palanquilla)

Distribución al zara, periódica o en nidos

Preferencia por cantos o caras

Profundidad

Page 12: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad superficial 12

Muestra pulida

Palanquilla de acero de bajo carbono, colada con buza calibrada y lubricación con aceite

Nital Detalle de la formación de

Cascarilla en el interior

Page 13: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad superficial 13

Palanquilla de acero para barras de refuerzo, 130 x 130 mm, precalentada pero no

Laminada, debido a un cobble en el laminador

Page 14: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad superficial 14

Ver el desarrollo de cascarilla en el interior del “pin hole”, comparado con la palanquilla

sin precalentar

Page 15: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad superficial 15

Trozo de corte de tijera de material para barra de refuerzo de hormigón

Page 16: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad superficial

Corte transversal

pulido de barra

Nital

16

Page 17: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad superficial 17

Humedad en el aceite o incorporada en el circuito de aceite

Demasiado caudal de aceite

Distribución inhomogénea en el molde

Ranura de lubricación de mucho espesor (más de 1 mm)

Ranura de lubricación parcialmente obstruida por

salpicaduras

Variación brusca del nivel de acero en el molde

Bomba pulsante

Acero insuficientemente desoxidado

Page 18: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad superficial

Caja compartimentada para control del aceite en

intersecuencia

18

Page 19: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad superficial 19

Distribución de aceite en cada compartimento de la caja (%)

Dis

trib

ució

n d

e p

inho

les

en

la z

ona

corr

esp

ond

ient

e a

ca

da

com

pa

rtim

ent

o

Page 20: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad superficial

Antes de la campaña Después de la campaña

20

Page 21: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad superficial 21

Colado con polvo colador

Humedad en el polvo colador (debería ser menor que

0,5%)

No deberían reutilizarse bolsas ya abiertas

Cuidado con operaciones de limpieza en la plataforma

Page 22: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad interna 22

Pueden estar presentes en todos los grados de acero y todas las técnicas de

colada

Poros por CO + N2 + H2 comunes en aceros calmados al Si-Mn; poros por Ar

comunes en aceros calmados al aluminio

Ar es insoluble en el acero líquido

Palanquilla

de120 x 120 mm

de acero de bajo

carbono

Planchón de ace-

ro de bajo C,

colado con inyec-

ción de Ar por

la barra tapón

Burbuja de argón

atrapada por el

gancho

Page 23: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad interna 23

Localización dependiente del origen

Poros por pérdida de solubilidad de CO + H2 + N2:

después de la capa “chill”, en la zona columnar

Poros de argón: generalmente cerca de la superficie

Page 24: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad interna 24

Evaluación

Macroataque con HCl sobre el corte transversal, con

pulido grueso

Conteo de poros por dm2

Muestreo dependiendo del grado de acero

Normas internas basadas en la experiencia propia

(rechazos de laminación o en clientes)

Page 25: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: poros por hidrógeno

Planta: Reducción Directa; HEA 110 t x 3; HC x 2; MCC x 2, seis líneas cada una, 120 x 120 mm

Lubricación con aceite, colado con buzas calibradas

Acero de bajo carbono

Hervido en los moldes

Alto nivel de acero detectado por control automático de nivel

Aumento en velocidad de colada, hasta 4 m/min

Cierre de cuchara y fin de colada en las seis líneas

25

Page 26: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad interna 26

Superficie de la palanquilla

Interior de la palanquilla

Superficie de la

palanquilla

Interior de la palanquilla

Page 27: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad interna 27

Comienzan después de la capa chill, cuando a

medida que solidifican los granos columnares, los

gases pierden solubilidad y superan la presión

ferrostática

Finalizan cuando la presion ferrostática es mayor

que la presión de CO, N2 y H2

No presentan formación de cascarilla

Algunas veces están asociados a segregación en la

dirección de solidificación

Page 28: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad interna 28

Evolución en la laminación

Si sueldan durante la laminación, puede quedar una

línea de segregación (“ghost line”)

Esto es usual en aceros con altos contenidos de

elementos segregables como S o P

Se ha informado que se producen desgarros de

esquina en la laminación a dos calores

Page 29: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad interna 29

pH2 + pN2 + pCO > Ps + Pf + 2/r

donde

Ps = presión atmosférica sobre la superficie del acero

líquido

Pf = presión ferrostática en donde está el poro

= tensión superficial del acero líquido en contacto con una

burbuja de gas de radio r

Page 30: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad interna 30

0

5

10

15

20

25

30

35

40

50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

N2 (ppm)

aO

(p

pm

)

H = 2 ppm H = 4 ppm H = 6 ppm

C 0,10%

Mn 0,59%

Page 31: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad interna 31

Minimización

Suficiente desoxidación como para evitar

desprendimiento de CO sin llegar a tener clogging por

inclusiones parcialmente sólidas

Precauciones con cal húmeda y cucharas y repartidores

con revestimiento nuevo

Tener presente que la absorción del nitrógeno del aire

o del gas de agitado es más fuerte cuando el acero

está desoxidado y desulfurado

Page 32: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: escamas y grietas en

alambrón de acero de corte libre

ArcelorMittal Ruhrort

1,3 Mt arrabio líquido

22% aceros de corte libre

Alto horno – Acería LD -

Horno cuchara – Colada

Continua de Tochos 385 x

265 mm – Colada Continua

de Palanquillas 130 x

130mm

Escamas y grietas en

alambrón de ese acero

32

Page 33: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: escamas y grietas en

alambrón de acero de corte libre

Corte transversal

Reactivo no revelado

Límite entre zona chille y

granos columnares (“línea

de primera solidificación”)

Antiguo canto de la

palanquilla

Capa “chill” delgada em el

canto

“Ghost lines” (poros

soldados)

33

Page 35: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: desgarro en los cantos 35

Planta: ISCOR Newcastle (hoy ArcelorMittal Newcastle)

Alto horno – BOF – MCC de tochos de 305 x 215 mm

Laminación a palanquillas de 115 x 115 mm

Desgarro en los cantos

<0,20 %C: Hidrógeno (contenido de humedad de adiciones)

>0,60 %C: Nitrógeno (resoplos, aporte de recarburantes, chorro abierto)

Page 36: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: desgarro en los

cantos

Estación

lluviosa y

rechazos en

laminador de

palanquillas

36

Page 37: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: desgarro en los

cantos

Humedad en

las adiciones

(%) y

rechazos de

palanquillas

laminadas

debido a

desgarros en

los cantos (%),

día a día

37

Page 38: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: desgarro en los cantos

Contribución de cada adición a la humedad agregada al acero (promedio

semanal) para tres grupos de aceros

38

Grado de

acero

Recarbu-

rante

FeMn AC FeMn BC SiMn FeSi Al

C<0,2 2,2 50,3 3,1 34,2 5,3 4,9

0,2-0,6 C 5,9 76,9 0 10,2 5,2 1,8

C>0,6 43,6 2,3 0 50,7 3,4 0

Page 39: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Grietas transversales

Usualmente en o cerca de los

cantos de las palanquillas

En o cerca de una marca de

oscilación

Ubicación aleatoria o en los

cantos correspondientes al

radio interno de la máquina

Generalmente no son visibles,

a menos que la palanquilla

sea granallada, arenada o

decapada

39

Page 40: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Grietas transversales

Palanquilla de 130 x 130 mm para barra de refuerzo de hormigón,

colada con buza calibrada y lubricación con aceite, luego de arenado

40

Page 41: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Grietas transversales

Palanquilla de acero de

corte libre SAE 12L14

Grieta transversal

intergranular en

marca de oscilación

41

Page 42: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Grietas transversales

Barra redonda de acero de corte libre SAE 12L14

42

Evolución de las grietas transversales durante la laminación

Page 43: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Grietas transversales 43

Barra redonda de acero de corte libre SAE 12L14

Corte transversal; ataque con reactivo de Oberhofer; evolución de grieta transversal

Page 44: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Grietas transversales 44

Observación de palanquillas decapadas, arenadas o

granalladas

Localización preferencial (radio interno o aleatoria)

Radio interno: enderezado a temperatura demasiado baja

Aleatoria: originada en el molde, puede ser fricción

Estudio completo, si es necesario:

Fractura enfriando la muestra con nitrógeno líquido

Observación de la superficie de fractura a simple vista, con

lupa estereoscópica y en microscopio electrónico de barrido

Estudio metalográfico

Page 45: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Grietas transversales 45

Page 46: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de acero

de bajo carbono con boro 46

Planta:

Reducción directa, Horno eléctrico de arco, MCC de

palanquillas de cinco líneas

Colado con buza calibrada y lubricación con aceite

Barras de refuerzo de hormigón y alambrón

Desarrollo de alambrón de alta trefilabilidad con

boro, aprovechando el bajo tenor de N2 debido a

uso de hierro esponja en la carga

Problema de grietas transversales

Page 47: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de acero

de bajo carbono con boro 47

Maquina de colada continua

5 líneas, 120 x 120 mm, radio 6,7 m

Molde: 800 mm largo, cobre cromado; triple conicidad

Oscilación mecánica

Lubricación con aceite

Separación entre marcas de oscilación: 16 mm

Page 48: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de acero

de bajo carbono con boro 48

Enfriamiento secundario: tres zonas

Zona 1: comienza 60 mm por debajo del molde; largo 300

mm

Zona 2: largo 2.200 mm

Zona 3: largo 1500 mm; 6 rocidadores en cada cara

Condiciones de enfriamiento para aceros al boro:

1 l/kg distribuido entre las zonas 1 y 2

Zona 3 eliminada luego de reducir velocidad de colada a

2 m/min (estándar 2,6 m/min)

Page 49: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de acero

de bajo carbono con boro 49

Grietas transversales:

En marcas de oscilación profundas

Cuando se colaba el mismo acero sin boro, había

marcas de oscilación profundas pero no se veían

grietas

Aparación aleatoria, mayoritariamente en las caras

laterales

Sin signos de fricción, pegado o miniperforaciones en

la superficie de la palanquilla

Page 50: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de acero

de bajo carbono con boro 50

Metodología

Estudio de palanquillas con grietas

Revisión de literatura pertinente

Modelado matemático

Page 51: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de acero

de bajo carbono con boro

Analisis químico de una muestra con grieta

51

C(%) Mn(%) Si(%) P(%) S(%) Cu(%) Sn(%) As(%) Al(ppm) N(ppm) Nb

(ppm)

V

(ppm)

Ti

(ppm)

B

(ppm)

0,056 0,35 0,09 0,008 0,011 0,019 0,007 0,011 < 5 78 20 40 < 5 52

N2: combustometría; Al, Ti: Espectrómetro de absorción atómica

Otros elementos: Espectrómetro de emisión óptica

Page 52: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de acero

de bajo carbono con boro 52

Marca de oscilación

Grieta transversal

Cascarilla

Ataque con Nital

Page 53: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de acero

de bajo carbono con boro

Oxidación interna en el extremo de la grieta

53

Ataque con Nital Análisis EDS de óxidos globulares

Page 54: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de acero

de bajo carbono con boro

Aspecto en el microscopio electrónico de barrido

54

Segunda fase no identificada en

algunos bordes de grano

Page 55: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de acero

de bajo carbono con boro

Ataque con reactivo de Béchet Beaujard

55

Profundidad de grieta: 2.7 mm

Capa chill: más delgada marca de oscilación

Page 56: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de acero

de bajo carbono con boro

Análisis EDS de algunas microinclusiones

seleccionadas al azar

56

Normal para aceros calmados al Si-Mn-Al y tratados con Ca

Microinclusion MgO Al2O3 SiO2 S CaO TiO2 MnO

1 7 45 25 24

2 8 36 1 24 30

3 8 39 26 27

4 7 39 24 30

5 8 39 28 25

6 7 30 3 25 2 32

7 3 7 34 1 29 3 24

8 2 7 35 1 24 2 28

9 3 10 42 29 2 15

10 3 8 34 29 2 23

11 2 8 36 3 25 2 23

12 2 9 38 1 29 2 20

Page 57: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de acero

de bajo carbono con boro 57

Curvas de ductilidad – este estudio

Simulador termomecánico Gleebe

Ensayos de tracción en caliente

Precalentamiento de las probetas

a 1350 oC

Page 58: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de acero

de bajo carbono con boro 58

Yamamoto et alii.

Acero B: sin boro

Acero C: con boro

Chown et alii.

Gleeble

B 40 ppm

N 90 ppm

Page 59: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de acero

de bajo carbono con boro 59

Las grietas transversales han sido relacionadas con granos austeníticos grandes (“blown grains”), con propagación de la grieta a lo largo de los brodes de los granos

El grano es mayor en la base de las marcas de oscilación y de las depresiones, debido a las temperaturas más elevadas por causa de la pérdida de contacto con el molde

Marcas de oscilación menos profundas son preferibles

Page 60: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de acero

de bajo carbono con boro 60

Pasos desde el crecimiento anormal de los granos hasta el agrietamiento: Crecimiento anormal de los granos, temperatura superficial

de la linea 1350 ºC

Precipitación de sulfuros en borde de grano

Cuando la temperatura bajó lo suficiente, precipitación de nitruros [AlN, BN, Nb (C, N)]

Luego, o simultáneamente, nucleación y crecimiento de ferrita proeutectoide, con pérdida de ductilidad

Si eI tamaño de grano austenítico es grande, la ferrita proeutectoide es laminar (la grieta propaga más fácil)

La temperatura de precipitación de BN depende de los contenidos de B y N

Page 61: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de acero

de bajo carbono con boro

K=[%X] x [%Y] (producto de solubilidad)

[ ] elementos disueltos en el acero, en equilibrio con nitruros o

carburos, X elemento metalico; Y: C o N

Para B = 41 ppm y N2 = 78 ppm

61

544 102,310781041 K

Page 62: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de acero

de bajo carbono con boro 62

Page 63: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de acero

de bajo carbono con boro

Curvas de ductilidad: Diferencia

entre superficie y centro de la

palanquilla

Efecto de la velocidad de

enfriamiento sobre la

precipitación de nitruro de boro

63

Page 64: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de acero

de bajo carbono con boro 64

P4P3P1 P2

P5

Identificación de puntos graficados

2 ZONAS DE ENFRIAMIENTO SECUNDARIO

970

770

Temperatura [ºC]

700 2500 4500 6500 8500 10500

1170

1370

1570

Avance [mm]

P1 ( 0, 60) P2 (20, 60) P3 (40, 60) P4 (60, 60) P5 ( 0, 0)

P4

1050 ºC

P1

P2

P5

Velocidad de colada 2,1 m/min

Page 65: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de acero

de bajo carbono con boro 65

Velocidad de colada 2,1 m/min

Page 66: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de acero

de bajo carbono con boro 66

Velocidad de colada 2,6 m/min

Page 67: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de

acero de bajo carbono con boro 67

Conclusiones

Las grietas se produjeron a alta temperatura en las

marcas de oscilación

Se generan por la falta de ductilidad debajo de los

1050 oC (precipitación temprana de BN debido al alto

contenido de nitrógeno)

Zonas críticas: a la salida del molde y a la salida de la

segunda zona de enfriamiento secundario (baja

ductilidad y alta velocidad de deformación plástica)

Page 68: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso: palanquillas de

acero de bajo carbono con boro 68

Recomendaciones

Bajar el contenido de nitrógeno (menor temperatura de

precipitación del BN)

Bajar profundidad de marcas de oscilación (menos

amplitud, tiempo negativo menor)

Tres zonas: zona crítica a la salida del molde

Alta velocidad de colada: menor longitud de línea

bajo condiciones críticas

Page 69: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Doble piel /miniperforaciones

Falta de lubricación,

general o localizada

Pegado de la piel

solidificada al molde

Sangrado

Pinchadura

69

Page 70: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Doble piel / miniperforaciones

Palanquilla de 130 x 130 mm para barras de refuerzo de

hormigón Ø 25 mm

70

Page 71: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Doble piel / miniperforaciones

Palanquilla de 100 x 100 mm de acero de corte libre, colada con buza

calibrada y lubricación con aceite a 4 metros/min

71

Page 72: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Doble piel

Palanquilla de acero de bajo carbono, colada con buza calibrada

y lubricación con aceite

72

Corte longitudinal

Muestra

pulida

Ataque con

reactivo de

Oberhofer

Formación

de

escama

durante

laminación

Page 73: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Doble piel 73

Evolución durante la laminación

Formación de escamas; puede haber cascarilla entre la

escama y el metal base

Decarburación debido a la cascarilla y al pequeño

espesor

Cierta penetración de oxígeno

Page 74: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Doble piel 74

Soluciones

Relación con la distribución de aceite, la calidad del

mismo, etc.

Casi las mismas recomendaciones que para los pin

holes

Page 75: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Miniperforaciones: mecanismo 75

Page 76: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Miniperforaciones: soluciones 76

Soluciones

Sobrecalentamiento

Velocidad de colada

Parámetros de oscilación

Caso palanquillas de 100 x 100

para velocidades de colada de 2,9 a 3,2 m/min (2007) los

conteos de doble piel dan 0 a 10 por palanquilla

para velocidades 3,8 a 4,5 m/min (2008) dan 88 a 445

por palanquilla

Page 77: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones 77

Frecuentes en el colado con buza calibrada

La adaptación de tubo cuchara-repartidor en

máquinas viejas no es simple

La protección con gas inerte entre el repartidor y el

molde muchas veces es mas simbólica que efectiva

Se requieren buenos materiaels, buen diseño, pocas

salpicaduras, como para soportar secuencias largas

sin perder efectividad

Page 78: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones 78

También es malo: apertura de la válvula de

cuchara mediante lanceo; turbulencia en la zona de

impacto

Las macroinclusiones no son críticas en muchos

productos largos, pero reflejan la calidad de la

operación

Son críticas en alambrón para trefilación, aceros

para resortes, aceros para construcción mecánica

Page 79: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones 79

Evaluación

Macroataque con 50% HCl en caliente sobre corte

transversal con pulido intermedio

Conteo de macroinclusiones por dm2

Muestreo dependiente del grado de acero

Norma interna basada en la experiencia propia

Esta evaluación no tiene mayor sentido en el colado con

buza sumergida (salvo una situación de crisis)

Page 80: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones

Observación en microscopio óptico, bajo luz polarizada

80

Silicato de manganeso, for mado por reoxidación del acero

Page 81: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones

Separación de inclusiones mediante ataque electrolítico del acero

(slime method)

81

Aluminatos de calcio y magnesio originados por emulsificación

de escoria en el repartidor. Seserva el rechupe, reflejando que

las macroinclusiones solidificaron después que el acero

Page 82: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones

Palanquilla de acero de medio carbono para perfiles.

Colado con buza calibrada y lubricación con aceite

82

Macroinclusión de silicato de manganeso con precipitación de agujas de rodonita

Origen probable: reoxidación. Micorscopio óptico, ataque con nital

Campo brillante Campo oscuro Luz polarizada

Page 83: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones

Palanquilla de acero de

medio carbono para

perfiles; colado con buza

calibrada y lubricación

con aceite

83

Macroinclusión de silicato de manganeso con precipitados de cristobalita

Probable origen: reoxidación. Observación en MEB

Mapeo de sílice Mapeo de manganeso Mapeo de hierro

Page 84: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones

Alambrón de acero de bajo carbono, corte longitudinal pulido

84

Silicato de manganeso, alargado durante la laminación

Page 85: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones

Alambrón de acero de bajo carbono, Ø 5,5 mm

85

Silicato de manganeso, alargado durante la laminación

Page 86: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones 86

Corte transversal pulido de alambrón de acero de bajo carbono, sin ataque

Macroinclusión emergiendo a la superficie del alambrón, dando lugar

a un defecto superficial

Page 87: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones 87

Minimización

Tomar muestras de la banda de inclusiones

Caracterizar las macroinclusiones de acuerdo a su

forma, precipitados, aspecto bajo luz polarizada

Análisis EDS

Definición del origen, teniendo en cuenta datos de

proceso, antecedentes, literatura

Definir programa de acciones

Evaluar resultados

Page 88: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones 88

Formación

Las macroinclusiones se pueden formar en todas las

etapas de la producción del acero líquido: horno,

cuchara, repartidor y molde

Pero las que aparecen en las palanquillas

generalmente se forman en el repartidor o en el molde

Page 89: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones 89

Reoxidación

En los aceros calmados al Si-Mn, se trata usualmente

de silicatos de manganeso vítreos, homogéneos o con

precipitados

Comparadas con las microinclusiones del mismo acero,

tienen mayor proporción de los desoxidantes débiles

(Si, Mn) y menor proporción de los desoxidantes fuertes

(Al,Ca)

Page 90: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones

Reoxidación

Modelo de Farrell y Hilty

90

Page 91: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones

Reoxidación

Si el chorro es uniforme, lo

más crítico es lo que sucede

por debajo del menisco

91

Page 92: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones 92

Emulsificación de escoria

Formación en la zona de impacto del chorro, favorecida

por

Pasaje de escoria colada tras colada

Descenso de nivel de acero en el repartidor

Baja inmersión del tubo cerámico

Turbulencia

Page 93: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones 93

Emulsificación de escoria

Se puede reproducir el fenómeno en modelos

hidráulicos, con agua y querosén o aceite

Se pueden probar de esta forma cambios de diseño

para minimizar la emulsificación

Los inhibidores de turbulencia buscan eliminar el

problema

Los diques y tabiques no impiden la emulsificación

Page 94: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones

Emulsificación de escoria: Modelo de agua, efecto inhibidor de

turbulencia

94

Page 95: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones

Emulsificación

Modelo de agua: Cambio de cuchara

95

Page 96: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones

Emulsificación de escoria

Caja de colada para máquina de colada continua de palanquillas

de 6 líneas

96

Page 97: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones 97

Page 98: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones 98

En colado con buza sumergida

No se encuentran macroinclusiones al azar en cualquier

corte transversal

No son tan usuales las macroinclusiones de reoxidación

Juega un papel el desprendimiento espontáneo o

inducido de depósitos en el asiento de la buza o la

cabeza de la barra tapón

Común en aceros calmados al aluminio con rango de azufre

Page 99: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Macroinclusiones 99

Page 100: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Nata atrapada

El atrape de escoria es un defecto superficial (a veces también subsuperficial)

Las consecuencias son

Necesidad de acondicionamiento

Chatarreo de la palanquilla afectada

Defectos en el laminado

Rotura en últimas pasadas (alambrón)

100

Page 101: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Nata atrapada

Si la reoxidación es muy

grande, las

macroinclusiones que se

reúnen en la superfice del

menisco forman una nata

La nata si es líquida

trabaja como un polvo

colador

Pero si precipita una fase

sólida, es propensa al

atrape

101

Page 102: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Nata atrapada

La composición de la nata

depende de la composición

del acero y de la inyección

de aluminio, si existe

Hay una relación entre

Mn/Si en el acero y

MnO/SiO2 en la nata

Esta relación más el

contenido en Al2O3 definen

las propiedades de la nata

102

Page 103: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Nata atrapada 103

Page 104: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Nata atrapada 104

Page 105: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso 105

BOF x 2 – MCC de tochos de 6 líneas, 190 x 190

mm

Lubricación con aceite, buzas calibradas

Inyección de aluminio en el molde

Page 106: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso 106

Page 107: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso 107

Page 108: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Estudio de caso 108

Page 109: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Atrape de polvo colador 109

Para el atrape de polvo colador pueden jugar

Las propiedades del polvo

La modificación de esas propiedades por cambios en la composición química del polvo por interacción con el acero o la buza o en la temperatura a nivel del menisco

Ejemplo: formación de perovskita en aceros al titanio, menisco frío

Turbulencia (baja inmersión de la buza, rotura de buza, alta velocidad de colada, agitado electromagnético excesivo)

Page 110: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Atrape de polvo colador

Las propiedades interfaciales (por ejemplo, un elevado tenor

de azufre o de oxígeno en el acero líquido disminuye la

tensión interfacial con el polvo fundido)

110

Page 111: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Gotas frías

Cantos, caras

Aisladas / abundantes

Laminadas / chatarreadas

Escamas

Se ha informado de roturas en

últimas pasadas en laminación

de alambrón de 5,5 mm

atribuidas a gotas frías

No es común en colado con buza

sumergida

111

Page 112: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Gotas frías: estudio de caso 112

Planta basada en HBI – HEA – CCM de

palanquillas de 150 x 150 mm

Colado con buza calibrada y lubricación con aceite

Laminación en otras plantas y en terceros

Defecto catalogado como “atrape de escoria”

Todos los grados de acero afectados

Las medidas clásicas contra el atrape de escoria no

dieron resultados

Page 113: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Gotas frías: estudio de caso 113

Page 114: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Gotas frías: estudio de caso 114

Page 115: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Gotas frías: estudio de caso 115

Posible mechanismo (sugestión de Dr. Schwerdtfeger):

Formación de salpicaduras a nivel del menisco

Acumulación en los ángulos del molde o adhesión a las paredes

Atrape de aceite en las acumulaciones de gotas

El conjunto de gotas, con algo de aceite, se cae por su propio

peso, por el movimiento del molde o por operaciones de limpieza

Se incorpora eventualmente a la cáscara que esta solidificando

El aceite atrapado explota

Page 116: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Gotas frías: estudio de caso 116

Page 117: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad Central / segregación central 117

Page 118: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad Central / segregación central 118

Page 119: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad Central / segregación

central

Estructura columnar Estructura columnar equixiada

119

Page 120: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Porosidad Central / segregación central 120

Page 121: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Ejercicio

Explique el mecanismo de formación de los poros

internos y las razones para que nazcan y mueran a

una distancia definida de la piel de colada

Remita la respuetsa a

[email protected]

121

Page 122: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Lecturas adicionales

Chaos at the meniscus - the genesis of defects in continuously cast steel billets

Chapter 21 - Surface defects on continuously cast strands

Continuous casting of clean steel billets for high carbon wire rod

Continuous casting of leaded steel by bloom caster

Effect of some technological factors of continuous casting process on quality steel

billets

Eliminación de atrape de escoria y gotas frías en colada continua de palanquillas

de acero

Formación y atrape de escoria en el molde en colada continua de tochos

How the rhomboidity problem was solved at DDS

Inclusions originating from reoxidation of liquid steel

Influence of the mold wear on the quality of continuously cast specialty steel billets

Investigation of strand surface defects using mould instrumentation and modeling

122

Page 123: Dpl4. defectos típicos en palanquillas

Lecturas adicionales

Macrosegregation behavior in continuously cast high carbon steel blooms and billets

at the final stage of solidification in combination stirring

Macrosegregation in continuously cast high carbon PC 115 steel billets

Mejoras en la limpieza macroinclusionaria de aceros calmados al silicio –

manganeso

Modelling of tundish slag entrainment during ladle changes

Mould - strand interaction in continuous casting of steel billets. Part II Lubrication and

oscillation mark formation

Optimization of a five-strand billet caster with an unshrouded tundish-to-mould

stream

The cause and improvement of longitudinal cracks on continuously cast blooms of

welding rod steel

123