Hierro y Acero Edición 48 by AIST México

Octubre - Diciembre 2011

Vol. XII No. 48

ACERÍA Prevención de fallas en transformadores de Hornos de Arco Eléctrico (HAE) pág. 6 PROCESOS Y USOS DEL ACERO Desarrollo y validación de una metodología para prueba de lubricantes utilizados en procesos de troquelado de hoja de acero automotriz pág. 27

pág. 21 LAMINACIÓN Efecto del tiempo de retardo previo a la deformación en caliente sobre la resistencia mecánica de aceros microaleados

MUSEO DEL ACERO Horno3 festeja su 4o. Aniversario pág. 16

SEMBLANZA Gran Convocatoria para la formación del Capítulo Estudiantil pág. 18

EDITORIAL pág. 5

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directorio Vol. XII No. 48 iembre 2011 Octubre - Dic

ACERÍA Prevención de fallas en transformadores de Hornos de Arco Eléctrico (HAE)pág. 6 MUSEO DEL ACERO Horno3 festeja su 4o. Aniversario

USOS DEL ACERO PROCESOS Yvalidac ión de una Desarrollo y para prueba de metodología os en procesos lubricantes utilizad hoja de acero de troquelado de automotriz pág. 27

pág. 21 LAMINACIÓN de Efecto del tiempo la deretardo previo a caliente formación en mesobre la resistencia cánica de aceros micro aleados

pág. 16

EDITORIAL pág. 5 SEMBLANZA para Gran Convocatoria la formación del Capítulo Estudiantil pág. 18

CONSEJO DE ADMINISTRACIÓN Porﬁrio Alfredo González Mier, Grúas PMP, Presidente Hugo Solís Tovar, Ternium México, Vicepresidente Sergio Zapata Zamora, AHMSA, Secretario Édgar González Rubio, Tecniquimia Mexicana, Tesorero Félix Cárdenas Villarreal, Consejo Consultivo Rafael González de la Peña, Consejo Consultivo CONSEJO EDITORIAL Ramiro A. García Fuentes, GRUPO CAPSA Miguel A. Muñoz Ramírez, UNIVERSIDAD TECMILENIO Ignacio Álvarez Elcoro, FIME UANL Gerardo Maximiliano Méndez, INSTITUTO TECNOLÓGICO DE N.L. Myrna Molina Reyna, AIST MÉXICO INTEGRANTES DE COMITÉS Industrial Acerías: Eduardo Mora, METALOIDES, Florentino Luna, TYPSSA Marco Herrera, TERNIUM, Antonio Uribe, MELTER, Demetrio Velasco, AMI GE, Luis Jorge Vélez, AHMSA, Rubén Lule, ARCELOR MITTAL, Ramiro García, GRUPO CAPSA, Javier Sandoval, AHMSA

EDITORIAL ACERÍA

índice

6 • Prevención de fallas en

transformadores de Hornos de Arco Eléctrico (HAE)

MUSEO DEL ACERO

16 • Horno3 festeja su 4o. Aniversario SEMBLANZA

18 • Gran Convocatoria para la formación del Capítulo Estudiantil

LAMINACIÓN

21 • Efecto del tiempo de retardo previo

a la deformación en caliente sobre la resistencia mecánica de aceros microaleados

PROCESOS Y USOS DEL ACERO

27 • Desarrollo y validación de una metodología

para prueba de lubricantes utilizados en procesos de troquelado de hoja de acero automotriz

4 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

Industrial Laminación: Emiliano Montoya, GRUPO CAPSA, Luis Leduc, FIME, Homero Pérez, AHMSA, Enrique Lara, TERNIUM, Fernando Pruneda, AHMSA, Julio Muñoz, SMS SIEMAG, Eliseo Gutiérrez, AHMSA, Rafael Colás, FIME UANL, Héctor Morales, ACEROTECA, Pedro Molina, IMS-ACEROTECA CONACYT, Programas Educativos y Becas: Rafael Colás, FIME UANL, Alberto Pérez, FIME UANL, Édgar García, FIME UANL. Museo del Acero: Alberto Pérez, UANL Comunicación Electrónica: Martha Guerra, AIST México Desarrollo de Seminarios: Luis Llanes, HYL Technologies Relación AIST EU: Héctor Morales, ACEROTECA Relación CANACERO: Porﬁrio González, GRÚAS PMP Octavio Rodríguez, AMI GE

PUBLICAMOS TUS ARTÍCULOS Publica tus artículos e investigaciones sobre la industria del hierro y el acero en nuestra revista. Envía tu material escrito (máximo tres cuartillas) y las fotos e ilustraciones necesarias. Asegúrate de que tu escrito tenga enfoque práctico a la mejora de la calidad, la productividad o la solución de problemas específicos, así como una conclusión. Envía tus trabajos debidamente identificados y firmados a: info@aistmexico.org.mx rgarcia@capsagpo.com Revista Trimestral Octubre-Diciembre del 2011. Editor Responsable: Myrna Soledad Molina Reyna. Número de Certificado de Reserva otorgado por el Instituto Nacional del Derecho de Autor: 04-2004073014323400-102. Número de Certificado de Licitud de Título: 13029. Número de Certificado de Licitud de Contenido: 10602. Domicilio de la Publicación: Av. Fundidora # 501 Local 71, Planta Baja, Col. Obrera, Monterrey, N.L., C.P. 64010. Imprenta: Editora El Sol, S.A. de C.V., Washington No. 629 Ote., Monterrey, N.L. C. P. 64000. Distribuidor, AIST Capítulo México, A.C. Av. Fundidora # 501 Local 71, Planta Baja, Col. Obrera, Monterrey, N.L., C.P. 64010. Tiraje: 2,000 ejemplares.

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La AIST Capítulo México tiene como uno de sus principales objetivos promover y participar en el desarrollo de nuevos profesionistas en el campo en la industria del acero y en general de la metalurgia, para esto la asociación organiza cada año diversas actividades en las cuales se promueve el interés en esta industria tan importante para el país, una de estas actividades es el concurso para la asignación de becas a estudiantes de los últimos semestres de carreras afines a la industria metalúrgica y del acero, las cuales están dirigidas a alumnos que demuestren su interés y pasión por este campo con muchas oportunidades de desarrollo e innovación. Dr. Edgar O. García Sánchez (Profesor-Investigador) Programa Doctoral de Ingeniería en Materiales Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, UANL

editorial Desde el 2010 la AIST Capítulo México comenzó con la organización de un capítulo estudiantil esto con la participación de alumnos de la FIME – UANL, las ideas y número de integrantes para la formación de este capítulo de estudiantes aumentaron y el pasado 23 de Septiembre se llevó a cabo un evento “Noche Estudiantil”en el cual se recibieron a más de 140 estudiantes a nivel nacional del norte y centro del país, todos ellos mostraron su gran interés por el acero, su producción, desarrollo y aplicación.

Para este evento la convocatoria se realizó a diversas instituciones educativas registradas en la AIST Capítulo México, entre ellas, el Instituto Tecnológico de Saltillo de donde atendieron este evento alrededor de 80 alumnos de ingeniería de materiales, el Instituto Tecnológico de Querétaro y la Universidad Autónoma Metropolitana. Dentro de las instituciones educativas locales asistieron alumnos del ITESM, además, se tuvo una participación activa del Instituto Tecnológico de Nuevo León, la UDEM con 23 estudiantes de diversas carreras relacionadas con la industria metal – Mecánica y la FIME-UANL en donde estará la sede de este capítulo estudiantil. En el evento se les presentó a los estudiantes los beneficios de for-

mar parte de la asociación, también tuvieron oportunidad de interactuar con un pánel de expertos en campo del acero desde el punto de vista industrial y académico. Después de esto durante la recepción los estudiantes y participantes del evento intercambiaron experiencias y opiniones.

Cabe resaltar que en este evento el registro fue de más de 45% de mujeres estudiantes de carreras relacionadas con la industria metalúrgica y metal mecánica, todas ellas mostraron interés y participación en la industria del acero, esto nos habla de la apertura que este tipo de industria está teniendo en la incursión de mujeres a su campo laboral que por mucho ha sido considerado como un campo de trabajo físico muy demandante y en la mayoría de las ocasiones considerado hasta no apto para ser realizado por una mujer. Uno de los compromisos de la AIST Capítulo México con los alumnos que ahora forman parte del capítulo estudiantil de la AIST México, que además se pretende tenga un reconocimiento a nivel internacional por otras asociaciones de materiales, es mantener un vínculo efectivo y motivarlos a que continúen con su interés en la industria del acero

para que en un futuro participen como profesionistas en el desarrollo del país dentro de la industria metalúrgica y siderúrgica. Para esto se está promoviendo la integración de estudiantes a estancias y prácticas industriales con ayuda de las empresas que colaboran con la asociación, asignación de becas, cursos especializados, conferencias y una serie de actividades que motiven y fomenten el desarrollo profesional de nuestros estudiantes. El Comité Académico de la Asociación está trabajando para que los programas y actividades relacionadas con los intereses de los estudiantes miembros de esta Asociación se lleven a cabo y sobre todo por medio de la integración al capítulo estudiantil se abran oportunidades de desarrollo para cada estudiante que él pueda aprovechar de acuerdo a su interés. La AIST Capítulo México exhorta a las empresas en el ramo metal-mecánica que en colaboración con las instituciones educativas desarrollen programas de estancias y prácticas profesionales que permitan la integración de estudiantes que a corto plazo puedan ser profesionistas con formación industrial y que puedan competir con las demandas que la industria requiere.

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acería

PREVENCIÓN DE FALLAS en transformadores de Hornos de Arco Eléctrico (HAE) Antonio Mariscal (antonio.mariscal@amige.com) y Fernando Martínez, AMI GE, Monterrey, México, (fernando.martinez@amige.com)

La prevención de fallas en transformadores de Hornos de Arco Eléctrico (HAE) ha sido uno de los problemas más complejos relativos al mantenimiento preventivo en la industria siderúrgica. Presentamos aquí una metodología desarrollada por AMI GE a lo largo de 20 años. Esta metodología se ha aplicado en más de 60 sistemas. Se analizan aquí casos prácticos y resultados.

Conceptos generales Por la naturaleza de la operación de un HAE, estos transformadores están expuestos a las peores condiciones eléctricas y mecánicas esperadas en un sistema de potencia, tales como: frecuentes transitorios de conmutación, alto contenido armónico, cortocircuitos frecuentes y corrientes inducidas; en muchos casos se opera además en condiciones de sobrecarga a propósito. Esta situación conduce a una vida útil menor a la de cualquier otro equipo similar. Ningún transformador de distribución o convencional está expuesto a tales condiciones de trabajo y por lo mismo no pueden aplicarse los mismos criterios para prevenir fallas. Existen muchos más transformadores convencionales y de distribución operando y por lo mismo las normas y prácticas de pruebas y prevención de fallas están diseñadas para ellos. Es frecuente que un hecho crítico tarde varias semanas o incluso meses en desarrollarse y convertirse en una situación de riesgo en un transformador de HAE. En el análisis post-mortem de varios casos, la mayor parte de las fallas surgieron a partir de una situación “inesperada” de este tipo a pesar de que las pruebas 6 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

de aceite mostraban resultados “buenos” o “no demasiado malos” de acuerdo a las normas y prácticas estándar. Por lo tanto, la prevención de fallas en transformadores de HAE requiere la supervisión de las condiciones operativas de todos los elementos asociados con el transformador. A fin de tener un panorama completo de las condiciones del mismo, se recomienda, además de los resultados de las pruebas de aceite, incluir la evolución de contadores operativos de elementos asociados en la red de potencia, así como marcas cronológicas relacionadas con la existencia de hechos relevantes que pudieran generar efectos secundarios sobre la misma red de potencia. El objetivo es buscar posibles relaciones entre los eventos relevantes y los cambios de tendencias de contadores y de los resultados de las pruebas de aceite. Por lo general, el posible origen o causa de una falla futura se localiza cerca del cambio inicial de una tendencia. Si algunos de los resultados de las pruebas de aceite se ubican en rangos “de gravedad” –según los criterios aquí expuestos-, no se recomienda esperar un incremento adicional o cambio en las tendencias;

acería generalmente, el cambio siguiente puede incluir una falla. A continuación una lista de situaciones de este tipo: cuando el acetileno es mayor de 35 ppm, cuando la tensión interfacial de un aceite es demasiado baja, con colores por encima de 2.5 (color oscuro), o bien cuando el inhibidor de oxidación cae por debajo de 0.2%. También es importante considerar que algunos aceites pueden mostrar “oscilaciones” en lugar de claras tendencias de aumento o disminución; en esos casos, la oscilación misma puede ser un síntoma de que se está desarrollando una condición de falla, especialmente si se trata de exceso de oxígeno o de humedad.

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Por otra parte, la combinación de varias condiciones “malas” o “regulares” pueden crear efectos “bola de nieve” con respecto a las condiciones globales y evolucionar a un desgaste inesperado y acelerado.

En este trabajo presentamos una metodología desarrollada por AMI GE para identificar posibles condiciones de falla en los transformadores de HAE y prácticas recomendadas para su prevención. Pruebas de aceite — La primera y más importante estrategia consiste en llevar a cabo pruebas de aceite completas -gas en aceite y pruebas fisicoquímicas al mismo tiempo- y con una mayor frecuencia que la recomendada para un transformador convencional. También es necesario aplicar criterios más rígidos para analizar los resultados, buscando incluso los cambios más imperceptibles a fin de identificar el comienzo de una situación sospechosa. Para evitar fallas, el concepto clave es observar las tendencias. Si se encuentra un pequeño cambio en cualquiera de las características o en la de algún gas en el aceite, es importante buscar todas las variables del sistema de potencia que pudieran relacionarse con esta condición (incremento en el número de descargas de aparta-rayos, incremento en el número de desconexiones por sobrecarga, cambios de equipos mayores como interruptores, SVC, etc.). La revisión de otras pruebas puede indicar alguna de las características involucradas. Si no es posible asociar ningún cambio, es importante no descartar la posibilidad de que se esté desarrollando una condición de falla y mantener o reducir el plazo para la siguiente prueba de aceite. Generalmente, si el sistema muestra algún tipo de desgaste y se aplica el criterio común de un transformador convencional, puede presentarse una falla inesperada.

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acería Mientras el criterio para un transformador convencional es tomar una muestra de aceite una vez cada año, para uno de HAE lo más conveniente es hacerlo cada mes. Evite incrementar el tiempo de muestreo en función de la idea que sugiere que la ausencia de cambios equivale a la ausencia de problemas. Tenga en cuenta que algunos problemas se transforman en situaciones graves en menos de seis meses. Además, es importante considerar que los métodos de muestreo pueden inducir cambios en las variables observadas; lo mismo pasa cuando se interviene el aceite entre una prueba y otra. En esos casos se recomienda buscar otras variables relacionadas que puedan tener una respuesta similar ante la misma situación de estrés a fin de validar los resultados. El aceite que contiene inhibidores de la oxidación requiere seguir la evolución de esta variable ya que, en caso de estrés térmico o dieléctrico, el aceite puede mantener la mayor parte de sus componentes fisicoquímicos en condiciones buenas o constantes. Puede que al principio “consuma” el inhibidor de oxidación antes de mostrar algún cambio en otras características fisicoquímicas. Una vez que el inhibidor llega a un nivel bajo, puede mostrar un cambio repentino en los datos fisicoquímicos o desarrollar una situación crítica en un breve lapso. Contadores operativos — La segunda estrategia es seguir contadores operativos de todos los elementos asociados a la red de potencia. Se recomienda llevar un registro del funcionamiento de los elementos principales del sistema de potencia: contadores de operaciones de los interruptores del transformador, del cambiador de tap bajo carga y de descargas de supresores de picos. Busque cambios coincidentes en los contadores con cambios en las tendencias de los resultados de las pruebas de aceite.

Figura 1 Leyenda: Start Se inicia la operación de un nuevo transformador de HAE sw1out Se retira de operación el interruptor primario y comienza a operar con el interruptor de respaldo (yard switch) con cable de alimentador más largo Arrester Falla en el supresor de picos lado primario svc1out Falla catastrófica del SVC Reactor Fallas internas del reactor en serie (reparadas en planta) Reactor PM Se desgasifica aceite del Reactor Serie svc2in Se inicia la operación de un nuevo SVC EAF Fail Falla de un transformador de EAF Los resultados de las pruebas de aceite, junto con los principales hechos del sistema de potencia, son fundamentales para identificar el origen de los problemas.

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acería Por ejemplo, en algunos casos que involucran estrés dieléctrico, el primer elemento sospechoso puede ser el interruptor primario del transformador del HAE. Revise el índice de operaciones/descargas del interruptor y los gases relacionados con situaciones de arqueo, así como ciertas condiciones de desgaste de algunas características fisicoquímicas. Generalmente, si el sistema no muestra ninguna operación de los contadores de descarga en los supresores de picos, es posible que indiquen un problema de protección en lugar de una condición saludable. El tiempo ideal de muestreo en aplicaciones de transformadores de HAE es la recopilación de lecturas de contadores una vez a la semana. Use el mismo día de la semana y evite, en lo posible, mezclar o confundir los datos de muestreo mediante la adecuada identificación de los contadores. Eventos relacionados con los elementos del sistema de potencia — La última estrategia para completar los procedimientos de supervisión consiste en mantener un adecuado registro de todo cambio importante o evento relacionado con todos los elementos asociados de alguna manera con el sistema de potencia. Incluya una breve descripción del hecho acontecido con los datos más importantes. Use estos eventos como “marcas” en todos los diagramas de tendencias de los resultados de pruebas de aceite y contadores

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operativos. Estos eventos serán una importante herramienta para identificar el primer lugar dónde buscar cualquier cambio en las tendencias y hallar posibles soluciones. No es fácil definir qué tipo de cambios en el sistema de potencia pueden repercutir en las condiciones del transformador. Se debe prestar especial interés a los cambios normales de mantenimiento, tales como reparaciones de los interruptores primarios y de cambiadores de tap bajo carga. Como regla general, es esperable que todo cambio en la potencia o carga del transformador de HAE afecte al sistema, así como la reducción del reactor en serie, el aumento del tap operativo o voltaje primario y cualquier cambio en los elementos importantes como interruptores primarios, cambiadores de tap, circuitos secundarios, tamaño del transformador o uso de elementos durante un período mayor a la vida útil recomendada por los fabricantes de interruptores o cambiadores de tap bajo carga. A fin de poner en claro la relación entre pruebas de aceite, contadores y eventos, se exponen tres casos. El Caso 1 describe tres transformadores diferentes bajo una fuerte condición de estrés dieléctrico; incluye dos situaciones post-mortem y un transformador que pudo continuar en funcionamiento sin fallas. El Caso 2 es un análisis post-mortem de un transfor-

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acería mador bajo condiciones de estrés por corriente y voltaje. El Caso 3 está relacionado con el efecto de un interruptor primario y estrés por voltaje y cómo fue posible evitar una falla en el transformador. Caso 1, etapa A Este caso fue parte de un diagnóstico post-mortem, luego de que fallaran dos transformadores, realizado a fin de prevenir una tercera falla. Incluye tres etapas, cada una relacionada con un transformador diferente. El primer transformador tenía apenas 5 años en operación. El reactor en serie era tipo tanque de aceite. Condiciones del sistema — Las pruebas previas a la falla indicaban “buenas” condiciones (de acuerdo a los estándares para transformadores de distribución). Posteriormente, se eliminó el interruptor de horno y se dejó operando desde el interruptor de respaldo, que estaba más alejado. Diagnóstico — La Figura 1 muestra los cambios de tendencia del etileno, relacionado con el estrés dieléctrico y arqueo de baja energía, luego de retirar el interruptor (sw1out). El cable más largo hasta el interruptor de respaldo ofreció mayor capacitancia a tierra e incrementó los transitorios de conmutación, perturbando tanto al transformador como al reactor. Primero falla el reactor (Reactor), dos años después requiere des-gasificado (ReactorPM) y poco después de un año más tarde falla el transformador (EAF Fail); éste último mostró un segundo incremento en la tendencia de etileno luego de iniciar operaciones el nuevo SVC (svc2in) antes de fallar. Así se puede identificar que los dos cambios incrementaron la incidencia de transitorios en el sistema produciendo estrés dieléctrico y/o arqueos de baja potencia que condujeron a las fallas. Caso 1, etapa B El transformador de repuesto (que había operado antes en el mismo horno durante 17 años sin ningún problema) sustituyó al dañado y falló tan sólo tres meses después de entrar en operación. En la Figura 2, el eje x indica la edad del transformador en años. Condiciones del sistema — Solo se muestran pequeñas cantidades de etileno (12 ppm), sin ningún otro gas combustible. Diagnóstico — Luego retirar el interruptor primario y comenzar la operación del nuevo SVC, el sistema muestra importantes incrementos de transitorios eléctricos; cuando el transformador de repuesto vuelve a operar por segunda vez, los 17 años en operación han degradado la calidad del aceite que no puede soportar el nuevo y más alto estrés dieléctrico y se produce la falla en un corto período. Solución — A causa de la evidencia de estrés dieléctrico, todas las acciones se enfocaron a reducir los transitorios antes de que un nuevo transformador de repuesto comenzara a operar. Reducir la longitud de cable entre el interruptor primario y el transformador de HAE mediante un nuevo 10 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

interruptor cerca de la sala del transformador. Agregar un circuito RC en las terminales del transformador de HAE. Incluir un resistor de pre-inserción. Mejorar la supervisión del sistema con un monitor en línea de gases disueltos. Ejecutar también pruebas completas de aceite mensualmente; y semanalmente de contadores operativos: descargas de supresores de picos, interruptores y cargadores de tap. Figura 2

acería Leyenda: oil01 Reacondicionamiento de aceite Tout1 Transformador opera durante 17 años y pasa a ser el de repuesto cuando uno nuevo y más grande entra en operación. Esta marca indica la salida de uno y la entrada en operación del nuevo y primero en fallar. svc2in Se inicia la operación de un nuevo SVC Tin2 El transformador de repuesto está nuevamente en operación para reemplazar al transformador dañado de la etapa anterior en este caso Tout2 Falla del transformador de HAE de repuesto (después de tan solo tres meses de operación) El aceite de baja calidad y el aumento del estrés dieléctrico reducen la vida útil del transformador. Caso 1, etapa C Finalmente, el último transformador de repuesto, con menor voltaje nominal primario (4.5% abajo del voltaje nominal del sistema) y de menor capacidad, reemplazó al segundo transformador dañado de la etapa anterior de este caso. Comenzó a mostrar considerables aumentos de humedad luego de dos semanas de operación. Condiciones del sistema — El transformador no indica la presencia de gases combustibles y no hay evidencias de problemas térmicos. Los supresores de picos muestran un aumento del 100% en la frecuencia de descargas luego de un aumento del 4.5% del voltaje primario.

Diagnóstico — Si el sistema no muestra evidencia de problemas térmicos, significa que aún tiene cierto estrés dieléctrico, que podría ser generada a causa de la operación del nuevo SVC. Solución — A fin de reducir el estrés dieléctrico, se implementaron las siguientes acciones adicionales: Se redujo el tamaño de los supresores de picos y se reubicaron los contadores de descargas para mejorar las condiciones de lectura, incluso cuando el sistema está en línea. Se mantuvo el voltaje en un valor cercano al voltaje nominal del transformador de HAE. Caso 2 Se trata de un análisis post-mortem luego de dos fallas de la misma unidad; el análisis se realizó a fin de ofrecer herramientas de diagnóstico, evitar una tercera falla y verificar los beneficios de las acciones anteriores. Condiciones del sistema — Previo al análisis se habían realizado pocas pruebas de aceite para obtener datos fisicoquímicos; en las mismas se muestra una reducción aparente, y totalmente espontánea, de la cantidad total de gases combustibles entre la primera y la segunda fallas. El sistema de movimiento de electrodos es tipo malacate con baja velocidad de respuesta, que mantiene condiciones de alta corriente más frecuentemente, y por más tiempo, de lo normal. Diagnóstico —La gráfica 5 muestra una rápida reducción de la tensión interfacial lo cual nos indica que el sistema ha sido expuesto a gran estrés térmico o dieléctrico. El uso de un reactor en serie reduce parte del estrés del transformador, pero en este caso no elimina por completo esta condición. Lo que parece una buena señal (tendencia a la baja en los gases combustibles) en realidad indica la evolución de una falla. Una revisión más cuidadosa de los porcentajes relativos de gases combustibles cuenta otra historia en la figura 6: el etileno va al alza.

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acería Se reduce el tamaño del supresor de picos en un 30% del área del SVC Stops Se vuelve al transformador inicial y más grande luego de la reparación detallada en el Caso 1, etapa A

Figura 3

El estrés térmico o dieléctrico puede crear oscilaciones en los valores de humedad y oxígeno. El exceso de humedad puede convertirse en oxígeno y el exceso de oxígeno puede convertirse en humedad. El sistema detiene las oscilaciones luego de reducir el estrés dieléctrico. Leyenda: Dry Reacondicionamiento de aceite para eliminar la humedad Vp-7.5% Se reduce el voltaje del transformador de HAE primario en 7.5% Vp+4.5% Se aumenta el voltaje del transformador de HAE primario en 4.5% EAFarr-20% Se reduce el tamaño del supresor de picos en un 20% de las protecciones del transformador de HAE primario SVCarr-30%

Figura 4

Incrementos de descargas del supresor de picos con incrementos del voltaje primario.

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acería Figura 5

Leyenda: Fault01 Falla inicial luego de sólo ocho horas de operación de un transformador de HAE nuevo Start02 Segundo inicio de operación luego de la reparación Reactor01 Inicia operación el reactor en serie Fault02 Segunda falla del transformador de HAE

El síntoma cambia de arqueo a condiciones térmicas. Generalmente, si un síntoma cambia a una condición diferente, indica la posible evolución del fenómeno interno, o bien que se presenta una nueva situación. En este caso, es posible advertir la presencia de estrés dieléctrico y parte de los problemas térmicos iniciales. Solución Reacondicionar el aceite para aumentar la tensión interfacial. Reducir el tamaño del supresor de picos para reducir transitorios. Cambiar a un sistema de movimiento de electrodos hidráulico y más rápido para disminuir las condiciones de sobrecarga. Ejecutar pruebas completas de aceite mensualmente. Controlar semanalmente los contadores de descargas y operaciones. Figura 8

La tensión interfacial es una característica importante del aceite en transformadores de HAE. El reactor en serie reduce el estrés pero el sistema tiene problemas adicionales. Figura 6 Leyenda: +disch Se inicia un importante aumento de las descargas del supresor de picos del lado primario del transformador de HAE. S01 Daño del interruptor primario S02 Sincronización de polos del interruptor primario La tendencia de gases totales va a la baja, pero la participación porcentual del etileno sube. El etileno está asociado con el estrés dieléctrico. Figura 7

Las descargas de los supresores de picos muestran una importante reducción luego de la sincronización del interruptor primario. Figura 9

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acería El sistema muestra 0.06 descargas por cambio de tap (alrededor de la mitad de las descargas por operación del interruptor) antes de la sincronización; es más sensible a las operaciones del interruptor que los cambios de tap. Caso 3 Este caso muestra una falla del interruptor primario en la que el transformador estuvo cerca de atravesar una situación crítica. La intención es evitar una falla adicional del interruptor primario y daños en el transformador. Condiciones del sistema — Todos los gases combustibles se encuentran a niveles muy altos. El número de cambios de tap por día está por encima de las 300 operaciones, 10 veces más operaciones que el interruptor primario. Diagnóstico — Se encontraron cerca de dos veces más descargas del supresor de picos por interruptor primario que por cambios de tap; esto significa que el sistema es más sensible a los transitorios de conmutación que a los de cambio de tap tal vez ocasionado por desajuste en la sincronización de polos. Solución — La solución fue ajustar el interruptor primario para mantener la sincronización del polos por debajo de 3 ms entre el primer y último polo que se va a cerrar o abrir.

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Resumen La prevención de fallas de transformadores de HAE requiere una metodología y criterios diferentes a las usadas en transformadores de distribución. Las pruebas de aceite deben ser completas, incluyendo gas en aceite y datos físico-químicos, y más frecuentes. El análisis de los resultados de las pruebas de aceite debe hacerse tomando en cuenta el panorama completo de operación del HEA y el transformador, controlando los contadores operativos y los eventos principales tanto en el horno, como en el transformador y los demás elementos principales del sistema y conociendo la mecánica de los cambios que suceden dentro del transformador. Es conveniente analizar las tendencias en el tiempo de las variables consideradas en cada prueba de aceite, asociándolas con los cambios ocurridos en el sistema de potencia. No espere a que se produzcan los grandes cambios porque puede ser demasiado tarde. Por lo general, más de un mes es demasiado tiempo cuando hablamos de transformadores de HAE. Este trabajo se presentó en AISTech 2007 — Conferencia y Exposición de Iron & Steel Technology, en Indianápolis, In., y fue publicada originalmente en inglés como parte de las Actas de AISTech 2007 en la revista Iron and Steel Technologies de Febrero 2008. Traducción y edición de la versión en español por Demetrio M. Velasco, AMI GE, Monterrey, México Octubre 2011.

Convocatoria de Ponencia 08 al 11 de Octubre, 2012, Monterrey, N.L., México Si usted está interesado en presentar trabajos prácticos y teóricos relacionados con los procesos de la Industria del Hierro y el Acero, es la oportunidad que nos envíe el resumen de su trabajo para evaluarlo y poder aceptar su ponencia para que participe en el programa de conferencias del Quinto Congreso y Exposición de la Industria del Acero, que organiza la AIST México. Los temas solicitados de las ponencias son los relacionados con desarrollos tecnológicos, aplicaciones prácticas, proyectos de automatización, nuevas instalaciones e investigaciones cientíﬁcas en las áreas de: Proceso Básico: • Minas y peletizado • Fabricación de hierro - Horno Alto - Reducción Directa

- Temple - Tenso nivelado

Aceración • Convertidor al oxígeno (BOF) • Horno de arco eléctrico (EAF) • Metalurgia secundaria • Colada continua - Tocho y palanquilla - Planchón

Transformado y Aplicaciones del Acero • Recubrimientos - Galvanizado - Pintado - Estañado • Formado - Troquelado y estampado - Soldadura Aceros especiales

Laminación: • Laminación en caliente - Productos largos - Productos planos

Seguridad

• Laminación en frío y acabado - Molino frío - Recocido

• Normas • Programas de entrenamiento • Equipo de protección personal

Mantenimiento • Automatización • Energéticos • Protección al medio ambiente • Grúas Manejo de Producto • Regulación de transporte de rollos en plataforma Organización • Grupos de Trabajo • Seis Sigma • Mejora continua • Recursos Humanos • Capacitación

Enviar resumen del tema, máximo una cuartilla, para su evaluación y aprobación por el comité técnico antes del día 28 de mayo de 2012. Una vez que se haya seleccionado la ponencia, será notiﬁcado por escrito por la AIST México. Algunas de las ponencias seleccionadas serán publicadas en la revista trimestral “Hierro y Acero” de la AIST México. NOTA IMPORTANTE: en caso de varios autores para un mismo artículo técnico, en sólo uno de ellos será aplicable el descuento que el congreso ofrece a los conferencistas en la cuota de inscripción. Para envío de resumen de ponencia, venta de stand o información de este evento: tel. +52(81)

8479 3077

o al correo electrónico: paper@aistmexico.org.mx 15 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

museo del acero

Museo del Acero

festeja su

Con motivo de su cuarto aniversario y para celebrarlo con la comunidad, Museo del Acero horno3 abrió sus puertas sin costo el martes 16 de agosto. El cuarto aniversario del Museo del Acero horno3 ha sido hasta hoy el día con mayor asistencia en su historia seguido por los festejos del Fórum Universal de las Culturas realizados en 2007, cuando más de 2 mil 861 visitantes se hicieron presentes en este recinto, ubicado dentro de Parque Fundidora. El 16 de agosto pasado, el Museo tuvo el agrado de recibir a un total de 3 mil 702 visitantes, de los cuales 2 mil 163 fueron adultos y 1 mil 539 niños, todos con entusiasmo por vivir la experiencia única de horno3. Orgullo Regiomontano El espíritu visionario de muchas generaciones de emprendedores se funde en el Museo del Acero horno3, un recinto integral pionero en su tipo, que conjuga en un mismo espacio la historia viva del pasado industrial, el aprendizaje lúdico de múltiples disciplinas en torno al proceso del acero, así como a la experiencia de ver despertar al horno a través de un sobresaliente espectáculo, sorprendente al visitar su interior o pasear por la cima y descubrir la magnitud del coloso.

16 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

o Aniversario Producto de una ejemplar conjunción de esfuerzos de entusiastas empresarios, encabezados por el Ing. Raúl M. Gutiérrez Muguerza, Presidente del Consejo del Museo del Acero, A.C., del Gobierno del Estado de Nuevo León, con el liderazgo del entonces gobernador Lic. José Natividad González Parás, y ahora con el determinado apoyo del Lic. Rodrigo Medina de la Cruz, actual Gobernador del Estado de Nuevo León, así como de una importante participación de la comunidad, el Museo es también el resultado de una sociedad única al favor de desarrollo de la región, a través de un centro de ciencias al nivel de los mejores del mundo. Visitar horno3 es tener la oportunidad de atestiguar el sobresaliente trabajo de la restauración del sitio, que respeta cada detalle del valioso legado industrial, y a la vez lo integra de manera impecable con el diseño museográfico y los elementos arquitectónicos de vanguardia, aspectos que en conjunto establecen el carácter único del Museo. Fiel a su misión de acercar a las futuras generaciones nuevas oportunidades de aprendizaje, este ícono rebasa su espacio físico para refrendar su compromiso social y promover la competitividad del país, por medio de innovadores programas educativos.

museo del acero

Al igual que el Horno Alto No. 3, el Museo del Acero horno3 nació para trascender. La fuerza y nobleza del acero que impulsó el desarrollo ahora continúa presente en forma de conocimiento y es parte del progreso de la nación y el crecimiento de su gente. Museo del Acero horno3 fue inaugurado el 16 de Agosto del 2007, distinguiéndose como un edificio pionero en México en la implementación de novedosos sistemas de sustentabilidad y restauración que le dan categoría de una obra de clase mundial. El espacio cuenta con funcionales instalaciones y diferentes atractivos que estimulan la percepción de sus visitantes en un recorrido interesante, entrañable y emotivo, pero al mismo tiempo interactivo, lúdico y divertido.

Galería de la Historia

E la Galería de la En His Historia, se exponen los hechos que forjaron la industria del acero en nuestro país y su relación con los acontecimientos del resto del mundo.

En la Galería del Acero se vive una te experiencia totalmente

Galería del Acero

interactiva, ordenada a través del proceso de producción del acero mediante 99 exhibiciones accesibles que permiten un entendimiento más claro del ámbito industrial. En la casa de Vaciados, el corazón

Show del Horno

d de la fundición, vvapor, humo, chispa pas y fuego reales conf conforman el espectáculo de “El Gigante Durmiente”, brindando la oportunidad de vivir la experiencia única de entrar en contacto con un horno alto en plena operación.

Paseo a la Cima Los carros que antes cargaban el material para alimentar el horno alto, ahora se han sustituido por cabinas panorámicas que llevan al Paseo a la Cima del Horno. En él, los visitantes viven la experiencia de subir un trayecto a 40 metros de altura. Diplomados Servicios In Infantiles educativos L Los programas e educativos que Mu-sseo del Acero horrn omu no3 ofrece a la comunidad, n constituyen actividades que estimulan e la imaginación y curiosi-

dad intelectual del individuo apoyadas con las alianzas estratégicas y de vinculación con las mejores universidades e institutos de investigación nacionales e internacionales, para llevar a cabo diplomados infantiles y capacitación para maestros y así apoyar la preparación de los hombres del futuro. Talleres y visitas escolares Se ofrecen además, talleres a los grupos escolares programados y al público en general que tienen como finalidad favorecer la reflexión, investigación, expresión y creación, en un ambiente de enseñanza donde predomina el componente práctico sobre el teórico y son necesariamente lúdicos. El Museo del Acer horno3 es un ro ssitio histórico y emblemático d de la grandeza in industrial de la ciud ciudad de Monterrey que abre sus magníficas áreas para llevar a cabo eventos corporativos y sociales enmarcados por la originalidad y elegancia de este recinto único en México y el mundo.

Renta de espacios

Museo del AceUn Ícono ro horno3 es un que cobra ícono industrial y fuerza cultural de Nuevo a León que conserva eza el espíritu de grandeza y visión de los hombres que forjaron los cimientos del México contemporáneo; adelantándose siempre a las necesidades de la sociedad moderna y con el pensamiento de vanguardia que hará de las futuras generaciones un vehículo de progreso y de nuevas ideas que permitan elevar nuestra calidad de vida en todos los aspectos.

17 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

semblanza

convocatoria Gran

formación

para la

del Capítulo Estudiantil

Con todo el espíritu alegre y pleno de energía que se contiene en los jóvenes estudiantes universitarios, representantes de importantes centros de estudios superiores de nuestro país atendieron la invitación para la presentación del proyecto del Primer Capítulo Estudiantil de la AIST México el pasado Viernes 23 de Septiembre del 2011. Para la conducción del evento se contó con la colaboración del Dr. Alberto Pérez de FIME de la UANL, quien presentó al Ing. Porfirio González Mier, Presidente actual de la AIST México, el cual dio la más cordial bienvenida exhortando a todos los estudiantes a cuestionar sobre las ventajas de ser miembro del Capítulo Estudiantil de la AIST. Un total cercano a los 160 asistentes entre

18 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

alumnos de diversas carreras, profesores e invitados especiales fueron los testigos de calidad de la explicación de los beneficios de la formación de este Capítulo por parte del Dr. Edgar García de FIME de la UANL. Los oyentes tuvieron la oportunidad de enterarse de beneficios que se otorgaron a los estudiantes presentes con tan sólo cubrir su cuota de recuperación del evento como la suscripción – membresía a la AIST de los EUA y a la AIST México además de acceso a importantes bancos de información en internet que les deben de ser de gran utilidad en su desarrollo profesional entre otros atractivos incentivos. En el programa de actividades preparado para esa tarde también se tuvo una interesante charla so-

bre su motivante trayectoria en la industria del acero por parte del Ing. Valente Delgado, actual Sub-Director de Laminación de AHMSA, la cual fue atendida por los asistentes quienes pudieron conocer uno de diversos caminos de gran éxito en la familia siderúrgica mexicana.Otra de las secciones estelares de este inicio de actividades fue el momento de interactividad con preguntas y respuestas que hubo entre los participantes alumnos de la audiencia y un importante panel de personalidades destacadas en el ámbito académico e industrial de nuestro país quienes compartieron principalmente sus puntos de vista sobre temas relacionados con sus experiencias en el sector siderúrgico. En esta mesa de diálogo se encontraban reunidos:

semblanza

Dra. Martha Guerrero de la FIME Universidad Autónoma de Nuevo León Dra. Laura Peña de la Universidad de Monterrey Dra. Norma A. Rangel del Instituto Tecnológico de Querétaro Dr. Gerardo M. Méndez del Instituto Tecnológico de Nuevo León Dr. Demófilo Maldonado de la Universidad de Monterrey Ing. Valente Delgado de la empresa AHMSA Además se tuvo durante el evento intervenciones especiales del Dr. Rafael Colás de la FIME de la UANL y el Dr. Nelson F. Garza Montes De Oca de la misma institución quienes dirigieron unas palabras al auditorio ahí reunido. Una acción destacada del evento fue la presentación oficial de la primera Mesa Directiva de este Capítulo Estudiantil que tendrá la responsabilidad durante todo un año de afianzar y desarrollar este importante proyecto. Los integrantes que regirán el camino en este primer ciclo de vida de este Capítulo son: Lizángela Guerra Fuentes de FIME de la UANL Luis Alberto Bautista Acuña de la UDEM Edwin Javier Ortiz Rodríguez del ITNL Moisés Correa Ledezma del ITNL En el aspecto social se ofreció un convivio al término de los actos formales de presentación de esta nueva sección en el cual los jóvenes tuvieron la oportunidad de platicar y preguntar detalles, dudas e inquietudes sobre la AIST Capítulo México con los

miembros y amigos conocedores de los temas de la asociación que nos acompañaron amablemente en esa trascendental ocasión. La AIST Capítulo México se congratula por este nuevo esfuerzo encaminado entre otros motivos, a acercar a los estudiantes a la industria siderúrgica. Exhortamos a los jóvenes futuros profesionistas a no tener límites en su imaginación para proponer y cristalizar actividades que maduren y consoliden el Capítulo Estudiantil, solicitamos además lo lleven a expanderse entre la totalidad de las instituciones universitarias de nuestro país y sienten las bases para volverlo autosuficiente en su operación básica a muy corto plazo. El compromiso de los estudiantes que han aceptado participar en esta conformación del nuevo Capítulo es grande, retador, representa una nueva responsabilidad en su desarrollo y tenemos confianza en observar resultados muy pronto en beneficio de su propio proceso de aprendizaje, del crecimiento de la AIST México y del desarrollo constante de la industria del hierro y el acero en México.

La Mesa Directiva actual agradece todo el tiempo, dedicación y presencia en este evento a todos los panelistas, a los representantes del mundo académico, a los Ex–Presidentes de la AIST México, colaboradores, miembros y amigos de la AIST México que concurrieron e hicieron sentir su invaluable apoyo en esta importante ocasión histórica en la vida de la asociación.

A todas las comunidades universitarias de la República Mexicana de niveles licenciatura y posgrado afines a las carreras y especialidades metalúrgica, materiales, industrial, química, automatización y mecatrónica las invitamos a visitar frecuentemente la página de internet oficial de la AIST México www.aistmexico.org.mx para ponerse en contacto y participar activamente con este naciente Capítulo Estudiantil.

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20 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

laminación

EFECTO DEL TIEMPO DE RETARDO previo a la deformación en caliente sobre la resistencia mecánica de aceros microaleados L. Rentería-Borja[1], E. Hurtado[2], P. Garnica[2], M. Á. Cisneros[3] Estudiante de doctorado del programa ITS-ITM, [2]Profesor-Investigador del ITM (Instituto Tecnológico de Morelia) [3] Profesor-Investigador del ITS (Instituto Tecnológico de Saltillo) Dirección: Avenida Tecnológico #1500, Col. Lomas de Santiaguito. CP 58120. Morelia. Mich. Tel. (443) 3121570. E-mail: hurtado@itmorelia.edu.mx

[1]

[

]

RESUMEN En la laminación controlada, al pasar planchón de la zona de recalentamiento al tren de laminación, hay un tiempo de demora antes de deformar, el cual no es el mismo entre un planchón y otro. Este tiempo es diferente aún en cada planchón, debido a que la deformacion comienza en el frente y solo después de varios segundos se deforma la parte trasera del planchón. El tiempo de retardo puede afectar las propiedades mecánicas del acero en condiciones de deformacion. Para cuantificar el efecto del tiempo de retardo sobre la resistencia mecánica, se ensayaron isotérmicamente tres aceros microaleados a 0, 4 y 24 minutos después del recalentamiento y antes de deformar, en un rango de 890 °C a 1000 °C, con velocidades de deformación de 0.01, 0.005 y 0.001 s-1. Se observó un substancial incremento en el esfuerzo máximo para los aceros con Nb a altas temperaturas comparado con el acero sin Nb. Además, el acero con mayor contenido de Nb mostró el mayor incremento del esfuerzo máximo en las temperaturas menores para los tiempos de retardo más largos, sugiriendo que los precipitados formados previo a la deformación proporcionan un incremento en resistencia del acero durante la deformación continua. Palabras clave: Deformación en caliente, aceros microaleados, resistencia máxima

1. INTRODUCCIÓN El fenómeno de endurecimiento durante la deformación es debido al incremento de la densidad de dislocaciones, bajo la acción de fuerzas externas y a la interacción de esas dislocaciones, las cuales se agrupan en varios grados de estabilidad y movilidad. Cuando un metal se deforma en tensión, torsión o compresión, el esfuerzo requerido para continuar el ensayo se incrementa continuamente con la deformación. Este fenómeno es llamado endurecimiento por trabajo mecánico y tiene su fundamento en el incremento continuo de la densidad de dislocaciones con la deformación. La introducción en el acero, mediante deformación, de una alta densidad de dislocaciones

favorece el aumento del límite elástico, sin embargo, resulta nocivo para la tenacidad[1]. La velocidad de endurecimiento por deformación es dependiente de la forma en la que las dislocaciones se distribuyen e interactúan entre sí. El endurecimiento por las dislocaciones disminuye a medida que se incrementa la temperatura, lo cual está ligado a los fenómenos de restauración que se activan térmicamente. Estos fenómenos juegan un papel preponderante durante el trabajado en caliente del acero y la resistencia a la deformación se verá afectada de manera importante por la interacción de las dislocaciones con las partículas de segunda fase que se forman durante el conformado. 21 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

laminación Los precipitados pueden ser estáticos, dinámicos o metadinámicos, dependiendo de su naturaleza, pueden encontrarse dentro del grano o en los límites del mismo[2]. Por esta razón, se propuso trabajar con tres tiempos de retardo, los cuales pueden promover la formación de precipitados estáticos y/o dinámicos, para así, analizar el efecto que tienen sobre la resistencia mecánica en los aceros microaleados. Las partículas de forma cúbica con caras planas y vértices redondeados tienen los tamaños más grandes, pero en escasa cantidad, correspondiendo a las de vértices redondeados los de mayor tamaño (hasta de 180 nm). Al localizarse en la matriz, no en los límites de grano, el tamaño que alcanzan sugiere que se forman a temperaturas altas nucleando y creciendo alrededor de partículas ya existentes, como inclusiones. Algunas de las partículas con forma poliédrica tienen tamaños de 27 nm a 100 nm. Su localización es intragranular, y muchas de ellas pueden aparecer a lo largo de los límites de grano, indicio de que son producidas durante la deformación del acero[3]. Las temperaturas de formación relativamente bajas de los precipitados inducidos por la deformación producen un tamaño de partícula pequeña, ya que la cinética de crecimiento es más lenta. Esto explica el por qué se observan de manera mayoritaria partículas muy finas de formas poliédricas y redondas de entre 20 y 100 nm. La localización de muchas de estas partículas a lo largo de los límites de grano es una característica más de la precipitación inducida por la deformación y también es responsable de que los límites de grano no se hayan desplazado (crecimiento de grano) promoviendo un afino de grano en la microestructura final[4]. El aumento en el contenido de Nb incrementa la temperatura de no recristalización y la deformación crítica, que es la deformación necesaria para que inicie la recristalización[5]. Se puede usar vanadio en conjunción con adiciones de nitrógeno para producir un moderado efecto de retardo en la recristalización de la austenita pero tales prácticas no son compatibles con la idea de tener nitrógeno libre en el acero. Por consecuencia, el uso predominante del V es para precipitar carburo de vanadio en los productos de baja temperatura de transformación.

acuerdo con el montaje que se ilustra en la figura 1, incluidas las dimensiones de las probetas.

Figura 1. Montaje de las probetas en el equipo. Cada probeta fue austenizada con un tiempo de permanencia de 1 hora para los tres aceros, en el caso del acero 1 fue necesario austenizar a 1100 ºC (ver figura 2) para disolver los precipitados de vanadio que pudieran estar presentes en la estructura del acero. Para los aceros 2 y 3, el austenizado se realizó a 1200 ºC, de ese modo se disuelven los precipitados de Niobio que se producen desde colada. Después del período de austenización las muestras se enfriaron rápidamente en salmuera.

Similarmente, el titanio no es considerado útil para retardar la recristalización de la austenita pero es altamente efectivo en prevenir el crecimiento de grano austenítico. 2. METODOLOGÍA Para realizar las pruebas de compresión en caliente se utilizó una máquina de ensayos universal, de 22 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

Figura 2. Austenizado y condiciones de deformación de los aceros.

laminación Antes de realizar los ensayos de compresión se realizó un recalentamiento de homogeneización a 1,100º C durante 5 minutos en el horno de la máquina de ensayos para mantener disueltos los precipitados y tener un punto de inicio común para los tres aceros. Después se aplicaron los tratamientos termomecánicos, de acuerdo con el esquema que se presenta en la figura 2. La composición química de los aceros microaleados utilizados se presenta en la tabla I. Acero

0.09

1.11

0.25

0.045 0.425 0.008 0.012 0.0089 0.021 0.043

0.058 1.47

0.28

0.012 0.001

0.049

0.013

------

0.0021

-----

0.01

0.056

0.015

0.004 0.027 0.086

0.016 0.0034 0.077 0.03

Para cuando no hay retardo antes de aplicar deformación, se tienen resistencias mecánicas (esfuerzo máximo) que van desde 50 hasta 95 MPa. La mayor resistencia mecánica se obtiene a 0.01 s-1, que es la mayor velocidad de deformación. Al bajar la velocidad de deformación, disminuye la resistencia mecánica.

Tabla I. Composición química de los aceros microaleados Inmediatamente después del ensayo de compresión las probetas fueron retiradas de las barras de carga e introducidas en salmuera + hielo para retener lo mejor posible el tamaño y la ubicación de los precipitados en la matriz de austenita. 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3.1. Efecto de los Tiempos de Retardo sobre la Resistencia Mecánica del Acero 1. Para medir el efecto que tienen los tiempo de retardo sobre la resistencia mecánica, es necesario tomar en cuenta la temperatura, velocidad de deformación y los elementos microaleantes. Para el acero 1, la figura 3 presenta la influencia del tiempo de retardo en la resistencia mecánica.

Figura 3. Resistencia mecánica en caliente del acero 1 para diferentes tiempos de retardo y diferentes velocidades de deformación.

Carretera Mty-Laredo km 22.7 Ciénega de Flores, N.L., C.P. 65550 Tels. (81) 8329-8412, (81) 8329-8407 Fax. (81) 8329-8413 jfespinosa@itw.com.mx cdojeda@signode.com.mx jagarcia@signode.com.mx

23HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

laminación Las altas velocidades de deformacion generan gran cantidad de dislocaciones, produciendo endurecimiento por deformación[6], las bajas velocidades de deformación favorecen el deslizamiento de dislocaciones. Además, las altas velocidades de deformacion producen un grano más fino que las velocidades de deformación lentas; como ya se sabe, el tamaño de grano fino produce mayor tenacidad y mayor resistencia a la cedencia[7]. Es conveniente notar en la figura 4 que existe una “joroba” a una temperatura cercana a los 950ºC. Al incrementar la temperatura la resistencia mecánica disminuye, debido al aumento en la rapidez del salto de dislocaciones y la disolución de elementos microaleantes. Esta joroba está relacionada con la presencia de precipitados de vanadio, lo cual concuerda con lo reportado por Ghasem Dini[6] quien menciona que los precipitados de vanadio afectan a la resistencia mecánica y al crecimiento de grano a la temperatura de 950 ºC. Con tiempos de retardo prolongados, se tiene mayor resistencia, sin embargo, los precipitados formados estáticamente, son poco efectivos para impedir el crecimiento de grano al encontrarse dentro del grano. Los precipitados estáticos crecen a expensas de los más pequeños, que pudieran estar en los límites de grano, propiciando el crecimiento de grano[8]. 3.2. Efecto de los Tiempos de Retardo y la Composición Química sobre la Resistencia Mecánica del Acero 2. Los resultados de la resistencia del acero 2 se presentan en la figura 4. Para este acero los valores van desde 50 hasta 90 MPa debajo de los valores obtenidos para el acero 1. Debe recordarse que el acero 1 tiene el mayor contenido de carbono, manganeso, titanio y molibdeno. El carbono es efectivo para la resistencia del acero, pero degrada la soldabilidad, la cual es necesaria en muchos procesos de manufactura. El Mn es efectivo para la resistencia del acero como solución sólida y endurecimiento por transformación, pero deteriora la soldabilidad y el acabado de galvanizado. Así que el Mn debe estar en cantidades menores al 2.0%: con el objetivo de tener una mayor tenacidad. El titanio es agregado para endurecer la microestructura por precipitación y refinar el grano. El Mo suprime la aniquilación de dislocaciones a altas temperaturas, aumenta la templabilidad y facilita la formación de precipitados[9]. Los resultados para el acero 2 muestran dos “jorobas”, la primera cercana a los 920 ºC, y la segunda a 980 ºC. Este acero 2, contiene tanto V como Nb, sin embargo el contenido de V es de tan sólo 0.0021 24 HIERRO y ACERO/AIST MÉXICO

(porcentaje en peso), asi, es probable que a 950 ºC comience la precipitación (dinámica para este caso), sin embargo, son pocos los precipitados que superan el radio crítico, debido a la poca disponibilidad del elemento microaleante. Cuando la temperatura de deformacion disminuye, lo solubilidad es también menor, así, a 920 ºC son muchos los precipitados de vanadio que logran superar el radio critico y afectar la resistencia mecánica del acero 2. La segunda joroba se debe a los precipitados de Nb que típicamente nuclean a esa temperatura[10].

Figura 4. Resistencia mecánica en caliente del acero 2 para diferentes tiempos de retardo y diferentes velocidades de deformación. Al igual que para el acero 1, el esfuerzo se incrementa al aplicar tiempo de retardo de 4 minutos, el rango va de 60 a 105 MPa, valores superiores a los obtenidos sin retardo. Para el caso de 24 minutos la resistencia oscila entre los 60 y 110 MPa.

laminación Al comparar la figura 3 con la figura 4, puede apreciarse que el acero 2 es más resistente que el acero 1 a altas temperaturas, debido seguramente a la presencia de precipitados de Nb. Así, por una parte los resultados muestran un aumento en la resistencia mecánica con tiempos de retardo mayores; por otra parte, Abad [2] encontró que incrementando el tiempo de retardo, aumenta la temperatura de no recristalización. El resultado final es una microestructura con grano más fino[11]. 3.3. Efecto de los Tiempos de Retardo y la Composición Química sobre la Resistencia Mecánica del Acero 3

to en la resistencia considera el mayor contenido de carbono, Nb y V. En los aceros 1 y 2 la resistencia tuvo su valor más alto con 24 minutos de retardo, sin embargo, para este acero la amplitud del rango de resistencia al cambiar la velocidad de deformación es mayor que para los otros dos aceros, incluso cuando no se aplicó retardo (figura 5). El carbono aumenta la resistencia por su efecto intersticial, sin embargo también forma precipitados de Nb y V; de ese modo se promueve la formación de precipitados dinámicos para cuando hay ausencia de retardo al aplicar deformación. El rango de la resistencia alcanzada va de 70 a 110 MPa. Para las probetas deformadas con 24 minutos de retardo se tienen resistencias similares a las de las probetas deformadas con 4 y 0 minutos de retardo a temperaturas superiores a 950 ºC. Así, para 4 y 0 minutos de retardo, por un lado las probetas tienen alta resistencia a altas temperaturas de deformación y por otro lado deben tener un grano fino, debido al poco tiempo que tiene el grano para crecer. Alta resistencia y un grano fino son condiciones siempre deseadas en aceros microaleados. No debe perderse de vista que este comportamiento es marcado solo a temperaturas de 980 y 1000 ºC, para este acero específico. A 890 y 920 ºC con 24 minutos de retardo, como muestra la figura 5, la resistencia aumenta considerablemente. Esto por el tiempo que tienen los precipitados estáticos tanto de superar el radio critico como de crecer, aumentando de este modo la resistencia mecánica, que para este caso, fue de 78 a 130 MPa. 4. CONCLUSIONES 1. La mayor velocidad de deformación produce la mayor resistencia mecánica, en las gráficas se observa que al aumentar la velocidad de deformación, aumenta la resistencia mecánica. 2. Se encontró que 4 minutos de retardo son suficientes para aumentar la resistencia mecánica de los tres aceros probados.

Figura 5. Resistencia mecánica en caliente del acero 3 para diferentes tiempos de retardo y diferentes velocidades de deformación. El acero 3 muestra la mayor resistencia en comparación con los dos anteriores. La causa de este aumen-

3. El acero 1 muestra una “joroba” en los resultados de los tres tiempos de retardo, indicando la presencia de algún elemento endurecedor; según otros investigadores, de acuerdo a la composición química y condiciones de deformación, debe tratarse de precipitados de V.

25 HIERRO y ACERO/AIST MÉXICO

laminación 4. Con 24 minutos de retardo se aumenta considerablemente la resistencia para los aceros 1 y 2. 5. Con 0 minutos de retardo, el acero 1 es más resistente que el acero 2. 6. El acero 2 es más resistente que el acero 1 a altas temperaturas con tiempos de retardo prolongados. 7. El acero 3 es el más resistente de los tres aceros probados a alta temperatura por su alto contenido de Nb y V. 8. El efecto endurecedor y el aumento de la resistencia debido a la presencia de Nb, al incrementar el contenido de éste, solo es efectivo a temperaturas inferiores a 950 ºC, especialmente con tiempos de retardo prolongados.

BIBLIOGRAFIA 1. Pickering, F.B. y Gladman, T., Iron and Steel Inst. Vol. 81, (1963), p. 10. 2. R. Abad, A. I. Fernández, B. López, J. M. Rodríguez-Ibabe, ISIJ International, Vol. 41, No. 11 (2001), p. 1373.

26 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

3. Red – Hill, R. E., Principios de Metalurgia Física, segunda edición, CECSA, México D. F., (1979). 4. Akben, M.G., Weiss, I. y Jonas, J.J.: Acta Met., Vol. 29 (1981), p.111. 5. L. Walsh, R.A. y DeArdo, A.J., Fourth International Steel Rolling Conference, Deauville University Press, Deauville, France, 1987. 6. Dini, G., Vaghefi, M. M. y Shafyei, A., ISIJ International, Vol. 46 (2006), p. 89. 7. Maugis, P., Goune, M., Acta Materialia, Vol. 53 (2005), p. 3359. 8. Yi, H. L., Du, L. X., Wang, G.D y Liu, X.E., ISIJ International, Vol. 46 (2006), No. 5, p. 754. 9.

S. Chatterjee*, A. K. Verma and A. Mukhopadhyay, Ironmaking and Steelmaking Vol. 34, (2007), p. 20.

10. Cuddy, L. J., Thermomechanical Processing of Microalloyed Austenite, A.J. DeArdo et al., Ed., The Metallurgical Society of AIME, 1982, p 129. 11. Byon, S. M., Kim, S. I. y Lee, Y., Proc. IMechE Vol. 220 Part B: J. Engineering Manufacture, (2006).

procesos y usos del acero

DESARROLLO y validación de una METODOLOGÍA

para prueba de lubricantes utilizados en procesos de troquelado de hoja de acero automotriz

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]

Maldonado Cortés D.1, Trejo Montemayor Luz A. 1, Treviño Castán José A. 1, Molina Vargas D. 1, Berlanga Zamarrón R. 2 UDEM, Departamento de Ingeniería, San Pedro Garza García N.L., demofilo.maldonado@udem.edu.mx 2 Metalsa, Innovación en Procesos de Formado, Apodaca N.L., rodrigo.berlanga@metalsa.com.mx

RESUMEN

La siguiente investigación presenta la evaluación de lubricantes utilizados actualmente por la empresa Metalsa y algunos propuestos por la Universidad de Monterrey para emplearse en el proceso de doblado para chasises.

Metalsa cuenta con una serie de lubricantes cuyo uso depende del proceso que se vaya a realizar. Anualmente sus proveedores le recomiendan nuevos lubricantes para volver más eficientes sus procedimientos. Sin embargo, para la empresa es complicado evaluar estos productos en planta ya que, de no ser de la calidad que necesita, pueden afectar tanto los herramentales como los productos. Además, dicha valoración haría perder tiempo en la línea de producción y se tendría que asumir el gasto que implica la posibilidad de arruinar un lote de hasta mil piezas o un herramental. Con base en lo anterior, se desarrolló y validó una metodología para probar los lubricantes utilizados en procesos de troquelado de hoja de acero automotriz de manera que, al ensayar con probetas, se pueda seleccionar el lubricante de mejor calidad sin perder tiempo dedicado a la producción ni arriesgar piezas o maquinarias. La metodología consiste en elegir las pruebas indicadas en máquinas tribológicas T-02: máquina de cuatro bolas y T-05: máquina de block on ring.

Las máquinas proporcionan ciertos resultados pero es necesario interpretar los mismos. La máquina T-05, por ejemplo, indica las huellas de desgaste, el coeficiente de fricción y el volumen desgastado. Estos resultados sirven para tomar la decisión de elegir un lubricante para el proceso estudiado. Palabras clave Tribología, acero, automotriz, parámetros, lubricante, recubrimiento, desgaste

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procesos y usos del acero

1. INTRODUCCIÓN Metalsa es una empresa dedicada a la industria del acero en procesos como estampado, embutido y doblado, entre otros. El uso continuo de troqueles provoca su deterioro que posteriormente afecta la calidad del producto (Figura 1), por lo que constantemente se busca reducirlo mediante la utilización lubricantes con buenas propiedades anti desgaste.

fuerte presión sobre sus proveedores para alcanzar estos valores. En el caso de los chasises, la opción es hacerlos más ligeros sin comprometer su resistencia. Para ello se usan aceros de ultra alta resistencia, los cuales permiten usar menores espesores de hoja de acero en los chasises. Dichos aceros evolucionan a una velocidad mucho más rápida comparada con aquella con la que los fabricantes de chasises pueden reaccionar para modificar los materiales de sus herramientas, ya que estos aceros tienen un compromiso inevitable: castigan a la herramienta de trabajo desgastándola aceleradamente (Figura 3). Figura 3. Herramienta desgastada[1]

Por otra parte, la tribología es una ciencia que estudia la fricción entre dos cuerpos en movimiento, el desgaste como efecto natural de la fricción y la lubricación como opción para evitar el desgaste. Estos tres factores son analizados en un sistema tribológico.

Figura 1. Sección de larguero de chasis de camioneta tipo “Pickup”[1]

Un sistema tribológico es una estructura natural o artificial integrada por las superficies de tres o más componentes que mantienen contacto móvil entre ellos y su entorno.

Figura 4. Esquema de la importancia de la tribología[2] Figura 2. Regulaciones CAFE[1]

Por otra parte, las regulaciones de la Corporate Average Fuel Economy (CAFE) en los Estados Unidos, solicitan un aumento drástico en la eficiencia del uso de combustible con miras al 2020 (Figura 2). Lo anterior hace que los grandes fabricantes ejerzan una 28 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

En la Figura 4 se observa la importancia de las investigaciones tribológicas para la industria. En el esquema se observan cuatro áreas: investigación, prueba de prototipo, aplicación y producción en masa. Las pruebas tribológicas reducen costos al generar

procesos y usos del acero una certidumbre en la elección del lubricante a utilizar, por tanto permite que se realicen inversiones fuertes destinadas a cambiar de herramentales con un mínimo de riesgo.

ACCUSPEED Láser Velocímetro

2. EXPERIMENTACIÓN: EQUIPOS Y MÉTODO DE PRUEBA Máquina T-02, prueba de cuatro bolas La máquina T-02 (Figura 5) es utilizada para determinar las propiedades de lubricantes, aceites o grasas, a presión extrema y sus propiedades anti desgaste. El sistema tribológico se conforma por tres bolas estacionarias aseguradas a un sujetador y una cuarta bola que ejerce presión con una carga P sobre las tres bolas fijas. La bola de arriba está sujeta a un mandril y rota con una velocidad definida n.

Figura 5. Máquina de cuatro bolas[3]

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La mas alta precisión en medición de velocidad y largo disponible, ideal para ! Flujo de masa en el Control Automático de Calibre ! Control Automático de Ancho ! Control de Elongación ! Control de corte por largo . ! Rastreo de la banda a la entrada de la cizalla para un corte optimizado ! Rastreo de defectos en la inspección de superficie

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Al realizar el ensayo se mide el par de fricción, la carga aplicada y la temperatura del lubricante.

Transductor de tensión

Figura 6. Gráfica desplegada en el software de T-02 para el scuffing test[3]

! Excede la fuerza mecánica y resistencia a la corrosión ! El tiempo de respuesta mas rápido ! Mejor linealidad ! La desviación mas baja de temperatura ! Sensibilidad Vertical o Horizontal (No se requiere inclinación)

El software diseñado para la máquina T-02 muestra una gráfica similar a la representada en la Figura 6, donde es posible identificar las propiedades del lubricante a probar. Los indicadores relevantes en esta gráfica son el comienzo del rozamiento y desgaste

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procesos y usos del acero (scuffing initiaton) identificado con la carga Pt. El esquema también permite identificar el momento de la falla y agarrotamiento debido a la pérdida de película de lubricante (seizure), relacionada directamente con la carga Poz.

El ensayo puede realizarse con dos formas distintas de probetas, lineales o conforme a la superficie, que modifican el contacto entre probeta y contra probeta (Figura 8).

El método polaco o (scuffing test) utiliza un indicador calculado llamado Poz (presión límite de pérdida de película de lubricante) para comparar rápidamente los lubricantes y el promedio del diámetro de huella en milímetros cúbicos de las tres bolas estacionarias. Se obtiene con la siguiente fórmula:

Poz 0 0,52 ,52

Poz d2

Se arriba a una conclusión al determinar que el lubricante con mayor Poz es el que tiene mayores propiedades anti desgaste y un bajo coeficiente de fricción. Máquina T-05 block on ring

Figura 8. Probeta y contra probeta conforme a la superficie y lineal[4] Al haber seleccionado cuál de los dos pares de fricción es óptimo para el experimento, se monta en la máquina donde se calentará para elevar la temperatura del fluido lubricante a probar antes de que comience la carrera (Figura 9). La temperatura del bloque será controlada gracias a un termopar que se inserta en el orificio del bloque.

La máquina T-05 (Figura 7) está diseñada para determinar y prevenir el desgaste gracias a las propiedades de las películas sólidas de los lubricantes, los fluidos de éstos, las grasas y los materiales utilizados en el sistema que se desea estudiar.

Figura 7. Máquina de block on ring[3]

En este caso, el sistema tribológico se integra por un bloque estacionario, hecho del material que se requiere probar y aplica presión con una carga P contra el anillo, que gira a la velocidad definida u oscila a la frecuencia y amplitud determinada. En esta prueba es necesario considerar las condiciones de operación real del proceso que se trata de duplicar, de esta manera será más real y arrojará un resultado más exacto. 30 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

Figura 9. Esquema de la prueba tribológica de la máquina de block on ring[4] Durante la experimentación se mide la fuerza de fricción, el desgate lineal total de las muestras de análisis, la temperatura del bloque y del lubricante, la velocidad de rotación y el tiempo o número de revoluciones del anillo. La prueba parará automáticamente cuando el tiempo se acabe o la distancia que se le indicó rotar haya alcanzado el número señalado al inicio del estudio.

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Figura 10. Probeta con adaptación del material del chasis y contra probeta (anillo) del herramental[4]

En la Figura 10 se expone la probeta y contra probeta donde se adaptó un inserto del material del chasis al bloque. El chasis se produce únicamente en lámina; el calibre de este metal impedía darle las dimensiones necesarias al bloque. Existen dos maneras de analizar los resultados: ❑ Por medio de las gráficas que proporciona el software de la máquina T-05 (desplazamiento y fuerza de fricción). ❑ Midiendo las huellas de desgaste en el bloque.

La segunda gráfica proporciona el desplazamiento vertical de profundidad de la huella. Es necesario tomar dos puntos de referencia, el primero es donde empieza a estabilizarse el desplazamiento y el segundo, es el valor mayor de la gráfica. Si se presenta algún pico cuando ya está estabilizado el desplazamiento, éste deberá ignorarse pues seguramente se debió a alguna anomalía externa que no influye en los resultados de la prueba. La última gráfica señala el valor de la temperatura del bloque, que sólo indica la estabilidad de la misma. Si la temperatura llegará a aumentar es porque el desgaste comenzó a manifestarse y la película del lubricante empezó a fallar. Esta gráfica no es necesaria para el cálculo del desgaste. Las huellas marcadas en los bloques son otro factor que se debe considerar para analizar el desgaste. Dado que la huella no es completamente uniforme es necesario tomar como referencia tres o más distancias con las cuales se calculará un promedio para obtener el valor aproximado como se observa en la Figura 12.

En la Figura 11 se ilustran los tres tipos de gráficas que proporciona la máquina T-05.

Figura 12. Huellas de desgaste en los bloques según los diferentes lubricantes utilizados[4]

Figura 11. Gráfica proporcionada por la máquina T-05 [4] La primera indica la fuerza de fricción que se está llevando a cabo en el sistema tribológico, con la cual se podrá calcular el coeficiente de fricción. Para analizarlo es recomendable tomar tres puntos y realizar un promedio de ellos para obtener así un valor. Se sabe que entre mayor sea la fuerza de fricción, mayor será el desgaste.

3. METODOLOGÍA Los siguientes pasos son necesarios para llegar a una sugerencia válida para cambiar el sistema tribológico actual de las herramientas en Metalsa. a) Definir los parámetros de prueba para igualar presiones de trabajo en la máquina tribológica T-05. b) Definir los materiales a probar. c) Definir los lubricantes a experimentar. 31 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

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d) Filtrar los tres mejores lubricantes y agregar el de uso actual con la máquina T-02. e) Probar dos recubrimientos propuestos y realizar todas las combinaciones posibles con la máquina T-05 y el filtro efectuado en el paso anterior. f) Analizar resultados y realizar propuesta de cambio. De cada combinación se hicieron al menos tres repeticiones hasta que la prueba de Dixon dio valores confiables. 4. RESULTADOS Se consiguieron mejoras sustanciales en reducción del coeficiente de fricción y desgaste del sistema tribológico actual contra el propuesto. En la Figura 13 y la Figura 14 se evidencian las reducciones de ambos parámetros tomando en cuenta el lubricante de uso actual en Metalsa, Ecodraw, y otros tres, Renoform, Procedraw y Addvanced-6120, propuesto por la UDEM.

5. CONCLUSIONES Utilizando la metodología propuesta se concluye que es una vía confiable que ayudará a Metalsa a reducir costos por paros en la línea de producción al probar nuevos lubricantes, dado que es más sencillo y no se corre el riesgo de dañar el herramental o piezas en la producción. En el desarrollo de la metodología se encontraron lubricantes que tienen un mejor desempeño con respecto a los utilizados actualmente, las evaluaciones en la máquina T-02 fueron rápidas y ayudaron a filtrar los mejores lubricantes propuestos por Metalsa y por la Universidad de Monterrey. La máquina T-05 ayudó a simular el proceso de doblado de Metalsa tomando en cuenta las condiciones de operación. Con este proceso se concluyó que los resultados de la máquina T-02 concordaban con los arrojados por la T-05. Se encontró que el mejor lubricante fue el Addvanced-6120 con una reducción del 32 por ciento de desgaste con respecto al actual e igualmente presentó una disminución del 61 por ciento en el coeficiente de fricción. Esta reducción implica un menor consumo de energía en el proceso y genera una huella de carbono más pequeña, lo cual beneficia al medio ambiente. 6. RECOMENDACIONES

Figura 13. Resultados de fricción[4]

Se sugiere evaluar periódicamente los lubricantes de uso actual en otros procesos de Metalsa, así como futuras propuestas siguiendo esta metodología. También se deben realizar pruebas piloto donde se aplique el lubricante propuesto para comprobar resultados. Asimismo se recomienda determinar si el costo-beneficio del lubricante Addvanced-6120 es el adecuado para los procesos de troquelado de la Empresa. Se invita a valorar que el lubricante Addvanced-6120 es amigable con el medio ambiente lo que permite practicar una mayor responsabilidad ambiental. 7. REFERENCIAS

Figura 14. Resultados de desgaste[4] En el caso del coeficiente de fricción, la reducción fue de un 61% y en el caso del desgaste la reducción fue de un 32 por ciento con respecto al lubricante usado actualmente. 32 HIERRO y ACERO/AIST MÉXICO

[1] AERI Metalsa-UDEM, 2010 [2] D. Maldonado, Influence of Test Equipment and Working Conditions on the Coefficient of Friction Values, Cracow University of Technology, PHd, Thesis June 2010. [3] Szczerek, Marian, Metodologiczne Problemy Systematyzacji Eksperymentalnych Bandán Tribologicznych; ITeE, 1997, pp 10. [4] D. Maldonado, L, Trejo, D. Molina, J. Treviño, PPD UDEM Otoño 2010.

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