Hierro y Acero Edición 50 by AIST México

Abril - Junio 2012

Vol. XIII No. 50

Incrementar la productividad. Reducir costes.

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directorio Vol. XIII No.

2012 Abril - Junio

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, ALMyM Ignacio Álvarez Elcoro, FIME UANL Gerardo Maximiliano Méndez, INSTITUTO TECNOLÓGICO DE N.L. Myrna Molina Reyna, AIST MÉXICO

ro Edición de O

EDITORIAL

5 • Sigamos evolucionando...

ACERÍA

índice

6 • Resonancia Mecánica en Hornos de Cuba Alta

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

en Steel Dynamics - Butler: Detección y Solución CONACYT, Programas Educativos y Becas: Rafael Colás, FIME UANL, Alberto Pérez, FIME UANL, Édgar García, FIME UANL. 2a. parte

CANACERO

12 • Convocatoria Premio Nacional del Acero para Estudiantes de Arquitectura

AIST-SEMBLANZA

18 • Edición de Oro

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

50 Ediciones de la Revista Hierro y Acero • Comentarios de líderes de la Industria Siderúrgica

LAMINACIÓN • Formas de Agrietamiento en Tuberías de Acero Microaleado para Servicio Amargo

PROCESOS Y USOS DEL ACERO

30 • Introducción a los Sistemas de Lubricación Centralizados Inteligentes para la Industria Siderúrgica 4 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

Museo del Acero: Alberto Pérez, UANL Comunicación Electrónica: Martha Guerra, AIST México Desarrollo de Cursos: Luis Jorge Vélez, AHMSA 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 Abril-Junio del 2012. 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.

editorial

Desde hace más de 8 años en la AIST México y anteriormente en la ISS México Primera Sección, hemos tenido diversas e importantes actividades institucionales que le dan sentido al trabajo diario de quienes de alguna forma estamos involucrados en la vida de la asociación. Tenemos la tradicional entrega de becas a destacados estudiantes de áreas afines a la metalurgia, el desarrollo de cursos especializados para el área siderúrgica, la organización del único Congreso y Exposición de la Industria del Acero en su tipo en México y la publicación cada tres meses de esta revista que ahora amablemente tienen ante sus ojos y de la cual estamos publicando el emblemático número cincuenta.

Sigamos evolucionando...

Ing. Myrna S. Molina Reyna Directora Operativa AIST México El trabajo periódico de construir una siguiente edición de esta publicación se ve felizmente recompensado cuando se observa a la distancia el camino recorrido. Tenemos un satisfactorio y autofinanciable medio de comunicación con los miembros, amigos y colaboradores de la asociación que de manera notable se ha mejorado continuamente al paso del tiempo. Hemos incrementado paulatinamente el tiraje de ejemplares trimestrales, participamos en una alianza de colaboración con la principal publicación mensual de la AIST de los EUA con intercambio de publicidad mutuamente benéfica; contamos con acceso a cada nueva edición de nuestra revista completa vía internet y hemos buscado alternativas de publicidad atractivas para los actuales y los nuevos anunciantes. Tenemos ahora que continuar evolucionando, la visión del futuro a corto y mediano plazo que les invitamos a construir y testificar juntos incluye el crecer en cantidad de material técnico de publicación con un adecuado balance entre número de artículos y anunciantes por edición; incorporar una atractiva sección fija de temas de interés general; difundir intensamente el acceso de los lectores a la edición electrónica de la revista y crear un nuevo acceso para dispositivos móviles portátiles. Aunado a lo anterior, debemos explorar y proponer nuevas áreas de interés común con las publicaciones de la AIST de los EUA para aumentar la sinergia existente. Todo lo anterior se regirá, como hasta ahora, por nuestra interna exigencia de calidad en formato, imagen, actualización, costo óptimo, impresión, empaque y distribución entre otras características. Desde estas líneas deseo hacer patente el agradecimiento enorme para todos los miembros de las mesas directivas que han presidido nuestra asociación y que se han preocupado por apoyar la publicación ininterrumpida de esta revista, para los integrantes de cada comité editorial que han aportado su tiempo y compartido sus valiosos comentarios para asegurar un buen nivel de artículos técnicos y para todos los anunciantes que representan uno de nuestros pilares más fuertes.

Emprendemos ahora el camino ascendente por los siguientes cincuenta números.

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RESONANCIA MECÁNICA en Hornos de Cuba Alta en Steel Dynamics - Butler: Detección y Solución

Segunda parte…

Ron E. Gerhan GrafTech International Holdings Inc. 12900 Snow Road, Parma, Ohio 44130 Tel - (216) 676-2129 Fax – (216) 676-2623 E-mail ron.gerhan@graftech.com

Dr. Yury Krotov Steel Dynamics, Inc., Structural and Rail Division, 2601 South Country Road 700 East Columbia City, Indiana 46725 Tel – (260) 625-8508 Fax – (260) 625-8950 E-mail yury.krotov@steeldynamics.com

El Caso SDI La planta de la empresa Steel Dynamics Inc. Situada en Butler, Indiana es una mini acería operando con dos hornos del tipo de cuba doble, dos máquinas de colada continua de planchón delgado SMS, un molino de laminación de 7 stands y una laminadora en frío. Esta planta inició operaciones en 1995 con uno de los hornos de cuba doble (Batería – 1) y una máquina de colada. En 1997 se instaló el segundo horno (Batería – 2) y colada continua. Ambos hornos están alimentados por transformadores de 120 MVA con aproximadamente 100 MW de potencia promedio; para una producción anualizada del orden de los 2.5 millones de toneladas por año (2.44 MTPA) antes de la modificación. SDI utiliza varios grados de chatarra y arrabio líquido (aproximadamente 10% de la carga) producido internamente por la planta Iron Dynamics. El proyecto de incremento de capacidad de la planta (2.72 MTPA) incluyó el aumento de volumen en las cubas del horno de la Batería – 1 con el objetivo de acomodar toda la carga de chatarra necesaria para una colada en una sola apertura de bóveda, la principal idea es: reducir tanto el tiempo de horno desconectado como las pérdidas térmicas y aumentar la eficiencia del uso de la potencia eléctrica mediante la eliminación del paro para colocar la segunda cesta de chatarra en el horno. Debido a limitaciones de espacio el diámetro del horno no se modificó dejando el aumento de la altura de la cuba como la única posibilidad para el aumento de volumen. El incremento en la altura del horno fue de 1.5 m, este incremento en altura; produjo un incremento en la longitud de las columnas de electrodos al punto que ahora se tiene hasta siete metros de longitud de columna debajo de la mordaza del horno. 6 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

Nicolás Lugo GrafTech International Holdings Inc. 12900 Snow Road, Parma, Ohio 44130 Tel - (216) 676-2415 Fax – (216) 676-2623 E-mail nicolas.lugo@graftech.com

Originalmente, la longitud de una columna nueva era del orden de los 8.1 m (3x2700mm), en esas condiciones, la longitud máxima debajo de la mordaza era de 5.6 m, aproximadamente. Bajo esas condiciones originales de operación los hornos no mostraban ninguna evidencia de problemas mecánicos, de resonancia ni de rotura de electrodos. Al finalizar la modificación de las cubas de la batería – 1 la presencia de vibraciones de electrodos conducentes a roturas de electrodos se hizo evidente. La vibración mecánica de los electrodos se presentaba principalmente entre las fases externas del horno (fases A y C) con un rango de frecuencia entre 2.1 y 2.5 Hz. Las condiciones de vibración más severas se presentaban al inicio de la fusión, desde el inicio de profundización, hasta aproximadamente 20 MWh en el transcurso de la colada. En casos extremos se llegaron a registrar evento de resonancia mecánica durante la etapa de baño plano como se muestra en la figura 10.

Figura 10 Gráfica de tendencia de corrientes (kA) con evidencia de resonancia mecánica en baño plano El personal de SDI sabía de antemano que esta modificación traería una serie de situaciones nuevas que habría que resolver,

acería por tal motivo, SDI solicitó a GrafTech la evaluación de esta modificación en el rendimiento de los electrodos. Obviamente el estudio arrojó como conclusión un posible aumento sensible en el consumo de los electrodos como resultado de un incremento de roturas. Al final, la decisión de SDI fue la de seguir adelante con el proyecto de aumento de la capacidad de producción y llegado el momento, realizar las modificaciones necesarias al horno, para minimizar los efectos negativos asociados con el incremento en longitud de las columnas. La modificación del horno inicialmente no incluía modificaciones en los ajustes de control de la operación. Los ajustes de regulación y programas de energía permanecieron sin cambio al inicio de la operación, después de la modificación de la cuba. Como se dijo anteriormente, al inicio de la operación bajo estas nuevas condiciones, los electrodos empezaron a oscilar en el plano horizontal al momento en que estos iniciaron el contacto eléctrico con la chatarra. Una vez conscientes de la severidad del caso, se procedió a evaluar las diferentes alternativas para solucionar esta situación. Estas opciones incluyen modificaciones en la práctica de operación, modificaciones a los ajustes del horno y del sistema de regulación. Cada paso en particular aportó en efecto positivo en la solución del problema. El trabajo en equipo y la experiencia el uso de información disponible sobre casos similares tuvo un efecto contundente en la evaluación y ejecución de cada paso en la progresión de eventos, enseguida se mencionan los más sobresalientes. Preparación de la Chatarra. Desde el inicio se observó que la magnitud de la vibración de las columnas era más severa al fundir chatarra pesada, especialmente si ésta se encontraba localizada en la parte alta del horno durante el inicio de la fusión. En este punto se tomó la decisión de cambiar la práctica de carga. La mayoría de la carga pesada se colocó en el fondo del horno usando una “primera cesta”, en tanto que la composición de la segunda cesta (con solo una apertura de bóveda) contenía chatarra ligera exclusivamente. En los caso en que se carga arrabio líquido, este se coloca en el horno después de la primera cesta. Programa de Energía y Estabilidad de Arco. Durante la investigación posterior a la primera rotura de electrodos se descubrió que los orificios producidos por los electrodos en la chatarra durante la profundización eran de un diámetro muy reducido, esto podría provocar contacto físico indeseable entre los electrodos y la chatarra. Para ampliar el diámetro de los orificios de profundización se aumentó el voltaje del transformador durante esta etapa. Se estableció como meta la de incrementar el voltaje de arco hasta el máximo (aproximadamente 600 V) tan pronto como fuera prácticamente posible. Conscientes del hecho de que el arco de alta potencia cortan la chatarra ligera sin dificultad, se redujo también la velocidad de descenso de los electrodos.

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acería La práctica implementada es: Inicio de fusión en Tap – 13 (1200 V), seguido por Tap – 15 (1280 V) y después de 4 MWh cambio a Tap – 17 (1350 V) por el resto de la etapa de fusión. El uso de 1200 V para etapa de profundización se podría catalogar como una práctica de inicio de fusión muy agresiva en hornos eléctricos convencionales. Cabe señalar, sin embargo, que la primara delta fue retirada después de 1200 coladas de vida, después de la modificación de las cubas.

Después de probar diferentes esquemas de regulación, el ajuste definitivo incluyó la reducción de velocidad de los mástiles en aproximadamente un 50%. Esta medida, aunque positiva en Effect of WCR on arc stability cuanto a que redujo la severidad y frecuencia de los eventos de resonancia mecánica, Water on no aportó la solución definitiva en cuanto a la eliminación de roturas, especialmente en los casos de caídas severas de carga.

Figura 11 Efecto del agua de enfriamiento de los electrodos en la estabilidad del arco

La práctica actual contempla un período de espera hasta que se consuman 6 MWh antes de habilitar el agua de los anillos. Después de este cambio, prácticamente se eliminaron los problemas de estabilidad asociados con el agua de los anillos interfiriendo con la estabilidad del arco. Ajustes al sistema de regulación. Los hornos de SDI están equipados con reactores suplementarios de hasta 2.5 Ω a 34.5 kV. Previo a la modificación de las cubas, la práctica de operación incluía el uso de los taps altos del transformador, con velocidades de regulación relativamente altas. Lo anterior era posible dadas

Incremento de la reactancia. Como se mencionó arriba, el valor máximo de reactancia disponible en el reactor de este horno es de 2.5 Ω. Este reactor es del tipo de núcleo de aire, cinco (5) posiciones entre 1 Ω y 2.5 Ω. Originalmente el reactor se dejó en la posición de 2.1 Ω. Después de los primeros intentos de operar a este nivel de reactancia se tomó la decisión de utilizar la capacidad total del reactor (2.5 Ω), dado que la situación de resonancia aun se presentaba de manera frecuente en la operación. Este cambio redujo significativamente la frecuencia de coladas en que se presentó el fenómeno de resonancia mecánica. No obstante lo anterior, la situación de rotura de electrodos aun se presentaba esporádicamente, principalmente asociada con severas caídas de carga.

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Dependiendo de las condiciones de la chatarra y la estabilidad del arco durante la operación, el promedio de la potencia de oscila entre 94 y 100 MW. Se observó también que la capacidad del regulador para mantener los puntos deseados de operación se veía severamente afectada por la presencia de agua proveniente de los anillos de enfriamiento de los electrodos al inicio de la operación (Figura 11).

las características que el uso de reactores agrega al circuito del horno en cuanto a reducir la severidad de los eventos de corto circuito del horno durante la etapa de fusión y el aumento de la estabilidad del arco. La alta velocidad de respuesta del regulador en combinación con el aumento en el peso del sistema mástil/ brazo/electrodo, equivalente aproximadamente a un 20% de incremento en masa total de electrodos dio lugar a la presencia de fenómeno de errores en el posicionamiento de los electrodos causando ciclos alternos de sobre-corriente y extinción del arco. La reacción del regulador de posición a estos eventos de alta corriente produjo una situación de movimiento constante en el plano vertical.

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acería Aumento de la resistencia mecánica de la unión de electorados. Una posible solución a esta situación de alta incidencia de roturas por caída de carga habría sido el cambiar a un diámetro mayor en los electrodos (700mm en lugar de 600mm). SDI no consideró esta posibilidad debido al hecho de que el diseño del secundario (mástiles, brazos y sistema hidráulico) está diseñado para electrodos de 600 mm y el aumento de diámetro incrementaría considerablemente el peso de las columnas. La alternativa fue la de probar un sistema de unión mas robusto a través de un niple de conexión de mayor diámetro. El resultado inmediato fue la reducción de la roturas por caídas de carga, con el inconveniente de tener que usar un sistema de unión niple/ electrodo no estándar en la industria. Incremento del círculo de los electrodos (PCD por sus siglas en inglés). La idea principal con esta modificación era la de reducir el efecto d las fuerzas magnéticas de repulsión presentes durante la fusión por medio del incremento de la distancias entre los electrodos, dado que la fuerza es inversamente proporcional a la distancia entre ellos. El incremento en diámetro fue de 1.25 m originalmente hasta 1.33 m, esta distancia era la máxima posible antes de incurrir en modificaciones costosas de los brazos. CONCLUSIÓN Motivados por la necesidad de entender mejor la naturaleza y severidad de las oscilaciones del sistema secundario del horno en SDI, El personal de servicio técnico de GrafTech desarrolló e

Nuestra experiencia mundial en el corazón de su proceso de aceración

implementó un nuevo módulo para análisis vibraciones mecánicas en los hornos. Todos los cambios operados en el horno del caso presentado ocurriendo aproximadamente en el orden cronológico en que se describieron en este artículo. La mejora final al sistema fue el resultado colectivo de todas las modificaciones descritas. Medidas adicionales tomadas en soporte de este esfuerzo se incluyeron en una ponencia independiente por parte de SDI. Las mejoras descritas en este trabajo tanto al sistema mecánico del horno, como a los componentes electrónicos del mismo, han permitido reducir el número de roturas por mes de 33 al inicio de este proyecto hasta 4 roturas por mes en promedio. Después de estas modificaciones, SDI ha estado operando estas unidades de producción exitosamente, con sensibles beneficios en reducción del tiempo de horno conectado, tiempo total de colada y definitivamente, un incremento en la productividad de la planta. SDI alcanzó la meta de producción de 2.7 MTPA fijada al inicio de este proyecto. AGRADECIMIENTO Los autores desearían agradecer en este punto a los señores Ricky Rollins, Tim Bosserman, Bob LaRoy, Bryan Butcher y a todo el personal de mantenimiento y producción de Steel Dynamics Inc. Por su participación en este proyecto, y a los doctores Ben Bow-

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acería man y Dais Alameddine de Graftech por su participación en el desarrollo del Módulo de Detección de Vibraciones de GrafTech.

6. E. M. Purcell, Electricity and Magnetism, London, McGrawHill Science, 1984.

REFERENCIAS

7. B. Bowman and K. Krüger, Arc Furnace Physics , Verlag Stahleisen 2009, p 176-190

1. S. Laurenti, R. Gottardi, S. Miani and A. Partyka, “High performance single-bucket charging EAF practice” Iron and Steelmaking 2005, vol. 32 2. W. Schwabe and P. Robinson “Characteristics of high productivity arc furnaces for steel production” Proceedings of the Third International Iron and Steel Congress 16-20 April 1978, Chicago, Illinois, Materials Park, OH: ASM International, 1979 Pages 291-295 3. J. Ehle, K. Timm, B. Remus and H. Knapp, “Vibrational analysis and first operational results of current conductive electrode arms on 400 t-arc furnaces”, electrowarme international 50 (1992)

8. E. Brusa, E. Franceschinis and S. Mersut, “Compact modeling of electric arc furnace electrodes for vibration analysis, detection and suppression”, CMES, vol 42, no. 2, 2009, p 75-106. 9. B. Remus, “Analyse elektromechanischer Schwingungen von Elektroden-Tragarm-System an Drehstrom-Lichtbogenöfen” (Analysis of the electromechanical swings of the electrodearm system on AC arc furnaces). Dr.-Ing. Thesis, University of the Federal Armed Forces, Hamburg, 1984

4. F. Maduell and B. Bowman, “Effect of adding reactance on furnace performance at CELSA” , 4th European Electric Steel Congress, Madrid, 1992, p. 203-213F

10 R. Gerhan and N. Lugo “Achieving the optimum melting power in the EAF and the use of GrafTech special EAF monitoring system” XXXIX Steelmaking Seminar - International of Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais, Curitiba, Brazil, 2008.

5. B. Bowman and N. Lugo, “Arc deflection in various designs of EAF” Millennium Steel 2001 pages 172-174

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Convocatoria de Ponencia 08 al 11 de Octubre, 2012, Monterrey, N.L., México La AIST México, invita al personal de la Industria del Acero, a fabricantes, proveedores y usuarios, así como a instituciones académicas a presentar trabajos prácticos y teóricos relacionados con los procesos de la industria del Acero, en el Quinto Congreso y Exposición de la Industria del Acero, CONAC 2012. 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 Aceración • Convertidor al oxígeno (BOF) • Horno de arco eléctrico (EAF) • Metalurgia secundaria • Colada continua - Tocho y palanquilla - Planchón Laminación: • Laminación en caliente - Productos largos - Productos planos • Laminación en frío y acabado - Molino frío - Recocido

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Si usted está interesado por favor envíenos el 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 expositores en la cuota de inscripción

Para envío de resumen de ponencia, venta de stand o información de este evento contactarse a: AIST México: Tel. +52(81) 8479 3077 Fax: +52(81) 8479 3067 e-mail: paper@aistmexico.org.mx o directamente en la página de internet www.aistmexico.org.mx 16 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

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Congreso y Exposición de la Industria del Acero 8 al 11 de Octubre, 2012 Cintermex, Monterrey, N.L. Salón T. L. C. CENTRO DE NEGOCIOS

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AIST Capítulo México A.C. Tel. (81) 8479 3077 Fax: (81) 8479 3067 Correo electrónico: info@aistmexico.org.mx

CANACERO www.aistmexico.org.mx 17 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

es de Diciembre ban de entregarlo a los lectores a quienes se m o n ja le l e n e En la misma cubierta de Fue e una de deseaba alcanzar. Este modo de impresión y rg su o d n a u c mecanismo de envío y entrega se prolongaría ese primer boletín y como 5 del año 199 s le a rm varios años y terminaría con el número 19 parte del mensaje de inicio fo ctividades el mes de Febrero de 2004. Se aproxide la publicación se cita- las primeras a n en ro “I a d a d n fu ba lo siguiente en palabras maba una notable evolución en la vida de n tonces recié del entonces Presidente de de la en estas páginas coincidiendo con el cambio o ) Méxic S S (I ty ie c o la ISS México, Ing. Miguel de nombre de la sociedad en los Estados S and Steel n u e d Angel Pedroza: “Esta revista Unidos de América y por consecuencia, a n en form constituye una de las estrate- Primera Secció también en México ya que a partir del 1 n de Enero de ese año 2004 ió c a ic n u m o c gias que hará posible promodespués de la e rio medio d , ver en nuestra asociación una necesa fusión de diversas asociaciones profesioportada nales había nacido la AIST México, A. C. n e re b m o n o comunicación continua que y impreso cu estimule la participación y el ialmente c fi o o d a tr is g re intercambio fructífero de ideas además del tín El nuevo esfuerzo estaba eficazmente enle o “B lo so ra entre los miembros. La misión cabezado por el Ing. Félix Cárdenas y por e sociedad, y visión de este medio de comu- para la la Ing. Myrna Molina quienes se dieron ”. nicación sigue vigente y se ha a la tarea de investigar los pasos a seguir o Informativ agigantado al paso de los años. para fundar una revista que continuara con la misión original de su antecesor boletín informativo. Ese primer boletín informativo constaba de solo 8 páginas incluyendo la portada y contraportada con artículos técnicos y muy pocos anunciantes pioneros. En tonos de 2 a 3 colores de tintas en gran parte de sus ediciones trimestrales el boletín era distribuido mayormente a través de la valiosa colaboración de los miembros y amigos de la ISS México que en sus visitas y viajes a plantas siderúrgicas se encarga18 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

El proyecto incluyó varias importantes etapas, algunas de ellas a cubrir en forma simultánea, entre ellas se encontraban las siguientes: -

Lanzar una convocatoria entre los miembros y amigos de la asociación para definir el nuevo nombre de la renovada publicación con un incentivo simbólico a quien propusiera el nombre seleccionado. Se recibió una importante cantidad de nombres. El título ganador fue “Hierro y Acero”

complementado con “Una publicación de la Asociación de Tecnología del Hierro y del Acero”. Realizar los trámites legales ante diversas dependencias oficiales para registrar y proteger el nombre de la revista así como los cubrir los requisitos necesarios para recibir la autorización oficial para publicación y distribución. Analizar el número de anunciantes que se incluían en medios impresos que cubrían el mercado siderúrgico y de manufactura en general, para establecer un benchmarking y ubicar el número óptimo de anunciantes en la naciente revista de la AIST México. Establecer las condiciones económicas y financieras en las que tendría que trabajar la publicación. Debería ser autofinanciable cubriendo la totalidad de sus gastos de operación y administración. Se dio a conocer los precios por tipo de anuncio y cumplió desde un inicio con este requisito indispensable de finanzas saludables. Crear políticas de contenido de los artículos para publicación además de fomentar y motivar entre los miembros y amigos de la asociación la búsqueda de autores y anunciantes. Definir las mejores alternativas de impresión y distribución en México y el extranjero. Desde el inicio y al paso del tiempo se ha optimizado la operación de la revista con revisiones permanentes en costos, imagen y calidad en general.

La primera edición de la nueva etapa de la revista, con nuevo nombre, formato y a todo color, ocurrió en el mes de Agosto de 2004 con el número 20 y con 36 páginas incluyendo portada y contraportada. Se decidió dedicar cada número en su portada, mediante invitación, a alguna empresa o institución vinculada de algún modo al sector siderúrgico en nuestro país dedicándole además el espacio de la sección editorial para un mensaje institucional y una semblanza oficial de varias páginas. También se acordó mantener las secciones fijas de artículos técnicos

con las que terminaba la anterior época: Acería, Laminación y Procesos del Acero además de noticias relevantes sobre actividades de la AIST México, de CANACERO, del Museo del Acero y en ocasiones especiales con artículos de interés general. En la trayectoria de esta actual revista, a lo largo de 30 anteriores números publicados trimestralmente en forma ininterrumpida se han dedicado ediciones a: 15 Empresas productoras y de la cadena de suministro de la industria del acero 5 Relacionados con los Congresos y Exposiciones CONAC 3 Instituciones de estudios superiores 3 Entregas de becas 1 El Histórico Horno Alto 1 1 Museo del Acero 1 CANACERO 1 Conmemoración de los 15 años de ISS AIST en México. En la actualidad esta revista “Hierro y Acero” tiene un tiraje cercano a 2,500 ejemplares por edición los cuales en su gran mayoría son empacados y preparados para su envío de forma manual sin la contratación de una empresa o institución externa; siendo adicionalmente la primer revista de índole técnico en idioma español dedicada totalmente a la industria del hierro y el acero que se distribuye impresa gratuitamente entre miembros y colaboradores y que además cuenta con acceso a las ediciones electrónicas completas vía internet en la página web http://aistmexico.com/revista Todo este resultado no sería posible sin los autores que amablemente comparten sus artículos técnicos, sin el apoyo de los miembros y amigos de la AIST México, sin el acceso de los fabricantes y proveedores para que su personal reciba estos ejemplares, sin el apoyo de las diversas mesas directivas ISS – AIST México y comités editoriales, sin el apoyo de representantes de instituciones académicas y en forma muy especial sin el enorme soporte de los fieles anunciantes que nos han brindado la confianza para transmitir sus mensajes a través de estas páginas.

Gracias a todos y esperamos continuar por tiempo indefinido con su invaluable apoyo para continuar con esta labor y enriquecer cada vez más el contenido de esta revista.

“The AIST Mèxico Member Chapter’s publication, Hierro Y Acero, has provided significant value to members of the iron and steel industry living in Mèxico. The journal, published in Spanish language on a quarterly basis, includes quality technical articles and resources pertinent to the steel industry, in addition to informing our members about AIST Mèxico Member Chapter events such as the upcoming CONAC 2012 congress in Monterrey, or the variety of student programs designed to promote our industry to the next generation. Based on the positive exposure provided by this quality journal, the AIST Mèxico Member Chapter continues to excel in service to our membership and our industry by advancing the technical development, production, processing and application of iron and steel. I offer my sincere congratulations to the chapter leadership upon having published the 50th edition!” Ronald E. Ashburn Executive Director Association for Iron & Steel Technology La Revista Hierro y Acero del AIST México es un referente obligado para todos aquéllos que participamos en la industria siderúrgica nacional. El balance de temas de esta publicación es muy apropiado, ya que nos permite enterarnos tanto de asuntos eminentemente técnicos, como de noticias oportunas y perspectivas económicas de nuestro sector, consiguiendo un documento muy completo en cada edición. Hoy en día es indispensable estar bien informado para tomar decisiones, y sin duda alguna, la Revista Hierro y Acero es un medio que cumple con gran calidad su cometido. Lic. Juan Bosco Alvarez L. Director de Mercadotécnica Minera Autlán 20 HIERROy ACERO/AIST MÉXICO

Comentarios de líderes La revista Hierro y Acero es un medio muy eficaz de comunicación y exposición para nuestro medio Acerero; Fabricantes, Proveedores, Académicos y Comercializadores de acero, la reciben trimestralmente impresa o electrónicamente, encontrando en esta, información administrativa, técnica, académica, empresarial y desde luego avisos o invitaciones de cursos y congresos dirigidos al la educación continua, continua que es la base del éxito para el desarrollo humano. Los logros y los reconocimientos alcanzados tanto por la industria Acerera como por los Acereros también se muestran exitosamente en esta, la revista satisface plenamente las necesidades de informar y mantener unido armoniosamente nuestro medio Acerero. Ing. Sergio Zapata Zamora Sub-Director Acería AHMSA

El participar en los procesos de transformación del acero y ser testigo cotidiano de las diferentes facetas del mismo, es algo que me llena de orgullo e incrementa mi compromiso con una industria que día a día demanda mucha más entrega y una estricta calidad. El pertenecer a una asociación como la AIST es definitivamente un gran orgullo, el mismo que seguramente experimentan en esta ocasión los integrantes de su directiva, ya que gracias al gran tesón que siempre han demostrado sus colaboradores celebramos la edición número 50 de esta importante publicación, en beneficio de toda nuestra comunidad acerera. En hora buen y muchas felicidades. Ing. Francisco de los Santos Soto Coordinador de Trefilados Villacero

“En un mundo Globalizado donde la competencia y liderazgo están basados en indicadores de Productividad y Calidad, es indispensable contar con personal mejor preparado, integrado y con experiencia bien aplicada en las diferentes áreas de la fabricación y distribución del acero. Gracias a este tipo de medio informativo, así como a su apoyo en la promoción de intercambio de experiencias entre los que disfrutamos de trabajar en la industria del acero, se fortalece cada vez más dicha industria en México y se posiciona entre las mejores del Mundo.”

Es por demás satisfactorio poder ver el número 50 de la Revista Hierro y Acero, misma que ha servido como medio de promoción y difusión de la industria siderúrgica del país. La Revista nos ofrece noticias relativas a la industria, nos pone al día sobre las actividades que la Asociación lleva a cabo y nos ofrece información de primera mano que podemos utilizar para resolver problemas potenciales o entender como se solucionaron. Estos 50 números que se completan son un excelente inicio y esperamos poder contemplar en un futuro próximo al número 100 y siguientes.

Roberto Cedeño Estrada Director Simec International Plantas de Tlaxcala y Cholula Aceros Especiales

Dr. Rafael Colas Ortiz Director de Centro de Innovación, Investigación y Desarrollo en Ingeniería y Tecnología (CIIDIT)

de la

Industria Siderúrgica La industria Siderúrgica en México juega un papel clave en el desarrollo económico del país. Da empleo a 53 mil personas de manera directa y a poco más de 550 mil de manera indirecta; participa con el 2.6 por ciento del PIB nacional y el 15 por ciento del PIB manufacturero; una política de fomento industrial permitiría a esta y otras industrias ser más competitivas en los mercados globales y lograr una mayor derrama económica. Agradecemos el espacio que siempre nos brinda en su revista AIST Capítulo México A.C, y a su equipo de profesionistas que a través de este y otros medios fomentan el avance e intercambio de conocimientos en la Industria del Hierro y el Acero. Ing. Octavio Rangel Frausto Director General de la CANACERO

Quiero enviarle una felicitación a la revista Hierro y Acero, órgano de la AIST Capítulo México por un aniversario más en su trayectoria editorial. En ArcelorMittal México aplaudimos el esfuerzo de todas las publicaciones que contribuyan a elevar el conocimiento general y técnico sobre la industria siderúrgica. Bill Chisholm CEO ArcelorMittal México “Gracias a este gran medio de comunicación que nos permite aprender, intercambiar y conocer experiencias de la industria del acero. Estas experiencias las tomamos de base, y se las llevamos a nuestras niñas y niños, para que conozcan la realidad de la industria, mediante una ciencia cercana, lúdica, interesante y necesaria, para lograr hacer de México el país que todos queremos. Nuestras niñas y niños deben experimentar la ciencia de tal forma que los motive a una construcción creativa de ideas, para que tengan los elementos para desarrollar las innovaciones del mañana”. Ing. Luis López Pérez Director General, horno³

Como han pasado los años, es increíble entender el fenómeno que nos está sucediendo en la industria acerera y como hace quince años paso de ser una industria paraestatal a hoy en día una industria globalizada, un puñado de catedráticos profesionales y técnicos del acero decidieron escribir cada uno de las evoluciones de lo que México a vivido en un medio que fuera diferente para sus agremiados, es increíble como esta idea que nació hace 15 años es hoy en día referencia bibliográfica para muchos casos de éxito, desarrollo, innovación, promoción de muchas ideas y vinculo social, para aquellos que estamos en la Industria del Acero, esto es para mí la revista “Hierro y Acero” Ing. Porfirio González Mier Presidente AIST México Periodo 2011-2012

Una Alternativa Comprobada Tenemos: Ladrillos Refratarios de:

y Tenemos:

■ Magnesita-Carbón Grano Electrofundido ■ Magnesita Quemada ■ Magnesia Cromo ■ Alúmina-Magnesita-carbón moldes de cobre ■ Alta Alúmina de Carbon

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Visítenos en nuestra página: www.fedmet.com Oficinas Internacionales: P.O. Box 278, Westmount Station, Montreal, Quebec, Canada H3Z 2T2 Tel: 514.931.5711 ◆ Fax: 514.931.8378 21 HIERROy ACERO/AIST MÉXICO

Formas de

laminación

agrietamiento tuberías en

de acero microaleado para servicio amargo

S. Serna1, A. Molina1, A. Torres-Islas1, S. Valdes2, B. Campillo2, 3 CIICAp-FCQeI-UAEMor, Av. Universidad 1001, C.P. 62251, Cuernavaca, Mor., México. 2 Universidad Nacional Autónoma de México. Instituto de Ciencias Físicas. Av. Universidad s/n. Col. Chamilpa. Cuernavaca, Morelos. C. P. 62130. 3 Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Química. Cd. Universitaria, Coyoacán, México D. F. C. P. 04510. 1

RESUMEN Se observaron distintas formas de agrietamiento en dos aceros microaleados, expuestos a medios amargos a temperatura ambiente y a 50°C. Cada forma de agrietamiento fue relacionada a microestructura bandeada ferrítico-perlítica y ferrítica acicular. La temperatura fue un factor importante que modificó la forma de agrietamiento, siendo más notorio para el acero con microestructura bandeada ferrítico-perlítica. Esta microestructura fue susceptible a los efectos del hidrógeno a temperatura ambiente, pero presenta un mecanismo diferente a 50°C. La microestructura ferrítica-acicular con carburos en fronteras de grano fue susceptible al agrietamiento asistido por disolución anódica independientemente de la temperatura de prueba. Palabras clave: aceros microaleados, servicio amargo, formas de agrietamiento, microestructura ABSTRACT Different cracking modes were observed under sour service conditions of two microalloyed pipeline steels at room temperature and 50°C. Each steel showed different cracking modes that were related to their different microstructures. Temperature had an important role on switching the cracking characteristics being remarkable by the banded ferrite-pearlite steel microstructure. This microstructure was susceptible to hydrogen effects at room temperature but presents a totally different mechanism at the working pipeline temperature (50 ºC). While, acicular ferrite microstructure with carbides patches at grain boundaries was susceptible to anodic dissolution assisted cracking no matter the temperature being tested. Keywords: microalloyed steels, sour service, cracking modes, microstructure.

22 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

INTRODUCCIÓN Los tubos elaborados de acero microaleado tienen especial aplicación en la industria del transporte de petróleo y gas amargo.1,2 De manera general, la producción de dichas tuberías para servicio amargo se ha enfocado principalmente en alcanzar la mejor combinación posible entre resistencia y tenacidad a través de la optimización del diseño de la aleación en conjunto con el procesamiento termomecánico, además de mantener un alto grado de soldabilidad en el acero1,3. El término amargo se emplea para indicar que el agua de mar que se utiliza en algunos pozos para facilitar la extracción de gas, contiene ácido sulfhídrico (H2S) disuelto, lo que agrava los procesos de corrosión en las tuberías10. Bajo estas condiciones se favorece el agrietamiento de las tuberías de acero por efecto del hidrógeno atómico el cual se produce en su superficie como un subproducto de la reacción de corrosión entre el H2S y el acero expuesto3,11,12. Se ha reportado que los aceros microaleados de mediana resistencia son susceptibles al AIH dependiendo de la limpieza y nivel de segregación.3, 13 Los aceros microaleados pueden fallar debido a una severa degradación por el sulfuro de hidrógeno (H2S), el cual se encuentra siempre presente en el petróleo crudo y en el gas natural,4 por lo que entre otras cosas, se debe prestar principal atención al tamaño, morfología y distribución de las inclusiones no metálicas de aceros microaleados para tubería de mediana resistencia,4 para evitar el agrietamiento inducido por hidrógeno (AIH). En el caso de este tipo de agrietamiento se ha determinado que la microestructura es el factor clave que influye en los diferentes aceros.4 El procesamiento termomecánico controlado es también un aspecto importante en la producción de aceros grado API de alta resistencia, parámetros tales como la temperatura de recalentamiento, temperaturas de laminación y velocidades de enfriamiento juegan un papel determinante en la obtención de la microestructura y propiedades finales del acero.3 La adición de Nb como elemento microaleante a la composición química del acero en combinación con el proceso de laminación controlada, refinan considerablemente el tamaño de grano,5 obteniendo generalmente una microestructura bandeada de ferrita y perlita si no se aplica un enfriamiento acelerado posterior a la laminación controlada. El refinamiento de grano es un mecanismo por el cual se mejora la re-

laminación sistencia del acero, haciendo posible reducir de manera considerable el contenido de carbono, y logrando también optimizar su soldabilidad y tenacidad.6-8 Por otro lado, los aceros para tubería con adiciones de V, se endurecen principalmente por precipitación y se ajustan las propiedades mecánicas deseadas al someter a los tubos elaborados con este tipo de acero a un tratamiento de temple y revenido. Esto representa otra alternativa para la fabricación de tubería para el transporte de gas amargo. La estructura de ferrita acicular obtenida a partir del tratamiento térmico de estos aceros aumenta aún más su tenacidad 6-9. Actualmente los procesos de fabricación del acero garantizan bajos niveles de inclusiones, con forma redondeada y baja o nula segregación, previniendo la aparición del AIH. Sin embargo, a pesar de estos controles en su proceso de fabricación, se han seguido reportando fallas por agrietamiento en la dirección perpendicular a la laminación de la tubería de acero grado X52 instalada en México en medios de gas amargo.14 De lo anterior se desprende que el mecanismo de agrietamiento de la tubería de estos grados está relacionado con el esfuerzo al que se le somete en presencia de grieta o defecto.

Se evaluó la susceptibilidad al agrietamiento en la condición de llegada de dos tipos de aceros microaleados usados en tubería para el transporte de gas amargo grado API 5L X52, designados como M-1 y M-2. Los aceros se fabricaron mediante diferentes rutas de procesamiento. La composición química determinada mediante espectroscopia de chispa en los aceros se muestra en la Tabla I. Puede observarse que son del tipo Fe-Mn-Si con pequeños porcentajes de microaleantes, (MIC). Los contenidos de C y Mn están en los límites determinados para servicio amargo.8 La suma de los elementos microaleantes requerida de 0.11 %, es rebasada por el acero M-1. El acero M-2 es calmado con Al y no contiene Nb ni Mo como elementos microaleantes. Se pueden observar contenidos de S muy bajos y contenidos de P por debajo de los límites recomendados (0.015% en peso). Cabe hacer notar la presencia de los elementos Cu, Ni y Cr. Las propiedades mecánicas de los aceros se muestran en la tabla II, donde se observa que el acero M-1 se encuentra por arriba del límite de cedencia requerido de 360 MPa (52 ksi), mientras que el acero M-2 se encuentra por debajo de este valor. En general se observó que el acero M-1 es más resistente en relación a sus valores más altos de dureza, límite de cedencia y resistencia última a la tensión, pero es mucho menos dúctil y por ende con menor tenacidad que el acero M-2.

El presente trabajo muestra diferencias microestructurales entre dos aceros microaleados para tubería de mediana resistencia instalados en México. Se revela el papel que juegan estas diferencias en sus patrones de agrietamiento en medios amargos bajo esfuerzo, mediante probetas conocidas como WOL-modificadas bajo carga estática a temperatura ambiente y a 50 °C que corresponde a la temperatura de trabajo de estas tuberías.

Tabla I. Composición química de los aceros microaleados, % en peso

Procedimiento experimental.

Las probetas WOL-modificadas por Novak y Rolfe15 para condi-

Acero

M-1

0.06

0.3

1.05

0.013

0.002

0.25

0.02

0.008

0.05

0.02

M-2

0.075

0.334

0.823

0.013

0.003 0.021 0.126 0.043 0.033

0.031

0.014

Balance Fe MIC= %V + %Nb + %Ti, M-1= 0.12 y M-2= 0.045

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

23 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

laminación ciones de carga bajo desplazamiento constante, fueron maquinadas a partir del material base de los ductos en la dirección T-L (la primera letra indica la dirección del esfuerzo a aplicar y la segunda indica la dirección a lo largo de la cual se habrá de propagar a grieta). Las probetas se cargaron a un valor inicial (Kinic) igual al 95% de la intensidad de esfuerzo crítico (KIc) medido para cada acero de acuerdo a la norma ASTM E399 como se muestra en la Tabla II. La configuración geométrica, dimensiones, y la dirección de corte de las probetas se muestran en la Figura 1. Las probetas WOL-modificadas fueron pre-agrietadas por fatiga utilizando una máquina Instron modelo 4200, con control de la carga para poder generar una grieta de 1.3 mm. Posteriormente las probetas se cargan mediante un tornillo a temperatura ambiente, utilizando el método conocido como técnica de deformación en la cara opuesta16 hasta el valor de KIinic deseado. Este método mide y controla la deformación en la cara opuesta de la probeta pegándole una galga de deformación.

Figura 1. Probeta MWOL modificada, dimensiones y dirección de corte-maquinado. Tabla II. Propiedades mecánicas y condiciones de cargado de los aceros microaleados Acero Dureza RC RT Elongación KIinic (RB) (MPa) (MPa) (%) (MPa • √m) M-1

382

470

43.48

M-2 87 343 453 42 39.58 RC = Resistencia a la cedencia, RT = Resistencia a la tensión Las pruebas se realizaron a temperatura ambiente y a 50 ºC en 24 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

un sistema sellado de vidrio, del cual previamente se había eliminado el aire con argón. El tiempo de exposición y la longitud de las grietas se monitorearon sistemáticamente hasta que la grieta detuvo su crecimiento de acuerdo a los criterios establecidos por la norma NACE TM-0177-90. Luego las probetas se limpiaron y pulieron a espejo atacándose con Nital 2% para revelar las trayectorias de grieta en cada acero. Se empleó microscopía electrónica de barrido para estudiar la forma de las grietas y las características microestructurales en las regiones de la punta de las grietas. RESULTADOS Y DISCUSIÓN.

Figura 2.- Microestructuras de los diferentes aceros microaleados de mediana resistencia a 10X microscopio óptico: a) M-1 y b) M-2. La dirección longitudinal concuerda con la dirección de la cota en las figuras. La susceptibilidad al agrietamiento de los aceros depende fundamentalmente de la combinación entre el medio agresivo y el estado de esfuerzo, y de manera implícita de su microestructura. Como puede observarse en la Figura 2, la microestructura del acero M-1 difiere significativamente de la del M-2. El proceso de fabricación del acero M-1 es el de laminación controlada (Figura 2a), mostrando granos de ferrita equiaxiada con bandas de perlita, uniformemente distribuida a lo largo de la dirección de laminación. La Figura 2b, corresponde a la microestructura del acero M-2, constituída de granos finos de ferrita acicular obtenidos por temple y revenido, que producen la combinación deseada de resistencia con una excelente tenacidad, aumentando

laminación

considerablemente su porcentaje de elongación con respecto al acero M-1, como puede observarse en las propiedades mecánicas de la Tabla II. La disparidad en cuanto a las propiedades mecánicas observadas en los aceros bajo estudio, a pesar de tener un tamaño de grano similar (aproximadamente de 10 mm), se debe al proceso específico por el cual han alcanzado su nivel de resistencia. Para alcanzar su resistencia mecánica, el acero M-1 suma los siguientes mecanismos metalúrgicos de endurecimiento: por solución sólida (por efecto del Si y el Mn) por refinación de grano mediante un tratamiento termomecánico (laminación controlada) y por precipitación (principalmente por la adición del V). Aunque el acero M-2 se endurece también por solución sólida y precipitación, así como por refinación de grano, el efecto de su tratamiento térmico de revenido le imparte una mejor distribución de sus precipitados y una reducción de su densidad de dislocaciones, volviéndolo más dúctil que el acero M-1. Sin embargo, el revenido también relaja tensiones a la vez que reduce la interacción precipitado-dislocación, especialmente los de V(C, N) 3, 17 por lo que consecuentemente baja su resistencia mecánica, como se ilustra en la Tabla II.

25 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

laminación Las diferencias microestructurales, así como las distintas temperaturas de prueba, propician patrones de agrietamiento diferentes en los aceros bajo estudio. Para el acero M-1 la diferencia en sus patrones de agrietamiento es más marcada al evaluarlo a diferentes temperaturas. En la Figura 3 se observan las puntas de grietas de los dos aceros en la solución NACE, a temperatura ambiente (Figuras o 3a y 3b), a 50 C (Figuras 3c y 3d).

Figura 3.- Puntas de la grieta del acero M-1 a temperatura ambiente (a) y 50 ºC (c). Para el acero M-2 a temperatura ambiente en la soluo ción NACE en condiciones atmosféricas (b) y a 50 C (d).

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Debido a la morfología de las puntas de las grietas y productos de corrosión en su interior, el principal mecanismo de crecimiento y propagación corresponde al de disolución anódica. Con excepción del acero M-1 en la solución NACE a temperatura ambiente (Figura 3a), todas las demás grietas presentan un achatamiento en su punta debido a una disolución selectiva de las mismas, como puede observarse en las Figuras 3b a 3c. Estas figuras muestran bulbos de disolución aproximadamente a 45o con respecto al frente del avance de la grieta.

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laminación

La Figura 4 muestra un análisis representativo realizado mediante EDX, dentro de los bulbos mostrados en las Figuras 3 b, c y d, en donde se observa la presencia de azufre y de oxígeno, lo que podría indicar la presencia de sulfuros y óxidos como productos de corrosión dentro del avance de la grieta. Estos productos de corrosión pueden romperse o fracturarse conforme va avanzando la grieta como resultado del efecto de los esfuerzos aplicados, hasta que la grieta se detiene al llegar a un nivel de esfuerzos lo suficientemente bajos para ya no seguir promoviendo el crecimiento de ésta. Lo anterior supone que el mecanismo puede estar asistido por deslizamiento o deslizamiento disolución. Sin embargo, el presente trabajo no produce evidencia concluyente para determinar su presencia.

lares enfrente de su punta de grieta, revela el efecto mayoritario del hidrógeno (cavitación) en este acero. La grieta avanza de manera transgranular, sin importar que fase se encuentre en su camino (ferrita o perlita), como se observa en la Figura 3a. Otra característica importante en cuanto a elucidar el mayor efecto del hidrógeno, es que no se observa el nivel de disolución anódica, mostrado tanto por el mismo acero (Figura 3c) a 50 ºC como por el acero M-2 a las dos temperaturas de prueba (Figuras 3b y 3d). De esto se deduce que la temperatura, además de la microestructura, es también un factor importante para determinar el modo o mecanismo de agrietamiento en estos tipos de acero microaleados. La mayor capacidad de deformación plástica del acero M-2 puede propiciar en mayor medida el achatamiento de la punta de grieta. Y al tener este efecto, el factor de intensidad de esfuerzo (K) se reduce, disminuyendo el estado de esfuerzo tri-axial en la punta, deteniendo su propagación.

Figura 4.- Patrón de microanálisis EDX que corresponde al interior de la punta de la grieta (figures 3 b,c y d) mostrando productos de corrosión posiblemente de FeS y/o FeO. La reacción general de corrosión que describe la interacción del medio amargo y el acero es: 1, 18 H2S + Fe FeS + 2H Una fracción del hidrógeno que evoluciona a partir de esta reacción se difunde dentro de las regiones de la punta de la grieta en ambos aceros. Así, el hidrógeno atómico pasa a través de la red cristalina de los aceros y pude atraparse en defectos microestructurales como las dislocaciones y especies de precipitados presentes en cada acero, así como en menor medida, en sus límites de grano. Sin embargo, como se muestra en la Figura 3a, la microestructura bandeada (Figura 2a) del acero M-1 es la más susceptible a los efectos del hidrógeno a temperatura ambiente. La coalescencia de pequeñas grietas (micro-grietas) trans-granu-

Al mismo tiempo, la microestructura del acero M-2 es más propicia para crear microceldas electroquímicas al encontrar de manera más cercana y continua segundas fases, tales como ferrita acicular y carburos en sus límites de grano. De esta manera se impulsa más la disolución anódica por esta microestructura. Caso contrario a la microestructura del acero M-1 en donde dada su naturaleza bandeada, es más difícil que se encuentren en la trayectoria de la punta de la grieta dos fases, tales como: ferrita equiaxiada y la perlita, bajando la probabilidad de que se creen micro-celdas electroquímicas. Sin embargo, y aunque en menor medida, se forman o se propician micro-celdas en el acero M-1, alcanzándose a apreciar productos de corrosión dentro de las grietas de este acero, tanto a temperatura ambiente como a 50 ºC. Del mismo modo una grieta puntiaguda al no achatarse mantiene el estado de intensidad de esfuerzo en su punta, propiciando en mayor medida su crecimiento. El escenario a 50 ºC parece cambiar drásticamente para el acero M-1, en donde debido a la temperatura parece que la velocidad de corrosión se incrementa, haciéndolo más susceptible a la disolución anódica. El hidrógeno aparentemente se comporta de manera diferente en los dos aceros debido en gran medida a las características microestructurales como dislocaciones y precipitados existentes en ellos. Se conoce que los precipitados son sitios de captura de hidrógeno más irreversibles que las dislocaciones y límites de grano, no obstante, las dislocaciones se consideran como sitios irreversibles también. La irreversibilidad es la capacidad de mantener al hidrógeno atrapado por un tiempo prolongado, dando pauta a sus efectos de fragilización en los precipitados y debilitamiento de la interfase matriz-precipitado. 27 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

laminación

En el caso de las dislocaciones, el hidrógeno favorece el deslizamiento plástico, estableciéndose posiblemente el mecanismo conocido como plasticidad local promovida por hidrógeno.19, 20 A temperatura ambiente este elemento se atrapa con mayor facilidad en los precipitados y dislocaciones dentro del acero M-1. Al encontrarse estos en frente de la punta de grieta aguda y al ser afectados por algunos de los mecanismos descritos anteriormente, se puede propagar la grieta por cavitación al encontrarse separados unos de otros una distancia relativamente corta. Esto genera el patrón de micro-grietas, las cuales coalescen con el tiempo y dan origen a la propagación de las mismas por efectos del hidrógeno. Por otro lado, en el acero M-2, el efecto del tratamiento térmico de revenido le confiere una mejor distribución de sus precipitados, a la vez que lo hace más deformable plásticamente. La mejor distribución de los precipitados estables fuera de la región de la punta de la grieta dejan en mayor medida sitios libres de hidrógeno debido al achatamiento de la punta de la grieta, siendo la propagación del hidrógeno más susceptible por disolución anódica, propiciada como se mencionó anteriormente por la creación de un mayor número de micro-celdas electroquímicas. Sin embargo, los efectos del hidrógeno para el acero M-2 no pueden descartarse y ser ocultados por un mayor efecto de disolución anódica prevaleciente, como se muestra en la Figura 3b.

28 HIERRO y ACERO/AIST MÉXICO

A 50 ºC el efecto del hidrógeno es muy pobre en los dos aceros, lo cual puede atribuirse a la mayor fugacidad del hidrógeno a la atmósfera a esta temperatura. También, al aumentar la temperatura se incrementa la energía disponible para que el hidrógeno atómico, que fue capaz de difundirse, pueda pasar a través de los sitios microestructurales antes mencionados sin quedar atrapado. Por lo tanto, el papel del hidrógeno sobre el agrietamiento de estos aceros a 50 ºC es mucho menor. En general, se puede establecer que la resistencia al agrietamiento en medios amargos, aumenta a medida que la temperatura se incrementa. CONCLUSIONES. Diferentes procesos de fabricación conllevan a obtener grados de aceros similares, pero con distintas microestructuras, distribución y tamaño de diversos micro-constituyentes. Aunque desde el punto de vista práctico se tiene una resistencia mecánica similar, las diferencias microestructurales les confieren diferentes respuestas al agrietamiento en condiciones similares de carga, bajo medios amargos a distintas temperaturas. A temperatura ambiente los dos aceros presentan diferentes formas de agrietamiento: disolución anódica para una ferrita acicular (acero M-2) y de fragilización por hidrógeno, en una microestructura bandeada de ferrita y perlita (acero M-1). La

laminación

Gas Production, Proc. VIII Seminar Mexico-Japan `94, K. Kawakami, Ed., JICA, Mexico City, (1994) p. 9-1-9-12.

temperatura muestra ser un factor importante en cuanto al modo de agrietamiento, sobre todo para el acero ferrítico-perlítico a 50 ºC. A esta temperatura el acero M-1 cambia su forma de agrietamiento por el de disolución anódica, presentando un modo muy similar de agrietamiento al del acero M-2.

9. M.C. Zhao, K. Yang, F.R. Xiao, Y.Y. Shan, Materials Science and. Engineering A 355A (2003) p. 126.

Los resultados muestran que el acero M-2 es muy poco susceptible a los efectos del hidrógeno a cualquier temperatura de prueba, no obstante sus efectos no se descartan, principalmente en los inicios.

10. M. A. L. Hernández-Rodríguez, D. Martínez - Delgado, R. González, A. Pérez - Unzueta, R. D. Mercado - Solís, J. Rodríguez, Corrosive wear failure analysis in a natural gas pipeline, Wear, 263 (2007) p. 567.

La distribución y tamaño de micro-constituyentes de segunda fase, y defectos como dislocaciones debido al proceso de fabricación, juegan un papel importante para determinar el comportamiento o respuesta al agrietamiento de este tipo de aceros.

11. H. Asahi, M. Ueneo, and T. Yonezawa, Prediction of Sulfide Stress Cracking in High Strength Tubulars, Corrosion, Vol 50, No. 7, (1994) p. 537.

AGRADECIMIENTOS. Los autores agradecen la colaboración de los Técnicos Académicos Iván Puente Lee, Anselmo González y Rene Guardián en la realización de este trabajo, y el apoyo económico brindado por el proyecto CONACyT No. 60984 para la conclusión de este trabajo de investigación. REFERENCIAS. 1. M. C. Zhao, Ming Liu, Andrej Atrens, Yi-Yin Shan, Ke Yang, Effect of applied stress and microstructure on sulfide stress cracking resistance of pipeline steels subject to hydrogen sulfide, Materials Science and Engineering A 478 (2008) p. 43–47. 2. M. C. Zhao, K. Yang, Y. Shan, Materials Science and Engineering A 335 (2002) p.14. 3. S. S. Nayak, R.D.K. Misra, J. Hartmann, F. Siciliano, J.M. Gray, Microstructure and properties of low manganese and niobium containing HIC pipeline steel, Materials Science and Engineering A 494 (2008) p. 456–463. 4. J. Sojka, M. Jerome, M. Sozanska, P. Vanova, L. Rytırova, P. Jonsta, Role of microestructure and testing conditions in sulphide stress cracking of X52 and X60 API steels, Materials Science and Engineering A 480 (2008) p. 237–243 5. A. I. Fernandez, P. Uranga, B. Lopez, J.M. Rodriguez-Ibabe, Materials Science and Engineering A 361 (2003) p. 367-376 6. M. C. Zhao, T. Hanamura, H. Qiu, K. Nagai, Y. Y. Shan, K. Yang, ISIJ Int. 45 (2005) p. 116. 7. M. C. Zhao, Y. Y. Shan, F. R. Xiao, K. Yang, Materials Science and Technology, 19 (2003) p. 355. 8. Y. Kobayashi, Recent High Performance Line Pipe for Oil/

12. G. M. Pressoyre, R. T. Blondeau, G. Primon, and L. Cadion, Very Low Inclusion and Impurity Content Steels as a Solution to Resist Sour Environments. Proc. 1st Int. Conf. Current Solutions to Hydrogen Problems in Steels. C. G. Interrater and G. M. Pressourye, Ed., ASM International, 1982, p. 212 13. B. Craig. Limitations of Alloying to Improve the Threshold for Hydrogen Stress Cracking of Steel, Hydrogen Effects on Material Behavior, N.R. Moody and A.W. Thompson, Ed., TMS-AIME, Warrendale, PA, 1990, p. 955 14. Reporte final etapa II, “Evaluación Metalúrgica del Proceso de Fabricación de Tuberías de Línea sin Costura a partir de Lingotes Grados API de TAMSA, para su Aplicación en Servicio Amargo” Octubre 2002, Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) p. 2 15. S. R. Novak and S. T. Rolfe: Corrosion, 4, (1969) p. 701. 16. W. F. Deans and C. E. Richards: J. Test. Eval., 7, (1979) p. 147 17. Hara T., S. Takaki. 1997. THERMEC´97, Proc of the 1997 TMS Symp., eds. T. Chandra and T. Sakai (TMS Warrendale, P.A.) p. 177. 18. P. Buffalini, G. Buzzichelli, M. Potremoll, A. Aprile, C. Jannone, A. Pozzi, Development of High-Strength Steels for Structural and Line Pipe Applications Through Highly Controlled Processes, In Proc. HSLA Steels: Metallurgy and applications, eds. J.M. Gray, T. Ko, S. Zhang (Materials Park, OH: ASM International, 1985), p. 457. 19. H. K. Birnmaun, Hydrogen Effects on Material Behavior in TMS AIME Conf. Proc., eds. N.R. Moody, A.W. Thompson (Warrendale P.A: TMS-AIME 1990). P. 639 20. D. C. Ahn, P. Sofronis, R. H. Dodds Jr., International Journal of Hydrogen Energy, 32, 16, (2007) p. 3734-3742 29 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

Introducción

procesos y usos del acero

Sistemas Lubricación a los

Centralizados Inteligentes para la Industria Siderúrgica RESUMEN: El presente documento muestra los últimos desarrollos en la lubricación centralizada inteligente para aplicaciones en la industria siderúrgica. Los nuevos sistemas utilizan sensores integrados del flujo de grasa en válvulas dosificadoras; el estatus del lubricante para cada punto de lubricante individual se detecta y monitorea en tiempo real en la computadora para prevenir fallas potenciales del equipo por falta de lubricación. Este sistema envía una cantidad medida de lubricante para cada punto a lubricar independientemente en su propio tiempo de ciclo. Este sistema tiene modos de operación manual y automático. Todos los parámetros de lubricación para miles de puntos a lubricar pueden ser establecidos y ajustados en forma remota en un monitor de lubricación de una computadora.

30 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

procesos y usos del acero INTRODUCCIÓN. En una planta acerera típica en una línea de rolado es común encontrar miles de rodamientos con varios esquemas de lubricación en diferentes equipos. La lubricación adecuada es muy importante para prevenir la falla de los rodamientos y componentes móviles, y para asegurar que el equipo trabaje eficiente y suavemente. Los sistemas centralizados de lubricación tienen una cierta ventaja en el suministro de lubricante en comparación con los sistemas de lubricación tradicional manual. Por ejemplo, un sistema de lubricación centralizada puede dosificar lubricante a los puntos mientras el equipo está trabajando, lo que elimina los riesgos potenciales de acercarse a los equipos cuando están en operación. El sistema incrementa la precisión de lubricación y suministra lubricante fresco al equipo que lo requiere, y con ello se puede extender la vida de ese equipo y reducir su tiempo de paro. La selección de un sistema de lubricación automatizado adecuado es la clave para incrementar la confiabilidad del equipo y para prevenir la falla de éste debido a la falta de lubricación. De la extensa gama de sistemas de lubricación, existen dos tipos tradicionales de sistemas de lubricación centralizada que a lo largo de los años han sido los más utilizados en la industria siderúrgica. Son el sistema de una línea y sistema de doble línea. Para las líneas de producción con miles de puntos a lubricar los sistemas centralizados de lubricación tradicionales tienen, entre otras, cuatro limitaciones fundamentales:

1) ¿Cómo dosificar o cómo enviar grasa a cada punto individual en su propio ciclo de tiempo utilizando un mismo sistema de lubricación? 2) ¿Cómo pueden asegurar que los puntos de lubricación actualmente están siendo lubricados, sin necesidad de estar en el sitio físicamente presente para verificarlo? ¿Cómo se puede localizar un punto bloqueado en forma rápida y eficiente? 3) ¿Cómo detectar fugas en las líneas en tiempo real? 4) ¿Cómo evitar que los puntos en falla afecten a otros puntos a lubricar en todo el sistema? El Sistemas de Lubricación Centralizado Inteligente (IntLube) puede superar las limitaciones mencionadas antes y algunas más. En este documento se presenta cómo el sistema IntLube puede suministrar una cantidad adecuada de grasa a cada punto individual en su propio tiempo de ciclo, muestra también cómo monitorear varios miles de puntos al unísono en tiempo real y asegurar que los rodamientos guías y cojinetes que requieren lubricante realmente lo tengan. .

Sistema IntLube – El Layout principal y características especiales El sistema IntLube se puede utilizar en pequeñas aplicaciones o en grandes sistemas de máquinas. De cualquier manera, es especialmente adaptable para el equipo y la maquinaria que se encuentra trabajando en ambientes hostiles o severos y que tienen varios miles de puntos a lubricar con ciclos de lubricación independientes. El sistema IntLube es extremadamente bueno para dosificar grasa a distancias muy largas. En los últimos 10 años, los sistemas IntLube han sido aplicados satisfactoriamente en máquinas de sinterizado, en altos hornos, en máquinas de colada continua, en molinos de laminación en caliente y el frío y en varios tipos de equipo de acabado; los detalles se muestran a continuación. (1) El Layout del Sistema IntLube Un Sistema típico de Lubricación IntLube consiste de una unidad de control programable, un conjunto de componentes hidráulicos característicos que incluyen, una bomba de grasa de alta presión, recipiente, válvulas reguladoras de presión un conjunto de válvulas dosificadoras para los puntos a lubricar y un software de monitoreo de status de lubricación. La figura 1 muestra un sistema típico IntLube, de diseño modular simplificado que satisface el arreglo más complejo de lubricación para una planta siderúrgica. El sistema posee una línea de tubería de grasa que eventualmente se convierte en un largo recipiente de grasa en el momento en que la bomba es activada. Cada válvula se conecta a la línea de grasa principal en forma paralela, y dosifica en forma independiente la grasa a cada punto a lubricar en su propio ciclo de tiempo como se requiere. Los sensores de flujo detectan el desplazamiento absoluto de grasa para monitorear el estatus de lubricación de cada punto. El sistema es confiable y es fácil de operar en una planta siderúrgica. Las especificaciones técnicas de un sistema típico IntLub se enlistan en la tabla 1. (2) Características Especiales del Sistema IntLube El sistema IntLub envía una cantidad medida de grasa o de aceite a cada punto individual a lo largo del sistema a través de las válvulas dosificadoras. El volumen dosificado de lubricante para cada punto que lo requiere está predeterminado de acuerdo a las necesidades del equipo. El ciclo de lubricación para cada punto de lubricación también está predeterminado, ya sea, por la experiencia del técnico o por las especificaciones de grasa del fabricante del equipo. El sistema de lubricación puede ser fácilmente ajustable en la computadora cuando se requiera. Cada punto tiene un número de identificación en la memoria del Controlador Programable (PLC), por lo tanto, ambos, el volumen de grasa y el tiempo de ciclo para cada punto puede ser individualmente establecidos y ajustados desde el monitor de la computadora. Esta es una de las características que el sistema IntLube tiene, permitiendo así, el suministrar la cantidad exacta de lubricante para cada punto en su propio tiempo de ciclo.

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procesos y usos del acero

Tabla I: Especificaciones Técnicas

El sistema IntLub monitorea los bloqueos o taponamientos de línea o si la línea se encuentra rota y esto lo hace en tiempo real a través de un sensor de flujo especial que está integrado en cada válvula dosificadora. El sensor de flujo detecta el desplazamiento de grasa y la señal es mandada al PLC para identificación de algún bloqueo en cada una de las válvulas. Si existe algún taponamiento o algún punto o falla, éste se va a mostrar en la

Parámetro

Especificaciones

Rango de Presión del Sistema

0 ~ 40 MPa

Capacidad de la Bomba

100 ~ 400 ml / minuto

Presión nominal de la Bomba

40 MPa

Longitud de la tubería principal (datos de proyectos instalados por CMRC )

La Bomba localizada en punto intermedio ~ 300 meters in radius for NLGI #1 ~ 240 meters in radius for NLGI #2 ~ 180 meters in radius for NLGI #3

Descarga de grasa de la válvula dosificadora

0.5 ~ 5.0 ml Por Acción

Tiempo de reacción del sensor de flujo

Menos de 0.2 Segundos

Capacidad del recipiente de grasa

60 ~ 100 Litros

pantalla del monitor de lubricación. Cada punto de lubricación en la línea de producción está mapeado claramente en el estatus del monitor. Por lo tanto, un punto de lubricación bloqueado o en falla puede ser localizado rápidamente por el equipo para obtener una reacción inmediata. El sistema de lubricación se puede usar en equipos simples o múltiples al mismo tiempo. Esta es otra de las razones distintivas por las que el sistema Int-

(3) Comparación: Sistema IntLube vs. Sistemas de Doble Línea y Una línea

Sistema de Lubricación CMRC - IntLube

Características de operación

Válvulas operan con solenoide o aire (neumá- ~300 metros (NLGI No. 1) ticas) y se controlan por un programa de PLC. ~240 metros (NLGI No. 2) ~180 metros (NLGI No. 3) Envían grasa a cada punto individual en su propio tiempo de ciclo. Líneas ramales a rodamientos hasta 30 m de longitud. Detecta y monitorea visualmente el estatus de lubricación para cada punto individual. Los datos de longitud de tubería fueron obtenidos de Confiable y fácilmente expandible a miles de diversos proyectos en Planpuntos de lubricación en un sistema. tas Siderúrgicas. Es el mejor para lubricar equipos de líneas de producción con miles de puntos y tiempos de ciclo diferentes.

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Limitaciones Típicas Long. Tubería de Grasa

procesos y usos del acero

Las Válvulas operan dependiendo de la diferencia de presiones en las PDG= Regulador de Presión Diferencial dos líneas de grasa principales. La grasa fluye en una primera línea operando la mitad de los puntos a lubricar en forma simultánea. Cuando alcanza la presión de ajuste, la válvula reversible hace el cambio a la otra línea para levantar presión y lubricar los puntos restantes. Sistema Doble-Línea Típico

Toma tiempo localizar un unto en falla. Se requieren varios conjuntos de bloques de válvulas para satisfacer los diferentes tiempos de ciclo con miles de puntos a lubricar. Sistema de Una Línea Progresivo

La grasa primero fluye a través de un bloque maestro, luego a un Segundo bloque dosificador, y así subsecuentemente. Las válvulas funcionan en orden secuencial, lo que significa que si un punto se bloquea, todo el sistema falla. El sistema es difícil de expandir.

Lube permite una visualización en el monitor de todos los puntos de lubricación desde una computadora remota o desde el púlpito de control. El principio de diseño y de trabajo del sistema IntLube es diferente del sistema de doble línea y del sistema de una línea. El sistema IntLube no necesita una válvula y manómetro diferencial de presión y no necesita ni instalación de dos líneas principales de suministro de grasa, ni hacer cambio de grasa en las direcciones en ningún lado, ya que cada uno de los puntos está localizado en paralelo, conectado a una línea principal; por ello, un punto de lubricación en falla no interrumpe la lubricación hacia otros puntos. El sistema IntLube tiene la mayor flexibilidad y es adecuado para lubricar equipo o líneas de gran producción que requieren varios miles de puntos de lubricación con diferentes tiempos de ciclo, sobre distancias muy largas.

Adecuado para grasas NLGI No. 0~2, Líneas principales de lubricación con longitudes de 60~120 meters(1). Líneas ramales a rodamientos hasta 5~8 metros. La longitude de la tubería depende de la situación.

Adecuado para grasas NLGI No. 0~2, la Línea principal hasta150 metros. La línea a rodamientos es de 6~9 meters (1). La longitude de la tubería depende de la situación.

CONCLUSIÓN El Sistema IntLube de Lubricación Inteligente es muy confiable y extremadamente útil para equipo y líneas de producción que tienen miles de puntos a lubricar con ciclos de tiempo distintos. Este sistema suministra una cantidad precisa de lubricante a cada punto a lubricar en su ciclo de tiempo específico, según lo requiere el equipo. El estatus de lubricación de cada punto se monitorea en tiempo real en el monitor de la computadora para prevenir las potenciales fallas de equipo por una lubricación inadecuada. Todos los parámetros de lubricación para una línea de producción pueden ser calibrados y ajustados en forma remota a través del sistema computarizado. En los últimos 10 años se han instalado más de 3000 sistemas de lubricación IntLube en varios tipos de líneas de producción siderúrgica a lo largo del mundo.

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Las ventajas del equipo CRMC de Lubricacion Inteligente son: 1-. Monitoreo del flujo de Lubrican- 3-. La lubricacion por computadora te, aviso en caso de bloqueo de programa cuantas veces al día se linea (no más calentamientos de lubrica cada punto. equipos o baleros pegados) 4-. El acomodo de la linea es mas 2-. Se programa la cantidad de lubrieficiente ya que cada punto es incante en cada punto de manera dependiente en cantidad y ciclo independiente (ahorro en el uso de aplicación de lubricación sin de lubricante y mayor limpieza importar la secuencia de la línea de linea)

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