Revista Hierro y Acero Edición 37 by AIST México

Enero - Marzo 2009

ACERÍA • Modernización del horno eléctrico de arco shaft con dedos. Reconocimiento tecnológico

AIST • La AIST México realiza su institucionl evento anual

CANACERO • Entrega Régulo Salinas el Premio Nacional del Acero para estudiantes de arquitectura 2008

MUSEO DEL ACERO • Presentacieon del libro institucional Museo del Acero horno3

PROCESOS Y USOS DEL ACERO • Cintas de acero relaminadas y fosfatadas utilizadas en procesos de embutición crítica • Estudios de los productos de corrosión generados en intemperie y en ensayos generalizados en acero galvanizado pintado

ENTORNO DEL ACERO • Que hay detrás de las recientes caídas de precios del acero

Vol. X No. 37

Orgullosamente presentando nuestra fabricación

10,000 Tras 19 años de servicio a la industria siderúrgica, en Melter nos sentimos orgullosos de festejar con ustedes nuestra fabricación número 10,000...

… y presentamos nuestra nueva tecnología de páneles sin retorno para coraza. Ésta tecnología es aplicable a tubos de acero al carbón y cobre y le permitirá: • Reducir la cantidad de soldadura en razón de hasta 6 a 1. • Reducir la caída de presión de un 25 % a un 30 % en todos sus circuitos. … y todas estas ventajas sin pagar más que lo que paga por un pánel convencional.

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NUESTRA PORTADA

Vol. X No. 37 200 Enero - Marzo

ACERÍA

del horno • Modernización shaft con eléctrico de arco iento dedos. Reconocim tecnológico

directorio CONSEJO DE ADMINISTRACIÓN Valente Delgado González, AHMSA Presidente Porﬁrio González Mier, SIEMENS VAI Vicepresidente Ignacio Alvarez Elcoro, FIME, UANL Secretario Héctor Morales González, ACEROTECA Tesorero Félix Cárdenas Villarreal, Consejo Consultivo Rafael González de la Peña, TERNIUM Consejo Consultivo

AIST

o realiza su • La AIST Méxic o anual institucionl event

CONSEJO EDITORIAL Ramiro A. García Fuentes, GRUPO CAPSA Miguel A. Muñoz Ramirez, EXIROS Ignacio Alvarez Elcoro, FIME UANL Gerardo Maximiliano Méndez, INSTITUTO TECNOLÓGICO DE N.L. Myrna Molina Reyna, AIST MÉXICO

CANACERO as el ga Régulo Salin

• Entre del Acero para Premio Nacional tectura estudiantes de arqui 2008

L MUSEO DE ACERO

del libro • Presentacieon o del Acero institucional Muse 3 horno

PROCESOS Y USOS O DEL ACER

relaminadas • Cintas de acero das en y fosfatadas utiliza tición crítica procesos de embu

DIRECTORES DE COMITÉ Industrial Acerías: Antonio Uribe, MELTER, Marco Herrera, TERNIUM Florentino Luna, TYPSSA Fernando Zapata, METALOIDES. Demetrio Velasco, AMI GE, Luis Jorge Vélez, AHMSA, Ruben Lule, ARCELOR MITTAL, Ramiro García, GRUPO CAPSA, Javier Sandoval, AHMSA

productos • Estudios de los rados de corrosión gene en ensayos en intemperie y acero en generalizados do pinta o galvanizad

ENTORNO O DEL ACER

s de las recientes • Que hay detrá del acero caídas de precios

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índice

AIST México.

EDITORIAL ACERÍA

5 • Modernización del horno eléctrico de arco shaft con dedos. Reconocimiento tecnológico

AIST

9 • La AIST México realiza su institucionl evento anual

CANACERO

12 • Entrega Régulo Salinas el Premio Nacional de Acero para estudiantes de arquitectura 2008

MUSEO DEL ACERO

14 • Presentación del libro institucional Museo del Acero horno3

PROCESOS Y USOS

17 DEL ACERO

• Cintas de acero relaminadas y fosfatadas utilizadas en procesos de embutición crítica • Estudios de los productos de corrosión generados en intemperie y en ensayos generalizados en acero galvanizado pintado

ENTORNO DEL ACERO

33 • Que hay detrás de las recientes caídas

Industrial Laminación: Emiliano Montoya, GRUPO CAPSA, Luis Leduc, TERNIUM, Homero Pérez, AHMSA, Enrique Lara, TERNIUM, Fernando Pruneda, AHMSA, Julio Muñoz SMS DEMAG, Eliseo Gutiérrez, AHMSA, Rafael Colás, FIME UANL, Héctor Morales, ACEROTECA CONACYT, Programas Educativos y Becas: Rafael Colás FIME UANL, Alberto Pérez FIME UANL, Edgar García, FIME UANL. Museo del Acero: Alberto Pérez, UANL Comunicación Electrónica: Ovidio Molina, TERNIUM Relación AIST EU: Felipe Villarreal, MELTER, Julio Muñoz SMS DEMAG, Relación CANACERO: Porfirio González, SIEMENS VAI FUCHS, Octavio Rodríguez, AMI GE Promoción Membresía: Julio Muñoz SMS DEMAG 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 Enero-Marzo del 2009. Editor Responsable: Myrna Soledad Molina Reyna. Número de Certificado de Reserva otorgado por el Instituto Nacional del Derecho de Autor: 04-2004-073014323400-102. Número de Certificado de Licitud de Título: 13029 Número de Certificado de Licitud de Contenido: 10602. Domicilio de la Publicación: Tampico No. 218 Col. Las Brisas , Monterrey, N.L. C.P. 64780. 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. Tampico No. 218 Col. Las Brisas , Monterrey, N.L. C.P. 64780. Tiraje: 1,500 ejemplares.

de precios del acero 3 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

editorial

Dr. Edgar O. García Sánchez Director Programas Educativos y Becas AIST México Profesor-Investigador Programa Doctoral de Ingeniería en Materiales Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Universidad Autónoma de Nuevo León

editorial ed

Uno de los g grandes grand compromisos de la AIST Capítulo México ico es el de p promover y participar en el desarrollo de nuevos nuev profesionistas profe en el campo de la metalurgia, especialmente especialmen e en la industria del acero y por eso la asociación as organiza org cada año un 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 esta industria. La convocatoria 2008 a becas AIST Capítulo México recibió más de treinta solicitudes a nivel nacional y participaron estudiantes del norte y centro del país, todos ellos mostraron su gran interés por el acero su producción, desarrollo y aplicación. La ceremonia de entrega de las becas se realizó el pasado 28 de noviembre, 2008. En este evento se premiaron a seis estudiantes en total, Damaris Margarita Puente Siller y Yolanda Lizeth Flores Rios de la Universidad Autónoma de Coahuila, Carla Abril Meneses Nochebuena y Minerva González López de la Universidad Autónoma de Querétaro, Hiram Flores Ruíz de la Universidad Nacional Autónoma de México y Monserrat Sofía López Cornejo del Instituto Tecnológico de Morelia. Los reconocimientos fueron entregados por miembros de la mesa directiva del Capítulo AIST México presidido por el Ing. Valente Delgado González. En esta convocatoria cabe resaltar que aplicaron 16 mujeres, todas ellas mostraron interés y participación

4 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

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. Esta participación tan entusiasta se vió reﬂejada en los reconocimientos que se entregaron, de los cuales cinco fueron para mujeres estudiantes de carreras metalúrgicas y de materiales. Uno de los compromisos de la AIST Capítulo México con los alumnos que en esta ocasión recibieron el reconocimiento 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 esta promoviendo la integración de estudiantes a estancias y practicas industriales con ayuda de las empresas que colaboran con la Asociación. El Comité Académico de la Asociación está trabajando para que el programa de Becas aumente cada año, tanto en participantes como en número de becas asignadas y para esto exhorta a las empresas en el ramo metal-mecánica para que 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.

acería

Modernización del

Horno

Eléctrico

Arco Shaft

con dedos Renacimiento Renac enac Tecnológico

Un horno ho eléctrico tipo Shaft con dedos, que originalmente fue suministrado por Siemens VAI a Stahl Gerlaﬁngen en Suiza, ahora sum una compañía subsidiaria del Beltrame, ha estado en operación desde 1996. Para poder incrementar la productividad y reducir las emisiones, Siemens VAI fue comisionado en febrero 2007 para modernizar el horno de acuerdo con las últimas características de los diseños de equipo y la experiencia operacional de los hornos shaft.

5 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

acería Stahl Gerlafingen es el principal productor de productos de acero de refuerzo en Suiza. La compañía está localizada en la población de Gerlafingen, que se ubica en el Canton de Solothurn en el noroeste del país. Cada año una montaña de chatarra que consta de hasta un millón de toneladas de automóviles viejos, estructuras de edificios, utensilios para el hogar, etc., son recolectados en Suiza, tres cuartas partes son fundidos y laminados como productos de acero en Stahl Gerlafingen. Estos son vendidos como barra comercial, barras de refuerzo, estructuras, malla de acero, accesorios, barras planas y alambres en el mercado local y regional que son usados en la industria de la construcción, automotriz, de manufactura y de la construcción naval. En el año 1996 la compañía ya operaba un horno tipo shaft suministrado por Siemens VAI. Después de más de once años de una vida de servicio productiva, Stahl Gerlafingen comisionó a Siemens VAI para modernizar su horno eléctrico de arco para incrementar la producción de acero y disminuir las emisiones de gases fugitivos del shaft, una meta particularmente importante debido a que la planta se encuentra en el corazón de Gerlafingen. El alcance del proyecto comprendía la ingeniería, suministro e instalación del nuevo equipo del horno y el shaft. Esto incluía la tapa del Horno Eléctrico de Arco (HEA), la estructura soporte del shaft, el shaft mismo, los dedos para sostener la chatarra dentro del shaft, una puerta deslizante en la parte superior del shaft, un sistema de extracción de humos más hermético equipado con un collar móvil para una mejor entrada de aire de dilución y un nuevo diseño para la guía y posicionamiento de la cesta de chatarra para mejorar la carga de chatarra en el shaft y minimizar desparrames. Los sistemas hidráulicos, automatización y visualización también fueron actualizados.

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Resultados En Enero 3, 2008, el horno shaft modernizado arrancó, dos días antes de la fecha contractual.

Horno Shaft El horno shaft es una solución altamente innovadora para el ahorro de energía empleada por Siemens VAI en la producción de acero en HEA. A través del precalentamiento de chatarra en el shaft instalado encima del HEA, utilizando el calor latente y la energía química de los gases de salida del horno, el consumo de energía eléctrica y los tiempos de ciclo del horno se reducen signiﬁcativamente. En el horno de Stahl Gerlaﬁngen un sistema especial de “dedos” detiene la chatarra dentro del shaft, para que esta sea precalentada para la siguiente carga. Después de que el acero líquido ha sido vaciado, los dedos se abren hacia abajo y la primera carga de chatarra precalentada cae dentro de la cuba del horno. La segunda cesta de chatarra

acería se carga inmediatamente en el shaft vacío. A medida que la carga de chatarra en la cuba del horno se funde, la chatarra dentro del shaft gradualmente desciende a la cuba del horno, una vez que hay suﬁciente espacio en el shaft, los dedos se cierran y la primera cesta de chatarra para la siguiente colada se carga en el shaft. De esta manera, el 100 % de la carga de chatarra puede ser efectivamente precalentada.

Aproximadamente 80 toneladas de acero liquido son vaciadas cada 40 minutos, más de dos minutos más rápido que antes. Esto permite un promedio de 36 coladas por día, incrementando significativamente la producción de acero. Esto es principalmente el resultado de una carga de chatarra más rápida y eficiente en el shaft, adicionalmente a un mejor precalentamiento de la chatarra. El ahorro promedio de energía para la fusión ésta en el rango de 10 kwh (10 kwh/tal) para todas las coladas. El consumo de gas natural para la poscombustión puede ser reducido en más del 6% debido a un mejor control del sistema de colección de humos y a la reducción de la entrada de aire de dilución. Las emisiones alrededor del horno dentro del edificio de la acería también fueron reducidas gracias al diseño más hermético del shaft y al sistema de carga de chatarra mas rápido, que disminuye el tiempo que la tapa del shaft permanece abierta. Finalmente, el diseño de la

parte superior y del cuerpo del shaft, junto con un posicionamiento más exacto de la cesta de chatarra signiﬁca menos chatarra regada y menos daños potenciales afuera del shaft, reduciendo las demoras y el mantenimiento.

Orden reciente de horno shaft con dedos para Severstal, Rusia Para una acería de un millón de toneladas por año de productos largos en construcción en Balakovo, cerca de 1,000 Km. al sureste de Moscú, el productor de acero Ruso OAO Severstal le otorgó un contrato a Siemens VAI para la instalación de un horno eléctrico de arco tipo shaft con dedos, que tendrá un tamaño de colada de 125 tons. Severstal de nuevo se decidió por la tecnología de horno shaft en base a su excelente experiencia operacional lograda con sus dos hornos tipo shaft con dedos en Cherepovets al noroeste de Rusia. Un horno olla, un sistema de colección de humos y una colada continua de palanquilla también serán suministrados en este proyecto. Comentarios Finales De acuerdo con Walter Noack, líder del equipo del proyecto, “Después de una duración de solamente diez meses y de poco más de tres semanas de paro del horno, el horno modernizado pudo arrancar. La implementación de este

www.siemens.com.mx

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acería proyecto fue un reto muy particular para Siemens VAI. Esto fue debido a que la mayor parte del trabajo in-situ se tuvo que llevar a cabo con las operaciones de producción hasta donde fue posible. En unas cuantas semanas, los números de las garantías contractuales especiﬁcados se pudieron sobrepasar y la disponibilidad del horno estuvo arriba del 98%. El arranque hasta el 100% de productividad se alcanzó en casi una semana”. Autores Walter Noack, Uwe Wilhelm, Patrick Zipp Contact Electricsteelmaking.metals@siemens.com

Vista frontal del horno shaft en Stahl Gerlaﬁngen, Suiza Lluvia de acero de la chatarra precalentada

8 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

aist

AIST México realiza su institucional

evento anual

El pasado Viernes Viern 28 de Noviembre de 2008 08 se efectuó efe el tradicional evento que cierra c las actividades activ oﬁciales de la AIST del a año en curso. cu Como cada ocasión, n, se conjuntan co diversos motivos para convivir y celebrar conviv celebra entre la distinguida concurrencia que en esta ocasión fue de cerca de 60 personas entre miembros, invitados y seres queridos de la gran familia que conforma la AIST Capítulo México. La sede en esta ocasión fue un salón de un reconocido restaurante del poniente de la ciudad de Monterrey, N. L. (“La Catarina”) en el cual se llevó a cabo de manera formal e institucional las diversas ceremonias preparadas para la noche. La parte central y uno de los principales motivos de la reunión fue encabezada por el Ing. Valente Delgado (AHMSA), Presidente 2007 – 2009 de la AIST

México acompañado de los miembros de la actual mesa directiva conformada por el Vicepresidente Ing. Porfirio González (SIEMENS VAI), el Secretario Dr. Ignacio Alvarez (FIME UANL) y el Tesorero Lic. Héctor Morales (ACEROTECA). El Ing. Delgado dió un mensaje alusivo a la ocasión a los asistentes el cual fue el preámbulo para la entrega oficial de las becas, por primera ocasión bianuales, a destacados alumnos de instituciones de educación superior que se inscribieron a raíz de la convocatoria publicada y fueron partícipes de un riguroso proceso de evaluación de su documentación entregada, su perfil y posterior selección. Para la entrega de los estímulos económicos se tuvo también la presencia del Dr. Edgar O. García Sánchez, Profesor Investigador de la Facultad de Ingeniería 9 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

aist Mecánica y Eléctrica de la UANL quien es el director del comité estudiantil y evaluador de las solicitudes de becas de los estudiantes participantes. Los afortunados ganadores de una beca total por 4,000 USD y quienes tuvieron la oportunidad de contar durante su estancia en la ciudad y en el evento con un acompañante personal son: Damaris Margarita Puente Siller / Universidad Autónoma de Coahuila Monserrat Sofía López Cornejo / Instituto Tecnológico de Morelia Yolanda Lizeth Flores Ríos / Universidad Autónoma de Coahuila Minerva González López / Universidad Autónoma de Querétaro Carla Abril Meneses Nochebuena / Universidad Autónoma de Querétaro Hiram Flores Ruíz /Universidad Nacional Autónoma de México El evento que también contó con un ambiente navideño, fue complementado con una cena ofrecida a todos los asistentes amenizada con música ambiental en vivo y para concluir

10 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

con la agenda de la noche se tuvo una rifa de interesantes premios. La AIST Capítulo México felicita a los estudiantes ganadores de este incentivo extendiendo el mensaje de felicitación a todas sus familias y les exhorta a continuar superándose en el ámbito personal y profesional. Deseamos que su desarrollo se presente en gran medida en áreas relacionadas con la industria del hierro y del acero donde esperamos colaboren en un corto plazo en los campos aﬁnes a sus especialidades. Enhorabuena a todos ellos. Si deseas conocer con detalle sobre la convocatoria y proceso de selección de futuras becas de la AIST México, te invitamos a visitar con frecuencia la página oﬁcial: www.aistmexico.org.mx

Convocatoria de Ponencia

ngreso y exposición de la industria delacero

04 al 07 de octubre, 2009 Monterrey, N.L., México La AIST México invita al p personal de la Industria del Hierro o y del Acero, a fabricantes, proveedores y usuarios, s, así como a ins instituciones académicas a presentar trabajos práctic prácticos y teóricos relacionados con los procesos ocesos de la in industria del Hierro y del Acero, en el Cuarto arto Congreso y Exposición de la Industria del Acero. o. Los temas solicita solicitados de las ponencias son los relacionados nados con des desarrollos tecnológicos, aplicaciones prácticas, cticas, proyect proyectos de automatización, nuevas instalaciones ones e investigaciones investig cientíﬁcas en las áreas de:

Si usted está interesado en presentar una ponencia lo invitamos a que nos envíe un resumen del tema para su evaluación y aprobación por el comité técnico. Los resúmenes deberán ser recibidos antes del día 15 de mayo de 2009 y no deberán exceder una cuartilla.

PROCESO BÁSICO: • Minas y peletizado • Fabricación de hierro - Horno Alto - Reducción Directa ACERACIÓN • Convertidor al oxígeno (BOF ) • Horno de arco eléctrico ( EAF) • Metalurgia secundaría • Colada continua - Tocho y palanquilla - Planchón

Laminación en frío y acabado - Molino frío - Recocido - Temple - Tenso nivelado

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 ¿A dónde autores para un enviar el resumen? mismo artículo AIST México. técnico, en sólo Tel(+52 81) 8479 3077 uno de ellos Fax (+52 81) 8479 3067 será aplicable el e-mail: info@aistmexico.org.mx descuento que www.aistmexico.org.mx el congreso ofrece a los expositores en la cuota de inscripción.

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canacero

Las acereras ap a apuestan al desarrollo del país, con inversiones por casi 10 mil millones millone de dólares a ejercer durante los próximos años en la construcción de nuevas plantas, ampliación de capacidad de producconstrucció ción y desarrollo de productos de valor agregado. ció Con ello e no sólo generarán más de 2000 empleos directos, sino que empujan la reactivación de la economía y la ejecución del Plan Nacional de Infraestructura, cuya demanda de acero implicará más de 6 millones de toneladas adicionales a los 26.7 que se prevén para el cierre de 2009. De manera paralela, el sector trabaja en el fomento del uso del acero en proyectos urbanísticos y arquitectónicos sustentables, por lo que en el marco de la XX EXPO-CIHAC 2008, la Cámara Nacional de la Industria del Hierro y del Acero (CANACERO) entregó a estudiantes de la UNAM el Premio Nacional del Acero para Estudiantes de Arquitectura 2008, con el tema “Centro Ferial”. Las estudiantes Norma Martínez Peralta y Angélica Vázquez Aguirre recibieron de Régulo Salinas Garza, presidente de la CANACERO, el premio al primer lugar por un diseño arquitectónico estructural , en el que demuestran la voluntad de experimentar con alternativas creativas las ventajas competitivas del acero como material de construcción, en condiciones diferentes, en un contexto urbano con condiciones difíciles, como es el municipio de Tecámac, en el Estado de México.

Entrega Régulo Salinas el

Premio Nacional del Acero para

Estudiantes de Arquitectura

2008

El segundo lugar correspondió al equipo formado por Alejandro Cuevas Padilla, Andrés Nevárez Salinas, Luis Enrique Santiago Bernal, y José Palacios Herrera, estudiantes del Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Monterrey. Ellos presentaron un proyecto para el municipio de Apodaca, Nuevo León, en el que se muestra una intensión conceptual importante que destaca materiales de acero y al que el jurado caliﬁcador sugirió desarrollar la profundidad de sus componentes estructurales. Ante el presidente del Centro Impulsor de la Construcción y la Habitación, A.C. (CIHAC), Pablo Álvarez Treviño, Salinas Garza dijo que los miembros de la CANACERO admiran el potencial de los arquitectos que materializan las creaciones más ambiciosas del ser humano, “por lo que nos acercamos al sector educativo en México, para reconocerlos, como hemos hecho con los profesionistas que promueven y construyen en acero”. Desde 1996, la CANACERO ha otorgando otros reconocimientos en categorías tales como: uso industrial, construcción no habitacional, construcción habitacional, creatividad con acero y tesis profesionales de nivel licenciatura y posgrado. 12 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

SBB Steel Focus Mexico 2009 en asociación con CANACERO Del 24 al 26 de marzo 2009 24-26 March 2009 Museo del Acero Horno3 Parque Fundidora Monterrey, México

Dos días de conferencia enfocada en la siderurgia de México: su participación en el escenario global del acero y su papel en la integración de mercados. Los líderes de la industria comparten opiniones acerca de temas clave, mientras que los responsables de tomar decisiones establecen contactos y hacen negocios durante las pausas del café. A two-day conference dedicated to the Mexican steel industry and the business opportunities it presents. Industry leaders share their opinions on key topics while decision-makers do business during the networking breaks.

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museo del acero

Presentación del Libro Institucional

MUSEO

del acero 3

horno

Hay sitios que nacieron para sucumbir en el tiempo y otros para trascender a pesar de las circunstancias. Justo en las páginas de este libro, comienza a contarse una historia en donde el acero llegó para quedarse y transformar signiﬁcativamente nuestra ciudad y nuestro país completo, su desarrollo, su entrono, su cultura, pero principalmente su gente.

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museo del acero

La Fundidora de Fierro y Acero de Monterrey ha renacido en una de sus estructuras más importantes: El Horno Alto No.3, quien fue el más grande productor de acero en la década de los 70’s y principios de los 80’s. Ahora, este gigante se ha transformado en el Museo del Acero horno3, custodio y maestro de una exhibición interactiva única en su género en el país. En este libro, encontraremos la historia de un centro que, literalmente funde el aprendizaje con la nostalgia; el Museo del Acero horno3 se presenta paso a paso, partiendo del sueño de un grupo de visionarios al inicio del siglo XX y concluyendo con otro igual casi una centuria después. La visión de antaño se convirtió en la planta productora de acero más importante de América Latina, mientras que la perseverancia actual logró integrar en el mismo recinto esta experiencia en una gran lección de la historia y el conocimiento.

Finalmente, recibirá una invitación para vivir por unos momentos junto al gigante, viéndolo recobrar vida y paseando en sus alturas. Tras ello, la obra se despedirá del lector dándole a conocer las características únicas de su experiencia en el Museo del Acero y la aportación de éste más allá de sus límites físicos. Es un honor y una gran satisfacción para nosotros compartir en estas páginas parte de una experiencia de vida, que deﬁnitivamente será difícil de volver a repetir. Lo invitamos a leer esta obra que ha sido desarrollada para usted que tiene la oportunidad de disfrutar paso a paso como se ha creado este novedoso centro de ciencia y tecnología. De venta en la tienda de souvenirs del Museo del Acero horno3.

La gestación del Museo del Acero es descrita con detalle en este esfuerzo editorial. Primeramente el lector conocerá los orígenes del área que le alberga, por lo que viajará al pasado para entender, inicialmente, las circunstancias y los motivos que llevaron a la construcción del Horno Alto No.3 y luego, comprender las causas del cese de su operación. Después, será testigo del nacimiento del concepto del Museo del Acero horno3 y de los retos que fue necesario superar para convertirlo en lo que hoy es.

15 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

procesos y usos del acero

-BT VUJMJEBEFT FNQJF[BO DPO FM

BDBCBEP Los acabados actuales de alta calidad y rendimiento exigen una mayor precisión en la capa de recubrimiento. IMS responde al cambio, los medidores de espesor de recubiertos. IMS incrementan la exactitud de las lecturas y mantienen un espesor uniforme. Al ofrecer velocidades de medición de tan solo 10 milisegundos, los medidores IMS incrementan el control del espesor y disminuyen la cantidad de residuos con la modulación sincronizada de la cuchilla de aire de nuestro sistema de control de ciclo cerrado. Los medidores sin contacto IMS incrementan al máximo la uniformidad y la economía, al ofrecer –

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16 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

procesos y usos del acero

Cintas de acero

relaminado y fosfatadas utilizadas en procesos de embutición crítica Antenor Ferreira Filho • Renato Moreira Maffei • Edwilson Leite Brasmetal Waelzholz S.A. Ind e Com. – Rua Goiás, 501 – CEP09941-690 – Diadema – São Paulo – Brasil. www.brasmetal.com.br

El proceso de fosfatización consiste en la obtención de una camada de conversión con la finalidad principal de disminuir el atrito durante el proconversió ceso de embutido profundo. Cuando aplicado en flejes de acero al carbono actú actúa como lubricante en operaciones de embutido, en especial en las más severas. Por ser un recubrimiento poroso presenta características de retención de lubricantes durante la embutición, de forma a reducir significativamente el coeficiente de atrito, siendo así, proporciona la obtención de piezas con alta calidad de acabado, evitando la ocurrencia de rayas en las piezas conformadas debido al atrito entre el material y la herramienta, además de aumentar la vida útil de las herramientas y permitir que se pueda trabajar con velocidades mas altas en las operaciones de troquelar, bien como, una mayor deformación de las piezas. En el presente trabajo serán presentadas las diversas etapas de producción de flejes de acero al carbono, laminadas en frío y fosfatadas en una línea de producción continua. Serán citadas las principales funciones de cada etapa de procesamiento para se atingir las condiciones adecuadas de embutición. Ejemplos de aplicaciones fueran seleccionados para presentar las ventajas y facilitar el entendimiento del efecto del recubrimiento en el desempeño del material durante el proceso de troquelar.

17 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

procesos y usos del acero 1. Introducción El segmento mas importante, económicamente hablando de los aceros planos laminados es el de embutición, principalmente de los aceros de bajo contenido de carbono, que son ampliamente aplicados en la industria. La creciente demanda de la industria automovilística en sentido de necesitar un material mas funcional y que proporcione una mejor estética a sus productos fue la principal fuerza motriz de este desarrollo. La conformación de las cintas, en los procesos que ocasionan cambio de forma de un material metálico, es la que tuvo uno de los mayores desarrollos desde los años 60. El proceso consiste en obtener piezas de dimensiones permanentes a partir de cintas delgadas, necesitando de la optimización de una serie de parámetros relacionados al material, al modelo de la pieza, las características de las herramientas, de la prensa y de las condiciones de operación. Una buena lubricación de la superﬁcie a ser troquelada es una característica fundamental para concretar satisfactoriamente estas operaciones, y este objetivo puede ser alcanzado a través de la aplicación de un tratamiento de conversión, visto que estas camadas aumentan la capacidad de retención de los lubricantes. Las camadas fosfatadas presentan grande importancia industrial y son

utilizadas en diversas aplicaciones, principalmente como lubricante en operaciones de embutición. Las características de las camadas de fosfato es lo que determina su aplicabilidad y desempeño[1]. En la industria de auto partes, particularmente, la de rodamientos y elementos de motores, el recubrimiento de fosfato es utilizado en elaboración de piezas con embutidos critico, en laminas de bajo y alto contenido de carbono. Utilizase también el recubrimiento de fosfato como tratamiento anterior a la pintura, protección temporaria contra corrosión, o como aislante eléctrico. 2. Características de las camadas fosfatadas El uso de camadas fosfatadas en las operaciones de troquelar ya era conocido desde 1934 por Singer [2] [3]. Durante la Segunda Guerra Mundial, la camada de fosfato fue muy utilizada en Alemania en las operaciones de transformaciones de metales ferrosos, particularmente para producción de municiones. De 1944 hasta 1960, la importancia del uso de camadas fosfatadas para transformaciones fue aumentando. En 1960, la importancia del recubrimiento de fosfato para transformaciones fue comparable a de la resistencia a la corrosión. Sin embargo, después de 1960, la aplicación de las camadas fosfatadas como base de pintura fue su-

MUNDO DE

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procesos y usos del acero perando la de la transformación debido al creciente aumento de la industria automovilística, que utiliza camadas fosfatadas para mejorar el desempeño de la tinta. Entretanto el uso de fosfato para transformación aún hoy es considerado como una de las mas importantes soluciones para troquelar. La fosfatización es un tratamiento de conversión, a saber: es la “conversión” de un metal en un óxido, hidróxido o sal de metal a través de reacciones electroquímicas que pueden ocurrir tanto debido a la imposición de energía como debido al ataque del metal por un oxidante presente en la solución. Para el caso específico de la fosfatización, tratase de la conversión del metal en uno fosfato insoluble de íon metálico. El fosfato insoluble deposítase sobre el metal modificando sus propiedades superficiales. Entre los tratamientos de conversión, sin duda ninguna, la fosfatización es una de las mas eficientes. Las ventajas del uso de camadas fosfatadas son muchas, citándose [2];[3]: • • • •

evitan el contacto metal/metal; favorecen la retención de lubricantes; reducen de modo signiﬁcativo el coeﬁciente de atrito; no sufren destacamento y no son desgastadas mismo sobre embutición severa.

Como consecuencia, camadas fosfatadas: • determinan la obtención de superficies con alto grado de acabamiento superficial; • permiten aumentar la velocidad de las operaciones de conformación, • aumentan la vida útil de las herramientas; • resisten a altas temperaturas; • son fácilmente removibles. 3. Proceso continuo de fosfatización En el caso de flejes de acero laminadas en frío destinadas a la conformación, la fosfatización puede ser aplicada de manera continua. Brasmetal Waelzholz es un ejemplo de empresa que utiliza esta técnica en la producción de flejes de acero relaminadas en frío y fosfatadas para aplicaciones de embutido profundo. Cintas de acero al carbono con anchos hasta 680 mm y espesores desde 0,2 hasta 3,5 mm pueden ser fosfatadas continuamente con soluciones a base de fosfato de zinc. Las etapas anteriores a la fosfatización prepararán la superficie del substrato sobre la cual será aplicada la camada fosfatada, pues la presencia de cualquier residuo de aceite, grasa o la presencia de cualquier partícula como

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procesos y usos del acero polvo o productos de corrosión puede interferir de manera significativa en la calidad de la camada fosfatada. Consecuentemente el inicio de proceso, antes de la fosfatización, la cinta debe ser llevada a un tratamiento de limpieza (desengrases y activación ácida). En las etapas intermediarias entre los diferentes procesos, son hechos enjuagues con agua con el objetivo de sacar de la superficie del metal residuos de la solución anterior y evitar la contaminación de la solución subsiguiente. Después del tratamiento sigue la fosfatización y una vez fosfatada, la superficie metálica debe ser sometida a un tratamiento con el objetivo de otorgar alguna propiedad adicional a las camadas fosfatadas.

Existen varias opciones de pos-tratamiento y la elección de uno o otro va a depender fundamentalmente del uso final del producto procesado. Generalmente la cinta es sometida a un proceso de pasivación y enjuague seguido de inmersión en jabón, para secar se pude utilizar aire caliente o focos infrarrojo. La superficie de la cinta debe estar completamente seca antes de bobinar el material. A seguir será presentada la secuencia de etapas de la producción de estos aceros en Brasmetal Waelzholz empezando con la presentación de un diseño esquemático (figura 1) es una foto ilustrativa (figura 2) de la línea continúa de producción, objeto del trabajo.

Figura 1: Flujo esquemático da línea continua de fosfatización de Brasmetal Waelzholz [1]. Leyenda: 1- Desbobinadera / 2- Rollo deflector / 3- Planificadora / 4-Prensa, máquina de soldar y looping / 5-Desengrase / 6-Rollos retentores / 7- Enjague / 8-Decapar / 9- Enjuague / 10-Rolos de apoyo / 11-Refinador e Fosfato / 12-Neutralizador / 13-Jabón / 14-Horno / 15-Guillotina / 16-Rollo de desvío / 17-Bobinadera.

adecuada es necesario que se tenga un substrato con la superficie perfectamente limpia libre de impurezas como óxidos, aceites, grasas o partículas sólidas. Materiales extraños presentes en la superficie del substrato pueden reaccionar como barrera e inhibir la formación de los cristales de fosfato o pueden hasta servir de locales preferenciales para nucleación y evolución de los cristales de fosfato. En ambos los casos, las camadas obtenidas serán no uniformes y presentaran desempeño inadecuado [4] . 3.2 Refinamiento de grano / activación / condicionamiento:

Figura 2: Vista general de las líneas de recubrimiento de Brasmetal Waelzholz. La secuencia completa de un proceso de fosfatización continuo consiste de las siguientes fases: 3.1 Desengrase e Decapado: Tiene por objetivo preparar a la superﬁcie de la base sobre la cual será aplicada la camada fosfatada, consiste en sacar de la superﬁcie a ser fosfatada cualquier residuo que pueda interferir en la calidad de la camada fosfatada. Es importante que para obtener una camada de fosfato 20 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

Tal vez la denominación más adecuada parezca ser la de condicionamiento, pues no siempre esta etapa determina el refino de grano y no es el único que activa la superficie, pero siempre tiene la función de condicionar la superficie para que los cristales de fosfato sean formados de manera uniforme con granulación fina suficiente. La etapa de condicionamiento hace parte del proceso y precede la de fosfatización, sin interposición de enjuague, y tiene por objetivo principal contraponer la influencia de las etapas de desengrase y de decapado que determinan la obtención de camadas de granulación grosera. Así, esta etapa tornase imprescindible principalmente cuando se hace el desengrase con solución alcalina fuerte y/o decapados en soluciones de ácidos fuertes. Las camadas fosfatadas son cristalinas y sus cristales de fosfato pueden ser muy pequeños. Para camadas a base de fosfato de zinc hay la formación de agujas y plaquetas. Las agujas pueden estar cubiertas por plaquetas y, también, las plaquetas pueden estar cubiertas por agujas [5]. La formación de cristales de fosfato ocurre en dos ciclos:

procesos y usos del acero primero ocurre la nucleación, seguida del acrecimiento de los cristales nucleados. Así siendo, el tamaño de los cristales dependerá fundamentalmente de la velocidad de nucleación y de la crecida de los cristales. La velocidad de nucleación es función directa del número de sitios activos presentes en la superﬁcie del substrato, pues son en estos sitios que son formados los núcleos de cristales de fosfato. A partir de estos núcleos emergen los cristales. Si el número de sitios fuera pequeño, se tendrá pocos nú-

cleos. Así, los cristales tienen que crecer a partir de pocos núcleos y el crecimiento cesará cuando el substrato fuera cubierto, hecho que ocurrirá cuando los cristales se toquen como consecuencia la masa de fosfato por unidad de área será elevada conforme figura 3a. De lo contrario, cuando en la superficie de un substrato existen muchos sitios activos, habrá la formación de muchos núcleos, los cuales se tocarán antes de que crecieran mucho y originará la formación de camadas delgadas y de cristales delgados conforme la figura 3b.

Figura 3: Representación esquemática de la formación de cristales debido a la presencia de sitios activos en la superficie de un substrato [5]. Queda claro de que existe una relación directa entre el tamaño de cristales y la masa de fosfato por unidad de área: cuanto menores los cristales, mas delgada la camada formada. Debemos citar, que el tiempo de formación de cristales grandes es mayor porque es necesario más tiempo para cubrir el substrato. Muchos son los factores relacionados con el substrato y con el proceso de fosfatización que influencian directamente en el tamaño de los cristales, pudiéndose citar como principales: estado superficial del substrato, presencia de una delgada camada de óxidos en la superficie del substrato, composición química del substrato, tratamiento mecánico, desengrase, condicionamiento, tipo de acelerador y la presencia de refinadores en la solución (los mas utilizados son soluciones conteniendo sales de Titanio).

el espesor da camada. Son constituidas por fosfato tetrahidratado de zinc, a hopeita (Zn3 (PO4)2 4H2O) y fosfato doble de hierro y de zinc tetrahidratado, la fosfoﬁlita (Zn2Fe) (PO4)2 4H2O). La composición de la solución y las condiciones de operación determinan la cantidad relativa de uno u otro compuesto[6]. La región de la camada mas próxima del substrato es abundante en hierro y la mas externa es abundante en zinc. La microestructura de la camada depende, además de la composición de la solución y de las condiciones de la operación, del tipo de desengrase alcalino utilizado en el tratamiento. Ejemplo de una microestructura de camada de fosfato de zinc en acero de bajo contenido de carbono puede ser apreciada en la ﬁgura 4, abajo.

3.3 Fosfatización: Es la etapa de formación de la camada fosfatada. Las camadas en la base de fosfato de zinc son las mas utilizadas en la práctica, siendo el tipo exigido por la mayoría de las aplicaciones de la industria automovilística, pues atienden las especiﬁcaciones más rigurosas de este sector. Estas camadas son obtenidas a partir de soluciones conteniendo ácido fosfórico y fosfato diácido de zinc, además de aceleradores y otros constituyentes de las soluciones eventualmente adicionados, por ejemplo, para controlar el crecimiento de los cristales, aumentar o disminuir

Figura 4: Camada de fosfato de zinc en ﬂejes de acero de bajo carbono - MEV [7]. Tel. (81) 8158 7100 email: ventasmx@quakerchem.com

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procesos y usos del acero 3.4 Tratamiento de Sellar o Pasivación: Cuando una camada fosfatada esté completamente formada, ella tendrá un cierto grado de porosidad intrínseca. Esta porosidad expone el substrato al ambiente, siendo esta la razón por la baja capacidad presentada por las camadas de fosfato en proteger el substrato. Así siendo, las camadas fosfatadas por si solas no son destinadas a proteger el substrato contra corrosión. El aumento de la resistencia a la corrosión se da cuando sobre una camada fosfatada es aplicado un tratamiento suplementar que consiste en la inmersión de la cinta fosfatada en solución acuosa de compuesto inorgánico, entre los cuales podemos citar: compuestos de cromo hexa o trivalentes, silicatos, fosfatos, boratos, nitritos, molibdatos. Importante citar que el cromo hexa es un producto en desuso por ser nocivo al medio ambiente y a la salud. Cuando las camadas fosfatadas son llevadas a un póstratamiento como el de sellar o pasivación, la porosidad disminuye de manera significativa en cerca de 50%[8]. Esta reducción no significa alteraciones de los cristales de fosfato, pero si la pasivación del acero expuesto o mismo sellar los poros existentes. La porosidad disminuye con el aumento del espesor de camada, atingiendo un valor constante después de la completa formación de la camada de fosfato, entretanto debe de resaltar que no siempre espesores mayores significan menor porosidad, visto que la porosidad no depende solamente del espesor, pero si de otros factores como: tipo de fosfato, tamaño de cristales de fosfato, camadas con cristales delgado y uniformes presentan baja porosidad, con poros de dimensiones pequeñas.

dos son: acidez total y libre, relación entre acidez total y libre, contenido de nitrito y temperatura de solución. Para la caracterización de una camada fosfatada, para fines de control, son normalmente verificados los siguientes parámetros: • aspecto visual; • característica y tamaño de los cristales; • determinación de la masa de fosfato por unidad de área; • determinación de la masa de estearato de zinc y sodio. 4.1 Aspecto visual: El examen visual tiene por objetivo la verificación de la estructura, color, homogeneidad y presencia de contaminaciones o productos de corrosión en la superficie fosfatada. El aspecto visual esperado de las camadas fosfatadas, cuando observadas a ojo desarmado o con lupa con aumento de hasta 6 veces, presentan una coloración gris

3.5 Tratamiento para conformación: Consiste en la aplicación de algún producto para auxiliar en las operaciones de conformación, tal como jabón, bórax, etc. Camadas fosfatadas a base de fosfato de zinc reaccionan con el estearato de sodio formando el estearato de zinc y comportarse como un ﬂuido altamente viscoso en las condiciones de temperatura y presión establecidas durante la conformación. 3.6 Operación de secar: Quaker Chemical, the pioneer in synthetic fire-resistant hydraulic

Consiste en secar la cinta fosfatada en horno a través de ventilación forzada o por medio de infrarrojo, pues la cinta antes de ser bobinada debe estar totalmente exenta de humedad. Entonces ﬁnalmente la cinta es bobinada.

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4. Control de proceso y producto La caracterización de camadas fosfatadas debe ser hecha por motivos de control de proceso o del producto y para desarrollo del proceso. En una solución de fosfatización los principales parámetros que deben ser controla22 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

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procesos y usos del acero oscuro. En casi siempre posible visualizar los cristales de este tipo de camada de fosfatos, aumentos superiores deben ser utilizados para una mejor evaluación del tamaño de distribución de los cristales. Un buen recubrimiento debe presentar camadas fosfatadas uniformes, libre de puntos o áreas no fosfatadas, libre de depósitos de cualquier naturaleza. Diferencias en la coloración o en el aspecto no deben ser motivos de rechazo pero si de una mejor evaluación. 4.2 Característica y tamaño de los cristales de fosfato:

4.3 Espesor o masa de recubrimiento de fosfato: El parámetro de control más utilizado es la masa de fosfato por unidad de área, usualmente referida como “masa de fosfato”. La determinación de este parámetro es hecha por método gravimétrico. El método gravimétrico por perdida de masa consiste en determinar la perdida de masa de un cuerpo-de-prueba fosfatado de área conocida cuando inmerso en una solución capaz de disolver la camada con mínimo ataque al substrato. 4.4 Masa de jabón (estearato de zinc y sodio):

Estos parámetros son importantes, pues también determinan el desempeño de la camada fosfatada en la aplicación a que se destina. El examen de la característica y tamaño de los cristales es hecho por medio de microscopio óptico utilizando aumentos que pueden variar entre 200 a 2.000X. Una manera mejor para visualizar la estructura cristalina de la camada de fosfato es a través de un microscópico electrónico (MEV), este equipamiento permite acompañar de forma tridimensional el tamaño y formato de los cristales. Para este ensayo no es necesaria una preparación especial de la muestra.

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En productos fosfatados destinados a la conformación, conforme ya se ha observado, es práctica universal la aplicación de estearato de sodio (o de potasio) como medio lubricante. Parte del estearato de sodio se transforma en estearato de zinc por producto de reacción del jabón con la camada fosfatada. Muchas veces se desea determinar la cantidad de estearato de zinc obtenida y la cantidad de estearato de sodio (o de potasio) retenida. Esto es hecho a través de la determinación de la perdida de masa después de la inmersión en solventes especíﬁcos. El proceso es similar al de la determinación de la masa del fosfato. El control de estos parámetros es de grande importancia para el buen desempeño de la cinta durante el proceso de embutición.

procesos y usos del acero 5. Conclusión Por todos los motivos ya presentadas anteriormente, la cinta de acero fosfatada presenta diversas ventajas, entre las principales destacamos: La excelente embutición, pues a través de una mera prueba de embutido se puede comparar el desempeño de una cinta de acero bajo contenido de carbono para embutición profunda de espesor 1,13 mm con y sin recubrimiento de fosfato. Sin ninguna lubricación adicional al ensayo, en tira de acero sin recubrimiento se ha logrado una profundidad de embutido de 8,00 mm, mientras que en la misma cinta, pero fosfatada fue posible alcanzar una profundidad de hasta 8,70 mm. Las ﬁguras 5(a) y 5(b) presentan los resultados en el ensayo de embutición Erichsen.

Figura 5a: Ensayo Erichsen en acero SIN recubrimiento IE21 = 8,00 mm

Figura 7: Posicionador de los anillos sincronizadores aplicados al sistema de cambio.

Figura 5b: Ensayo Erichsen en acero CON recubrimiento IE21 = 8,70 mm

Figura 8: Anillos internos y externos en acero alto carbono fosfatado (izquierda) y rodamiento de embrague ensamblado (directa).

Esta diferencia de comportamiento también es observada durante la producción de componentes en las prensas industriales, donde el grado de deformación y las tolerancias dimensionales deseadas para las piezas son mas fácilmente atingidas con el uso de cintas fosfatadas. La mejora de la embutición con la aplicación del fosfato contribuye de forma significativa para los ajustes de máquina y permite mayores velocidades de procesamiento. En las figuras 6, 7, 8, y 9 son presentados ejemplos de aplicaciones complejas donde la presencia de fosfato en la superficie de la cinta es indispensable.

Figura 6: Secuencia de las etapas de una embutición compleja en una cinta de acero bajo contenido de carbono, de espesor de 0,63 mm, fosfatada. Figura 9: Cilindro hidráulico aplicado en motores de automóviles .

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procesos y usos del acero Otra grande virtud del fosfato es su facilidad de remoción después de la conformación de las piezas, la no interferencia del recubrimiento en los procesos posteriores de tratamiento térmico como temple y revenimiento o termoquímicos como la nitretación y cementación, que son fundamentales para estos componentes que van a sufrir esfuerzos de atrito en su aplicación y deben ser resistentes al desgaste, ejemplo de estos componentes son los anillos de rodamiento, buchas, cilindros hidráulicos, etc. La calidad superficial de algunos componentes que después de su conformación, no serán llevados a procesos de acabamiento superficial, como es el caso de algunos rodamientos de agujas. Así, la rugosidad superficial de estos componentes ya es determinada después de la embutición, lo que exige además de una excelente calidad superficial de la cinta relaminada, una camada de fosfato adecuada, para garantizar la buena lubrificación entre el material y la herramienta. La vida útil de las herramientas fue acompañada durante procesos de conformación utilizando cintas de acero fosfatadas y cintas de acero sin recubrimiento. Para las cintas sin recubrimiento, fue necesario el pulimento de las herramientas a cada 30.000 piezas conformadas, mientras que la conformación de piezas a partir de cintas fosfatadas la frecuencia de pulimento en la herramienta bajo para cada 130.000 piezas producidas, o sea, presentó un rendimiento 4,3 veces superior. Por lo tanto, el fosfato, además de aumentar la vida útil de las herramientas, contribuye con una mayor productividad a la medida que se diminuye también la frecuencia de paradas de máquina para retrabajo de los punciones y matrices. 6. Agradecimientos Nuestros agradecimientos al Ing. Ivan Martins y al Tecnólogo Renato Collanieri de la empresa Schaeffler do Brasil – División INA. 7. Bibliografía [1] FERREIRA, F. A; SERENO, A.- O uso de fosfato de zinco como lubrificante em tiras de aço laminadas a frio utilizadas em processos de conformação. XI EBRATS - Encontro Brasileiro de Tratamento de Superfícies - São Paulo - SP, Maio de 2003. [2] JAMES, D.- Phosphate coating and lubrication steel for cold extrusion. Sheet Metal Industries - Special Conference, p.171-189, 207, March.1961. [3] RAUSCH, W.-The phosphating of metals. 1st.ed. Great Britain: Redwood Press, 416p, 1990. [4] Metals Handbook - Surface cleaning, finishing and coating. 715p, 1987. [5] LORIN, G. - Phosphating of metals. Finishing Publications – Great Britain 222p, 1974. [6] KUEHNER, M. A. - Phosphate conversion coatings. Metal Finishing, v.83, n.8, p15-18, August 1985. [7] Relatório Interno da Brasmetal Waelzholz - Estudo da influência das características de camadas fosfatizadas nas operações de conformação com e sem lubrificantes – Projeto FAPESP. [8] NAIR, U.B.; SUBBAIYAN, M.- Evaluation of porosity of phosphate coatings. Transaction of the Institute of Metal Finishing - v.71, n.2, p.68-70, 1993.

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procesos y usos del acero

Estudio de los

productos corrosión de generados en intemperie y en ensayos acelerados sobre

acero galvanizado M. Zapponi1, J. Pedraza2 y F. Actis2

pintado

1- Surface Chemistry and Coatings Department, Tenaris-Siderca, Simini 250, Campana, Argentina, e-mail: mzapponi@tenaris.com 2- Quality Management, Product, Ternium-Siderar, Av. Gral. Savio s/n, San Nicolás, Argentina

Resumen men Los nuevos esquemas y tecnologías de pinturas deben ser evaluados luego de ajustar las condiciones de proceso, antes de introducirlos en el mercado. Los tests usados en Ternium-Siderar para validar nuevos sistemas o tecnologías comparativamente a los esTernium tándares aceptados son: Ensayos acelerados de laboratorio, usados como control de calidad. Ensayos de intemperie acelerados (Scab Test), para predecir fallas catastróﬁcas prematuras. Exposición a la intemperie en distintas atmósferas, para estimar durabilidad. Para el mercado de la construcción Ternium-Siderar ha comenzado a evaluar las tecnologías disponibles en el mercado para el pretratamiento y primer libres de Cr(VI). Los objetivos de este trabajo son: Correlacionar los resultados de ensayos acelerados y de exposición a la intemperie de galvanizado pintado. Caracterizar los productos de corrosión generados en ensayos acelerados y de exposición a la intemperie. Postular mecanismos de corrosión. Las conclusiones más importantes son: - Los morfología de los productos de corrosión generados en intemperie en atmósfera marina y en Scab test es similar - El Scab test permite una estimación más realista que los ensayos acelerados en tiempos más cortos que los de exposición a la intemperie. - Los esquemas con cromatos aportan mayor protección que los basados en Cr(III).

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procesos y usos del acero Introducción El uso del galvanizado prepintado para construcciones de uso residencial de alta gama se ha incrementado notablemente en los últimos años en Argentina, teniendo hoy una importante participación en el mercado. Argentina por su situación geográfica y extensión, posee una gran variedad climática incluyendo climas tropicales, fríos antárticos y atmósfera marina, siendo esta última la que mayor crecimiento de mercado ha experimentado. Estas condiciones demandan del material expuesto una alta performance y han llevado al desarrollo de nuevos esquemas y formulaciones de pinturas. Los nuevos esquemas y tecnologías de pinturas deben ser evaluados luego de ajustar las condiciones de proceso, antes de introducirlos en el mercado. Usualmente se utilizan ensayos acelerados para estimar la durabilidad del sistema. Sin embargo cada vez se cuestiona más la capacidad de los mismos para predecir un ranking de performance similar al encontrado durante el servicio (exposición a la intemperie). En la Conferencia de la European Coil Coating Association de noviembre de 2006 se presentó el reporte final sobre predicción de durabilidad, Final Report of Improved Prediction of Durability [1]. En este reporte se presentan entre otras, las siguientes conclusiones. La correlación de resultados entre ensayos acelerados y exposición a la intemperie para galvanizado es baja. No se ha podido establecer aún la correlación entre los resultados de ensayos acelerados y durabilidad. Finalmente se recomienda investigar ensayos de corrosión que tengan mejor correlación con la degradación observada en servicio. Los tests usados en Ternium-Siderar para validar nuevos sistemas o tecnologías comparativamente a los estándares aceptados son: Ensayos acelerados de laboratorio, usados como control de calidad. Ensayos de intemperie acelerados (Scab Test), para predecir fallas catastróficas prematuras. Exposición a la intemperie en distintas atmósferas, para estimar durabilidad. Por otra parte Ternium-Siderar ha comenzado a evaluar las tecnologías disponibles en el mercado alternativas a las basadas en Cr(VI), para cumplir las normativas referentes a electrodomésticos y a futuro encontrar el mejor reemplazo al Cr (VI) para construcción. El reemplazo de los cromatos dependerá de que la performance de los nuevos sistemas sea comparable o de que el mercado esté dispuesto a aceptar una performance inferior. Los objetivos de este trabajo son Correlacionar los resultados de ensayos acelerados y de exposición a la intemperie de galvanizado pintado con distintos esquemas. 28 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

Caracterizar los productos de corrosión generados en ensayos acelerados y de exposición a la intemperie. Postular mecanismos de corrosión Establecer un ranking de performance.

Experimental Materiales Se utilizaron chapas de acero al carbono galvanizado por inmersión (20 micrones de zinc), pintadas con distintos esquemas y tecnologías en una línea industrial de pintado en bobinas (coil coating).En la tabla I se presentan las características de los esquemas evaluados. Se utilizaron pretratamiento + primers con cromatos y pretratamiento + primer con compuestos de Cr (III) de distintos colores y proveedores.

Tabla I: Esquema evaluados Muestra

Esquema de pintado

Poliéster siliconizado + primer Cr(VI)

Poliéster + primer Cr (III)

Poliéster + primer Cr (VI)

Poliéster + primer Cr (III)

Poliéster siliconizado + primer Cr(VI)

Poliéster + primer Cr (III)

Poliéster siliconizado + primer Cr(VI)

Se tomaron probetas de estos materiales de 10X15 cm. con una cruz en la parte inferior hasta el acero base y tres bordes protegidos para la realización de los ensayos. Ensayos acelerados Se realizaron ensayos en Cámara de Niebla Salina y en Cámara Prohesion. En la tabla II se resumen las características de los ensayos realizados bajo normas ASTM.

procesos y usos del acero Tabla II: Características de los ensayos acelerados Condición

CNS B-117

Prohesion G-85

Prohesion D-5890

Tipo

Constante

Cíclico: Cámara Prohesión 1h spray 1 h secado

Cíclico: 168 hs en Cámara Prohesión en QUV-A

Solución

CINa 5%

CINa 0,05% +SO4(NH4)2, 0,35%

6,5-7.2> durante el ensayo en cát.

5,2 cte

Temperatura

35oC

1h spray TA. 1h secado 35oC

1h spray TA 1h secado 35oC 4 hs UVA 60oC 4 hs condens. 50oC

Humedad

97%

97% spray 40-45% secado

97% spray 40-45% secado 100%

Duración

1000 hs

2400 hs

Tiempo de humidiﬁcación

1000 hs

1200 hs

600hs

Ensayos de exposición a la intemperie y Scab test Se expusieron probetas durante 36 meses en una estación de atmósfera marina, en Mar del Plata. Además se sometieron probetas al Scab test de acuerdo a la norma Volvo 1027 durante 12 meses en la estación de intemperie de la planta de Canning. El Scab test consiste en exponer las probetas a 45° y rociarlas dos veces a la semana con solución de cloruro de sodio al 5% para acelerar la corrosión, simulando un ambiente marino. En la tabla III se presentan las características de las atmósferas utilizadas.

Evaluaciones y caracterización de los productos de corrosión Se realizaron observaciones para determinar la presencia de ampollas y productos de corrosión en la superﬁcie de acuerdo a la norma ISO 4628 partes 1 y 3. Los productos de corrosión se caracterizaron utilizando un Microscopio electrónico de Barrido Philips XL30Controlled Pressure con fuente termoiónica de tungsteno y tensiones de aceleración de hasta 30 KV. , detector EDS (Si(Li)) con ventana que permite la detección desde boro hasta uranio (EDAX-DX4).

Tabla III: Características de las atmósferas utilizadas Temp. media anual oC

HR media anual %

Radiación global hJ. cm-2

Lluvia total anual mm

Deposición CIanual promedio

Categoría ISO para corros. del Zn

pH agua lluvia

TIPO

Camet

14.8

5740

887

6,5

Marina

Canning/ Scab

15.3

5830

14 59

0/3200

C3/>C5

6a7

Urbano industrial

Sitio

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

29 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

procesos y usos del acero Resultados Cámara de Niebla Salina Se observan abundantes productos de corrosión blancos en el corte y borde. No se observan ampollas en la superﬁcie. La penetración de los productos de corrosión desde el corte y borde es mayor en las muestras de primer con Cr(III). La morfología de los cristales es similar tanto en los materiales con primer en base a cromatos como en base a compuestos de Cr (III). Se aprecian distintas estructuras: En la Fig.1 se muestran cristales de apariencia prismática. El análisis EDS revela la presencia de cloruro y zinc, por lo cual podrían asignarse a Cl2Zn.

Figura 1: cristales prismáticos

Figura 6: Goletita y Lepidocrocita

Prohesion D5890 Este ensayo es mucho menos agresivo, no se observa óxido rojo y en general poco óxido blanco en el corte y el borde sin proteger. No hay delaminación de la pintura. No se observan diferencias entre los esquemas con Cr(III) y Cr(VI).

Figura 2: Simonkolleita

En la Fig. 2 se presentan cristales de aspecto hexagonal, que de acuerdo a estudios reportados por Odnevall corresponden a simonkolleita [2]. También se observaron óxidos típicos de hierro[3] en la zona central del corte (Fig. 3), pero en sitios aislados.

Figura 3: Óxidos de hierro

Figura 5: Oxidos de hierro

Figura 7: disolución del recubrimiento Figura 8: Carbonato de zinc Al Microscopio pueden verse distintas morfologías de los escasos productos de corrosión. En algunas partes se ve la disolución parcial del recubrimiento de zinc (Fig. 7). En otras regiones se observa la presencia de cristales que pueden identiﬁcarse como carbonato de zinc por comparación con patrones de esta sal (Fig. 8). También se aprecian cristales de aspecto laminar de hidroxifulfatos (Fig. 9).

Figura 4: Simonkolleita Figura 9: Hidroxisulfato de zinc

Prohesion G 85 La disolución del zinc es mucho mayor y se observa abundante óxido rojo y delaminación de la pintura. La zona delaminada en el corte y borde es mucho mayor en las probetas de primer con Cr (III). No se observan ampollas en la superﬁcie. La morfología de los productos de corrosión es similar tanto en los materiales con primer en base a cromatos como en base a compuestos de Cr (III) En la Fig. 4 se muestran cristales laminares que podrían corresponder, de acuerdo a los estudios reportados por Odnevall[2], a simonkolleita. En la Fig. 5 se muestra la apariencia de los óxidos de hierro. En la ﬁgura 6 se observan estructuras típicas de Goletita y Lepidocrocita [3]. 30 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

Scab test y atmósfera marina En el corte y borde se observan escasos productos de corrosión blancos. En las probetas de los esquemas de primer con Cr(III) se observan ampollas en la superﬁcie al cabo de 1 año en Scab test y luego de 1 años en atmósfera marina. En la tabla IV se resumen las observaciones realizadas sobre las probetas.

procesos y usos del acero Tabla IV: Evaluación ﬁnal de probetas en intemperie Muestra

Esquema de pintado

36 meses atmósfera. marina

12 meses Scab Test

Poliéster siliconizado + primer Cr(VI)

Poliéster + primer Cr (III)

2S2

2S3

Poliéster + primer Cr (VI)

1S1

Poliéster + primer Cr (III)

2S2

2S3

Poliéster + primer Cr (III)

2S2

1S1

Poliéster + primer Cr (III)

2S2

1S1

Poliéster siliconizado + primer Cr(VI)

Poliéster + primer Cr (III)

2S2

1S2

Poliéster + primer Cr (III)

2S2

2S4

Poliéster + primer Cr (III)

2S2

1S1

Poliéster + primer Cr (III)

1S1

Poliéster + primer Cr (III)

2S2

1S1

Poliéster + primer Cr (III)

2S2

1S1

Poliéster + primer Cr (III)

2S2

1S2

Poliéster siliconizado + primer Cr(VI)

Se observaron al Microscopio los productos de corrosión dentro de las ampollas, encontrándose cristales atribuibles a Simonkelleíta tanto en las muestras de Scab Test como en las expuestas a atmósfera marina. La cantidad de productos aumentó con el tiempo de exposición. En las ﬁguras 10-12 se muestra el aspecto de los productos de corrosión.

Fig 10: Scab Test 12 meses

Fig 12: 36 meses atmósfera marina

Se detectó por EDS elevada concentración de cloruros entre los productos de corrosión.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

•En Cámara de Niebla Salina (CNS) el pH de la solución es 6,5-7,2, pero en la región catódica aumenta signiﬁcativamente por la reducción de oxígeno de acuerdo a la ecuación (1) O2 + 2 H2O + 4 e- → 4OH-

(1)

La elevada concentración de cloruros del medio favorece la formación de cloruro de zinc. También se forma simonkolleita, que a los pH en que opera la CNS es insoluble y actúa como barrera protegiendo al recubrimiento. • En Prohesion G-85 el pH de la solución es 5,2 y la presencia de amonio que actúa como buffer evita el aumento del pH durante el proceso de reducción de oxígeno, por esta razón no precipitan productos de corrosión del zinc [4], además la velocidad de corrosión aumenta y rápidamente aparecen los óxidos de hierro. Los ciclos de humidificación y secado en este ensayo permiten una mayor concentración de sales en la superficie a pesar de que la solución es más diluida que la de CNS, y eso aumenta la velocidad de corrosión. También durante el secado la velocidad de corrosión aumenta porque aumenta la solubilidad del oxígeno en el film superficial de agua que está adelgazando. • En el ensayo Prohesion D 5890 durante el ciclo de 1 semana de exposición a UV, los productos de corrosión del zinc se trasformarían en carbonatos estables y adherentes, que actuarían como barrera disminuyendo la velocidad de corrosión respecto del G-85. Esta sería la causa, además del menor tiempo de humidificación, de la ausencia de óxido rojo en este ensayo. Los distintos productos de corrosión observados son similares a los reportados por Odnevall[2] en intemperie: hidroxicarbonatos, hidroxicloruros e hidroxisulfatos.

Fig 11: Scab Test 12 meses 31 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

procesos y usos del acero • Durante la exposición a la intemperie los materiales están expuestos a condiciones de elevadas temperaturas, humedad y radiación UV, y también a períodos de bajas temperaturas sin incidencia de luz en contacto con agua o rocío. La presencia de poluentes (cloruro) acelera el proceso de corrosión y determina el tipo de producto de corrosión formado, que además puede trasformarse en otro al modiﬁcarse las condiciones. Los hidroxicarbonatos (Zn4(CO3)2(OH)6), hidroxicloruros (Zn5(OH)8Cl2H2O), hidroxisulfatos Zn y clorohidroxisulfatos (4 SO4(OH)6nH2O) tienen una estructura laminar de hidróxido de zinc con diferentes iones entre ellos[3]. En el caso de los hidroxicarbonatos las láminas están unidas por iones carbonato, en el caso de los hidroxicloruros por iones cloruro y los hidroxisulfatos por sulfato. Los iones pueden intercambiarse de acuerdo al medio en que se encuentran. En presencia de cloruro (CNS, Prohesion, ambiente marino) se forman hidroxicloruros. En el Scab test la mayor concentración de cloruro favorece la estabilización de Simonkolleíta. Si hay además sulfatos (Prohesion, ambiente industrial) también se forman hidroxisulfatos. Pueden estabilizarse los hidroxicarbonatos si el período de secado es suﬁciente (Prohesion D5890, intemperie en ambiente rural). En la tabla V se resumen las características de los ensayos y de los productos de corrosión generados.

Conclusión

- Los esquemas de pintado con cromatos aportan una protección mayor que los basados en Cr(III), en todos los ensayos realizados. - Los ensayos artiﬁciales evaluados no logran simular las condiciones reales de exposición a la intemperie - Los morfología de los productos de corrosión generados en intemperie en atmósfera marina y en Scab test es similar - El Scab test permite una estimación más realista que los ensayos acelerados en tiempos más cortos que los de exposición a la intemperie.

Referencias 1.

H. J. Tiemens, Improved prediction of durability of coated metal sheet by artiﬁcial testing, 40th ECCA Autum Congreso, Brussels, Belgium Nov. 2006.

2. I. Odnevall, Atmospheric Corrosion of Field Exposed Zinc, Doctoral Thesis, Department of Materials Science and Engineering, Royal Institute of Technology, Stockholm, Swedwn 1994.

Tabla V: Productos de corrosión y mecanismo

Cámara de Niebla Salina

Prohesion G-85

Prohesion D-5894

Scab test

Atmósfera marina

5% cloruro

0.05% cloruro 0.35% sulfato

0.05% cloruro 0.35% sulfato radiación UV

cloruros ppm radiación UV

6.5- 7.2

5.0-5.4 ácido

5.0-5.4 ácido > durante ciclo UV

6.0-6.5

6.5

Cl2Zn, simonkolleita en ampollas

pH evita deposición de productos de corrrosión del zinc, óxidos de hierro

Durante ciclo UV se estabilizan los productos de corrosión del zinc: carbonatos

Ampollas con Simonkolleita

Catódico (alcalino)

Anódico

3. M. Morcillo, El Almeida, B. Rosales, J. Urucurtu y M. Marrocos, Corrosión y protección de metales en las atmósferas de Iberoamérica; Programa CYTED 1998, Madrid 1999. 4. K. Ogle, S. Morel and H. Meichelbeck, page 361, Proceedings of 5th The International Conference on Zinc and Zinc Alloy Coated Steel Sheet (Galvatech), Brussels, Belgium June 26-28 2001.

32 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

entorno del acero

Qué hay detrás recientes

de las

caídas

del

precios acero

Los s precios de los productos de acero plano en México experimentaron fuertes caídas durante la segunda mitad del 2008, debido a una reducción significativa en la demanda de acero, producto del impacto de la crisis económica global en las industrias clave en el consumo de acero en México. La debilidad globa en el consumo nacional de acero se acentuó por el comportamiento de los centros de servicio y usuarios finales, los cuales se mostraron renuentes a adquirir material debido a que sus inventarios eran suficientes para sus requerimientos de corto plazo, pero también para asegurarse de que los precios del acero en México habían alcanzado su nivel mas bajo. Así también, un nivel alto en las importaciones de acero, así como una reducción en los precios de las materias primas, fueron variables importantes detrás del declive en los precios del acero en México. Mientras tanto, los productores implementaron recortes sustanciales en su producción, con el fin de limitar las caídas en el precio del acero en el mercado Mexicano.

33 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

entorno del acero El consumo total de acero en México registro una fuerte caída durante Octubre del 2008, registrando un declive de -37% comparado con el nivel de consumo de acero en el mismo mes durante el 2007. Esta fue la caída histórica más fuerte en términos anuales del consumo de acero nacional de acuerdo a estadísticas de CANACERO. El deterioro en el consumo de acero fue producto de una desaceleración en la situación económica de México, en donde la actividad industrial registro una caída de cerca del -4% de Diciembre del 2007 a Septiembre del 2008. La crisis económica ﬁnanciera también estuvo detrás del declive en la demanda de acero en México, donde la precaria situación en la economía de Estados unidos tuvo un impacto directo en la demanda de acero nacional, debido al vínculo que existe entre la economía estadounidense y las industrias clave dentro del consumo de acero en México. Tal es el caso de la industria automotriz, la cual experimento una debilidad signiﬁcativa en la última parte del 2008, debido a la crisis que enfrentaron las compañías automotrices General Motors, Chrysler, y Ford. Estas tres compañías tienen una participación mayor al 50% en la producción total de automóviles en México, así que los recortes implementados en su producción durante los últimos meses del 2008 y principios del 2009 tuvieron un impacto negativo en la demanda de acero nacional, ya que el sector automotriz consume una parte importante del acero en México.

Mientras tanto, los molinos en México implementaron recortes sustanciales en su producción a ﬁnales del 2008, y programaron aún más recortes en los primeros meses del 2009, en un esfuerzo por balancear la débil demanda con la oferta de acero nacional, y así limitar la caída del precio del acero. Sin embargo, creemos que tomara algún tiempo antes de que dicha disciplina de producción tenga un impacto en el precio del acero, por lo que serán variables del lado de la demanda los cuales guíen el precio del acero en el corto plazo. Este artículo fue elaborado por HARBOR Intelligence, empresa que publica el Reporte Mensual de Aceros Planos en México, como parte de su servicio de Steel Outlook para México. Steel Outlook es un servicio proporcionado por HARBOR Intelligence enfocado en optimizar la compra de acero. El servicio de Steel Outlook proporciona a los compradores de acero una perspectiva clara de lo que esta aconteciendo en el mercado del acero, así como una perspectiva del precio del acero en México. Para mas información favor de consultar nuestra página: www.steeloutlook.com o a nuestros teléfonos: (81) 8363-8360 y 61.

La debilidad en el sector automotriz se extendió hacia el sector auto partes, el cual registro recortes significativos en su producción, lo cual significo menos demanda de acero en México. El sector de la construcción también experimentó una desaceleración, ya que entre Diciembre del 2007 y Septiembre del 2008 acumulo una caída de cerca del 5%, aun y cuando se pensó que iba a tener un buen desempeño en el 2008, debido al apoyo por parte del gobierno a través del presupuesto asignado a la infraestructura. Otras industrias clave dentro del consumo del acero, como es la industria de enseres domésticos, también registraron debilidad lo cual contribuyo al deterioro en la demanda de acero, y en consecuencia, al declive en los precios del acero en México. La caída en los precios de las materias primas a finales del 2008 también contribuyó a menores niveles en los precios de transacción de los productos de acero en México. Los precios de la chatarra en los Estados Unidos (usados como referencia para los precios de chatarra en México) tuvieron una caída de -78% en Noviembre del 2008, comparado con el nivel de precio registrado durante Mayo del mismo año. Dicho declive en el precio de la chatarra, así como en los precios de otros insumos en la producción del acero, estuvieron detrás de la debilidad en los precios del acero en México. 34 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

Fuente: HARBOR intelligence con datos de CANACERO.

Fuente: HARBOR intelligence con datos de INEGI.

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