Origen de defectos en alambrón y otros productos largos

ORIGEN DE DEFECTOS EN ALAMBRÓN Y OTROS PRODUCTOS LARGOS (1)

Luis Reda (2) Daniela Cavaleri (2) Elena Brandaleze (2) Jorge Madías (2)

RESUMEN En este trabajo se discuten algunos defectos superficiales típicos de los productos largos de aceros al carbono, tales como alambrón y barras lisas y nervadas, a los efectos de mostrar algunas técnicas metalográficas que ayudan a definir la etapa del proceso en la que se formó el defecto, la localización original del defecto si ya existía como tal en la palanquilla, etc. Conocer el origen de los defectos, trae aparejado la posibilidad de implementar las correcciones necesarias en los procesos con el propósito de eliminarlos y mejorar la calidad del producto. Se revisan defectos superficiales tales como grietas, escamas, pliegues, marcas y rozaduras. En cada caso, se discute los rasgos que se pueden observar mediante microscopía óptica, sobre cortes pulidos sin ataque o bajo ataque con Nital, cromato sódico alcalino, reactivo de Oberhoffer, etc. PALABRAS CLAVE: Alambrón, grieta, escama, pliegue, metalografía

___________________________________________________________________ (1) Trabajo a ser presentado en el 43 Seminario de Laminación, Procesos y Productos Laminados y Revestidos de la ABM, 17 a 20 de Octubre de 2006, (2) Instituto Argentino de Siderurgia, San Nicolás, Argentina

1. INTRODUCCIÓN Los defectos en el alambrón y otros productos largos laminados implican rechazos internos y reclamos externos. Si se producen en porcentajes importantes, pueden hacer inviable la fabricación de un producto. En un trabajo anterior se ha discutido la metodología seguida en el Instituto Argentino de Siderurgia para abordar la resolución de problemas de defectos en plantas siderúrgicas argentinas y latinoamericanas [1]. En este trabajo se discuten algunos defectos superficiales, tales como las grietas, las escamas, los pliegues, las marcas y las rozaduras. En cada caso, se discute los rasgos que se pueden observar mediante microscopía óptica, sobre cortes pulidos sin ataque o bajo ataque con Nital, cromato sódico alcalino, reactivo de Oberhoffer, etc. 2. GRIETAS Las grietas se presentan a simple vista como fisuras a lo largo de una generatriz o o pequeñas discontinuidades no alineadas (figura 1). Para su estudio metalográfico se obtienen cortes transversales al sentido de laminación. En la observación sin ataque se aprecia la profundidad de penetración de la grieta, su dirección en relación a la superficie (perpendicular, oblicua) y se puede detectar si hay inclusiones no metálicas asociadas al defecto. También se puede apreciar el desarrollo que pudo haber tenido en el interior de la grieta la cascarilla o laminillo, y la presencia o no de óxidos de hierro globulares (oxidación interna) en el acero cercano a la grieta (figura 2). Luego de un ataque de la superficie pulida con nital, se puede constatar si existe o no decarburación alrededor del defecto, figura 3. Mediante un ataque con cromato sódico alcalino se puede verificar si hay penetración de oxígeno en el acero que rodea a la grieta, Figura 4.

Figura 1. Izquierda: Aspecto de una grieta longitudinal en barra de refuerzo para construcción. Derecha: pequeñas grietas no alineadas en barra redonda lisa.

Figura 2. Izquierda. Silicato de manganeso asociado a una grieta superficial, observado en el corte transversal de un alambrón (64x). Derecha: Desarrollo de cascarilla en el interior de una grieta perpendicular, y formación de óxidos de hierro globulares en el acero cercano a la grieta (256x).

Figura 3. Izquierda: Decarburación del acero alrededor de una grieta en el corte transversal de un alambrón (256x). Derecha: Grieta en el corte transversal de una barra redonda, sin decarburación (64x).

Figura 4. Izquierda: Grieta en barra redonda, sin penetración de oxígeno (64x). Derecha: Grieta longitudinal en alambrón con difusión de oxígeno, que se prolonga incluso donde la grieta ha resoldado (256x). Considerando un defecto que presente decarburación y penetración de oxígeno, existen dos posibilidades teniendo en cuenta la profundidad de la grieta [2]: si es de poca profundidad, el defecto podría atribuirse a la presencia de poros superficiales

(“pin holes”) en la superficie de la palanquilla. En cambio, si el defecto es profundo podría relacionarse con la presencia de grietas en la palanquilla. En este caso, un ataque con un reactivo que ponga de manifiesto la estructura de solidificación remanente, como por ejemplo el reactivo de Oberhoffer (o también algún tipo de macroataque), permite ubicar los cuatro cantos de la palanquilla original y determinar la localización primitiva del defecto. La observación suele mediante la lupa estereoscópica o en el microscopio óptico por bajos aumentos. Se procura ver las diagonales de la palanquilla, reconocibles por el encuentro de dendritas a 90 grados (figura 5).

Figura 5. Localización de los primitivos cantos de la palanquilla. En una barra redonda lisa se observa la estructura de solidificación remanente, con el encuentro de dendritas perpendiculares entre sí. Ataque con reactivo de Oberhoffer, observación en lupa estereoscópica, (12X) De esta manera se puede suponer, por ejemplo, que si el defecto estaba localizado en el canto era una grieta transversal, si esta relativamente cerca del canto esa una grieta “off corner” y si está en el centro entre dos cantos podría tratarse de una grieta longitudinal de media cara. En caso que la grieta tenga escasa o nula decarburación y no se verifique penetración de oxígeno, puede inferirse que el defecto se originó durante la laminación. Esto puede suceder por ejemplo debido a fragilidad en caliente. 3. ESCAMAS Se observan a simple vista como láminas adheridas a la superficie o exfoliaciones que pueden ser aisladas o alineadas siguiendo una directriz, figura 6. Puede estudiarse el defecto mediante la observación de cortes longitudinales y transversales. Generalmente presenta poca profundidad. Puede haber desarrollo de cascarilla en la interfase con el acero base, y puede haber presencia de óxidos globulares. Luego del ataque con Nital puede observarse si hay o no decarburación, figura 7. Mediante el ataque con cromato sódico alcalino se constata la difusión de oxígeno, figura 8. Si la escama presenta decarburación y hay penetración de oxígeno, podría estar originada en defectos como doble piel o “enchapado”, o marcas de oscilación

profundas en la palanquilla. En cambio, si no hay decarburación ni difusión de oxígeno, puede sospecharse de anomalías durante el proceso de laminación, como por ejemplo golpes en guías.

Figura 6. Izquierda: Aspecto de una escama en alambrón. Derecha: Escama en una barra redonda lisa.

Figura 7. Izquierda: Escama con decarburación asociada en alambrón de alto carbono (256x). Derecha: Escama sin decarburación en alambrón de alto carbono (256x).

Figura 8. Izquierda: Escama con penetración de oxígeno en alambrón de acero de medio carbono (64X). Derecha: Escama con difusión de oxígeno en barra de acero de medio carbono (25x). Se observa también la estructura remanente de la solidificación en la escama, y líneas de deformación en el acero por debajo de la escama. 4. PLIEGUES

Los pliegues se aprecian a simple vista como un solape en la superficie del alambrón o barra, en la dirección de laminación, que puede ser continuo o no (ver figura 9). En el corte transversal, en la observación sin ataque, el pliegue penetra con dirección oblicua y puede presentar óxido de hierro (ver figura 10). Suelen presentarse dos pliegues a 180º en el corte transversal, pero no en todos los casos es así. Luego del ataque con Nital, puede observarse o no decarburación (figura 11). No se observa difusión de oxígeno después de atacar con cromato alcalino. El pliegue es un defecto originado durante el proceso de laminación, que puede producirse por un sobrellenado de material en la luz entre rodillos o aristas vivas provocadas por guías mal alineadas. En [3] pueden encontrarse diversos mecanismos y soluciones para este problema.

Figura 9. Izquierda: Pliegue en alambrón de medio carbono. Derecha: pliegue en alambrón de alto carbono.

Figura 10. Izquierda: Pliegue en alambrón de medio carbono observado sin ataque (25x). Derecha: Pliegue en alambrón de alto carbono (64x).

Figura 11. Izquierda: Pliegue en alambrón de medio carbono que no presenta decarburación (64x). Derecha: Pliegue en alabrón de alto carbono sin decarburación(256x). 5. MARCAS Las marcas pueden verse como rayas rectas, alineadas en la dirección de laminación (ver figura 12). En el corte transversal sin ataque se observa generalmente que es de poca profundidad y tiene óxido de hierro en la superficie. Cuando el corte transversal del defecto se observa luego de un ataque con nital, no presenta decarburación (figura 13). Tampoco presenta difusión de oxígeno luego del ataque con cromato sódico alcalino. Este defecto se origina durante el proceso de laminación debido al roce del material con componentes del tren laminador como guías, dobladoras, etc.

Figura 12. Izquierda. Marca en barra redonda lisa (6x). Derecha. Marca en barra hexagonal (6x)

Figura 13. Marca en corte transversal de una barra redonda lisa de acero de bajo carbono (ataque con nital, 256X). No se observa decarburación. 6. ROZADURAS Es un daño mecánico originado durante el transporte del alambrón (ver figura 14). El roce puede generar un recalentamiento localizado, que en los aceros de alto carbono provoca una trasformación superficial de la estructura metalográfica (figura 15). La transformación consiste en la formación de martensita y lleva a la rotura del alambrón durante la trefilación [4].

Figura 14. Aspecto de una rozadura en un alambrón de acero de alto carbono.

Figura 15. Izquierda: Transformación de la estructura en la superficie de un alambrón de acero de alto carbono con rozadura (25x). Derecha: Detalle de la transformación (64x). 7. CONCLUSIONES La utilización de diversas técnicas metalográficas puede ser útil en la definición del origen de defectos en productos largos laminados, y arrojar luz sobre los mecanismos involucrados en su formación, proporcionando información necesaria para la toma de decisiones tendientes a su eliminación. REFERENCIAS 1. MADIAS, J; REDA, L; GENZANO, C. Methodology for metallographic study of defects in carbon steel long products. 14th IAS Rolling Conference, San Nicolas, Argentina, Nov. 2002; pp. 219-227. 2. BARRIENTOS, A; OSORIO, L.; DIETER, N.; SILVA, P.; GENZANO, C; DZIUBA, M. Minimization of Surface Defects in Reinforcing Bar. 14th IAS Rolling Conference, San Nicolas, Argentina, Nov. 2002; pp. 257-264. 3. ALVES, G.; VIEIRA, I. Defeitos superficiais em fio-máquina de aço carbono e suas consequências. 37 Congresso Anual ABM 1980, 543-558. 4. DICK, M.; MCVICKER, R. Analysis of Rod Defects and Resulting Wire Failures. 51st WAI Annual Convention, Atlanta, October 1981, pp. 136-148.

ORIGIN OF DEFECTS IN WIRE ROD AND OTHER LONG PRODUCTS (1) Luis Reda (2) Daniela Cavaleri (2) Elena Brandaleze (2) Jorge Madías (2)

ABSTRACT In this work, some surface defects typical to carbon steel long products like wire rod and round bars are discussed. This way, some metallographic techniques that help in defining the process stage at which the defect was formed, as well as the location of the defect in the former billet, etc. The knowledge on the origin of the defects makes easier to take action on the process to avoid their presence, enhancing the quality of the rolled product. Surface defects like cracks, scabs, overlaps, marks and friction damage are revised. For each case, an analysis is made of the features that can be observed by means of the observation of samples in a light microscope, on longitudinal or transverse cuts, with no etching or after etching with various reagents. KEY WORDS: Wire rod, crack, scab, overlap, mark, metalography

___________________________________________________________________ (1) Paper to be presented in the 43rd ABM Rolling, Processes and Rolled and Coated Products Seminar, October 17 – 20, 2006, (3) Instituto Argentino de Siderurgia, San Nicolás, Argentina