nitruración por plasma para prolongar la vida en … · nitruración por plasma para prolongar la...

NitruraciNitruracióón por plasma para prolongar la vida en n por plasma para prolongar la vida en servicio de rodillos sumergidos en aleaciservicio de rodillos sumergidos en aleacióón 55%Aln 55%Al--

Zn fundidaZn fundida

L. Paolinelli and S. Simison - INTEMA-CONICET- Universidad de Mar del Plata. A. Cabo , IONAR S.A, Argentina

D. Migliorino – Hot-Dip Area-TERNIUM SIDERAR, Argentina

Índice

S.Simison AITP 2011, Noviembre, Mar del Plata, Argentina

1. Descripción del problema

2. Objetivo

3. Nitrurado de aceros inoxidables y efecto de la temperatura de tratamiento sobre las propiedades superficiales.

4. Experimentos realizados

5. Resultados

6. Conclusiones

INTRODUCCIÓN

Las líneas de Galvanizado Contínuo que fabrican productos recubiertos con 55%Al-Zn requieren de frecuentes paradas de mantenimiento debido a corrosión, desgaste, y acumulación de “dross” en el equipo sumergido en la aleación fundida.

La formación de dross se debe a que las condiciones normales de proceso, elbaño (AL,Zn,Si) está sobresaturado en hierro, entonces precipitan partículas de compuestos intermetálicos (AL,Fe,Si,Zn).

La densidad es sólo ligeramente mayor a la del baño: formación de bottom dross por sedimentación de las partículas debido a aumentos en su tamaño y/o presencia de zonas de mala circulación.


INTRODUCCIÓN


TOP DROSS

BOTTOMDROSS

DROSS ENSUSPENSIÓN DROSS EN

SUSPENSIÓN ARRASTRADO POR LA CHAPA

El bottom dross está formado por partículas de un compuesto intermetálico inmersas en una matriz de baño metálico.

El compuesto intermetálico se denomina ττττ5c : Al8Fe2Si(+Zn) ó Al20Fe5Si2(+Zn).

ACUMULACIÓN DE DROSS EN LOS CILINDROS

INTRODUCCIÓN

En los últimos años se han llevado a cabo algunos trabajos de investigación dirigidos a la mejora de los materiales en contacto con aleaciones Al-Zn fundidas de modo de extender la vida en servicio del equipamiento y disminuir las pérdidas de energía y de productividad.


INTRODUCCIÓN

TAIYO STEEL Co.,Ltd, propuso en InterZac 2000 un tratamiento superficial “innovador” : Nitruración gaseosa o mediante baño de sales de rodillos sumergidos (316L) para ser usados en la producción de GALVALUME® con los siguientes beneficios:

•Duración 3 veces mayor

•Sin necesidad de uso de rascador

•Reducción de las tareas de mantenimiento, aumentando la seguridad de los operarios

•Igual o mejor calidad de la chapa recubierta

•Aumento despreciable del costo de los rodillos.

T. NAGASHIMA, E. SAKUMA, K. TAKANO. United States Patent # 6284062, September 2001

Baño de sales : 500-600 ºC; 10 minutos a 3 hs.

Gas: 500-1400 ºC ; varias horas a varios días.


Cuando se nitruran aceros inoxidables austeníticos (p.ej. AISI 316L) se produce una capa superficial con una alta concentración de nitrógeno y una dureza muy superior a la del sustrato.

Sin embargo, las propiedades de la capa (composición, microestructura, dureza, espesor, resistencia a laresistencia a la corrosicorrosióónn) dependen de la temperatura , tiempo and tecnología usada.


INTRODUCCIÓN

La “fase S ” o austenita expandida es austenita supersaturada en N con alta

dureza y buena resistencia a la resistencia a la corrosicorrosióón.n.

A mayores temperaturas de tratamiento, precipitan CrN (y/o Cr2N)

y γ-Fe4N . Cuando precipitan carburos de cromo, la resistencia a la

corrosión disminuyo debido al empobrecimiento en Cr de la matriz

adyacente.

400ºC

430ºC

450ºC

470ºC

500ºC

F. Borgioli et al. / Surface & Coatings Technology 200 (2005) 2474–2480

XRD


INTRODUCCIÓN

Aumento de la dureza y el espesor de la capa con el

aumento de la Temperatura

Microestructura de las capas nitruradas

F. Borgioli et al. / Surface & Coatings Technology 200 (2005) 2474–2480


INTRODUCCIÓN

OBJETIVO

Analizar la influencia de la nitruración por plasma en la formación de capas de reacción de la aleación CF3M (316L fundido) en 55%Al-Zn a 600 oC.


TRABAJO PREVIO

IONAR (2008):

•Construcción de un nuevo reactor

Primer ensayo:Inmersión de dos cilindros huecos nitrurados a 400oC (IONAR 2004). Evaluación Visual

Nitrurado No-Nitrurado


INTRODUCTION

2do. ensayo (2/2009): • Dos cilindros estabilizadores estuvieron en servicio durante 7 días• Se sumergieron en forma estática muestras nitruradas y no nitruradas

Probeta


PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Ensayos estáticos en planta•Baño aleación 55%Al-Zn •Muestras de acero inoxidable CF3M nitruradas y sin nitrurar.•Reactor de plasma iónico de corriente contínua pulsada. •Temperaturas de nitrurado: 400 oC (Muestras N1) and 550 oC (Muestras N2)•Periodos de Inmersión : 2, 4, 28, 48 (2 días), 144 (6 días) and 340 h (14 días).


Ensayos en horno:Las muestras N1 y N2 fueron mantenidas en contenedores herméticos en horno a 600 oC durante los mismos tiempos usados en los ensayos de inmersión.



Preparación de probetas metalográficas

Técnicas utilizadas:Morfología y cambios de espesor de las capas superficiales:

Microscopía Optica (OM) y Electrónica de Barrido (SEM).

Composiciones químicas puntuales y perfiles:Espectroscopía por dispersión de rayos X (EDS)

Propiedades Mecánicas de las capas superficiales: Perfiles de Microdureza Vickers (carga 25 g)

La evolución temporal de las capas superficiales para los diferentes tiempos de inmersión fue evaluada relacionando composición química y microdureza.



RESULTADOS

Muestras nitruradas sin inmersión

Chemical composition profiles of nitrided samples (blanks).

S.Simison Galvatech 2011, June 21-25, Genoa, Italy.10 ±±±± 7 µµµµm 28 ±±±± 7 µµµµm

Perfiles de composición química de capas nitruradas (Blanco) obtenidos mediante EDS.


Perfiles de microdureza con o sin tratamiento en horno a 600 ºC


Muestras nitruradas ensayadas en horno

RESULTADOS

Capas de reacción formadas en muestras no nitruradas

OM SEMSurface layers for non-nitrided samples. Left: Optical image. Right: SEM image.

B: Zn-Al bath, D: dross particles, RL: reaction layer, BM: base metal.

-40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140

Si

Al

Mo

Ni

Cr

Fe

Zn

Co

un

ts [

arb

itra

ry u

nit

s]

Distance [µm]

L1 L2

RL

BM B

La capa adjacente al metal base (L1) contiene Al, Zn, Fe, Cr, Ni y bajo Si (< 3 %). La capa más externa (L2) no tiene Ni, menos Cr y más Si (> 5 %) que L1.


RESULTADOS

RESULTADOS

B

BM

L3

L4

RL


Capas de reacción formadas en muestras nitruradas

RESULTADOS

Evolución temporal

RESULTADOS

Composition química de las capas superficiales (wt %)

RNL: capa nitrurada reaccionada, NL: capa nitrurada , B: baño Al-Zn, BM: metal base.*Valores nominales provistos por el fabricante** S. LAMB. CASTI Handbook of Stainless Steel & Nickel Alloys. ASM International, Canada (2004), p 33

Capa Al Zn Si Fe Cr Ni Mo N

L1 41-50 3.5-7 0-1 23-30 8-12 2.5-11 0-2 ----

L2 50-58 4.5-8 5.5-7.5 20-23 2-6.5 0-1 0-1.5 ----

L3 60-76 10-19 0-1.5 1-3.5 0.5-1 0-0.5 0-1 3.5-7.5

L4 (Dross) 51-58 5.5-7.5 4.5-5 25-28 0.9-1.2 0-0.5 0.2-0.8 ----

RNL 58 6.4 5 17 8.3 0.6 0.8 3.8

NL 0 0.2 1.5 59 21 12 2.3 4-6

B* 55 43.5 1.5 ---- ---- ---- ---- ----

BM** ---- ---- 2 Balance 17-21 8-12 2-3 ----


RESULTS

Capas Dureza [HV]

L1 840 ±±±± 90

L2 745 ±±±± 90

L3 335 ±±±± 85

L4 (Dross) 725 ±±±± 100

RNL 950 ±±±± 65

NL 1030 ±±±± 55

Baño 100 ±±±± 15

Metal base 270 ±±±± 35

Microdureza de las capas superficiales formadas en 55%Al-Zn fundido


RESULTADOS

TIEMPO

(h)

No-nitrurado N1 N2

Espesor RL

[µµµµm]

Espesor RL

[µµµµm]

Posición L3

[µµµµm]

Espesor RL

[µµµµm]

Posición L3

[µµµµm]

2 17 ±±±± 3 No formada No formada No formada No formada

4 42 ±±±± 7 Discontinua No formada Discontinua No formada

28 118 ±±±± 20 53 ±±±± 9 69 ±±±± 14 Discontinua Discontinua

48 110 ±±±± 10 134 ±±±± 18 147 ±±±± 19 112 ±±±± 24 134 ±±±± 26

144 125 ±±±± 11 158 ±±±± 42 180 ±±±± 33 * 247 ±±±± 36 288 ±±±± 36

340 118 ±±±± 19 162 ±±±± 23 Disuelta 347 ±±±± 34 369 ±±±± 35


CONCLUSIONES

1. Las capas nitruradas tratadas en horno a 600 ºC permanecen estables a partir de las 48 h de exposición

2. Los aceros inoxidables nitrurados sumergidos en 55%Al-Zn fundido dificultan la formación de las capas reaccionadas.

3. Las partículas de dross del baño no se adhieren a la superficie nitrurada antes de que se forme la capa reaccionada (RL).

4. El aumento de la temperatura de nitrurado demora la formación de la capa de reacción, dado que aumenta la cantidad de nitrógeno incorporado a la aleación.

5. Se decide hacer un ensayo a plena escala con cilindros nitrurados a 565 oC….


AGRADECIMIENTOS

Este trabajo ha sido financiado por CONICET, Universidad de Mar del Plata, Ternium Siderar y Ionar SA.

Muchas gracias !!!Muchas gracias !!!

nitruración por plasma para prolongar la vida en … · nitruración por plasma para prolongar la...

Documents