1. ¿Cuál es el mecanismo por el cual las inclusiones provocan grietas en las bobinas laminadas en frío-?
El mecanismo central por el cual las inclusiones causan agrietamiento es la interrupción de la continuidad de la matriz, convirtiéndose en una fuente de concentración de tensiones.
Concentración de tensión: la plasticidad de las inclusiones no-metálicas (como óxidos, sulfuros, silicatos, etc.) es generalmente mucho menor que la de la matriz de acero. Durante el laminado en frío o el posterior estampado, se producen concentraciones de tensión extremadamente altas en la interfaz entre la inclusión y la matriz.
Inicio de microfisuras: cuando la tensión excede la fuerza de unión interfacial, la inclusión misma se romperá o se desprenderá de la matriz, formando microfisuras.
Propagación de grietas: bajo una fuerza externa continua, estas microfisuras se propagarán y conectarán. Especialmente cuando las inclusiones se distribuyen en forma de cadena-o patrón de bandas, las grietas se propagarán rápidamente a lo largo del área de agregación de inclusiones, lo que eventualmente conducirá a grietas macroscópicas.
2.¿Cuáles son algunos ejemplos-del mundo real que demuestran que las inclusiones pueden hacer que las bobinas laminadas en frío-se agrieten o rompan?
Rotura de bandas de laminación en frío: Las estadísticas de Xinjiang Baosteel sobre accidentes por rotura de bandas en sus laminadores en frío muestran que los problemas con las materias primas (principalmente inclusiones) representaron el 88,6 % de todas las roturas. El análisis de microscopía electrónica reveló que la composición de las inclusiones en la superficie de la fractura era similar a la del fundente del molde en el cristalizador, lo que confirma que la rotura fue causada por el atrapamiento de escoria durante el proceso de fundición continua.
Daños en los bordes: el material base laminado en frío-SPHC de una acería mostró daños en los bordes. La investigación reveló que la causa era un alto contenido de inclusiones de tipo B (Al₂O₃) en el acero, lo que provocaba micro-fisuras en el borde de la losa antes de laminar. Estas grietas luego se desgarraron y expandieron después del laminado brusco.
Grietas por delaminación por estampado: una fábrica de automóviles informó sobre grietas por delaminación en láminas galvanizadas laminadas en frío-después del estampado. Las principales causas incluyeron atrapamiento de escoria e inclusiones subcutáneas. Estos defectos se convirtieron en puntos de inicio de grietas bajo tensión de estampado.
Fractura frágil por doblado y enrollado: una hoja-laminada en frío experimentó una fractura frágil durante el doblado y el enrollado, con una superficie de fractura limpia y sin deformación plástica. El análisis muestra que la causa es la presencia de una gran cantidad de inclusiones de Mg-Si y segregación en bandas en su interior, lo que altera la continuidad del grano y se convierte en el punto de inicio de la fractura.
3. ¿Qué tipos de inclusiones tienen mayor impacto en el riesgo de agrietamiento?
Inclusiones frágiles (p. ej., Al₂O₃, TiN): estas inclusiones son duras y tienen poca plasticidad, lo que dificulta su deformación durante el laminado. Se rompen fácilmente y forman distribuciones en forma de cadena-, dañando gravemente la matriz. Los estudios han confirmado que un alto contenido de inclusiones de Al₂O₃ es una causa directa de grietas en los bordes de las losas.
Grandes inclusiones compuestas (p. ej., atrapamiento de escoria): son escorias protectoras atrapadas durante la colada continua. Tienen composiciones complejas (que contienen Ca, Na, K, etc.), suelen ser de gran tamaño y de forma irregular, y tienen una unión extremadamente pobre con la matriz, lo que representa un peligro importante.
Inclusiones deformables (p. ej., MnS): aunque el MnS se deforma y se extiende durante el trabajo en caliente, si su tamaño es demasiado grande o forma una red, reducirá significativamente la plasticidad transversal del acero, lo que provocará grietas en los bordes durante el laminado.
Defectos combinados de burbujas e inclusiones: cuando las burbujas en la superficie de la palanquilla de acero se rompen durante el laminado, si se adhieren simultáneamente a las inclusiones, forman un defecto de descamación, que es extremadamente propenso a la delaminación y al agrietamiento durante el procesamiento posterior.
4. ¿Cuál es la relación entre el riesgo de agrietamiento y el tamaño y distribución de las inclusiones?
Efecto del tamaño: Generalmente, cuanto mayor es el tamaño de la inclusión, mayor es el riesgo de agrietamiento. Las grandes inclusiones son defectos macroscópicos que dañan directamente la matriz. Los estudios han demostrado que incluso las inclusiones esféricas de tamaño micrométrico (1~10 μm), si se ubican en áreas de concentración de tensiones (como el subsuelo), pueden convertirse en iniciaciones de grietas por fatiga.
Morfología de distribución: la morfología de distribución de las inclusiones es más importante que su número absoluto. Una inclusión única, pequeña y aislada es relativamente menos dañina. Sin embargo, si las inclusiones se distribuyen en cadenas, bandas o grupos, forman una superficie débil a lo largo de la cual las grietas se propagan fácilmente, lo que provoca delaminación o fractura frágil.
5.¿Cómo detectar y prevenir grietas provocadas por inclusiones?
Métodos de detección:
Pruebas no-destructivas en línea: utilizando un sistema automatizado de detección de defectos en la superficie (como Parsytec), se pueden detectar inclusiones, rayones y otros defectos en la superficie de la tira en tiempo real-en líneas continuas de recocido y decapado, proporcionando advertencias oportunas.
Análisis microscópico fuera de línea: para inclusiones sospechosas, se utilizan microscopía electrónica de barrido y espectroscopia de dispersión de energía para la observación de la morfología microscópica y el análisis de composición. Este es el método más confiable para determinar la naturaleza y el origen de las inclusiones.
Medidas preventivas (a lo largo de todo el proceso-de laminación del acero):
Control de Siderurgia y Colada Continua:
Mejorar la precisión del control del nivel de líquido en el cristalizador para evitar fluctuaciones excesivas del nivel de líquido que podrían provocar el atrapamiento de escoria protectora.
Optimice los parámetros de la boquilla de entrada sumergida para mejorar el campo de flujo en el cristalizador y reducir el atrapamiento de escoria.
Fortalecer el refinado de la cuchara para favorecer la flotación y eliminación de inclusiones.
Control de calidad de facturas:
Realizar inspecciones de calidad interna y de superficie en palanquillas fundidas continuamente. Los billetes con defectos se acaban o se descartan.