Determinación de la influencia de las variables en el ensayo de corrosión bajo tensión en cordón pretensado

Abstract

Este trabajo de fin de Máster ha sido desarrollado en la trefilería TYCSA PSC, perteneciente a Global Steel Wire (GSW) del Celsa Group. El Grupo Global Steel Wire es líder europeo en alambrón de alto valor añadido y el mayor grupo integrado de Europa en productos derivados del alambrón. Adicionalmente, el Grupo Global Steel Wire está integrado dentro de CELSA Group™, primer fabricante europeo de acero circular con 8 millones de toneladas de chatarra recuperadas anualmente y una transformación y venta anual de 7 millones de toneladas de acero. Este proyecto surge con la necesidad de la organización de mejorar el resultado en los ensayos de corrosión bajo tensión (CBT) realizados sobre el cordón pretensado de diámetro 15,20 y 15,70 mm. Esta necesidad viene dada por el progresivo empeoramiento en los resultados del ensayo de CBT que está teniendo TYCSA PSC en los últimos años, y por la creciente demanda por parte de los clientes de que los productos que adquieren hayan superado este ensayo. El producto sobre el que se realizarán los ensayos es cordón de 7 alambres, un producto formado por alambres para helicoidalmente en el mismo sentido (6 alambres exteriores, del mismo diámetro nominal, alrededor de un alambre central recto (alma)), y con igual paso, posteriormente sometido a un tratamiento de estabilización. Los cordones pueden ser lisos o grafilados. Concretamente, el producto estudiado es cordón liso de diámetro 15,20 y 15,70 mm. El fenómeno de la corrosión bajo tensión consiste en que bajo la acción combinada de la tensión y el ambiente agresivo se generan fisuras en los alambres que pueden crecer con tensiones del orden de la tensión de trabajo y provocar la rotura de las armaduras. El ensayo de CBT consiste en someter a las probetas a una fuerza del 80% de su carga de rotura mientras están sumergidas en un medio ácido, de forma que la aparición de defectos y su propagación se acelere. El objetivo de este trabajo es evaluar la influencia de determinadas condiciones de operación en el proceso de fabricación de cordón pretensado para obtener un resultado óptimo. En concreto, este TFM buscará definir las mejores condiciones de fabricación para obtener los mejores resultados posibles en el ensayo de CBT sin perder productividad. Se analizarán: variables de proceso, composición de la materia prima y propiedades del producto final. Los resultados se presentaron enfrentando las distintas variables estudiadas a la mediana del tiempo que aguantaron las muestras de cada ensayo hasta la rotura. Se estudiaron variables como: la carga de rotura y resistencia del producto final, la velocidad y máquina de trefilado y las composiciones de las coladas de las que provienen los alambres del producto final. Este estudio concluyó que las mejores condiciones eran: - Trefilado en la G100 a una velocidad de entre 7,0 y 7,5 m/s. - Carga de rotura y resistencias bajas. - Contenidos de níquel y silicio altos. - Contenidos de cromo, cobre, estaño, nitrógeno, manganeso y carbono bajos. Este proyecto sigue en funcionamiento en TYCSA PSC, siendo los siguientes pasos: diseño de procesos de prueba, realización de proceso de prueba, ensayos al producto saliente del proceso probado y verificación de resultados mediante ensayos al proceso en prueba Estos pasos conformarán un proceso de mejora continua en búsqueda de la optimización del proceso.

This Master's thesis has been developed in the TYCSA PSC wire drawing plant, which belongs to Global Steel Wire (GSW) of the Celsa Group. The Global Steel Wire Group is the European leader in high added value wire rod and the largest integrated group in Europe in wire rod products. In addition, the Global Steel Wire Group is integrated within the CELSA Group™, Europe's leading manufacturer of circular steel with 8 million tonnes of scrap recovered annually and an annual transformation and sale of 7 million tonnes of steel. This project arose from the organisation's need to improve the results of the stress corrosion cracking (SCC) test carried out on 15.20 and 15.70 mm diameter pre-stressed strand. This need is due to the progressive deterioration in the results of the SCC test that TYCSA PSC is having in recent years, and the growing demand from customers that the products they purchase have passed this test. The product to be tested is a 7-wire strand, a product made up of wires that run helically in the same direction (6 outer wires, of the same nominal diameter, around a straight central wire (core)), and with the same pitch, subsequently subjected to a stabilisation treatment. The strands can be plain or stranded. Specifically, the product studied is prestressed strands with diameters of 15.20 and 15.70 mm. The phenomenon of stress corrosion cracking is that under the combined action of stress and the aggressive environment, cracks are generated in the wires which can grow with stresses of the order of the working stress and cause the reinforcement to break. The SCC test consists of subjecting the specimens to a force of 80% of their breaking load while they are immersed in an acid medium, so that the appearance of defects and their propagation is accelerated. The aim of this work is to evaluate the influence of certain operating conditions on the prestressed strand manufacturing process in order to obtain an optimum result. Specifically, this TFM will seek to define the best manufacturing conditions to obtain the best possible results in the SCC test without losing productivity. The following variables will be analysed: process variables, raw material composition and properties of the final product. The results were presented by comparing the different variables studied with the median time that the samples of each test endured until breakage. Variables studied were: the breaking load and strength of the final product, the drawing speed and machine, and the compositions of the casts from which the wires of the final product come from.This study concluded that the best conditions were: - Drawing on the G100 at a speed between 7.0 and 7.5 m/s. - Low breaking load and low strengths. - High nickel and silicon contents. - Low chromium, copper, tin, nitrogen, manganese and carbon contents. This project is still running at TYCSA PSC, with the following steps: test process design, test process realisation, tests on the output product of the tested process and verification of results by testing the process under test. These steps form a process of continuous improvement in search of process optimisation.