Optimization of high carbon austenitic manganese steels for comminution processes

Gli acciai austenitici al manganese sono largamente utilizzati nell’industria mineraria poiché hanno un’elevata resistenza all’abrasione e un altissima tenacità. La composizione chimica più diffusa nell’attività mineraria è di circa 1.2% C e 12% Mn, composizione che è stata prodotta per prima volta da R. Hadfield più di un secolo fa. Da questo momento, molte ricerche sono state eseguite per migliorare le proprietà meccaniche e la resistenza all’usura di questi acciai. Soprattutto perché la industria mineraria attuale richiede costi di produzione più bassi e frantoi con più grande capacità. In questo studio, sono presentati due acciai austenitici al manganese, i cui contenuti di carbonio sono considerevolmente alti. Questo contenuto di carbonio fornisce agli acciai buona resistenza all’ usura, ma diminuisce le proprietà meccaniche. Un effetto non desiderato del alto contenuto di carbonio è il infragilimento dovuto alla re-precipitazione di carburi a bordo grano. Un'altra caratteristica importante degli acciai studiati è il loro contenuto di manganese, che ha avuto un ruolo preponderante nella stabilizzazione del carbonio nella matrice austenitica. Anche, entrambi acciai contenevano del titanio, elemento che ha contribuito a incrementare la resistenza all’usura tramite la formazione di carburi duri e stabili. Sono stati eseguiti dei trattamenti termici allo scopo di solubilizzare delle fasi precipitate e anche a migliorare la condicione di tempra in modo di evitare la re-precipitazione di questi carburi, specialmente nei getti di grosso spessore. I resultati ottenuti forniscono una temperatura ottimale per la austenitizazione degli acciai e anche, caratterizzano la cinetica di re-precipitazione dei carburi a bordo grano. Dopo le procedure di miglioramento della microstruttura, i due acciai sono stati testati a scala pilota utilizzando dei piccoli frantoi. Anche, sono stati eseguiti test sul terreno, in diverse machine a livello industriale: frantoio a cono, mulino a asse orizzontale e mulino a martelli. I resultati delle studi metallurgici e tribologici hanno dimostrato la necessita di miglioramenti nella composizione chimica degli acciai. Quindi, diversi elementi sono stati aggiunti agli acciai (Nb, Al, Ni, Mo). Alla fine, è stata eseguita una stimazione dei costi di produzione per gli nuovi acciai, allo scopo di valutare la loro fattibilità economica. Pertanto, è stato dimostrato che il fenomeno di re-precipitazione è la causa più importante del infragilimento. Il contenuto di manganese è stato la varabile più importante per stabilizzare la microstruttura. La aggiunta di nichel a questo acciaio a permesso la migliora delle proprietà meccaniche, e allo stesso tempo di mantenere la resistenza all’usura. Se inseriscono due appendici contenenti lavori di ricerca che non apparteneva allo scopo principale della tesi. La prima appendice tratta un modello matematico che simula la curva granulometrica del prodotto appartenete a un frantoio. Il modello prende in considerazione la perdita di qualità dovuta alla usura dei rivestimenti. L’altra appendice parla di un trattamento di ultrasuono eseguito allo scopo di macinare delle diverse particelle di rocce. Anche, questo trattamento è stato impiegato in uno sperimento idrometallurgico allo scopo di verificare l’incremento della cinetica di lisciviazione.