BRPI0616367A2 - processo para a produÇço de tubos de aÇo de precisço produzidos a frio - Google Patents
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Abstract
PROCESSO PARA A PRODUÇçO DE TUBOS DE AÇO DE PRECISçO PRODUZIDOS A FRIO. A presente invenção refere-se a um processo para a produção de tubos de aço de precisão produzidos a frio, especialmente estirados a frio, para a aplicação especialmente como tubos cilíndricos submetidos à pressão, com adição opcional de um ou mais elementos de liga, bem como impurezas devido à fundição. Nesse caso, um tubo preliminar soldado sem costuras produzido a quente ou produzido a partir de uma faixa de laminação, com estado inicial definido, é estirado em uma etapa ou em várias etapas para formar um tubo final, e o tubo é submetido a um tratamento de beneficiamento antes da etapa final.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOPARA A PRODUÇÃO DE TUBOS DE AÇO DE PRECISÃO PRODUZIDOSA FRIO".
A invenção refere-se a um processo para a produção de tubosde aço de precisão produzidos a frio, especialmente estirado a frio, de acor-do com o preâmbulo da reivindicação 1.
Nesse contexto são considerados especialmente tubos de açode precisão segundo a DIN EN 10305, partes 1 e 2, que, no estado opera-cional sob alta pressão interna, como por exemplo tubos cilíndricos, são em-pregados no campo da hidráulica ou pneumática.
O processo de produção básico de tubos de aço de precisãoestirados a frio, sem costura ou soldados, é descrito, por exemplo, no Stahl-rohr Handbuch, 12- edição, 1995, Vulkan Verlag, Essen.
Os tubos assim produzidos se distinguem especialmente portolerâncias estreitas quanto à espessura de parede e ao diâmetro.
O produto de partida pode ser um tubo preliminar laminado aquente, produzido sem costura, ou produzido a partir de uma faixa quentepor meio de soldagem por indução de alta freqüência (soldagem HFI).
Esse tubo preliminar designado de lingote é estirado no proces-so de estiramento a frio subseqüente para a dimensão final exigida (diâme-tro, espessura de parede) para formar um tubo pronto, processo este quepode conter uma ou várias etapas.
Devido à moldagem a frio ocorre um endurecimento do material,isto é, o seu limite de estiramento e resistência é aumentado, enquanto queao mesmo tempo se tornam menores os seus valores de dilatação e de te-nacidade.
Esse é um efeito desejável para muitos fins de aplicação. Noentanto, devido a menor capacidade de mudança de forma, antes de outrosprocessos de moldagem eventualmente é necessário um tratamento térmicode recristalização, para tornar o material novamente moldável a frio para oprocesso de estiramento seguinte.
As propriedades dos tubos de aço de precisão produzidos dessemodo são descritas na DIN EN 10305, partes 1 e 2.
Como tipos de aço podem ser empregados tanto os aços dequalidade não ligados até E 355, quanto de qualidades de alta resistênciaaté StE 690.
Para o uso desses tubos que se encontram sob alta pressão in-terna, como por exemplo tubos hidráulicos cilíndricos, são colocadas exigên-cias rigorosas quanto à tenacidade dos mesmos. Cilindros hidráulicos con-trolam evoluções de movimentação em muitos aparelhos e máquinas, que,entre outros, também são empregados ao ar livre a grandes diferenças detemperatura.
Sob condições de temperatura de até -205C, devido a tendênciasde fragilidade quanto a uma ruptura em cilindros ou tubos dos materiais atu-ais que se encontram sob pressão, não se pode excluir com segurança orisco de danos a pessoas e a coisas.
Testes mostraram que também a exigência usual até hoje de 27J de trabalho de choque em peças entalhadas, a -209C, em amostras norma-tizadas não é suficiente para excluir com alta segurança uma falha no com-ponente através de fragilidade de ruptura a essa temperatura.
Testes sistemáticos comparativos em tubos cilíndricos prontospara montagem, mediante a inclusão de testes de flexão pelo choque empeças entalhadas, testes de Drop-Weight-Tear e testes em componentesmostram que somente para um valor mínimo do trabalho de choque em pe-ças entalhadas que resulte em uma fração de 50% de ruptura por cisalha-mento no teste DWT, é que se pode esperar uma ampla falha dúctil no com-ponente.
No entanto, para os valores a serem obtidos no teste de flexãopelo choque em peças entalhadas isso significa, por exemplo para um St52um valor mínimo de cerca de 80 J à temperatura de utilização, que forneceao componente reservas suficientes de deformação plástica e evita o riscode decomposição quebradiça do componente em várias partes.
No entanto, o trabalho de choque em peça entalhada determina-do no teste de flexão pelo choque em peças entalhadas para o tubo prontonão pode ser elevado ao nível requerido por meio do processo de produçãoaté hoje empregado.
Constitui objetivo da invenção apresentar um processo para aprodução de tubos de aço de precisão produzidos a frio, especialmente esti-rados a frio, para serem aplicados especialmente como tubos cilíndricossubmetidos à pressão, com o qual se pode obter com segurança, de modosimples e econômico, uma recusa dúctil do tubo mesmo a temperaturas deuso de até -20QC.
Esse objetivo é alcançado a partir do preâmbulo em correlaçãocom as características da reivindicação 1. Aperfeiçoamentos vantajosos sãoobjeto das demais reivindicações.
Segundo a concepção da invenção, emprega-se um processo noqual o tubo preliminar é estirado até o final em uma ou mais etapas contí-nuas, sendo que antes do estiramento final, o tubo é submetido a um trata-mento de refinamento e o tubo de aço apresenta a seguinte composiçãoquímica (%):
C = 0,05 - 0,25Si = O,15-1,0Mn =1,0-3,5Al = 0,020 - 0,060V = máximo 0,20N = máximo 0,150S = máximo 0,030com adição opcional de um ou mais elementos de liga, tais comoCr, Mo, Ni, W, Ti ou Nb, assim como impurezas devidas à fundição.
A adição opcional dos elementos de liga é determinada segundoo perfil de propriedade requerido, isto é, especialmente de acordo com aspropriedades mecânicas desejadas, e apresenta vantajosamente os seguin-tes teores (em % de peso):
Cr máximo 0,80Mo máximo 0,65Ni máximo 0,90W máximo 0,90
Ti máximo 0,20
Nb máximo 0,20
O tratamento de beneficiamento propriamente consiste em umatêmpera clássica com subseqüente recozimento dos tubos. Ajustada ao res-pectivo material, a austenitização é executada a temperaturas de cerca de910-940-C, seguida de um processo de resfriamento brusco que forma umaestrutura de têmpera. O resfriamento brusco pode ser efetuado por meio dediferentes meios de resfriamento brusco; usualmente o resfriamento bruscoé executado por meio de água através de um chuveiro d'água. No caso dese usar materiais que endurecem no ar, o resfriamento ocorre no ar em re-pouso, por exemplo.
Depois da têmpera, ocorre o tratamento de revenido que é efe-tuado em função do material a temperaturas de cerca de 540-720eC.
A vantagem do processo proposto consiste em que através deuma etapa de beneficiamento antes do estiramento final, é gerada uma es-trutura homogênea uniforme com tenacidade excelente, que no essencialpermanece conservada mesmo depois do estiramento final do tubo. Testesrevelaram que os valores para o trabalho de choque em peça entalhada a -20-C e com uma fração de 50% de ruptura por cisalhamento no teste DWTsituam-se em 80J excepcionais para amostras transversais e 100J para a-mostras longitudinais.
Um eventual recozimento final solicitado pelo cliente sob a formade um recozimento com pouca tensão depois do estiramento final contribuipara um aperfeiçoamento repetido dos valores de trabalho de choque empeça entalhada e, conseqüentemente, da tenacidade no componente.
Em função do material, o recozimento final é executado vantajo-samente em uma faixa de temperatura de 500 - 700-C, sendo que deve-seatentar para que a fixação exata da temperatura deve ocorrer em função daspropriedades do material a serem obtidas, tais como, por exemplo, resistên-cia, alongamento de ruptura e trabalho de choque em peça entalhada.
Testes em tubos produzidos com o processo de acordo com ainvenção mostraram que a estrutura de ferrita-perlita, usualmente típica, dosaços de construção com diferenças pronunciadas no nível de trabalho dechoque em peças entalhadas na direção transversal, bem como na direçãolongitudinal, não ocorre nos materiais gerados com o processo de acordocom a invenção.
Nitidamente, isso é mostrado pelos resultados de testes apre-sentados na figura 1 para valores de trabalho de choque em peças entalha-das em tubos cilíndricos de StE460 mod. Tanto na direção longitudinal,quanto na direção transversal, obtém-se um nível de trabalho de choque empeças entalhadas quase idêntico até cerca de 180J.
Conforme mostrado na figura 2,os componentes do tubo de açoStE 460 mod. produzidos de acordo com a invenção a temperaturas de até -20°C, em comparação com o tubo de aço produzido convencionalmente deStE 460 conv., apresentam uma fração suficientemente alta de comporta-mento de ruptura dúctil e, conseqüentemente, possuem reservas suficientesde deformação plástica para reduzir com segurança o risco de uma decom-posição do componente em várias partes.
O conceito de material de acordo com a invenção permite, por-tanto, com segurança a operação de cilindros hidráulicos mesmo na faixa detemperatura até -20SC.
Como efeito colateral positivo em determinadas qualidades deaço pode-se destacar um aumento nítido dos valores de resistência. Issopossibilita vantajosamente uma redução da espessura de parede dos tuboscilíndricos em até 30% e, conseqüentemente, uma redução de peso que dêconta das exigências da construção leve.
Resumindo, cabe registrar que com o processo de produção deacordo com a invenção para tubos cilíndricos submetidos a pressão, impe-de-se com segurança uma falha de várias partes do componente mesmo atemperaturas de uso até -20-C e, além disso, torna-se possível uma reduçãoda espessura de parede dos revestimentos cilíndricos de até 30%.
Claims (10)
1. Processo para a produção de tubos de aço de precisão pro-duzidos a frio, especialmente estirados a frio, para a aplicação especialmen-te como tubos cilíndricos submetidos a pressão, com a seguinte composição química (% de peso):C = 0,05 - 0,25Si = O,15-1,0Mn = 1,0-3,5Al = 0,020 - 0,060V máximo 0,20N máximo 0,15S máximo 0,03com adição opcional de um ou mais elementos de liga, de Cr,Mo, Ni, W, Ti ou Nb, assim como impurezas devido à fundição, sendo queum tubo preliminar soldado sem costura produzido a quente ou produzido apartir de uma faixa quente, com estado iniciai definido, é estirado em umaetapa ou em várias etapas para formar um tubo pronto e o tubo é submetidoa um tratamento de beneficiamento antes da etapa final.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que os elementos de liga adicionados opcionalmente ao aço apre-sentam os seguintes teores (% de peso):Cr máximo 0,80Mo máximo 0,65Ni máximo 0,90W máximo0,90Ti máximo 0,20Nb máximo 0,20.
3. Processo de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracteriza-do pelo fato de que para o recozimento, o tubo é aquecido até uma tempera-tura de 910 - 9409C, é resfriado e, em seguida, é submetido a um tratamen-to de revenir.
4. Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 3,caracterizado pelo fato de que o resfriamento é um resfriamento acelerado.
5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelofato de que o resfriamento acelerado é um resfriamento brusco.
6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelofato de que o resfriamento brusco é efetuado por meio de um chuveiro d'á-gua.
7. Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 3,caracterizado pelo fato de que o resfriamento ocorre em ar em repouso.
8. Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 7,caracterizado pelo fato de que o tratamento de revenir é executado em umafaixa de temperatura de 540 a 720 2C.
9. Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 8,caracterizado pelo fato de que o tubo já estirado é submetido a um recozi-mento final.
10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que o recozimento final é executado em uma faixa de tempera-tura de 500 a 700°C.
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