BRPI0616367B1 - PRECISION STEEL TUBE PRODUCED BY COLD - Google Patents
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Abstract
processo para a produção de tubos de aço de precisão 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.process for the production of cold-rolled precision steel tubes. The present invention relates to a process for the production of cold-rolled, specially cold-drawn, precision steel pipes, for the application especially as pressurized cylindrical pipes, with optional addition of one or more alloying elements as well as as impurities due to foundry. In this case, a seamless welded preliminary pipe produced from a hot rolled strip or produced from a rolling strip with a defined starting state is drawn in one or several steps to form a final pipe, and the pipe is subjected to a treatment. of beneficiation before the final stage.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "TUBO DE AÇO DE PRECISÃO PRODUZIDO A FRIO".Patent Descriptive Report for "COLD PRODUCED PRECISION STEEL PIPE".
[001] A invenção refere-se a um tubo de aço de precisão produzido a frio, especialmente estirado a frio, para a aplicação especialmente como tubo cilíndricos submetido à pressão.[001] The invention relates to a cold-rolled precision steel tube, especially cold drawn, for application especially as a pressurized cylindrical tube.
[002] Nesse contexto são considerados especialmente tubos de aço de precisão segundo a DIN EN 10305, partes 1 e 2, que, no estado operacional sob alta pressão interna, como por exemplo tubos cilíndricos, são empregados no campo da hidráulica ou pneumática.[002] In this context, especially precision steel pipes according to DIN EN 10305, parts 1 and 2 are considered, which in the operating state under high internal pressure, such as cylindrical pipes, are employed in the field of hydraulics or pneumatics.
[003] O processo de produção básico de tubos de aço de precisão estirados a frio, sem costura ou soldados, é descrito, por exemplo, no Stahlrohr Handbuch, 12a edição, 1995, Vulkan Verlag, Essen.[003] The basic production process of cold drawn, seamless or welded precision steel tubes is described, for example, in Stahlrohr Handbuch, 12th edition, 1995, Vulkan Verlag, Essen.
[004] Os tubos assim produzidos se distinguem especialmente por tolerâncias estreitas quanto à espessura de parede e ao diâmetro.The pipes thus produced are especially distinguished by close tolerances of wall thickness and diameter.
[005] O produto de partida pode ser um tubo preliminar laminado a quente, produzido sem costura, ou produzido a partir de uma faixa quente por meio de soldagem por indução de alta frequência (solda-gem HFI).The starting product may be a hot-rolled, seamlessly produced preliminary pipe, or produced from a hot strip by high frequency induction welding (HFI welding).
[006] Esse tubo preliminar designado de lingote é estirado no processo de estiramento a frio subsequente para a dimensão final exigida (diâmetro, espessura de parede) para formar um tubo pronto, processo este que pode conter uma ou várias etapas.This so-called preliminary ingot tube is drawn in the subsequent cold drawing process to the required final dimension (diameter, wall thickness) to form a finished tube, which process may contain one or several steps.
[007] Devido à moldagem a frio ocorre um endurecimento do material, isto é, o seu limite de estiramento e resistência é aumentado, enquanto que ao mesmo tempo se tornam menores os seus valores de dilatação e de tenacidade.Due to cold molding a hardening of the material occurs, ie its stretch limit and strength are increased, while at the same time its expansion and toughness values become smaller.
[008] Esse é um efeito desejável para muitos fins de aplicação. No entanto, devido a menor capacidade de mudança de forma, antes de outros processos de moldagem eventualmente é necessário um tratamento térmico de recristalização, para tornar o material novamen- te moldável a frio para o processo de estiramento seguinte.This is a desirable effect for many application purposes. However, due to less shape-shifting capability, prior to other molding processes eventually a recrystallization heat treatment is required to make the new material cold-moldable for the next drawing process.
[009] As propriedades dos tubos de aço de precisão produzidos desse modo são descritas na DIN EN 10305, partes 1 e 2.[009] The properties of precision steel pipes produced in this way are described in DIN EN 10305, parts 1 and 2.
[0010] Como tipos de aço podem ser empregados tanto os aços de qualidade não ligados até E 355, quanto de qualidades de alta resistência até StE 690.As types of steel, both unalloyed quality steels up to E 355 and high strength steels up to StE 690 can be employed.
[0011] Para o uso desses tubos que se encontram sob alta pressão interna, como por exemplo, tubos hidráulicos cilíndricos, são colocadas exigências rigorosas quanto à tenacidade dos mesmos. Cilindros hidráulicos controlam evoluções de movimentação em muitos a-parelhos e máquinas, que, entre outros, também são empregados ao ar livre a grandes diferenças de temperatura.For the use of such pipes which are under high internal pressure, such as cylindrical hydraulic pipes, stringent demands are placed on them. Hydraulic cylinders control movement evolutions in many machines and machines, which, among others, are also employed outdoors at large temperature differences.
[0012] Sob condições de temperatura de até -20°C, devido a tendências de fragilidade quanto a uma ruptura em cilindros ou tubos dos materiais atuais que se encontram sob pressão, não se pode excluir com segurança o risco de danos a pessoas e a coisas.Under temperature conditions of up to -20 ° C, due to brittle tendencies to break in cylinders or tubes of current pressurized materials, the risk of injury to persons and things.
[0013] Testes mostraram que também a exigência usual até hoje de 27 J de trabalho de choque em peças entalhadas, a -20°C, em a-mostras normatizadas não é suficiente para excluir com alta segurança uma falha no componente através de fragilidade de ruptura a essa temperatura.Tests have shown that also the usual requirement of 27 J of notched parts shock work, at -20 ° C, in standardized displays is not sufficient to reliably exclude component failure through rupture at this temperature.
[0014] Testes sistemáticos comparativos em tubos cilíndricos prontos para montagem, mediante a inclusão de testes de flexão pelo choque em peças entalhadas, testes de Drop-Weight-Tear e testes em componentes mostram que somente para um valor mínimo do trabalho de choque em peças entalhadas que resulte em uma fração de 50% de ruptura por cisalhamento no teste DWT, é que se pode esperar uma ampla falha dúctil no componente.Comparative systematic tests on ready-to-assemble cylindrical tubes by including shock bending tests on notched parts, Drop-Weight-Tear tests and component tests show that only for a minimal amount of shock work on parts notched that results in a 50% fraction of shear failure in the DWT test, a large ductile component failure can be expected.
[0015] No entanto, para os valores a serem obtidos no teste de flexão pelo choque em peças entalhadas isso significa, por exemplo, para um St52 um valor mínimo de cerca de 80 J à temperatura de utilização, que fornece ao componente reserva suficientes de deformação plástica e evita o risco de decomposição quebradiça do componente em várias partes.However, for the values to be obtained in the notched parts shock bending test this means, for example, for a St52 a minimum value of about 80 J at operating temperature, which provides the component with sufficient reserve of plastic deformation and avoids the risk of brittle decomposition of the component into various parts.
[0016] No entanto, o trabalho de choque em peça entalhada determinado no teste de flexão pelo choque em peças entalhadas para o tubo pronto não pode ser elevado ao nível requerido por meio do processo de produção até hoje empregado.However, the notched part shock work determined in the notched part shock bending test for the finished pipe cannot be raised to the level required by the production process hitherto employed.
[0017] Constitui objetivo da invenção apresentar um processo para a produção de tubos de aço de precisão produzidos a frio, especialmente estirados a frio, para serem aplicados especialmente como tubos cilíndricos submetidos à pressão, com o qual se pode obter com segurança, de modo simples e econômico, uma recusa dúctil do tubo mesmo a temperaturas de uso de até -20°C.[0017] It is an object of the invention to provide a process for the production of cold-rolled precision steel tubes, especially cold-drawn, to be applied especially as pressurized cylindrical tubes with which it can be safely obtained. simple and economical, a ductile tube refusal even at use temperatures up to -20 ° C.
[0018] Segundo a concepção da invenção, emprega-se um processo no qual o tubo preliminar é estirado até o final em uma ou mais etapas contínuas, sendo que antes do estiramento final, o tubo é submetido a um tratamento de refinamento e o tubo de aço apresenta a seguinte composição química (%): C = 0,05 - 0,25 Si = 0,15-1,0 Mn = 1,0-3,5 Al = 0,020 - 0,060 V = máximo 0,20 N = máximo 0,150 S = máximo 0,030 [0019] com adição opcional de um ou mais elementos de liga, tais como Cr, Mo, Ni, W, Ti ou Nb, assim como impurezas devidas à fundição.According to the design of the invention, a process is employed in which the preliminary tube is stretched to the end in one or more continuous steps, whereby prior to final stretching, the tube is subjected to a refinement treatment and the tube of steel has the following chemical composition (%): C = 0.05 - 0.25 Si = 0.15-1.0 Mn = 1.0-3.5 Al = 0.020 - 0.060 V = maximum 0.20 N = maximum 0,150 S = maximum 0,030 [0019] with optional addition of one or more alloying elements such as Cr, Mo, Ni, W, Ti or Nb as well as impurities due to casting.
[0020] A adição opcional dos elementos de liga é determinada se- gundo o perfil de propriedade requerido, isto é, especialmente de a-cordo com as propriedades mecânicas desejadas, e apresenta vantajosamente os seguintes teores (em % de peso): Cr máximo 0,80 Mo máximo 0,65 Ni máximo 0,90 W máximo 0,90 Ti máximo 0,20 Nb máximo 0,20 [0021] O tratamento de beneficiamento propriamente consiste em uma têmpera clássica com subsequente recozimento dos tubos. Ajustada ao respectivo material, a austenitização é executada a temperaturas de cerca de 910-940°C, seguida de um processo de resfriamento brusco que forma uma estrutura de têmpera. O resfriamento brusco pode ser efetuado por meio de diferentes meios de resfriamento brusco; usualmente o resfriamento brusco é executado por meio de água através de um chuveiro d'água. No caso de se usar materiais que endurecem no ar, o resfriamento ocorre no ar em repouso, por exemplo.The optional addition of the alloying elements is determined according to the required property profile, i.e. especially according to the desired mechanical properties, and advantageously has the following contents (in weight%): Cr max 0.80 Mo maximum 0.65 Ni maximum 0.90 W maximum 0.90 Ti maximum 0.20 Nb maximum 0.20 The beneficiation treatment itself consists of a classic quenching with subsequent annealing of the tubes. Adjusted to the respective material, austenitization is performed at temperatures of about 910-940 ° C, followed by a sudden cooling process that forms a quench structure. Sudden cooling can be accomplished by different abrupt cooling means; rough cooling is usually performed by means of water through a water shower. If air-hardening materials are used, cooling takes place in resting air, for example.
[0022] Depois da têmpera, ocorre o tratamento de revenido que é efetuado em função do material a temperaturas de cerca de 540-720°C.After quenching, tempering treatment occurs which is effected as a function of the material at temperatures of about 540-720 ° C.
[0023] A vantagem do processo proposto consiste em que através de uma etapa de beneficiamento antes do estiramento final, é gerada uma estrutura homogênea uniforme com tenacidade excelente, que no essencial permanece conservada mesmo depois do estiramento final do tubo. Testes revelaram 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 DWT situam-se em 80J excepcionais para a-mostras transversais e 100J para amostras longitudinais.The advantage of the proposed process is that through a beneficiation step prior to final drawing, a uniform homogeneous structure of excellent toughness is generated which essentially remains conserved even after the final drawing of the tube. Tests have shown that the values for notched part shock work at -20 ° C and a 50% fraction of shear failure in the DWT test are 80J exceptional for cross-sectional samples and 100J for longitudinal samples.
[0024] Um eventual recozimento final solicitado pelo cliente sob a forma de um recozimento com pouca tensão depois do estiramento final contribui para um aperfeiçoamento repetido dos valores de trabalho de choque em peça entalhada e, consequentemente, da tenacidade no componente.Any customer-requested final annealing in the form of a low stress annealing after the final drawing contributes to a repeated improvement of the notched part shock working values and, consequently, component toughness.
[0025] Em função do material, o recozimento final é executado vantajosamente em uma faixa de temperatura de 500 - 700 °C, sendo que deve-se atentar para que a fixação exata da temperatura deve o-correr em função das propriedades do material a serem obtidas, tais como, por exemplo, resistência, alongamento de ruptura e trabalho de choque em peça entalhada.Depending on the material, the final annealing is advantageously carried out within a temperature range of 500 - 700 ° C, and care should be taken that the exact temperature setting must take place depending on the properties of the material to be treated. obtained, such as, for example, strength, elongation at break and impact work on notched parts.
[0026] Testes em tubos produzidos com o processo de acordo com a invenção mostraram que a estrutura de ferrita-perlita, usualmente típica, dos aços de construção com diferenças pronunciadas no nível de trabalho de choque em peças entalhadas na direção transversal, bem como na direção longitudinal, não ocorre nos materiais gerados com o processo de acordo com a invenção.Testing on pipes produced with the process according to the invention has shown that the typical ferrite-perlite structure of construction steels with pronounced differences in the working level of shock in cross-cut notches as well as in longitudinal direction does not occur in materials generated with the process according to the invention.
[0027] Nitidamente, isso é mostrado pelos resultados de testes apresentados na figura 1 para valores de trabalho de choque em peças entalhadas em tubos cilíndricos de StE460 mod. Tanto na direção longitudinal, quanto na direção transversal, obtém-se um nível de trabalho de choque em peças entalhadas quase idêntico até cerca de 180J.Clearly, this is shown by the test results presented in Figure 1 for shock working values on notches in StE460 mod. In both longitudinal and transverse directions, an almost identical level of shock working on notched parts is achieved up to about 180J.
[0028] Conforme mostrado na figura 2,os componentes do tubo de aço StE 460 mod. produzidos de acordo com a invenção a temperaturas de até -20°C, em comparação com o tubo de aço produzido convencionalmente de StE 460 conv., apresentam uma fração suficientemente alta de comportamento de ruptura dúctil e, consequentemente, possuem reservas suficientes de deformação plástica para reduzir com segurança o risco de uma decomposição do componente em várias partes.As shown in figure 2, the components of the steel tube StE 460 mod. Produced according to the invention at temperatures up to -20 ° C, compared to the conventionally produced StE 460 conv. steel pipe, exhibit a sufficiently high fraction of ductile breaking behavior and therefore have sufficient reserves of plastic deformation. to safely reduce the risk of component decomposition into multiple parts.
[0029] O conceito de material de acordo com a invenção permite, portanto, com segurança a operação de cilindros hidráulicos mesmo na faixa de temperatura até -20°C.The material concept according to the invention therefore safely allows the operation of hydraulic cylinders even in the temperature range up to -20 ° C.
[0030] Como efeito colateral positivo em determinadas qualidades de aço pode-se destacar um aumento nítido dos valores de resistência. Isso possibilita vantajosamente uma redução da espessura de parede dos tubos cilíndricos em até 30% e, consequentemente, uma redução de peso que dê conta das exigências da construção leve.As a positive side effect on certain steel grades, a marked increase in strength values can be highlighted. This advantageously enables the wall thickness of the cylindrical pipes to be reduced by up to 30% and, consequently, a weight reduction that meets the requirements of lightweight construction.
[0031] Resumindo, cabe registrar que com o processo de produção de acordo com a invenção para tubos cilíndricos submetidos a pressão, impede-se com segurança uma falha de várias partes do componente mesmo a temperaturas de uso até -20°C e, além disso, torna-se possível uma redução da espessura de parede dos revestimentos cilíndricos de até 30%.In summary, it should be noted that with the production process according to the invention for pressurized cylindrical pipes, a failure of various parts of the component can be safely prevented even at operating temperatures up to -20 ° C and, in addition to In addition, a reduction in the wall thickness of cylindrical coatings of up to 30% is possible.
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