BRPI1010333A2 - filamento de aÇo baixo carbono trefilado a frio e mÉtodo para fabricar dito filamento - Google Patents

Abstract

FILAMENTO DE AÇO BAIXO CARBONO TREFILADO A FRIO E MÉTODO PARA FABRICAR DITO FILAMENTO. A presente invenção refere-se a um filamento de aço adaptado ao reforço de produtos elastoméricos ou termoplásticos tem um teor de carbono oscilando até 0,20 por cento em peso. O filamento de aço é dotado de um revestimento que promove a adesão aos produtos elastoméricos ou termoplásticos. O filamento de aço é trefilado até um diâmetro final de menos de 0,60 mm e uma resistência à tensão final de mais de 1200 MPa. Tratamentos térmicos intermediários são evitados, de modo que a caracterização de perfil de carbono do filamento de aço é substancialmente reduzida.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "FILAMENTO DE AÇO BAIXO CARBONO TREFILADO A FRIO E MÉTODO PARA FA- BRICAR DITO FILAMENTO".

Campo da Técnica

A presente invenção refere-se a um filamento de aço e a um

cordonel de aço adaptados ao reforço de produtos elastoméricos ou produ- tos termoplásticos.

A presente invenção refere-se também a um método de fabrica- ção de tal filamento de aço e tal cordonel de aço. Técnica Antecedente

Filamentos de aço e cordonéis de aço adaptados ao reforço de produtos elastoméricos, tais como pneus, feixes de impacto, mangueiras, tubulações flexíveis, etc. são bem-conhecidos na técnica anterior.

Filamentos de aço e cordonéis de aço são feitos começando a partir de fio-máquina de aço. Esse fio-máquina de aço tem, tipicamente, uma composição de aço segundo as diretrizes a seguir. Um teor de carbono de mais de 0,60 por cento em peso, um teor de manganês oscilando entre 0,40 por cento e 0,70 por cento em peso, um teor de silício oscilando entre 0,15 por cento e 0,30 por cento em peso, um teor máximo de enxofre e má- ximo de fósforo de 0,03 por cento em peso. Outros elementos de formação de microliga podem ser adicionados. Um exemplo é cromo. O fio-máquina de aço tem, usualmente, um diâmetro ds de 5,5 mm ou de 6,5 mm.

O fio-máquina é primeiramente limpo por meio de desincrusta- ção mecânica e/ou decapagem química em uma solução de H2SO4 ou HCI de forma a remover os óxidos presentes sobre a superfície. O fio-máquina é, então, enxaguado com água e é seco. O fio-máquina seco é, então, subme- tido a uma primeira série de operações de trefilação a seco de forma a redu- zir o diâmetro, até um primeiro diâmetro intermediário.

Nesse primeiro diâmetro intermediário d1, por exemplo, em torno de 3,0 a 3,5 mm, o fio de aço trefilado a seco é submetido a um primeiro tra- tamento térmico intermediário, denominadopafeníeamenfopatenteamento. PatenteamentoPatenteamento significa primeiro austenitização até uma temperatura de cerca de 1000°C, seguido por uma fase de transformação de austenita para perlita em uma temperatura de cerca de 600-650°C. O fio de aço está, então, pronto para deformação mecânica adicional.

Após o que, o fio de aço é ainda trefilado a seco do primeiro di- âmetro intermediário d1 até um segundo diâmetro intermediário d2 em uma segunda série de etapas de redução de diâmetro. O segundo diâmetro d2 oscila, tipicamente, de 1,0 mm a 2,5 mm.

Nesse segundo diâmetro intermediário d2, o fio de aço é subme- tido a um segundo tratamento de patenteamento, isto é, austenitização no- vãmente em uma temperatura de cerca de 1000°C e, após o que, têmpera em uma temperatura de 600 a 650°C para permitir transformação em perlita.

Se a redução total nas primeira e segunda etapas de trefilação a seco não é muito grande, uma operação de trefilação direta pode ser feita no fio-máquina até o diâmetro d2. Após esse segundo tratamento de patenteamento, o fio de aço é

usualmente dotado de um revestimento de latão: cobre é colocado sobre o fio de aço e zinco é colocado sobre o cobre. Um tratamento de termo difusão é aplicado para formar o revestimento de latão.

O fio de aço revestido de latão é, então, submetido a uma série final de reduções da seção transversal por meio de máquinas de trefilação a úmido. O produto final é um filamento de aço de alta tensão com um teor de carbono acima de 0,60 por cento em peso, com uma resistência à tensão acima de 2000 MPa e adaptado ao reforço de produtos elastoméricos.

A despeito de seu uso difundido, o processo descrito acima tem uma desvantagem de que ele consome muita energia. Mais particularmente, as etapas de processo de patenteamento duplo e seus fornos de austeniti- zação relacionados requerem uma grande energia. Como uma questão de exemplo apenas, um único forno de austenitização produz um energia de 374 KWatt/Tonelada de cordonel de aço produzido. Na verdade, os fornos e o processo de têmpera associado representam uma parte considerável da produção de C02 durante a fabricação de filamentos de aço e cordonéis de aço adaptados ao reforço de produtos elastoméricos. O processo de paten- teamento, contudo, é necessário e não pode ser cancelado como tal. Esse processo de patenteamento restaura a estrutura metálica do cordonel de aço para um estado o qual permite trefilação adicional. Sem esse processo de patenteamento, os cordonéis de aço se romperão freqüentemente durante trefilação adicional e se tornarão muito frágeis. Descrição da Invenção

É um objetivo da presente invenção evitar as deficiências da técnica anterior.

É também um objetivo da presente invenção proporcionar um fi- lamento de aço com um processo de produção o qual custa menos energia.

É outro objetivo da presente invenção evitar o uso de fornos de austenitização e de outros tratamentos térmicos intermediários.

De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é proporcionado um filamento de aço adaptado ao reforço de produtos elasto- méricos. O filamento de aço tem uma composição de carbono uniforme. Uma composição de carbono uniforme é uma composição de aço onde - possivelmente com exceção de silício e manganês - todos os elementos têm um teor de menos de 0,50 por cento em peso, por exemplo, menos de 0,20 por cento em peso, por exemplo, menos de 0,10 por cento em peso. Silício está presente em quantidades de no máximo 1,0 por cento em peso, por exemplo, no máximo 0,50 por cento em peso, por exemplo, 0,30% em peso ou 0,15% em peso. Manganês está presente em uma quantidade de no má- ximo 2,0 por cento em peso, por exemplo, no máximo 1,0 por cento em pe- so, por exemplo, 0,50% em peso ou 0,30% em peso. Na presente invenção, o teor de carbono oscila até 0,20 por cen-

to em peso, por exemplo, até 0,10 por cento em peso, por exemplo, oscilan- do até 0,06 por cento em peso. O teor mínimo de carbono pode ser cerca de 0,02 por cento em peso.

A composição de carbono uniforme tem principalmente uma ma- triz de ferrita ou perlita e é principalmente de fase única. Não existem fases de martensita, fases de bainita ou fases de cimentita na matriz de ferrita ou perlita. O filamento de aço é dotado de um revestimento que promove a adesão com produtos elastoméricos, tal como zinco ou latão. O filamento de aço é trefilado até um diâmetro final de menos de 0,60 mm e tem uma resis- tência à tensão final de mais de 1200 MPa.

A trefilação desse filamento de aço com baixo teor de carbono

pode ser feita sem o processo de patenteamento intermediário e sem qual- quer outro tratamento térmico, tal como recozimento, em virtude do baixo teor de carbono.;

O filamento de aço é diretamente trefilado do fio-máquina, por exemplo, de um diâmetro de 5,5 mm até um diâmetro de filamento de menos de 0,60 mm, resultando em uma redução na área seccional transversal de mais de 98 por cento. Com um diâmetro final igual a ou menor do que 0,45 mm, uma redução na área seccional transversal de mais de 99 por cento foi obtida.

Revestimento, por exemplo, de latão, pode ser feito em um diâ-

metro intermediário do fio entre 5,5 mm e 0,60 mm. O fio de aço revestido de latão é, então, trefilado adicionalmente, mais uma vez sem tratamentos tér- micos intermediários, até seu diâmetro de filamento final. O revestimento de latão tem uma função dupla. Primeiramente, no produto final, o latão promo- ve a adesão com a borracha ao produzir pontes de enxofre entre o cobre no latão e a borracha. Em segundo, o latão sendo um material mais macio do que o aço com baixo teor de carbono, o latão funciona como um lubrificante durante os estágios finais de trefilação e permite que o filamento de aço seja submetido aos altos graus mencionados acima de redução na área seccional transversal. Em virtude dessa alta deformabilidade, altos níveis de resistên- cia à tensão final são obteníveis.

O documento JP-A-05/105951 da técnica anterior descrita um fio de aço com baixo teor de carbono. Esse fio de aço com baixo teor de carbo- no, contudo, é submetido a um ou mais tratamentos térmicos intermediários. O documento US-A-5.833.771 da técnica anterior descrita um fio

de aço com um baixo teor de carbono para o reforço de pneus. Contudo, o fio de aço tem uma composição de aço inoxidável com, dentre outros ele- mentos, por exemplo, entre 6 e 10% de níquel e entre 16% e 20% de cromo. Essa não é uma composição de carbono uniforme.

O documento WO-A-84/02354 da técnica anterior descrita um fi- o-máquina com baixo teor de carbono de alta resistência e um fio de aço.

Contudo, esse fio de aço tem uma composição de aço de fase dupla, com uma matriz de ferrita com uma segunda fase dispersa, tal como martensita, bainita e/ou austenita. Esse aço de fase dupla é diferente de um aço carbo- no uniforme.

De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é proporcionado um cordonel de aço tendo um ou mais filamentos de aço com baixo teor de carbono de acordo com o primeiro aspecto da presente inven- ção.

De preferência, o cordonel de aço consiste apenas de filamentos de aço com baixo teor de carbono de acordo com o primeiro aspecto da in- venção.

Exemplos de construções de cordonel de aço adequadas são todas as construções de cordonel de aço as quais são adequadas para o reforço da carcaça ou camada de cinta de pneus: 2x1,3x1,4x1,5x1, 1 +4, 1 + 5, 1 + 6, 2 + 2, 3 + 2, 2 + 3. De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção, é

proporcionado um método para fabricação de um filamento de aço adaptado ao reforço de produtos elastoméricos. O método compreende as seguintes etapas:

a. fornecimento de um fio-máquina de aço tendo um teor de car- bono de até 0,08 por cento em peso;

b. trefilação desse fio-máquina de aço diretamente em um diâ- metro final menor do que 0,60 mm e até uma resistência à tensão maior do que 1200 MPa, desse modo, evitando quaisquer tratamentos térmicos inter- mediários, tal como patenteamento;

c. fornecimento, a esse filamento de aço, de um revestimento

que promove a adesão a produtos elastoméricos.

O revestimento pode ser proporcionado em um diâmetro final do filamento ou, de preferência, em um diâmetro intermediário, conforme foi explicado aqui acima.

Essas etapas de processo a. a c. podem ser seguidas por uma etapa de processo de torção de vários de tais filamentos com baixo teor de carbono uns com os outros ou com outros filamentos para formar um cordo- nel de aço.

Evitando os tratamentos térmicos intermediários, economias de até mais de 3% podem ser feitas na produção de CO2 em comparação com a situação na técnica anterior. De acordo com um quarto aspecto da presente invenção, os fi-

lamentos de aço com baixo teor de carbono de acordo com o primeiro as- pecto da invenção ou os cordonéis de aço com baixo teor de carbono de acordo com o segundo aspecto da invenção são usados em um produto e- lastomérico ou termoplástico. Produtos elastoméricos adequados são pneus, correias trans-

portadoras, correias de comando, mangueiras, tubulações flexíveis, etc. Produtos termoplásticos adequados são feixes de impacto e mangueiras flexíveis.

O filamento de aço da invenção (primeiro aspecto) e o cordonel de aço da invenção (segundo aspecto) são particularmente adequados para o reforço da carcaça ou camada de cinta de um pneu. Embora carecendo de resistência à tensão acima de 2000 MPa, os filamentos com baixo teor de carbono e cordonéis de aço com baixo teor de carbono de acordo com a in- venção conferem à carcaça ou camada de cinta de um pneu o grau requeri- do de rigidez.

Modo(s) para Realização da Invenção

Um cordonel de aço de acordo com a invenção pode ser feito como segue.

O produto inicial é um fio-máquina com uma composição de car- bono uniforme com um teor de carbono oscilando entre 0,04% em peso e 0,08% em peso. A composição toda do fio-máquina é como segue: um teor de carbono de 0,06% em peso, um teor de silício de 0,166% em peso, um teor de cromo de 0,042% em peso, um teor de cobre de 0,173% em peso, um teor de manganês de 0,382% em peso, um teor de molibdênio de 0,013% em peso, um teor de nitrogênio de 0,006% em peso, um teor de ní- quel de 0,077% em peso, um teor de fósforo de 0,007% em peso, um teor de enxofre de 0,013% em peso.

Em geral, conforme mencionado, o teor de silício está abaixo de 1,0% em peso, o teor de manganês abaixo de 2,0%. Além disso, as quanti- dades de Cr, Cu, Ni e Mo estão limitadas a 0,20%. As quantidades de fósfo- ro e enxofre estão limitadas a 0,030% em peso. A quantidade de N está Iimi- tada a 0,015%.

O fio-máquina é trefilado a seco a partir de um fio-máquina com diâmetro de 5,5 mm até um diâmetro intermediário de 2,0 mm.

Nesse diâmetro intermediário de 2,0 mm, cobre é primeiro ele- trogalvanizado sobre o fio de aço, por exemplo, em um banho de pirofosfato de Cu, então, zinco é eletrogalvanizado sobre o fio de aço, por exemplo, em um banho de ZnSO4 e, após o que, um tratamento de termodifusão é aplica- do de forma a conferir um revestimento de latão sobre o fio.

A termodifusão envolve aquecimento para uma temperatura de 450°C a 600°C. Esse tratamento, contudo, dura apenas uns poucos segun- dos. Essa temperatura não é tão elevada quanto a temperatura de austeniti- zação. Além disso, a termodifusão não confere uma alteração na estrutura metálica do fio de aço.

Nenhum patenteamento ocorre nesse diâmetro intermediário. Similarmente, nenhum outro tratamento térmico, tal como recozimento, ocor- re nesse diâmetro intermediário.

Como uma alternativa ao latão, o fio de aço pode ser eletrogal- vanizado com zinco.

Voltando ao revestimento de latão, o fio de aço revestido de la- tão de 2,0 mm é, então, trefilado a úmido até um filamento final com um di- âmetro final de 0,45 mm de 1400 MPa.

Finalmente, vários de tais filamentos de 0,45 mm revestidos de latão são torcidos em um cordonel de aço de 1 + 5 χ 0,45. Esse cordonel de aço com baixo teor de carbono tem uma carga à ruptura de 1270 Newtons. Outros exemplos de um cordonel da invenção são:

3 + 2 χ 0,45 1 + 4 χ 0,45.

No caso onde o fio de aço foi eletrogalvanizado com zinco, um

iniciador de silano pode ser aplicado ao cordonel de aço torcido da seguinte forma. Após uma operação de limpeza opcional, o cordonel de aço pode ser revestido com um primer selecionado de silanos organo funcionais, titanatos organo funcionais e zirconatos organo funcionais os quais são conhecidos no campo para a referida finalidade. De preferência, mas não exclusivamen- te, os primers de silano organo funcionais são selecionados dos compostos da fórmula a seguir:

Y-(CH2)n-SiX3

em que:

Y representa um grupo organo funcional selecionado de -NH2,

CH2-CH-, CH2-C(CH3)COO-, 2,3-epoxipropóxi, HS- e Cl-

X representa um grupo funcional silício selecionado de -OR, - 0C(=0)R', -Cl, em que ReR' são independentemente selecionados de C1 a C4 alquila, de preferência -CH3 e -C2H5; e η é um número inteiro entre 0 e 10, de preferência de 0 a 10 e,

mais preferivelmente, de 0 a 3.

Os silanos organo funcionais descritos acima são produtos co- mercialmente disponíveis.

Aplicando o processo de acordo com a invenção, uma economia de 70 kg de CO2 por Tonelada de cordonel de aço foi obtida. Como um re- sultado, a caracterização de perfil de carbono do cordonel de aço da inven- ção foi diminuída em comparação a cordonéis de aço da técnica anterior.

Claims (11)

1. Filamento de aço adaptado ao reforço de produtos elastomé- ricos, o referido filamento de aço tendo uma composição de carbono uniforme com um teor de carbono oscilando até 0,20 por cento em peso, o referido filamento de aço sendo dotado de um revestimento que promove a adesão com produtos elastoméricos ou com produtos termo- plásticos, o referido filamento de aço sendo trefilado a frio até um diâmetro final de menos de 0,60 mm, o referido filamento de aço tendo uma resistência à tensão final de mais de 1200 MPa.

2. Filamento de aço de acordo com a reivindicação 1, em que o referido filamento de aço tem um teor mínimo de carbono de 0,02 por cento em peso.

3. Filamento de aço de acordo com qualquer uma das reivindi- cações precedentes, o referido filamento de aço tendo sofrido uma redução na área seccional transversal de mais de 98 por cento.

4. Cordonel de aço adaptado ao reforço de produtos elastoméri- cos, o referido cordonel de aço compreendendo um ou mais filamen- tos de aço como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes.

5. Cordonel de aço de acordo com a reivindicação 4, o referido cordonel de aço tendo uma construção pertencendo ao grupo consistindo em 2x1, 3x1,4x1, 5x1, 1 +4, 1 +5, 1 +6,2 + 2, 3 + 2,2 + 3.

6. Método para fabricação de um filamento de aço adaptado ao reforço de produtos elastoméricos, o referido método compreendendo as seguintes etapas: a. fornecimento de um fio-máquina de aço tendo uma composi- ção de carbono uniforme com um teor de carbono de até 0,20 por cento em peso; b. trefilação do referido fio-máquina de aço diretamente a um fio de aço com um diâmetro intermediário; desse modo, evitando quaisquer tra- tamentos térmicos intermediários, tal como patenteamento; c. fornecimento, ao referido filamento de aço, de um revestimen- to que promove a adesão com produtos elastoméricos; d. trefilação adicional do referido fio de aço revestido a um fila- mento de aço com um diâmetro final abaixo de 0,60 mm e uma resistência à tensão excedendo a 1200 MPa.

7. Método de fabricação de um cordonel de aço adaptado ao re- forço de produtos elastoméricos, o referido método compreendendo as se- guintes etapas: a. fabricação de um filamento de aço como definido na reivindi- cação 6; b. torção de um ou mais de tais filamentos de aço em um cordo- nel de aço.

8. Uso de um filamento de aço como definido nas reivindicações 1 a 3, ou de um cordonel de aço como definido na reivindicação 4 ou 5, em um produto elastomérico.

9. Produto elastomérico ou termoplástico compreendendo um ou mais filamentos como definido nas reivindicações 1 a 3.

10. Produto elastomérico como definido na reivindicação 9, em que o referido produto elastomérico é um pneu.

11. Produto termoplástico de acordo com a reivindicação 9 em que o referido produto termoplástico é um feixe de impacto.