Método e material metálico para produção de aços baixo carbono micro-ligados, na forma de fios-máquina de alta resistência

  • Número do pedido da patente:
  • PI 8906705-3 A2
  • Data do depósito:
  • 22/12/1989
  • Data da publicação:
  • 25/06/1991
Inventores:
  • Classificação:
  • B21B 3/00
    Lamina??o de materiais feitos de ligas especiais desde que a composi??o da liga requeira ou permita m?todos ou sequ?ncias especiais de lamina??o;
    ;

Página de 1

Documento

. Relatório descritivo da Patente de Invenção, MÉTODO E MATERIAL METÁLICO PARA A PRODUÇÃO DE AÇOS BAIXO CARBONO MICRO-LIGADOS, NA FORMA DE FIOS-MÁ-QUINA DE ALTA RESISTÊNCIA.

10.


15.


Os aços microligados baixo-carbono,tam bém chamados de Aços de Alta Resistência Baixa - Liga (ARBL) , são basicamente aços ao carbono e manganês con tendo elementos formadores de carbonitretos tais como niõbio, titânio, vanádio e boro. Tipicamente os teores de carbono são menores que 0,15%, os teores de manganês são na faixa de 1-2%, enquanto gue os micro-ligantes, à excessão do titânio, são adicionados em quantidades pe-guenas, de maneira gue sejam dissolvidos nas temperaturas de reaquecimento antes da laminação final. 0 titânio deve ser adicionado segundo teores gue permitam com que este permaneça ligado ao nitrogênio residual de fabricação nas temperaturas de reaquecimento e assim, pos sa evitar o crescimento de grão austenítico antes da 1ê minação.

20.


25.


São considerados aços -de alta resistên cia, agueles com limite de escoamento acima de 40 Kgf/ mma para carbono menor gue 0,15%, tais limites sendo con seguidos diretamente nos processos de laminação sem a necessidade de tratamento térmico posterior. Em tais processos, a temperatura de laminação e controlada atra vês de tempos de espera, gue conferem ao material uma estrutura de granuiação fina, menor gue 10 micra, gue aumenta a sua resistência.

N.J.KIM no seu arrigo "The Fhvsical Me-tallurgv of HSLA Linepipe Sreels - A Revievr", publicado na revista "Journal of Metals" de abril de 1933, mencionaã

página .21, último parágrafo, gue "independentemente do. tipo de estrutura do aço microligado, a laminação controlada parece ser -vital para produzir aços' com proprie

dades ótimas__...Ha aiteratura atual tal pensamento e

tomado como verdade e, como descreve o próprio N. J. KIM ã página 22 de seu artigo, o processo de laminação controlada é um -processo de laminação após reaguecimento do aço., -podendo o mesmo ser dividido em três etapas gue são:

ao.


13 "Etapa - Consiste em passes de TLami-

nação com deformação jia região de recristalização da aus

.    .    o

tenrta, o gue ocorre, tipicamente, acima dos 1000 C.

"23 Etapa — Consiste de passes de lami-

.nação com deformação na região de encruamento da auste-

as.


o    —

nita, tipicamente entre 350 e 800 C.

33 Etapa — Consiste de passes de lami-

nação com deformação .na região bifãsica, tipicamente ep o

tre 800 e 700 C. Esta etapa pode ser suprimida caso nao

.seja desejada estrutura .final com textura preferencial.

-20.


A temperatura de laminação final baixa o    _

(abaixo de 950 C) caracteriza o processo de laminaçao -I

25.


controlada em gue os passes de laminação, nas tres -regiões de temperatura, são separados por "tempos de espera" para gue se tenha a temperatura adequada para cada deformação desejada.

30.


Opcionalmente -pode-se usar água para abaixamento da temperatura do aço entre os passes, obten do-se o mesmo efeito. Porém, se a laminação for realizp da sem os tempos de espera, ou mesmo, sem a -utilização de água de refrigeração intermediária, de maneira gue

haja somente a deformação definida na primeira etapa

o

(com temperatura acima de 350 C) , diz-se gue a laminação é norma 1 ou continua. O termo continua se refere.agui a fabricação de fios-mãguina, onde a laminação e .feita -em passes .múltiplos consecutivos, não havendo reversão no sentido de rotação dos rolos laminadores, nem parada, interrupção, ou redução proposital da velocidade de la-

• •


• «

• • ft


jminaçao.


0.0.


15.


20.


25.


30.


35.


A fabri cação de fios-máquina de aços de Alta "Resistência e Baixa-{Liga (ARBL) tamtíêm envolve processos de laminação controlada, em gue são aplicados "tempos de espera11 *ou água de refrigeração de maneira que a temperatura final de laminação fique abaixo de 350°C. No artigo, .por exemplo, "Microalloyed Steel Wire for Automotive "Fasteners" de "K. NAMIKI et alii, publicado -na coletânea "Fundamentais of Microalloying Forgi ng Steels", JÜME, Fennsylvariia, 1987, ãs-páginas 321 a 337, lê-se à -página 529 que o fio-maguina do aço -microligado dos auto -res sofreu -resfriamento com água até 800-850°C antes da laminação final, o que caracteriza uma laminação controlada. Este fio, produzido por NAMIKI e co-autores apresentou as seguintes propriedades finais logo após cT lami nação (página 530 do mesmo artigo).:

-    .Ximite de escoamento:    48,3 Kgf/mm2

-    Limite de resistência: 69,2 Kgf/mm3

Tais valores, são típicos de aços mi-

cro-ligados baixo-carbono obtidos por processos de lami— nação controlada, sendo a composição química do aço pro-cessado (página 329 do mesmo artigo): Q,14%C e J,50%Mn micro-ligado ao niõbio e vanãdio, bem típica de um aço de Alta Resistência e Baixa Liga - ARBL. Este aço contêm também 0,14% do elemento cromo, que tal como o molibidê-jaio, costuma ser acrescentado a este tipo de composição química com o intuito de se aumentar a temperabilidade do material (tendência a formação de fases duras do tipo bainita ou martensita). Ainda sobre este aço laminado por NAMIKI, pode-se afirmar que se o mesmo não fosse mi-cro-ligado e fosse processado -por laminação continua, ou seja, não controlada, dificilmente seriam atingidos valo res de limite de escoamento acima de 35 Kgf/mm2.

Outra referência recente sobre o as-„sunto é o artigo de F- NAKASATO et -alli publicado Jia revista "Wire -üournal'" de -abril de 1989 sob o titulo "Non-Quenched Low-Carbon Acicular Ferrite Steel Wire JRod For


^Cold Porging Applications" onde um aço ARBL com composi ção 0,09%C-\l,59%Mn-0,045%Nb-0,51%Cr, foi processado por laminação-controlada (temperatura final de laminação 850°C), gerando 'um fio-mãquina com as seguintes 'proprie

f

dadesi

-    Limite de escoamento:    -43,0 "Kgf/mm*

—    Limite de resistência: 63,0 "Kgf/mm’

A presente invenção -refere-se a um mi

todo e material metálico gue permitem -a obtenção de -fios -mãguina de Aços -de Alta Besistencla e 3aixa — Liga (ARBL) através de processo continuo de laminação em e-guipamento convencional de deformação (laminador), portanto sem a necessidade de -aplicação de "tempos de espe ra” entre -passes ou ãgua de refrigeração intermediária.

É condição essencial para -a realização do processo da invenção o ajuste da temperatura de reaguecimento do'material a ser -processado e o acerto da composição guimica deste. A temperatura deve ser ajusta da de maneira gue o elemento micro-JLigante niõbio esteja em solução e gue o teor de manganês esteja ajustado

na região do limite superior da faixa usual, ou seja.,

" 1

entre 1,5 e 2,0%. O material a ser processado deve apre sentar uma composição guimica em gue C<0,15%; l,5%<Mn <2,0% com a px_esença dos micro-ligantes niõbio e titânio, com adição opcional de elementos influentes -na -tem

perabilidade como o cromo e o molibdênio.

- «

EXEMPLO 1:    Um aço microligado baixo

carbono de composição 0,085%C-l,3%Mn-0,043%Nb-0,025%Ti'-0,59%Cr com impurezas de Al, Si, ~P e S, foi produzido in dustrialmente na forma de tarugos para laminação final de fios-mãguina. Este -aço se encontra dentro das especi ficações da invenção, ou seja, ê um -aço baixo-carbono (£0,15%C) , com manganês no -alto da faixa (1,9%), -microligado ao niõbio e titânio, contendo ainda o ■elemento cromo, gue influi na -temperabilidade do -aço. Parte desta corrida -foi laminada .através do .uso de laminação cem -.trolada clássica com temperatura de jceaguecimento de 11509C e tempos tais de espera entre passes, gue uma -tem

TO.


15.


20.


25.


30.


35.


•    •

»    t

MM M


«•r


» «•!

• • •


«    • •••

*    « •


• *


•» v


.peratura final de laminação de 850°C, fosse obtida. Apõs, a Taminagão mediu-se os seguintes valores -para o fio-■mãguina:

-    Limite de escoamentos 42,0 JCgf/mm2

—    Limite de .resistência: '78,7 'Kgf/inm'® Tais vaTores são típicos 'de aços de

"Alta ^Resistência e Baixa-Tiga (AKBL) , como qariho extra .no .limite de resistência devido -a presença do eTemento cromo.


EXEMPLO ~2: A outra parte da corrida -industrial do exemplo T, :fol Laminada de maneira continua, com temperatura de reaquecimento de T150°C, e temperatura final de laminagão -superior -a _950°C, ou seja, dentro do principio do processo de laminagão propostope Ta invenção. Apôs a laminagão do material mediu-se^ as propriedades do fio-mãquina, tendo-se obtido os seguintes vaTores:


—    .Limite de escoamento:    62,7 Kgf/mma

—    Limite de resistência: 81,9 Kgf/rama

Assim, no processo de Taminagão de

aços micro-ligados baixo-carbono, como determinado pela presente invenção, os valores de resistência mecânica fo ram superiores não só *r>w obi-idos mnvenc^onalniente. co mo diz a literatura, mas também superiores aos próprios valores obtidos quando o mesmo aço ê laminado, segundo

i

o processo de laminagão .controlada clássica.

EXEMPLO 3:    Outro aço micro-ligado

baixo-carbono de composição 0,078SC-l,89%Mn-0,058%Nb, Q,021%Ti, com impurezas de AT, Si, ’P e S, similar ao dos exemplos 1 e 2, mas sem adição de cromo, foi produzido industrialmente na forma de tarugos para laminagão .final de fios-mãquina. 0 material utilizado, portanto,tara bêm se encontra nos limites determinados para processamento segundo o processo da invenção. Apôs a laminagão continua, em equipamento convencional e sem paradas in-■termediãrias para acertos de-temperatura, obteve-se os seguintes valores para o .fio-mãguina-:

—    Limite de escoamento:    46,9 Kgf/mmaB


r *

••

• *

»#«•

« *

» %

* •

n m

9

* •

• •

• «

*

«

■ *

■ ■

*

m

*

f «

• i

#

*

1«M

• •

<*

m

>••• • 4

- Limite de resistências 64rB Kgf/mm2, Estes valores são similares aos do aço de HAMIKI e co-autores, gue .foi produzido ‘com utilização de processo de JLaminação controlada clãssica.

05.


Finalmente, -retirou-se uma amostra deste fio-mãquina para análise em microscopio, tendo-se revelado uma estrutura ferritica, acicular com tamanho de.grão-médio de cerca de -6 micra, ficando comprovada assim, a qualidade do fio-mãquina produzido segundo o processo da invenção.

05.


10-


15.


• *•

• •


f •

• Ml


REIVINDICAÇÕES

Método e material metálico para produção de aços micro-ligados baixo carbono na forma de fios-mãquina, caracterizado -por compreender um processo de laminação continuo (sem tempo de espera, ou arrefeci^ mentos intermediários com água para controle de tempera tura) em equipamento convencional de laminação de fios-mãguina em que é processado um material apropriado jrea-guecido previamente a temperatura que põs~sibilite se ter em solução o elemento micro-ligante niõbio,-tal material devendo conter manganês com teor ajustado na -região do limite superior da .faixa residual, ou seja entre 1,5 e 2,0%, e ainda dito material devendo apresentar composição química com C <0,15%?1,5% <Mn <2,0% e os micro-iigantes niõbio e titânio,, com adição opcional de elementos influentes na temperabilidade como o cromo e o molibdênio.


RE SOMO

Patente de invenção: MÉTODO E MATERIAL METÁLICO PARA PRODUÇÃO DE AÇOS MICRO-LIGADOS BAIXO CAR BONO NA FORMA DE PIOS-MÁQUINA.

05.


10.


A invenção trata de método e material metálico que permitem a obtenção de fios-mãquina de Aços de Alta Resistência e Baixa-Liga (ARBL) através de processo continuo de laminação em equipamento convenodonal de deformação (laminador) sem a necessidade de aplicação de "tempos de espera" entre passes ou água de refrigeração intermediaria.

15.


O método se baseia no controle da tem peratura de reaguecimento do material, que, por sua vez, deve apresentar baixo carbono, alto manganês e micro-li-gantes como o niõbio e o titânio, com adiçãd opcional de

cromo.