BR112012014457B1

BR112012014457B1 - Método de produção de um trilho de aço hipereutectóide com cabeça endurecida.

Info

Publication number: BR112012014457B1
Application number: BR112012014457-0A
Authority: BR
Inventors: L. Bramfitt Bruce; B. Fletcher Fred; A. Davis John Jr.
Original assignee: ArcelorMittal Investigación y Desarrollo, S.L.
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2018-05-02
Also published as: HUE051852T2; CA2783970A1; CN102859010B; BR112012014457A2; US9512501B2; WO2011081901A1; RU2012130024A; CN102859010A; AU2010337170A1; US20110139320A1; US20120298263A1; EP2513347A1; US20140246130A1; AU2010337170B2; CA2783970C; PL2513347T3; EP2513347B1; US8721807B2; US8241442B2; MX2012006867A

Abstract

método de produção de um trilho de aço hipereutectóide com cabeça endurecida - é fornecido um método de produção de um trilho de aço hipereutectóide de cabeça endurecida que inclui um aetapa de endurecimento da cabeça do trilho de aço tendo uma composição contendo 0,89-1,00% em peso de carbono, 0,40-0,75% em peso de manganês, 0,40-1,00% em peso de silício, 0,05-0,15% em peso de vanádio, 0,015-0,030% em peso de titânico, e nitrogênio suficiente para reagir com titânio e formar nitreto de titânio. o endurecimento da cabeça é conduzido a uma taxa de resfriamento que, se plotada em um gráfico com coordenadas xy com o eixo dos x representado o tempo de resfriamento em segundos e o eixo dos y representando a temperatura em graus celsius da superfície da cabeça do trilho de aço, é mantida em uma região entre um limite superior da taxa de resfriamento definido por uma linha superior conectando as coordenadas xy (0 s, 775 <198>c), (20 s, 670 <198>c) e um limite inferior da taxa de resfriamento definido por uma linha inferior conectando as coordenadas xy (0 s, 750 <198>c), (20 s, 610 <198>c), e (110 s 500 <198>c).

Description

(54) Título: MÉTODO DE PRODUÇÃO DE UM TRILHO DE AÇO HIPEREUTECTÓIDE COM CABEÇA ENDURECIDA.

(51) Int.CI.: C21D 9/04; C22C 38/02; C22C 38/04; C22C 38/12; C22C 38/14 (30) Prioridade Unionista: 14/12/2009 US 61/286,264 (73) Titular(es): ARCELORMITTAL INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO, S.L.

(72) Inventor(es): BRUCE L. BRAMFITT; FRED B. FLETCHER; JOHN A. DAVIS JR.

1/27

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO DE PRODUÇÃO DE UM TRILHO DE AÇO HIPEREUTETÓIDE COM CABEÇA ENDURECIDA.

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS [001] Esse pedido reivindica o benefício da prioridade sob 35 U.S.C. § 119(e) do pedido temporário 61/286.264 registrado em 14 de dezembro de 2009, cuja descrição completa está aqui incorporada como referência.

CAMPO DA INVENÇÃO [002] A presente invenção se refere a um método de produção de um trilho de aço hipereutetóide com cabeça endurecida. A presente invenção também se refere ao trilho de aço hipereutetóide com cabeça endurecida.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [003] As ferrovias dos Estados Unidos, especialmente as ferrovias classe 1 (BN, UP, CSX, NS, CP e CN) estão exigindo maiores níveis de dureza e durezas mais profundas na cabeça dos trilhos de ferrovia para uma vida útil melhorada no leito (maior dureza dá maior resistência ao desgaste). A American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association (AREMA) é uma das organizações reconhecidas para promulgar as especificações dos trilhos na América do Norte. Há três tipos de trilhos de aço AREMA baseados em propriedades mínimas: resistência padrão, resistência intermediária, e alta resistência. As propriedades mínimas para cada aço estão apresentadas na tabela abaixo:

Propriedade especificada	Resistência padrão	Resistência intermediária	Resistência alta
Dureza Brinell HB, (HRC)	310 (30,5)	325 (32,5)	370 (38,3)
Limite de Elasticidade MPa (ksi)	510,21 (74)	551,58 (80)	827,37 (120)

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 3/56

2/27

Resistência à tração, MPa (ksi)	982,50 (142,5)	1013,53 (147)	1179,00 (171)
Alongamento (em 5,08 cm (2”)), %	10	8	10

[004] A dureza é especificada apenas na cabeça do trilho. As propriedades acima são relatadas e medidas aqui são testadas de acordo com as normas AREMA apresentadas na parte 2 da AREMA, Produção de Trilhos (2007). Para atingir os padrões da AREMA de alta resistência, o trilho deve ter uma microestrutura totalmente perlítica sem ser substancialmente permitida nenhuma martensita não temperada. Geralmente, o alongamento deve ser 10% ou maior para trilhos de alta resistência, embora um número relativamente menor (por exemplo, cerca de 5%), de trilhos possa ter um alongamento menor que 10%, mas não inferior a 9%.

[005] O grau mais difícil de se produzir é o grau de alta resistência. Alguns produtores de trilhos tentam alcançar as propriedades necessárias de aço de alta resistência através de resfriamento acelerado do trilho diretamente na linha após o laminador. Outros produtores reaqueceram o trilho a partir da temperatura ambiente e então aplicaram resfriamento acelerado (um processo fora da linha). O processo de resfriar o trilho é chamado endurecimento da cabeça. Nos Estados Unidos, os processos de resfriamento atualmente praticados usam ou pulverização de água para resfriar o trilho ou múltiplos altos volumes de ar. Em todos os processos de endurecimento da cabeça o trilho é resfriado a uma taxa de resfriamento moderada para formar uma microestrutura perlítica fina e para evitar a formação de martensita não temperada que não é permitida pela AREMA.

[006] Em adição ao resfriamento para desenvolver um espaçamento interlaminar de perlita fina, é conhecida a adição de elementos de liga ao trilho de aço para aumentar a dureza. Tradicionalmente na

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 4/56

3/27 década passada, foi conhecido nos Estados Unidos usar-se trilhos de aço de alta resistência contendo 0,80-0,84% em peso de C, 0,80-1,1% em peso de Mn, 0,20-0,40% em peso de Si e 0,20-0,25% em peso de Cr. O nível de alto carbono de 0,80-0,84% em peso fornece a microestrutura perlitica e a esse nível de carbono o aço está no ponto eutetóide ou levemente acima do mesmo do diagrama de fase binária do ferro-carbono. Carbono é essencial porque a microestrutura perlítica que desenvolve contém cerca de 12% em peso de carboneto de ferro (cementita) na forma de plaquetas encaixadas ao longo das plaquetas de ferrita (formando uma morfologia laminar). As plaquetas de cementita fornecem dureza e resistência ao desgaste.

[007] Já é muito conhecido que outros aumentos de carbono podem fornecer dureza aumentada de perlita à medida que a fração de volume da fase cementita dura aumenta. Quando o aço tem um nível de carbono que esteja acima do ponto eutetóide, entretanto, a cementita pode se formar nas bordas dos grãos austeníticos anteriores. Essa forma de cementita é chamada de cementita proeutetóide e o aço é referido como aço hipereutetóide. A ductilidade reduzida pode ocorrer em aços hipereutetóides se uma rede contínua de cementita proeutecoide se desenvolver nas bordas dos grãos austeníticos anteriores, produzindo um aço frágil e inaceitável como aço para ferrovias. SUMÁRIO DA INVENÇÃO [008] Um primeiro aspecto da invenção fornece um método para produção de um trilho de aço hipereutetóide com cabeça endurecida apresentando o endurecimento da cabeça de um trilho de aço tendo uma composição contendo pelo menos 0,86-1,00% em peso de carbono, 0,40-0,75 % em peso de manganês, 0,40-1,00% em peso de silício, 0,05-0,15% em peso de vanádio, 0,015-0,030% em peso de titânio, e nitrogênio suficiente para reagir com o titânio para formar nitretos de titânio. O endurecimento da cabeça é conduzido a uma taxa

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 5/56

4/27 de resfriamento que, se plotada em um gráfico com coordenadas xy com o eixo dos x representando o tempo de resfriamento em segundos e o eixo dos y representando a temperatura em graus Celsius da superfície da cabeça do trilho de aço, é mantida em uma região entre um limite superior da taxa de resfriamento definido por uma linha superior conectando as coordenadas xy (0 s, 775°C), (20 s, 670°C), e (110 s, 550°C) e um limite inferior da taxa de resfriamento definido por uma linha inferior conectando as coordenadas xy (0 s, 750°C), (20 s, 610’C), e (110 s, 500°C).

[009] De acordo com um segundo aspecto da invenção, é fornecido um método de produção de um trilho de aço hipereutetóide com cabeça endurecida. O método descreve o endurecimento da cabeça de um rilho de aço tendo uma composição contendo pelo menos 0,861,00% em peso de carbono, 0,40-0,75% em peso de manganês, 0,401,00% em peso de silício, 0,05-0,15% em peso de vanádio, 0,0150,030% em peso de titânio, e nitrogênio suficiente para reagir com o titânio para formar nitreto de titânio. O endurecimento da cabeça é conduzido a uma taxa de resfriamento que, se plotada em um gráfico com coordenadas xy com o eixo dos x representando o tempo de resfriamento em segundos e o eixo dos y representando a temperatura em graus Celsius da superfície da superfície da cabeça do trilho de aço, é mantida em uma região entre um limite superior da taxa de resfriamento definido por uma linha superior conectando as coordenadas xy (0 s, 775°C), (20 s, 670°C), e (110 s, 550°C) e um limite inferior da taxa de resfriamento definido por uma linha inferior conectando as coordenadas xy (0 s, 750°C), (20 s, 610°C), e (110 s, 500°C). A taxa de resfriamento de 0 segundo a 20 segundos plotada no gráfico tem uma média dentro da faixa de 5-10°C/s, e a taxa de resfriamento de 20 segundos a 110 segundos plotada no gráfico é maior que uma taxa de resfriamento a ar comparável.

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 6/56

5/27 [0010] Um terceiro aspecto da invenção fornece um método de produção de um trilho de aço hipereutetóide com cabeça endurecida. De acordo com esse aspecto a composição do trilho de aço é formada a uma temperatura de cerca de 1600°C até cerca de 1650°C adicionando-se sequencialmente manganês, silício, carbono, alumínio, seguido de titânio e vanádio em qualquer ordem ou combinação para formar uma composição de trilho de aço contendo pelo menos 0,861,00% em carbono, 0,40-0,75% em peso de manganês, 0,40-1,00% de silício, 0,05-0,15% em peso de vanádio, 0,015-0,030% em peso de titânio, e nitrogênio suficiente para reagir com o titânio para formar nitreto de titânio. O trilho de aço é então endurecido na cabeça a uma taxa de resfriamento que, se plotada em um gráfico com coordenadas xy com o eixo dos x representando o tempo de resfriamento em segundos e o eixo dos y representando a temperatura em graus Celsius da superfície da cabeça do trilho de aço, é mantida em uma região entre um limite superior da taxa de resfriamento definido por uma linha superior conectando as coordenadas xy (0 s, 775°C), (20 s, 670°C), e (110 s, 550°C) e um limite inferior da taxa de resfriamento definido por uma linha inferior conectando as coordenadas xy (0 s, 750°C), (20 s, 610°C), e (110 s, 500°C).

[0011] Outros aspectos da invenção, incluindo equipamentos, sistemas, produtos, composições, métodos, etc., que constituem parte da invenção, tornar-se-ão mais aparentes na leitura da descrição detalhada a seguir das modalidades exemplares e na visão dos desenhos. BREVE DESCRIÇÃO DO(S) DESENHO(S) [0012] Os desenhos anexos estão incorporados e constituem uma parte da especificação. Os desenhos juntamente com a descrição geral dada acima e a descrição detalhada das modalidades e métodos exemplares dados abaixo, servem para explicar os princípios da invenção. Nesses desenhos:

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 7/56

6/27 [0013] A figura 1 é um gráfico de coordenadas xy com o eixo dos x representando o tempo de resfriamento em segundos e o eixo dos y representando a temperatura em graus Celsius da superfície do trilho de aço, onde o limite superior da temperatura é definido pelo resfriamento de 775°C a 670°C por um período de 20 segundos (a 5,3°C/s) e 670°C a 550°C por um período subsequente de 90 segundos (a 1,3°C/s) e o limite inferior de temperatura é definido pelo resfriamento de 750°C a 610°C por um período de 20 segundos (a 7,0°C/s) e 610°C a 500°C por um período de 90 segundos (1,2°C/s).

[0014] A figura 2 é uma plotagem mostrando a comparação do perfil de dureza ao longo da linha central vertical da cabeça do trilho. Cada ponto de dados representa uma medição de dureza a um aumento de 1/8” (polegada) a partir da superfície superior. A horizontal linha tracejada representa a dureza mínima AREMA de 38,3 HRC (370 HB).

[0015] A figura 3 é uma vista esquemática de uma máquina de endurecimento da cabeça mostrando o local das seções de resfriamento independente e os pirômetros conforme uma configuração da invenção.

[0016] A figura 4 é uma plotagem representando as leituras dos pirômetros de um trilho que passa através da máquina de endurecimento da cabeça da figura 3. As quatro seções da máquina estão mostradas. Como pode ser visto, a taxa de resfriamento diminui de velocidade a cerca de 650°C porque o calor é gerado p ela transformação da austenita em perlita. A taxa de resfriamento que vai na transformação é 7,3°C/s.

[0017] A figura 5 é uma plotagem representando uma transformação de resfriamento contínua (CCT) ou diagrama TTT do aço eutetóide (0,8%C). A linha horizontal tracejada a 540°C separa a transformação de perlita (P) a partir da transformação de bainita (B). As linhas retas

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 8/56

7/27 sólidas representam uma curva hipotética de resfriamento (como a mostrada na figura 4) onde o trilho resfria através do “nariz” do diagrama CCT. Ps e Pf são as curvas de início e de término da perlita, respectivamente.

[0018] A figura 6A é uma representação gráfica de um processo de endurecimento da cabeça conforme uma configuração da invenção, e a figura 6B representa a distribuição das propriedades de dureza medidas da configuração.

[0019] A figura 7A é uma representação gráfica de um processo de endurecimento da cabeça conforme um exemplo comparativo, e a figura 7 B representa a distribuição das propriedades de dureza medidas do exemplo comparativo.

[0020] A figura 8A é uma representação gráfica de um processo de endurecimento de cabeça conforme um exemplo comparativo, e a figura 8B representa a distribuição das propriedades de dureza medidas do exemplo comparativo.

[0021] A figura 9 é a seção transversal de uma cabeça de trilho conforme uma configuração da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES EXEMPLARES E

DOS MÉTODOS EXEMPLARES [0022] Será feita referência agora a modalidades e a métodos exemplares da invenção conforme ilustrado nos desenhos anexos, nos quais caracteres como referência designam peças similares ou correspondentes através dos desenhos. Deve ser notado, entretanto, que a invenção em seus aspectos mais amplos não é limitada aos detalhes específicos, produtos e métodos representativos, e exemplos ilustrativos mostrados e descritos em conexão com as modalidades e os métodos exemplares.

[0023] Modalidades exemplares da invenção se referem a uma composição de trilho hipereutetóide contendo níveis relativamente alPetição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 9/56

8/27 tos de silício e vanádio. Na produção, o trilho pode ser resfriado aceleradamente para alcançar alta dureza, limite de elasticidade e resistência à tração significativamente além das especificações AREMA atuais para trilho de alta resistência. As composições de aço exemplares apresentam uma ou mais de quatro características, diferentes, mas interrelacionadas. Em modalidades particularmente exemplares, as quatro características são todas possuídas ao mesmo tempo pelo aço para produzir as propriedades mostradas e explicadas abaixo. Essas quatro características coexistentes são:

(1) Dureza aumentada sobre o trilho de aço de cabeça endurecida C-Mn-Si convencional através de níveis mais altos de carbono e silício e da adição de vanádio. Acredita-se que o carbono aumente o percentual de volume de cementita dura, o silício endurece a fase ferrita na perlita através do reforço da solução sólida, e o vanádio fornece o endurecimento da precipitação da fase ferrita perlítica através da formação de carbonetos de vanádio.

(2) Supressão da rede de cementita proeutetóide contínua prejudicial nas bordas dos grãos da austenita anterior. Sem a supressão da cementita proeutetóide, o aço apresentará ductilidade e tenacidade diminuídas, Níveis mais altos de silício alteram a atividade do carbono na austenita e com isso suprimem a formação de cementita proeutetóide nas bordas. Acredita-se que a adição de vanádio através de sua combinação com o carbono altere a morfologia da cementita proeutetóide para produzir articulas discretas ao invés de redes contínuas. A supressão de redes de cementita proeutetóide é também afetada por uma alta taxa de resfriamento durante a transformação a partir da austenita.

(3) Eliminação da formação de ferrita macia na superfície do trilho durante a descarburação. Práticas de aquecimento a altas temperaturas podem criar naturalmente condições de oxidação que

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 10/56

9/27 provocam a descarburação. O nível mais alto do aço exemplificado descrito aqui é suficiente para permitir que a descarburação ocorra, mas insuficiente para provocar uma perda de carbono suficiente que permita ao aço se tornar hipereutetóide onde se forma a ferrita proeutetóide.

(4) Prevenção da instabilidade da transferência de calor e produtos de transformação inferiores. Mudando-se a transformação de perlita para tempos mais curtos, uma maior taxa de resfriamento pode ser empregada sem gerar instabilidade de transferência de calor indesejável e microestruturas bainítica/martensítica. Diminuir o nível de manganês para dentro dos níveis discutidos aqui alcança essa mudança.

[0024] Geralmente, em modalidades exemplares, é fornecida uma nova composição de trilhos hipereutetóides que compreende, consiste essencialmente de, e/ou consiste de elementos e concentrações de peso apresentados abaixo na Tabela 1:

TABELA 1

carbono	0,86-1,00% em peso
manganês	0,40-0,75% em peso
silício	0,40-1,00% em peso
cromo	0,20-0,30% em peso
vanádio	0,05-0,15% em peso
titânio	0,015-0,030% em peso
nitrogênio	0,0050-0,0150% em peso

[0025] A fórmula acima pode ser modificada para fornecer carbono em uma faixa de 0,90-1,00% em peso.

[0026] O carbono é essencial para alcançar as propriedades do trilho de alta resistência AREMA. O carbono combina com o ferro para formar carboneto de ferro (cementita). O carboneto de ferro contribui para a alta dureza e transmite alta resistência ao trilho de aço. Com

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 11/56

10/27 alto teor de carbono (acima de 0,8% em peso de C, opcionalmente acima de 0,9% em peso) uma maior fração de volume de carboneto de ferro (cementita) continua a se formar acima daquela do aço eutetóide (perlitico) convencional. Uma forma para utilizar o maior teor de carbono no novo aço é pelo resfriamento acelerado (endurecimento da cabeça) e supressão da formação de rede de cementita proeutetóide prejudicial nas bordas dos grãos de austenita. Conforme discutido baixo, um nível mais alto de carbono também evita a formação de ferrita macia na superfície do trilho pela descarburação normal. Em outras palavras, o aço tem carbono suficiente para evitar que a superfície do aço se torne hipoeutetóide. Níveis de carbono maiores que 1% em peso podem criar redes de cementita indesejáveis.

[0027] O manganês é um desoxidante do aço líquido e é adicionado ao enxofre de ligação na forma de sulfeto de manganês, evitando assim a formação de sulfetos de ferro que são frágeis e prejudiciais à ductilidade a quente. O manganês também contribui para a dureza e resistência da perlita pelo retardo da nucleação da transformação de perlita, diminuindo assim a temperatura da transformação e término do espaçamento de perlita laminar. Altos níveis de manganês (por exemplo, acima de 1%) podem gerar segregação interna indesejável durante a solidificação e microestruturas que degradam as propriedades. Em modalidades exemplares, o manganês é diminuído a partir de um nível de composição de aço de cabeça endurecida convencional para mudar o “nariz” do diagrama da transformação de resfriamento contínuo (CCT) para tempos mais curtos. Em relação à figura 5, a curva é mudada para a esquerda. Geralmente, mais perlita e menos produtos de transformação (por exemplo, bainita) se formam perto do “nariz”. De acordo com modalidades exemplares, a taxa de resfriamento inicial é acelerada para tirar vantagem dessa mudança, as taxas de resfriamento são aceleradas para formar a perlita próximo ao nariz. Operar o

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 12/56

11/27 processo de endurecimento da cabeça a maiores taxas de resfriamento promove uma microestrutura perlítica mais fina (e mais dura). Entretanto, quando se opera a maiores taxas de resfriamento há problemas ocasionais com a instabilidade de transferência de calor onde o trilho super-resfria e é considerado insatisfatório devido à presença de bainita ou martensita. Com a nova composição dessas modalidades exemplares, o endurecimento da cabeça pode ser conduzido a maiores taxas de resfriamento sem a ocorrência de instabilidade. Portanto, o manganês é mantido abaixo de 0,75% para diminuir a segregação e evitar as microestruturas indesejáveis. O nível de manganês é preferivelmente mantido acima de cerca de 0,40% em peso para ligar o enxofre através da formação de sulfeto de manganês. Altos teores de enxofre podem criar altos níveis de sulfeto de ferro e levar a uma fragilidade crescente.

[0028] O silício é outro desoxidante do aço líquido e é um poderoso reforçador da solução sólida da fase ferrita na perlita (o silício não combina com a cementita). O silício também suprime a formação de rede contínua de cementita proeutetóide nas bordas da austenita anterior pela alteração da atividade do carbono na austenita. O silício está preferivelmente a um nível de pelo menos cerca de 0,4% em peso para evitar a formação de rede, e a um nível na maior que 1,0% para evitar a fragilização durante a laminação.

[0029] O cromo fornece reforço da solução sólida tanto na ferrita quanto nas fases cementita de perlita.

[0030] O vanádio combina com o carbono em excesso para formar carboneto de vanádio (carbonitreto) durante a transformação para melhorar a dureza e reforçar a fase ferrita na perlita. O vanádio compete efetivamente com o ferro para o carbono, evitando assim a formação de redes contínuas de cementita. O carboneto de vanádio refina o tamanho do grão austenítico, e age para quebrar a formação de redes

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 13/56

12/27 de contínuas de cementita proeutectóíde nas bordas dos grãos de austenita, particularmente na presença dos níveis de silício praticados pelas modalidades exemplares da invenção. Níveis de vanádio abaixo de 0,05% em peso produzem precipitado de carboneto de vanádio insuficiente para suprimir as redes de cementita contínua. Níveis acima de 0,15% em peso podem ser prejudiciais para as propriedades de alongamento do aço.

[0031] O titânio combina com o nitrogênio para formar precipitados de nitreto de titânio que se fixam nas bordas dos grãos de austenita durante o aquecimento e a laminação do aço evitando assim o crescimento excessivo dos grãos de austenita. Esse refino de grão é importante para restringir o crescimento do grão de austenita durante o aquecimento e laminação dos trilhos a temperaturas de acabamento acima de 900°C. O refino do grão fornece uma boa co mbinação de ductilidade e resistência. Níveis de titânio acima de 0,015% em peso são favoráveis ao alongamento de tração, produzindo valores de alongamento acima de 10%, ais como 10-12%. Níveis de titânio abaixo de 0,015% em peso podem reduzir o alongamento médio para menos de 10%. Níveis de titânio acima de 0,030% em peso podem produzir grandes partículas de TiN potencialmene prejudiciais.

[0032] O nitrogênio é importante para combinar com o titânio para formar precipitados de TiN. Uma quantidade que ocorre naturalmente de nitrogênio como impureza está tipicamente presente no processo de fusão por forno elétrico. Pode ser desejável adicionar nitrogênio adicional à composição para trazer o nível de nitrogênio para acima de 0,0050% em peso, que é tipicamente um nível de nitrogênio suficiente para permitir que o nitrogênio combine com o titânio para formar precipitados de nitreto de titânio suficientes. Geralmente níveis de nitrogênio acima de 0,0150% em peso não são necessários;

PROCESSAMENTO E ENDURECIMENTO DA CABEÇA

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 14/56

13/27 [0033] Geralmente a produção de aço pode ser executada em uma faixa de temperaturas suficientemente alta para manter o aço em um estágio fundido. Por exemplo, a temperatura pode estar em uma faixa de cerca de 1600°C a cerca de 1650°C. Os elem entos de liga podem ser adicionados ao aço fundido em qualquer ordem particular, embora seja desejável arranjar a sequência da adição para proteger certos elementos, tais como titânio e vanádio, da oxidação. De acordo com uma configuração exemplar, o manganês é adicionado primeiramente como ferro-manganês para desoxidar o aço líquido. A seguir, o silício é adicionado na forma de ferro-silício para também desoxidar o aço líquido. O carbono é então adicionado, seguido de alumínio para outra desoxidação. O vanádio e o titânio são adicionados nas penúltima e última etapa, respectivamente. Após os elementos de liga serem adicionados, o aço pode ser desgaseificado a vácuo para também remover o oxigênio e outros gases potencialmente prejudiciais, tais como o hidrogênio.

[0034] Uma vez desgaseificado, o aço líquido pode ser lingotado em blocos (por exemplo, 370 mm x 600 mm) em uma máquina de lingotamento contínuo de três passes. A velocidade de lingotamento pode ser ajustada em, por exemplo, menos de 0,46 m/s. Durante o lingotamento, o aço líquido é protegido do oxigênio (ar) por uma cobertura que envolve tubos cerâmicos que se estendem do fundo da panela na panela intermediária (Um recipiente de retenção que distribui o aço fundido em três moldes abaixo) e o fundo da panela intermediária em cada molde. O aço líquido pode ser eletromagneticamente agitado enquanto no molde de lingotamento para aumentar a homogeneização e assim minimizar a segregação da liga.

[0035] Após o lingotamento, os blocos lingotados são aquecidos até cerca de 1220°C e laminados em um bloco “laminado” em uma pluralidade (por exemplo, 15) de passes em um laminador de blocos.

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 15/56

14/27

Os blocos laminados são colocados “quentes” em um forno de reaquecimento e reaquecidos até 1220°C para fornecer uma temperatura uniforme de laminação de trilho. Após a descamação, o bloco laminado pode ser laminado em trilhos em passes múltiplos (por exemplo, 10) em um laminador de esboços, laminador de esboços intermediários, e um laminador de acabamento. A temperatura de acabamento é desejavelmente cerca de 1040°C. O trilho laminado pode ser descamado novamente a cerca de 900°C para se obter um óxido s ecundário uniforme no trilho antes do endurecimento da cabeça. O trilho pode ser resfriado a ar até cerca de 775°C-750 ^oC.

[0036] O trilho é submetido a um processo de resfriamento de endurecimento da cabeça na linha usando-se um sistema de pulverização de água. Um equipamento de resfriamento exemplar está mostrado na figura 3, na qual o equipamento de resfriamento é dividido em quatro seções independentes. Por exemplo, o equipamento de resfriamento pode ter 99 metros ou mais de comprimento tendo mais de cem bocais de pulverização, Os bocais podem ser arranjados para resfriar toda a superfície do trilho 10, incluindo o topo 12 da cabeça 14, ambos os lados 16 da cabeça 14, a superfície inferior 18 da cabeça 14, ambos os lados 20 da alma 22 do trilho 10, e a base 24 do trilho

10. (Veja a figura 9). Na figura 3, as setas verticais designam os locais dos sete pirômetros.

[0037] De acordo com uma implementação, o resfriamento da cabeça na linha envolve uma primeira etapa acelerada a partir de uma temperatura inicial em uma faixa de cerca de 775°C-750C até uma temperatura intermediária em uma faixa de cerca de 670°C-610°C. Dependendo da velocidade da linha e do tamanho do equipamento de resfriamento, os bocais de pulverização podem ser posicionados, por exemplo, acima dos primeiros 25 metros do equipamento de resfriamento. A taxa de fluxo de água pode ser variada no equipamento de

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 16/56

15/27 resfriamento para otimizar a remoção de calor e desenvolver a microestrutura perlita adequada e a dureza. Geralmente, a primeira etapa acelerada é conduzida para manter a temperatura da superfície da cabeça do trilho dentro das bordas identificadas na figura 1. Especificamente, as temperaturas de resfriamento acima da primeira etapa acelerada foram plotadas em um gráfico hipotético/imaginário com coordenadas xy com o eixo dos x representando o tempo de resfriamento em segundos e o eixo dos y a temperatura em graus Celsius da superfície da cabeça do trilho de aço, a taxa de resfriamento seria mantida em uma região entre a plotagem do limite superior da taxa de resfriamento definido por uma linha superior conectando as coordenadas xy (0 s, 775°C) e (20 s, 670°C), e a plotagem do limite inferior da taxa de resfriamento definido por uma linha inferior conectando as coordenadas xy (0 s, 750°C) e (20 s, 610°C). Como forma de exemplo, a taxa média de resfriamento durante a etapa de resfriamento acelerado pode cair dentro de uma faixa de cerca de 5 a cerca de 10°C/s.

[0038] De acordo com essa implementação, o resfriamento de endurecimento da cabeça na linha que envolve uma segunda etapa gradual a partir de cerca da temperatura intermediária na faixa de 670610°C até uma temperatura na faixa de cerca de 550-500°C, como também ilustrado no gráfico da figura 1. A temperatura e a taxa de fluxo da água pulverizada no trilho de aço durante essa segunda etapa produzem uma taxa média de resfriamento mais lenta que aquela experimentada na primeira etapa acelerada. Geralmente, o resfriamento na segunda etapa gradual é conduzido para manter a temperatura da superfície da cabeça do trilho dentro dos limites identificados no gráfico da figura 1. Especificamente, se as temperaturas acima da segunda etapa gradual forem plotadas no gráfico hipotético/imaginário descrito acima, a taxa de resfriamento seria mantida em uma região entre a plotagem do limite superior da taxa de resfriamento definido por uma

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 17/56

16/27 linha superior conectando as coordenadas xy (20 s, 670°C) e (110 s, 550°C), e a plotagem do limite inferior da taxa de resfriamento definido por uma linha inferior conectando as coordenadas xy (20 s, 610°C) e (110 s, 500°C). A taxa média de resfriamento durante a etapa de resfriamento acelerado é preferivelmente maior que a taxa de resfriamento a ar. Um fluxo de água suficiente é aplicado nas últimas seções do equipamento de resfriamento para permitir que a transformação em perlita prossiga e para remover o calor desenvolvido pela transformação da perlita.

[0039] Durante a primeira etapa do resfriamento de acordo com uma configuração exemplar, água a uma temperatura de, por exemplo, cerca de 10°C a cerca de 15C é pulverizada no topo da superfície da cabeça 12, em ambos os lados das superfícies da cabeça 16 e em ambas as superfícies da alma 20 a uma taxa total de fluxo de água de cerca de 20 a cerca de 30 m³/h na superfície de topo da cabeça, um total de cerca de 20 a cerca de 30 m³/h em ambos os lados das superfícies da cabeça e um total de cerca de 10 a cerca de 20 m³/h em ambas as superfícies da alma. Na configuração ilustrada, a primeira etapa do resfriamento pode ocorrer na primeira seção de 25 metros do equipamento de endurecimento de cabeça com 100 metros de comprimento.

[0040] Durante a segunda etapa do resfriamento de acordo com uma configuração exemplar, água a uma temperatura de cerca de 10°C a cerca de 15°C é pulverizada no trilho em trê s taxas de fluxo progressivamente decrescentes na superfície do topo da cabeça do trilho 12. Na segunda seção de 25 metros do equipamento de endurecimento da cabeça, o fluxo de água é aplicado na superfície do topo da cabeça a uma taxa de fluxo de cerca de 25 a cerca de 35 m³/h. Na terceira seção de 25 metros, o fluxo de água é aplicado na superfície do topo da cabeça a ma taxa de fluxo de cerca de 12 a cerca de 18

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 18/56

17/27 m³/h. Na quarta seção de 25 metros, o fluxo de água é aplicado na superfície do topo da cabeça a uma taxa de fluxo de cerca de 10 a cerca de 15 m³/h. Nessas três seções cerca de 20 a cerca de 30 m³/h de fluxo de água é aplicado em ambos os lados da superfície da cabeça e cerca de 10 a cerca de 20 m³/h em ambos os lados das superfícies da alma. A segunda etapa de resfriamento equilibra gradativamente e com precisão a extensão da recalescência co a formação de um fino espaçamento interlaminar da perlita. A velocidade de passagem do trilho em ambas as etapas pode ser, por exemplo, cerca de 0,65 a cerca de 0,85 m/s.

[0041] As medições de temperatura são tomadas no topo da superfície da cabeça do trilho que passa através do equipamento de resfriamento. Esse processo de resfriamento de duas etapas fornece uma microestrutura totalmente perlítica sem a formação de redes de cementita proeutetóide prejudiciais que, caso contrário, tendem a se formar quando os trilhos são resfriados a ar ou com resfriamento acelerado a uma taxa insuficientemente alta. Esse processo de resfriamento de duas etapas fornece um controle preciso da extração de calor para evitar que o calor da transformação (recalescência) permita que a perlita embruteça durante a transformação e produza uma dureza inferior. EXEMPLOS [0042] Experiências de produção: Três amostras de tamanho natural de composições exemplares foram produzidas em trilhos 136RE (136 libras por jarda). Uma composição comparativa de trilho convencional de alta resistência (Composição Comparativa A) processada no mesmo dia que as composições exemplares (Composições da Invenção 1, 2, e 3) são comparadas abaixo. As composições químicas reais (em porcentagem em peso) estão listadas na Tabela 2 abaixo:

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 19/56

TABELA 2

Composição

Composição 1 Composição 2 Composição 3 Composição A

Mn

Si

Cr

Ni

Mo

Cu

Al

Ti

0,92

0,93

0,88

0,82

0,72

0,74

0,75

0,99

0,012

0,017

0,009

0,010

0,008

0,007

0,010

0,50

0,58

0,53

0,33

0,24

0,23

0,08

0,10

0,09

0,10

0,025

0,028

0,026

0,037

0,21

0,33

0,28

0,3

0,006

0,007

0,009

0,008

0,073

0,074

0,073

0,002

0,026

0,032

0,020

0,0084

0,0075

0,0085

0,0106

18/27

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 20/56

19/27 [0043] As composições foram produzidas em um forno de fusão a arco elétrico DC de 140 t com temperaturas de derivação de 1610°C a 1640°C seguido de tratamento em forno de tratamento de panela AC (para adições de ligas) e desgaseificação em tanque (para remover gases dissolvidos). As composições foram lingotadas continuamente em blocos de seção transversal de 370 mm x 600 mm, cortadas o comprimento (~5m) e reaquecidas em um forno. Após aquecer até 1220°C, cada bloco foi laminado em um laminador de blocos até uma seção transversal menor do bloco de 190 mm x 280 mm e então cortado para fornecer um único trilho. Os blocos laminados foram reaquecidos até a temperatura de laminação (1230°C) em um forno de reaquecimento do tipo forno caixa e então laminados em um trilho de 27 metros de comprimento (5 passes em um laminador desbastador, 3 passes em um laminador desbastador intermediário e 2 passes em um laminador de acabamento). A temperatura após o passe final de acabamento variou de 1000-1050Ό. Em todas as experiências foram produzidos trilhos com seção AREMA 136RE (136 libras por jarda). Logo após a laminação, a extremidade do trilho foi cortada com uma serra quente e essa extremidade cortada do trilho entrou na máquina de endurecimento da cabeça aproximadamente 8 minutos mais tarde a uma temperatura de 750-775°C. A máquina de endurecimento da cabeça tinha 99 metros de comprimento e consistia de 67 módulos de pulverização de água com cada módulo tendo 3 bocais de pulverização de topo da cabeça, 4 bocais de pulverização do lado da cabeça e 4 bocais de pulverização da alma do trilho. Havia também bocais separados de pulverização da base do trilho. O trilho passou através desses grupos de bocais em 120-150 segundos a uma velocidade de passagem de 0,65 a 0,85 m/s. O trilho saiu da máquina com uma temperatura de superfície abaixo de 450°C. O processo foi co ntrolado assim pela quantidade do fluxo de água, pela temperatura de entrada e pela veloPetição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 21/56

20/27 cidade do trilho conforme descrito acima. Pirômetros infravermelhos com comprimento de onda único foram montados for a e dentro da máquina para medir a temperatura da superfície da cabeça do trilho a distâncias de aproximadamente 0, 15, 29, 42, 56, 80 e 102 m a partir do pirômetro de entrada da máquina (veja figura 3). Um outro pirômetro foi montado a cerca de 100 m da saída (cerca de 90 segundos após a saída) para medir a temperatura (a repercussão da temperatura que ocorre na cabeça do trilho no ar fora da máquina de endurecimento da cabeça). Essa temperatura variou de cerca de 500-560°C e é uma indicação da quantidade de calor que ainda estava na cabeça do trilho.

[0044] Propriedades. Uma importante propriedade mecânica de trilhos para ferrovia é a dureza da cabeça. Quanto maior a dureza, melhor a resistência ao desgaste e maior a vida útil do trilho em uso em ferrovias. A figura 2 mostra a dureza (escala Rockwell C) de trilhos com cabeça endurecida produzidos a partir das Composições 1 e 2 da Invenção. A Composição 3 da Invenção, não plotada, seguiu a mesma tendência das Composições da Invenção 1 e 2. A dureza foi medida ao longo da linha central da cabeça do trilo iniciando na posição 1, uma profundidade de 3,175 mm (1/8”) a partir da superfície do topo, e em pontos de medição adicionais avançando em aumentos de profundidade de 3,175 mm (1/8”) para o centro a uma profundidade de 25,4 mm (1”) na cabeça do trilho.

[0045] Os trilhos de aço com cabeça endurecida das composições exemplares têm maior dureza que a composição comparativa convencional de trilho de aço com cabeça endurecida. É também visto na figura 2 que os perfís de dureza das Composições da Invenção 1 e 2 e da Composição Comparativa A são distintamente diferentes pelo fato de que as composições do aço exemplar têm alta dureza na superfície que gradativamente diminui com a profundidade dentro da cabeça do

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 22/56

21/27 trilho enquanto a composição do aço comparativo convencional tem baixa dureza na superfície que gradativamente aumenta com a profundidade e então diminui. Acredita-se que o perfil de endurecimento da sub-superfície do aço convencional seja atribuído à perda de carbono a partir da superfície devido ao processo de descarburação. Isto ocorre na prática do aquecimento empregada para produzir o trilho. Como o aço convencional está no teor de carbono eutetóide ou próximo dele, qualquer perda de carbono mudará as camadas de superfície do trilho para uma composição hipoeutetóide. Em uma composição hipoeutetóide, a ferrita proeutetóide se forma nas bordas dos grãos da austenita anterior durante o resfriamento. A microestrutura assim é feita de ferrita na superfície e redes de ferrita nas bordas dos grãos austeníticos se estendendo na direção para dentro a partir da superfície. Isto é visto tipicamente no exame da microestrutura dos trilhos de aço convencionais AREMA. A fase ferrita é mais macia que a perlita e a dureza na superfície é, portanto, menor que a dureza no interior da cabeça do trilho. Isso explica o perfil de dureza do aço convencional mostrado na figura 2.

[0046] No contraste marcado, as Composições da Invenção 1 e 2 forneceram aços de composição hipereutetóide (especificamente cerca de 0,10% de C maior que o aço convencional) e a perda de carbono na superfície a partir da descarburação não muda as camadas de superfície abaixo do ponto eutetóide. Assim, as camadas de superfície da cabeça do trilho eram ainda hipereutetóides e houve uma ausência completa de ferrita macia. Isto explica o perfil de dureza das composições de aço exemplares. Para determinar o teor real de carbono no ponto eutetóide para o aço configurado, foi executada a modelagem usando-se o software ThermoCalc (www.thermocalc.com). O modelo mostra uma fatia do diagrama ferro-carbono conforme influenciado pelos elementos de liga deliberadamente adicionados às amostras de

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 23/56

22/27 aço exemplares. O resultado está mostrado para a Composição da Invenção 2 (Tabela 2) onde pode ser visto que o ponto eutetóide está em 0,679% em peso de C, bem abaixo do teor real de carbono de 0,94% em peso de C.

[0047] As Composições da Invenção 1 e 2 e a Composição Comparativa A foram submetidas a processos similares de aquecimento e resfriamento (endurecimento de cabeça). Conforme mostrado na figura 2, as amostras dos aço das Composições da Invenção 1 e 2 têm maior dureza em todas as profundidades comparado com o aço convencional da Composição Comparativa A. Sem desejar estar amarrado a qualquer teoria, acredita-se que o incremento da resistência aumentada seja atribuível (a) a uma maior fração de volume de cementita a partir de um maior nível de carbono, (b) ao reforço da solução sólida do silício adicionado, e (c) ao reforço da precipitação da ferrita na perlita lamelar pela adição de vanádio.

[0048] As etapas de aceleração do resfriamento para os exemplos acima serão descritos agora em detalhes. No caso da Composição da Invenção 2, um trilho foi cortado com a serra quente para fornecer uma amostra de controle (Exemplo de Trilho Comparativo A na Tabela 3 abaixo) na condição de resfriado a ar. O trilho remanescente (Exemplo de Trilho da Invenção 1 na Tabela 3 abaixo) teve a cabeça endurecida de acordo com a configuração da invenção. As medições dos aumentos da dureza Rockwell-C tomadas a um profundidade de 3,175 mm (1/8”) ao longo da linha central a partir da superfície do topo da cabeça do trilho são comparadas.

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 24/56

23/27

TABELA 3

Dureza, HRC

	Dureza medida a diferentes profundidades a partir do topo da superfície da cabeça
Exemplo de Trilho	3,175 mm (0,125”)	6,35 mm (0,25”)	9,525 mm (0,375”)	12,7 mm (0,50”)	15,875 mm (0,625”)	19,05 mm (0,75”)	22,225 mm (0,875”)	25,4 mm (1,00”)
Exemplo de Trilho Comparativo A (resfriado a ar)	34,9	34,1	33,7	34,6	34,9	34,6	35,0	33,,4
Exemplo de Trilho 1 (cabeça endurecida)	41,1	41,	41,0	41,0	41,0	39,2	40,0	38,,0

[0049] As propriedades de tração são comparadas na Tabela 4 abaixo:

TABELA 4

Exemplo de Trilho	Resistência de rendimento (MPa (ksi))	Resistência de Tensão (MPa (ksi))	% Alongamento Total (5,08 cm (2”))
Ex. Comp. de Trilho A: resfriado a ar	675,68 (98)	1165,21 (169)	8,1
Ex Inventivo de Trilho 1: cabeça endurecida	930,79 (135)	1365,16 (198)	10,0

[0050] Os dados acima da Tabela 4 demonstram que o resfriamento acelerado contribui para alcançar propriedades de dureza melhoradas comparado a um exemplo comparativo resfriado a ar.

[0051] O trilho entra na máquina de endurecimento da cabeça a uma temperatura específica (Te = temperatura de entrada) e passa através de quatro seções independentes de pulverização de água cada uma com 25 metros de comprimento (veja figura 3). A configuração do bocal de spray e das taxas de fluxo de água é diferente em cada seção. A superfície de topo da cabeça do trilho foi medida na entrada da máquina, a meio caminho em cada seção e no final de cada seção

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 25/56

24/27 (veja figura 3). A temperatura foi também medida cerca de 90 segundos (no ar) após o trilho sair da máquina.

[0052] A figura 4 mostra uma plotagem das medidas do pirômetro para o trilho do Exemplo do Trilho da Invenção 2, que foi preparada a partir da Composição da Invenção 1. O resultado é uma curva do trilho mostrando uma taxa de resfriamento inicial de 7,3°C /s no começo do endurecimento da cabeça seguido de uma redução de velocidade no resfriamento provocada pelo calor gerado pela transformação da perlita e o controle específico do volume de resfriamento de água. Se o trilho de aço tem muito teor de liga ou um equilíbrio incorreto de elementos de liga, a reação da perlita pode não ocorrer durante a primeira etapa do resfriamento acelerado, a temperatura da cabeça do trilho continuaria a diminuir sob a influência dos sprays de água, e a bainita se formaria. Isto está ilustrado na figura 5 para um aço simples AISI 1080 com 0,80% de C. A taxa inicial de resfriamento acelerado traz a temperatura do trilho para baixo para a área do “nariz” do diagrama tempo-temperatura de transformação. O calor da transformação de austenita para perlita reduz a velocidade do resfriamento e o trilho se transforma através do nariz na curva Ps (temperatura de início da perlita) e desenvolve uma microestrutura completamente perlítica à medida que passa pela curva PF (temperatura de acabamento da perlita). Assim, uma alta taxa inicial de resfriamento é importante mas deve ser controlada pelas condições adequadas de resfriamento na máquina de endurecimento da cabeça e estar de acordo com a composição do trilho.

[0053] Exemplo Inventivo do Trilho 3 (resfriamento dentro dos limites superior/inferior). A figura 6A é um gráfico de um processo de resfriamento de endurecimento da cabeça executado de acordo com o processo de resfriamento de duas etapas descrito acima na Composição da Invenção 1. O endurecimento da cabeça foi conduzido a uma

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 26/56

25/27 taxa de resfriamento que se plotado em um gráfico com coordenadas xy com o eixo dos x representando o tempo de resfriamento em segundos e o eixo dos y representando a temperatura em graus Celsius da superfície da cabeça do trilho de aço, é mantida em uma região entre um limite superior da taxa de resfriamento definido por uma linha superior conectando as coordenadas xy (0 s, 775°C), (20 s, 670°C,), e (110 s, 550°C) e um limite inferior da taxa de resfriamento definido por uma linha inferior conectando as coordenadas xy (0 s, 750°C), (20 s, 610°C), e (110 s, 500°C). A figura 6B indica as leituras das medidas da dureza de cabeça tomadas na linha central na cabeça de trilho de aço resultante. A cabeça do trilho de aço teve valores de dureza Brinell em uma faixa de 376-397 HB através da faixa de profundidade de 3,175 mm (isto é, uma medição de superfície) até 25 mm (isto é, uma medição central). A cabeça do trilho de aço também teve dureza Brinell de pelo menos 380 HB a uma profundidade de 3/8” (cerca de 9,5 mm) a partir de todos os pontos na superfície da cabeça do trilho de aço. [0054] Exemplos Comparativos de Trilhos B e C (resfriamento fora dos limites superior/inferior). As Figs. 7A e 8A são gráficos de um processo de resfriamento de endurecimento da cabeça executado de acordo com os Exemplos de Trilhos Comparativos B e C. Os trilhos dos Exemplos de trilhos Comparativos B e C foram preparados a partir das Composições da Invenção 2 e 3, respectivamente. O endurecimento da cabeça foi conduzido a uma taxa de resfriamento que, se plotada em um gráfico com coordenadas xy com o eixo dos x representando o tempo de resfriamento em segundos e o eixo dos y representando a temperatura em graus Celsius da superfície da cabeça do trilho de aço, não foi mantida em uma região entre um limite superior da taxa de resfriamento definido por uma linha superior conectando as coordenadas xy (0 s, 775°C), (20 s, 670°C), e (110 s, 550°C) e um limite inferior da taxa de resfriamento definido por uma linha inferior coPetição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 27/56

26/27 nectando as coordenadas xy (0 s, 750°C), (20 s, 610°C), e (110 s, 500°C). No Exemplo Comparativo do Trllho B (figura 7A), a taxa de resfriamento na segunda etapa caiu abaixo do limite inferior da taxa de resfriamento em torno de t=25-45 s. No Trilho do Exemplo Comparativo C (figura 8A), a taxa de resfriamento na segunda etapa subiu acima do limite superior da taxa de resfriamento em torno de t=72-100 s. [0055] A cabeça de trilho de aço resultante do Trilho do Exemplo Comparativo B (figura 7B) teve uma distribuição de dureza na linha central na faixa de 392 a 415 HB. Entretanto, regiões de bainita foram descobertas nas regiões de dureza mais alta da cabeça do trilho significando que quando o resfriamento se estende abaixo do limite inferior há o perigo de formação de bainita na cabeça do trilho.

[0056] A cabeça do trilho de aço do Exemplo Comparativo C (figura 8B) também teve uma distribuição de dureza na linha central na faixa de 360 to 394 HB. O nível de dureza próximo do centro da cabeça do trilho estava abaixo da especificação mínima AREMA de 370 HB significando que quando o resfriamento se estende acima do limite superior a dureza na alcança as a dureza mínima AREMA esperada de 370 HB.

[0057] A menos que diferentemente estabelecido, todos os percentuais ditos aqui são percentuais em peso.

[0058] A descrição detalhada precedente de certas modalidades exemplares da invenção foi fornecida com o propósito de explicar as os princípios da invenção e sua implementação prática, permitindo assim que outras pessoas peritas na técnica entendam a invenção para várias modalidades e com várias modificações que sejam adequadas para o uso particular contemplado. Essa descrição não pretende ser completa ou limitar a invenção às modalidades precisas descritas. Embora apenas umas poucas modalidades tenham sido descritas em detalhes acima, outras modalidades são possíveis e a invenção prePetição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 28/56

27/27 tende que essas sejam abrangidas dentro dessa especificação e do escopo das reivindicações anexas. A especificação descreve exemplos específicos para executar uma meta mais geral que possa ser executada de outra forma. Modificações e equivalentes serão aparentes aos profissionais peritos nessa técnica que tenham referência a essa especificação, e estão abrangidas no espírito e no escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes adequados. Essa descrição pretende ser exemplar, e as reivindicações pretendem cobrir qualquer modificação ou alternativa que possa ser previsível para uma pessoa que tenha conhecimento comum na técnica.

[0059] Apenas aquelas reivindicações que usam as palavras “meios para” devem ser interpretadas sob o sexto parágrafo da 35 USC

112. Além disso, nenhuma limitação a partir da especificação deve ser lia em qualquer uma das reivindicações, a menos que essas limitações estejam expressamente incluídas nas reivindicações.

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 29/56

1/3

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de produção de um trilho de aço hipereutetóide com cabeça endurecida compreendendo endurecimento de cabeça de um trilho de aço tendo uma composição compreendendo 0,86-1,00% em peso de carbono, 0,40-0,75% em peso de manganês, 0,40-1,00% em peso de silício, 0,05-0,15% em peso de vanádio, 0,015-0,030% em peso de titânio, e nitrogênio suficiente para reagir com o titânio para formar nitreto de titânio, caracterizado pelo fato de que o dito endurecimento da cabeça é conduzido a uma taxa de resfriamento que, se plotada em um gráfico com coordenadas xy com o eixo dos x representando o tempo de resfriamento em segundos e o eixo dos y representando a temperatura em graus Celsius da superfície da cabeça do trilho de aço, é mantido em uma região entre um gráfico de limite da taxa de resfriamento superior definido por uma linha superior conectando as coordenadas xy (0 s, 775°C), (20 s, 670°C), e (110 s, 550°C) e um gráfico de limite da taxa de resfriamento inferior definido por uma linha inferior conectando as coordenadas xy (0 s, 750°C), (20 s, 610°C), e (110 s, 500°C).
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que a taxa de resfriamento de 20 segundos a 110 segundos se plotada no gráfico é maior que uma taxa comparável de resfriamento a ar.
3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que também compreende conformar o trilho de aço a uma temperatura de 1600°C a 1650° C adicionando-se sequencialmente o manganês, o silício, o carbono e, opcionalmente, o alumínio, seguido de titânio e vanádio em qualquer ordem ou em combinação.
4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a composição também comprePetição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 30/56

2/3 ende 0,20-0,30% em peso de cromo.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o nitrogênio está presente na composição em uma quantidade de 0,0050 a 0,0150% em peso.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o trilho de aço tem uma cabeça que tem uma microestrutura totalmente perlítica.
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a composição do trilho de aço tem 0,90-1,00% em peso de carbono.
8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a composição do trilho de aço tem acima de 0,0050% em peso de nitrogênio.
9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a cabeça do trilho de aço tem uma dureza Brinell de pelo menos 380 HB a uma profundidade de 10 mm de todos os pontos da superfície da cabeça do trilho de aço.
10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a cabeça do trilho de aço tem uma dureza Brinell de pelo menos 370 HB a uma profundidade de 25 mm a partir do ponto central da superfície da cabeça do trilho de aço.
11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a cabeça do trilho de aço tem valores de dureza Brinell em uma faixa de 370-410 HB através de uma faixa de profundidade de 0-25 mm a partir de todos os pontos da linha central vertical da superfície contínua da cabeça do trilho de aço.
12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o dito endurecimento da cabeça compreende pulverizar água no trilho de aço.

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 31/56

3/3
13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o dito endurecimento da cabeça compreende pulverizar água diretamente nos cantos superior, lateral e inferior, e na superfície inferior da cabeça do trilho de aço, em ambos os lados da alma do trilho de aço, e na base do trilho de aço.
14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que a água pulverizada durante a etapa inicial do endurecimento da cabeça tem uma temperatura de 10°C a 15°C.
15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado pelo fato de que também compreende mover o trilho de aço a uma velocidade de movimentação de 0,65 m/s a 0,85 m/s durante a dita pulverização.

Petição 870180005423, de 22/01/2018, pág. 32/56

1/9

Tempo, seg