BR112013000264B1 - Aço inoxidável austeno-ferrítico, processo de fabricação de uma chapa, de uma cinta ou de uma bobina laminada a quente em aço, processo de fabricação de uma barra ou de um fio laminado a quente em aço, processo de fabricação de um perfilado em aço e processo de fabricação de uma peça forjada em aço - Google Patents
Aço inoxidável austeno-ferrítico, processo de fabricação de uma chapa, de uma cinta ou de uma bobina laminada a quente em aço, processo de fabricação de uma barra ou de um fio laminado a quente em aço, processo de fabricação de um perfilado em aço e processo de fabricação de uma peça forjada em aço Download PDFInfo
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Abstract
acço inoxidável austeno-ferrítico com usinabilidade melhorada. a presente invenção refere-se a uma composição de aço inoxidável austeno-ferrítico, cuja composição compreende em % em peso 0,01% <243>c<243>0,10%,20%<243>cr<243>24,0%,1,0% <243> ni<243>3,0%, 0,12%<243>n<243>n<243>0,20%,0,5%<243>mn<2,0%,1,6%<243>cu<243>3,0%,0,5%<243>mo<243>1,0%,w<243>0,15%,0,05%<243>mo+w/2<243>1,0%,0,2<243>si<1,5%,al<243>0,05%,v<243>0,5%,nb<243>0,5%,ti<243>0,5%,b<243>0,003%,ci<243>0,5%,rem<243>0,1%,ca<243>0,03%,mg<243>,1%,se<243>0,005%,o<243>0,01%,s<243>0,030%,p<23>0,040%, o resto sendo o fero e as impurezas resultantes da elaboração e a microestrutura sendo constituída de austenita e de 35 a 65% de ferrita em volume, a composição respeitando, além disso, as seguintes relações: 40<243>if<243>6 com if=10%cr+5,1%mo+1,4%mn+24,3%si+35%nb+71,5%ti - 595,4%c-245,1%n-9,3%ni-3,3%cu-99,8 e irchcu>242>32,0 com ircgcu=% cr+3,3%mo+2%cu+16%n+2,6%ni-0,7%mn e 0<243>iu<243>6,0 com iu=3%ni+%cu+%mn - 100%c -25%n-2(%cr+%si) - 6%mo+45, assim como um processo de fabricação de chapas, cintas, bobinas, barras, fios, perfilados, peças forjadas, peças moldadas nesse aço
Description
(54) Título: AÇO INOXIDÁVEL AUSTENO-FERRÍTICO, PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UMA CHAPA, DE UMA CINTA OU DE UMA BOBINA LAMINADA A QUENTE EM AÇO, PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UMA BARRA OU DE UM FIO LAMINADO A QUENTE EM AÇO, PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UM PERFILADO EM AÇO E PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UMA PEÇA FORJADA EM AÇO (51) Int.CI.: C22C 38/00; C22C 38/42; C22C 38/44; C22C 38/58; C21D 8/02 (30) Prioridade Unionista: 07/07/2010 FR PCT/FR2010/000498 (73) Titular(es): ARCELORMITTAL INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO, S.L.
(72) Inventor(es): JÉRÔME PEULTIER; AMÉLIE FANICA; NICOLAS RENAUDOT; CHRISTOPHE BOURGIN; ERIC CHAUVEAU; MARC MANTEL
1/20
AÇO INOXIDÁVEL AUSTENO-FERRÍTICO, PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UMA CHAPA, DE UMA CINTA OU DE UMA BOBINA LAMINADA A QUENTE EM AÇO, PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UMA BARRA OU DE UM FIO LAMINADO A QUENTE EM AÇO, PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UM PERFILADO EM AÇO E PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UMA PEÇA FORJADA EM AÇO
Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se a um aço inoxidável austeno-ferrítico mais particularmente destinado à fabricação de elementos de estruturas para instalações de produção de matéria (química, petroquímica, papel, offshore) ou de produção de energia, sem para tanto estar limitado a isso.
Antecedentes da Invenção [002] Esse aço pode mais geralmente ser utilizado em substituição de um aço inoxidável de tipo 4301 em numerosas aplicações, por exemplo, nas indústrias precedentes ou na indústria agro alimentícia, incluindo peças realizadas a partir de fios formados (grades soldadas...) de perfis (peneiras...), eixos.... Poder-se-ia também fabricar peças moldadas e peças forjadas.
[003] Para isso, conhecem-se as nuances de aço inoxidável de tipo 1.4301 e 1.430-7, cuja microestrutura no estado recozido é essencialmente austenítico; no estado martelado a frio, eles podem conter, além disso, uma parte variável de martensita de martelamento. Esses aços comportam, todavia, elevadas adições de níquel, cujo custo é geralmente proibitivo. Além disso, essas nuances podem apresentar problemas de um ponto de vista técnico pra determinadas aplicações, pois elas têm características de tração baixas no estado recozido, notadamente no que se refere ao limite de elasticidade, e uma resistência pouco elevada à corrosão sob esforço. Enfim, essas nuances austeníticas têm coeficientes de condutividade térmica elevados que fazem, com que, quando são utilizadas como armações de estruturas em concreto, elas impedem um bom isolamento térmico.
Petição 870180014639, de 23/02/2018, pág. 15/38
2/20 [004] Mais recentemente apareceram nuances austeno-ferrítica pouco ligadas denominadas 1.4162, que comportam baixos teores em níquel (menos de 3%), sem molibdênio, mas elevados teores em nitrogênio para compensar a baixa taxa de níquel dessas nuances, conservando o teor em austenita buscado. A fim de poder acrescentar teores em nitrogênio que podem ser superiores a 0,200%, é, então, necessário acrescentar elevados teores em manganês. Nesses níveis de nitrogênio, observa-se, todavia, a formação de depressões longitudinais sobre os blooms de fundição contínua que geram, por sua vez, defeitos de superfície sobre as barras laminadas podendo ser incômodos em certos casos. A fabricação dessas nuances é, portanto, tornada particularmente delicada por essa baixa fundição. Além disso, essas nuances apresentam uma baixa usinabilidade.
[005] Conhecem-se também nuances de aço inoxidável ditas ferríticas ou ferrito-martensíticas, cuja microestrutura é, para uma faixa definida de tratamentos térmicos, composta de ferrita e de martensita, tal a nuance 1.4017 da norma EN10088. Essas nuances, com teor em cromo geralmente inferior a 20%, apresentam características mecânicas elevadas em tração, mas não apresentam uma resistência à corrosão satisfatória.
Descrição da Invenção [006] A finalidade da presente invenção é de prevenir os inconvenientes dos aços e processos de produção da técnica anterior, colocando à disposição um aço inoxidável, apresentando, sem acréscimo excessivo de elementos de liga oneroso, tais como o níquel e o molibdênio:
- uma boa fundição;
- boas características mecânicas e, em particular, um limite de elasticidade em tração superior a 400 até mesmo 450MPa no estado recozido ou colocado em solução e uma boa resiliência sobre chapas e barras de grandes espessuras, de preferência superior a 100 J a 20°C e superior a 20 J a Petição 870180014639, de 23/02/2018, pág. 16/38
3/20
46°C;
- uma resistência à corrosão generalizada elevada; e
- uma boa usinabilidade.
[007] Para isso, a invenção tem por primeiro objeto um aço inoxidável austeno -ferrítico, cuja composição compreende em% em peso:
0,01% < C < 0,10%,
20,0% < Cr < 24,0%,
1,0% < Ni < 3,0%,
0,12% < N < 0,20%,
0,5% < Mn < 20%,
1,6% < Cu < 3,0%,
0,05% < Mo < 1,0%,
W < 0,15%,
0,05% < Mo + W/2 < 1,0%,
0,2 < Si < 1,5%,
Al < 0,05%,
V < 0,5%,
Nb < 0,5%,
Ti < 0,5%,
B < 0,003%,
Co < 0,5%,
REM < 0,1%,
Ca < 0,03%,
Mg < 0,1%,
Se < 0,005%,
O < 0,01%,
S < 0,030%,
P < 0,040%, o resto sendo o ferro e impurezas resultantes da elaboração e a microestrutura sendo constituída de austenita e de 35 a 65% de ferrita em volume, de preferência de 35 a 55% de ferrita em volume, a composição, respeiPetição 870180014639, de 23/02/2018, pág. 17/38
4/20 tando, além disso, as seguintes relações:
< IF < 55 com IF= 10% cr + 5,1% Mo + 1,4% Mn + 24,3% Si + 35% Nb + 71,5% Ti - 595,4% C - 245,1% N- 9,3% Ni - 3,3% Cu - 99,8 e IRCGCU > 32,0, de preferência > 34,0 com IRCGCU =% Cr + 3,3% Mo + 2% Cu + 16% N + 2,6 Ni - 0,7% Mn e 0 < IU < 6,0 com IU = 3% Ni +% Cu +% Mn - 100% C - 25% N - 2(%Cr +%Si) - 6% Mo + 45.
[008] Em modos de realização preferidos, considerados sozinhos ou em combinação, o aço, de acordo com a invenção, apresenta:
- um teor em nitrogênio compreendido entre 0,12 e 0,18% em peso;
- um teor em cobre compreendido entre 2,0 e 2,8% em peso;
- um teor em molibdênio inferior a 0,5% em peso;
- um teor em carbono inferior a 0,05 em peso.
[009] Um segundo objeto da invenção é constituído de um processo de fabricação de uma chapa, de uma cinta ou de bobina laminada a quente em aço, de acordo com a invenção, segundo o qual:
- se aprovisiona um lingote ou uma placa de aço de composição de acordo com a invenção;
- se lamina esse lingote ou essa chapa a quente, a uma temperatura compreendida entre 1150 e 1280°C para se obter uma chapa, uma cinta ou uma bobina.
[010] Em um modo de realização particular, o processo de fabricação de uma chapa laminada a quente em aço, de acordo com a invenção, compreende as etapas que consistem em:
- laminar esse lingote ou essa chapa a quente, a uma temperatura compreendida entre 1150 e 1280°C para se obter uma chapa dita quarto, depois
- efetuar um tratamento térmico a uma temperatura compreendida
Petição 870180014639, de 23/02/2018, pág. 18/38
5/20 entre 900 e 1100°C; e
- resfriar essa chapa por têmpera ao ar.
[011] Em um outro modo de realização particular, o processo de fabricação de uma barra ou de um fio laminados a quente em aço, de acordo com a invenção, compreende as etapas que consistem em:
- aprovisionar um lingote ou um bloom de fundição contínua de um aço de composição, de acordo com a invenção;
- laminar a quente esse lingote ou esse bloom, a partir de uma temperatura compreendida entre 1150 e 1280°C para se obter uma barra que se resfria ao ar ou uma coroa de fio que se resfria à água;
- depois facultativamente em:
- efetuar um tratamento térmico a uma temperatura compreendida entre 900 e 1100°C; e
- em resfriar essa barra ou essa coroa por imersão.
[012] Em modos de realização particulares, o processo, de acordo com a invenção, compreende, além disso, as seguintes características, consideradas sozinhas ou em combinação:
- se efetua um estiramento a frio dessa barra ou um trefilamento desse fio, ao final do resfriamento;
- se efetua uma perfilagem a frio de uma barra laminada a quente obtida, de acordo com a invenção;
- corta em pedaços uma barra laminada a quente obtida, de acordo com a invenção, depois se efetua uma forja desse pedaço entre 1100 e 1280°C.
[013] Outras características e vantagens da invenção aparecerão com a leitura da descrição que vai ser feita a seguir, dada unicamente a título de exemplo.
[014] O aço inoxidável duplex, de acordo com a invenção, compreende os teores definidos abaixo.
[015] O teor em carbono da nuance está compreendido entre
Petição 870180014639, de 23/02/2018, pág. 19/38
6/20
0,01% e 0,10%, e de preferência inferior a 0,05% em peso. Com efeito, um teor muito elevado nesse elemento degrada a resistência à corrosão localizada, aumentando o risco de precipitação de carbonetos de cromo nas zonas afetadas termicamente das soldagens.
[016] O teor em cromo da nuance está compreendido entre 20,0 e 24,0% em peso, e, de preferência, entre 21,5 e 24% em peso, a fim de se obter uma boa resistência à corrosão, que seja pelo menos equivalente àquela obtida com as nuances de tipo 304 ou 304 L.
[017] O teor em níquel da nuance está compreendido entre 1,0 e 3,0% em peso, e é, de preferência, inferior ou igual a 2,8% em peso. Esse elemento formador de austenita é acrescentado, a fim de serem conseguidas boas propriedades de resistência à formação de cavernas de corrosão. Seu acréscimo permite também conseguir um bom compromisso resiliência / ductilidade. Ele apresenta, com efeito, o interesse de transladar a curva de transição da resiliência para as temperaturas baixas, o que é particularmente vantajoso para a fabricação de grossas barras ou chapas quarto espessas para as quais as propriedades de resiliência são importantes. Limita-se seu teor a 3,0% devido ao seu preço elevado.
[018] O teor em níquel sendo limitado, no aço, de acordo com a invenção, descobriu-se que era conveniente, para se obter um teor em austenita apropriada após tratamento térmico entre 900°C e 1100°C, acrescentar outros elementos formadores de austenita em quantidades não habitualmente elevadas e limitar os teores em elementos formadores de ferrita.
[019] Assim, o teor em nitrogênio da nuance está compreendido entre 0,12% e 0,20%, e, de preferência, entre 0,12% e 0,18%, o que implica geralmente que o nitrogênio seja acrescentado no aço, quando da elaboração. Esse elemento formador de austenita participa inicialmente da obtenção de um aço bifásico ferrita / austenita, contendo uma proporção de austenita apropriaPetição 870180014639, de 23/02/2018, pág. 20/38
7/20 da a uma boa resistência à corrosão sob tensão, mas também à obtenção de características mecânicas elevadas. Ele permite ainda limitar a formação de ferrita na zona afetada termicamente das zonas soldadas, o que evita os riscos de fragilização dessas zonas. Limita-se seu teor máximo, pois, além de 0,16% de nitrogênio, começam a aparecer defeitos sobre os blooms de fundição contínua. Esses defeitos consistem em depressões longitudinais que geram, por sua vez, defeitos de superfície sobre as barras laminadas que podem ser incômodos em determinados casos. Além de 0,18%, as depressões longitudinais são muito marcadas e observam-se, além disso, cavidades ligadas a uma ultrapassagem da quantidade máxima de nitrogênio, podendo permanecer em solução na estrutura dessa nuance.
[020] O teor em manganês da nuance está compreendido entre 0,5% e 2,0% em peso, de preferência entre 0,5 e 1,9% em peso e de forma mais particularmente preferida entre 0,5 e 1,8% em peso. Esse elemento é formador de austenita, mas unicamente abaixo de 1150°C. A temperaturas mais elevadas, ele retarda a formação da austenita ao resfriamento, acarretando uma formação de ferrita muito importante nas zonas afetadas termicamente das soldagens, o que os torna muito pouco resilientes. Por outro lado, o manganês, se estiver presente em quantidade superior a 2,0% na nuance, apresenta problemas, quando da elaboração e da afinação da nuance, pois ataca certos refratários utilizados pelos cadinhos, o que necessita de uma substituição mais frequente desses elementos onerosos e, portanto, interrupções mais frequentes do processo. Os fornecimentos de ferro manganês que se utilizam normalmente colocar na composição a nuance, contêm, além disso, teores notáveis em fósforo, e também em selênio, dos quais não se deseja a introdução no aço e que são difíceis de retirar, quando da afinação da nuance. O manganês perturba, por exemplo, outro lado, essa afinação, limitando a possibilidade de descarburação. Ele apresenta também problema mais a jusante no procesPetição 870180014639, de 23/02/2018, pág. 21/38
8/20 so, pois deteriora a resistência à corrosão da nuance em razão da formação de sulfetos de manganês MnS, e de inclusões oxidadas. Prefere-se limitá-lo a menos de 1,9, até mesmo menos de 1,8% em peso e de forma mais particularmente preferida a menos de 1,6% em peso, pois testes mostraram que a forja e mais geralmente a aptidão à transformação a quente melhorava, quando se diminui seu teor. Em particular, pôde-se observar a formação de fendas, tornando a nuance inapta à laminação a quente, para um teor superior a 2,0%.
[021] O cobre, elemento formador de austenita, está presente em um teor compreendida entre 1,6 e 3,0% em peso, e, de preferência, compreendida entre 2,0 e 2,8% em peso, até mesmo entre 2,2 e 2,8% em peso. Ele participa da obtenção da estrutura bifásica austeno-ferrítica desejada, permitindo obter melhor resistência à corrosão generalizada sem ser obrigado a montar a taxa de nitrogênio da nuance a um nível muito eleva. Por exemplo, o cobre em solução sólida melhora a resistência à corrosão em meio ácido redutor. Abaixo de 1,6%, a taxa de nitrogênio necessária para ter a estrutura bifásica desejada começa a se tornar muito importante para evitar os problemas de qualidade de superfície dos blooms de fundição contínua descritos acima. Acima de 3,0%, começa-se a riscar segregações e/ou precipitações de cobre, podendo gerar quedas da resistência à corrosão localizada e baixas de resiliência em utilização prolongada (além de um ano) acima de 200°C.
[022] O molibdênio, elemento formador de ferrita, é um elemento que está presente na nuance em um teor compreendido entre 0,05 e 1,0%, até mesmo compreendida entre 0,05 e 0,5% em peso, enquanto que o tungstênio é um elemento opcional que pode ser acrescentado a um teor inferior a 0,15% em peso. Prefere-se, todavia, não acrescentar tungstênio, por razões de custo, o que limita então seu teor a 0,05% em peso como residual.
[023] Por outro lado, os teores nesses dois elementos são tais que a soma Mo + W/2 é inferior a 1,0% em peso, de preferência inferior a
Petição 870180014639, de 23/02/2018, pág. 22/38
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0,5%, até mesmo inferior a 0,4% em peso e de forma particularmente preferida inferior a 0,3% em peso. Com efeito, os presentes inventores constataram que, mantendo-se esses dois elementos, assim como suas somas, sob os valores indicados não se observavam precipitações de intermetálicas fragilizantes, o que permite notadamente pré-comprimir o processo de fabricação das chapas ou cintas de aço, autorizando um resfriamento ao ar das chapas e cintas após tratamento térmico ou utilização a quente. Além disso, observaram que, controlando-se esses elementos nos limites reivindicados, se melhorava a aptidão para a soldagem da nuance.
[024] O silício, elemento formador de ferrita, está presente em um teor compreendido entre 0,2% e 1,5% em peso, de preferência inferior a 1,0% em peso. Ele é ajustado para assegurar uma boa desoxidação do banho de aço, quando da elaboração, mas seu teor é limitado em razão do risco deformação defase sigma, em caso de imersão de má qualidade, após laminação a quente.
[025] O alumínio, elemento formador de ferrita, é um elemento opcional que pode ser acrescentado à nuance em um teor inferior a 0,05% em peso e, de preferência', compreendida entre 0,005 e 0,040% em peso, a fim de obter inclusões de aluminatos de cálcio com baixo ponto de fusão. Limita-se seu teor máximo, a fim de evitar uma formação excessiva de nitretos de alumínio.
[026] O vanádio, elemento formado de ferrita, é um elemento opcional que pode estar presente na nuance em uma quantidade que pode ir de 0,02 a 0,5% em peso e, de preferência, inferior a 0,2% em peso, a fim de melhorar a manutenção à corrosão cavernosa do aço. Pode também estar presente como elemento residual, fornecido quando do acréscimo de cromo.
[027] O nióbio, elemento formador de ferrita, é um elemento opcional que pode estar presente na nuance em uma quantidade que pode ir de
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0,001 a 0,5% em peso. Ele permite melhorar a resistência mecânica à tração da nuance e sua usinabilidade via um melhor fracionamento dos cavacos de usinagem, graças à formação de fins nitretos de nióbio de tipo NbN ou de nióbio e de cromo de tipo NbCrN (Fase Z). Limita-se seu teor para limitar a formação de nitretos de nióbio grosseiros.
[028] O titânio, elemento formador de ferrita, é um elemento opcional que pode estar presente nuance em uma quantidade que pode ir de 0,001% a 0,5% em peso e, de preferência, em uma quantidade que pode ir de 0,001 a 0,3% em peso. Ele permite melhorar a resistência mecânica da nuance sua usinabilidade via um melhor fracionamento dos cavacos de usinagem, graças à formação de finos nitretos de titânio. Limita-se seu teor, a fim de evitar a formação de um amontoado de nitretos de titânio formados no aço líquido notadamente.
[029] O boro é um elemento opcional que pode estar presente na nuance, de acordo com a invenção, em uma quantidade que pode ir de 0,0001% a 0,003% em peso, a fim de melhorar sua transformação a quente.
[030] O cobalto, elemento formador de austenita é um elemento opcional que pode estar presente na nuance em uma quantidade que pode ir de 0,02 a 0,5% em peso. Esse elemento é um residual fornecido pelas matérias-primas. Limita--o notadamente em razão dos problemas de manutenção que podem apresentar após irradiação das peças em instalações nucleares.
[031] As terras raras (designadas por REM) são elementos opcionais que podem estar presentes na nuance com altura de 0,1% em peso. Citar-se-ão notadamente o cério e o lantano. Limitam-se os teores nesses elementos, pois são capazes de formarem intermetálicos não desejados.
[032] Poder-se-á também encontrar na nuance, de acordo com a invenção, do cálcio, em uma quantidade que pode ir de 0,0001 a 0,03% em peso, e, de preferência, superior a 0,0005% em peso, a fim de controlar a natuPetição 870180014639, de 23/02/2018, pág. 24/38
11/20 reza das inclusões de óxidos e melhorar a usinabilidade. Limita-se o teor desse elemento, pois é capaz de formar como enxofre sulfetos de cálcio que degradam as propriedades de resistência à corrosão.
[033] Uma adição de magnésio com concorrência de um teor final de 0,1% pode ser feita para modificar a natureza dos sulfetos e óxidos.
[034] O selênio é, de preferência, mantido a menos de 0,005% em peso de em razão de seu efeito nefasto sobre a resistência à corrosão. Esse elemento é, em geral, fornecido na nuance como impurezas dos lingotes de ferro manganês.
[035] O teor em oxigênio é, de preferência, limitado a 0,01% em peso, a fim de melhorar sua aptidão à forja e a resiliência de suas soldagens.
[036] O enxofre é mantido em um teor inferior a 0,030% em peso e, de preferência, a um teor inferior a 0,003 em peso. Conforme se viu anteriormente, esse elemento forma sulfetos com o manganês ou o cálcio, sulfetos cuja presença é nefasta para a resistência à corrosão. Ele é considerado como uma impureza.
[037] O fósforo é mantido com um teor inferior a 0,040% em peso e é considerado como uma impureza.
[038] O resto da composição é constituído de ferro e de impurezas. Além daquelas já mencionadas mais acima, citar-se-ão notadamente o zircônio, o estanho, o arsênico, o chumbo ou o bismuto. O estanho pode estar presente em um teor inferior a 0,100% em peso e de preferência inferior a 0,030% em peso para evitar os problemas de soldagem. O arsênico pode estar presente em um teor inferior a 0,030% em peso e, de preferência, inferior a 0,020% em peso. O chumbo pode estar presente em um teor inferior a 0,0002% em peso e, de preferência, inferior a 0,0010% em peso. O bismuto pode estar presente em um teor inferior a 0,0002% em peso e, de preferência, inferior a 0,00005% em peso. O zircônio pode estar presente com concorrência
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12/20 de 0,02%.
[039] A microestrutura do aço, de acordo com a invenção, no estado recozido, é composta de austenita e de ferrita, que estão, de preferência, após tratamento de 1 hora, a 1050°C, em uma proporção de 35 a 65% em volume de ferrita e, de forma mais particularmente preferida, de 45 a 55% em volume de ferrita.
[040] Os presentes inventores descobriram também que a seguinte fórmula considera convenientemente o teor em ferrita a 1050°C:
IF = 10% Cr + 5,1% Mo + 1,4% Mn + 24,3% Si + 35% Nb + 71,5% Ti - 595,4% C - 245,1% N - 9,3% Ni - 3,3% Cu - 99,8.
[041] Assim para conseguir uma proporção de ferrita compreendida entre 35 e 65% a 1050°C, o índice IF deve estar compreendido entre 40 e 65.
[042] No estado recozido, a microestrutura não contém outras fases que seriam nocivas para suas propriedades mecânicas notadamente, tais como a fase sigma e outras faces intermetálicas. No estado martelado a frio, uma parte da austenita pode ter sido convertida em martensita, em função da temperatura efetiva de deformação e da quantidade de deformação a frio aplicada.
[043] Por outro lado, os presentes inventores constataram que, quando as percentagens em peso de cromo, molibdênio, cobre, nitrogênio, níquel e manganês respeitam a relação abaixo, as nuances referidas apresentam uma boa resistência à corrosão generalizada:
IRCGU > 32,0 e, de preferência, > 34,0 com IRCGU =% Cr + 3,3% Mo + 2% Cu + 16% N + 2,6% Ni - 0,7% Mn [044] Enfim, os presentes inventores constataram que, quando as percentagens em peso de níquel, cobre, manganês, carbono, nitrogênio,
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13/20 cromo, silício e molibdênio respeitam a relação abaixo, as nuances referidas apresentam uma boa usinabilidade:
< IU < 6,0 com IU = 3% Ni +% Cu +% Mn - 100% C - 25% N - 2(% Cr +% Si) - 6% Mo + 45.
[045] De uma forma geral, o aço, de acordo com a invenção, pode ser elaborado e fabricado sob a forma de chapas laminadas a quente, ainda denominadas chapas quarto, mas também sob a forma de cintas laminadas a quente, a partir de lingotes e também sob a forma de cinta laminadas a frio a partir de cintas laminadas a quente. Pode também ser laminado a frio, a partir de cintas laminadas a quente. Pode também ser laminado a quente em barras ou fios-máquina ou em perfis ou forjados; esses produtos podem ser em seguida transformados a quente por forja ou a frio em barras ou perfis estirados ou em fios trefilados. O aço, de acordo com a invenção, pode também ser utilizados por moldagem seguida ou não de tratamento térmico.
[046] A fim de serem obtidos os melhores desempenhos possíveis, utilizar-se-á, de preferência, o processo, de acordo com a invenção, que compreende inicialmente o aprovisionamento de um lingote, ou de um bloom de aço tendo uma composição, de acordo com a invenção.
[047] Esse lingote ou esse bloom são geralmente obtidos por fusão das matérias-primas em um forno elétrico, seguido de uma refusão sob vácuo de tipo AOD ou VOD com descarburação. Pode-se, em seguida, fundir a nuance sob a forma de lingotes ou sob a forma de lingotes ou blooms por fundição contínua em uma lingoteira sem fundo. Poder-se-ia também pensar em fundir a nuance diretamente sob a forma de lingotes finos, em particular por fundição contínua entre cilindros contrarrotativos.
[048] Após aprovisionamento do lingote ou do bloom, procede-se eventualmente a um aquecimento para atingir uma temperatura compreendida
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14/20 entre 1150 e 1280°C, mas é também possível trabalhar diretamente sobre o lingote que acaba de ser moldado em contínuo no calor da fundição.
[049] No caso da fabricação de chapas, lamina-se em seguida a quente o lingote para se obter uma chapa dita quarto que apresenta geralmente uma espessura compreendida entre 5e e 100mm. As taxas de redução geralmente empregadas nesse estágio variam entre 3 e 30%. Essa chapa é em seguida submetida a um tratamento térmico de recolocação em solução precipitados formados nesse estágio por aquecimento a uma temperatura compreendida entre 900 e 1100°C, depois resfriada.
[050] O processo, de acordo com a invenção, prevê um resfriamento por imersão ao ar que é mais fácil de utilizar que o resfriamento classicamente utilizado para esse tipo de nuance, que é um resfriamento mais rápido, com o auxílio de água. Resta, todavia, possível proceder a um resfriamento com água, caso se deseje.
[051] Esse resfriamento lento, ao ar, é notadamente tornado possível, graças aos teores limitados em níquel e molibdênio da composição, segundo a invenção, que não é sujeita à precipitação de fases intermetálicas, nocivas para suas propriedades de uso. Esse resfriamento pode, em particular, ser feito a velocidades que vão de 0,1 a 2,7°C/s.
[052] No final da laminação a quente, a chapa quarto pode ser plana, recortada e decapada, caso se deseje entregá-la nesse estado.
[053] Pode-se também laminar esse aço desprotegido sobre um trem com cinta com espessuras compreendida entre 3 e 10 mm.
[054] No caso da fabricação de produtos longos a partir de lingotes ou de blooms, pode-se laminar a quente em um ou vários calores sobre um laminador multigaiolas, em cilindros canelados, a uma temperatura compreendida entre 1150 e 1280°C, para se obter uma barra ou uma coroa de fio máquina ou laminado. A relação de seção entre o bloom inicial e o produto final é, de
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15/20 preferência, superior a 3, de forma a assegurar a saúde interna do produto laminado.
[055] Quando se fabricou uma barra, esta foi resfriada na saída da laminação por simples colocação ao ar.
[056] Quando se fabricou o fio laminado, este pôde ser resfriado, por imersão em coroa em um reservatório de água em saúda de laminador ou por imersão na água em espiras aferidas sobre esteira, após passagem destas sobre esteira através de um forno de colocação em solução à temperatura compreendida entre 850°C e 1100 °C.
[057] Um tratamento térmico posterior em forno, entre 900 e 1100°C, pode ser praticado opcionalmente sobre essas barras ou coroas já tratadas no calor de laminação, caso se deseje concluir a recristalização da estrutura e diminuir ligeiramente as características mecânicas em tração.
[058] Ao final do resfriamento dessas barras ou dessas coroas de fios, poder-se-á proceder a diferentes tratamentos de enformação a quente ou a frio, em função do uso final do produto. Assim, poder-se-á proceder a um estiramento a frio das barras ou a uma trefilagem dos fios, ao final do resfriamento.
[059] Poder-se-á também perfilar a frio as barras laminadas a quente, ou ainda fabricar peças após ter debitado as barras em pedaços e têlas forjado.
Exemplos [060] Diferentes fundições foram elaboradas, depois transformadas em barras de diferentes diâmetros.
Propriedades mecânicas [061] As propriedades de tração Rp0,2 e Rm foram determinadas, segundo a norma NFEN 10002-1. A resiliência KV foi determinada em diferentes temperaturas segundo a norma NF EM 10045.
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Testes de torneamento [062] Eles são feitos sobre um torno RAMO RTN30 de 28kW girando ao máximo 5800 rpm, equipado com uma platina de esforço Kistler. Todos os testes são realizados a seco. A plaqueta de referência utilizada é a plaqueta STELLRAM SP0819 CNMG120408E-4E, considerada como ótima para os inox Duplex.
[063] Esses testes permitem determinar dois valores característicos do nível de usinabilidade de uma nuance:
- uma velocidade de giro VB15/0,15 expressa em m/min (quanto mais a VB15 /0,15 for elevada, melhor será usinabilidade);
- uma zona de fracionamento de cavacos ZFC (quanto mais elevada for a ZFC, melhor será a usinabilidade).
1. Determinação de VB15/0.15 [064] O teste consiste em encontrar a velocidade de giro que gere 0,15 mm de desgaste em despojo em 15 minutos de usinagem efetiva. O teste é feito em passes regulares de transporte com uma plaqueta em carboneto revestido. Aos parâmetros congelados foram:
- profundidade de passe ap = 1,5 mm
- avanço f = 0,25 mm/tr [065] No decorrer desses testes, o desgaste em despojo é medido por um sistema óptico acoplado a uma câmera, a um aumento de x32. Essa medida é a superfície da zona desgastada levada ao comprimento aparente dessa zona. No caso em que um desgaste em entalhe superior a 0,45 mm (3 vezes o valor do VB) aparece ou uma escavação de ponta sobrevém antes da obtenção do desgaste de 0,15 mm de despojo, considera-se que o valor do VB15/015 não é acessível; determinar-se-á então a velocidade máxima para a qual não há nem desgaste em despojo de 0,45 mm, nem escavação de ponta em 15 minutos e indicar-se-á como resultado que o VB15/015 é superior a esse valor.
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17/20 [066] No âmbito da presente invenção, considera-se que um valor de VB15/015 inferior a 220 m/min, medido nas condições descritas acima, não está de acordo com a invenção.
2. Determinação de ZFC [067] Antes de determinar o valor de ZFC, é preciso definir a velocidade de corte mínimo, Vomin.
2.1) Avaliação de Vomin [068] A determinação do Vomin é feita por um passe de transporte à velocidade crescente. Aciona-se por uma velocidade de corte Vc muito baixa (40 m/min) e leva-se a uma velocidade superior a Vb15/0,15 de maneira regular no decorre do passe. O registro dos esforços Kc permite traçar no decorrer do passe. O registro dos esforços Kc permite traçar em direto uma curva Kc = f (Vc).
[069] As condições de corte são:
- profundidade de passe ap = 1,5 mm
- avanço f = 0,25 mm/tr
- instrumento rodado por um passe de transporte nas condições
VB15/0,15 [070] A curva obtida é monótona decrescente na maior parte dos casos. O valor de Vcmin é aquela correspondente a uma inflexão da curva.
2.2) Avaliação de ZFC [071] A uma velocidade igual a 120% de Vcmin realizam-se testes de 6 segundos de usinagem à velocidade constante, fazendo-se variar as condições de corte. Varre-se assim uma tabela de avanços (de 0,1 mm/tr a 0,4 mm/tr por passo de 0,05 mm/tr) e de profundidades de passe (de 0,5 mm a 4 mm por passo de 0,5 mm).
[072] Para cada uma das 56 combinações f - ap, avaliam-se os cavacos obtidos, comparando-os a formas de cavacos pré-definidos na norma
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18/20 do C.O.M. giro ISO 3685. A ZFC é a zona da tabela agrupando as condições em feap para os quais os cavacos são bem fragmentados, que se quantifica, computando-se o número de combinações satisfatórias.
[073] No âmbito da presente invenção, considera-se que um valor de ZFC inferior a 15, medido nas condições descritas acima, não está de acordo com a invenção.
Testes de corrosão [074] Determinou-se a corrente crítica de dissolução ou de atividade expresso em μΑ/cm2 em meio ácido sulfúrico a 2 moles / litro a 23°C. Uma medida do potencial de abandono durante 900 segundos é inicialmente realizada; em seguida, uma curva potentio-dinâmica é traçada à velocidade de 10 mV/min a partir de -750 mV/ECS até +1V/ECS. Sobre a curva de polarização assim obtida, a corrente crítica corresponde à corrente máxima do pico colocada em evidência previamente ao domínio de passividade.
[075] As tabelas abaixo resumem as composições testadas e os resultados das características feitas sobre os produtos obtidos.
Tabela 1: Composições químicas dos testes
| 1* | 2* | 3* | 4* | 5* | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | |
| c | 0,022 | 0,024 | 0,026 | 0,041 | 0,025 | 0,028 | 0.026 | 0,027 | 0,055 | 0,025 | 0,019 | 0,011 |
| Cr | 21,487 | 21,661 | 22,195 | 22,533 | 22,212 | 23.363 | 23.2070 | 21,377 | 18,21 | 22,159 | 22,733 | 25.185 |
| NI | 2406 | 2,399 | 2,719 | 2,741 | 2,581 | 2,603 | 2,621 | 1,596 | 8.598 | 4,227 | 5,41 | 6,215 |
| Cu | 2,520 | 2,479 | 2,499 | 2,535 | 2,497 | 0,131 | 0,203 | 0.365 | 0,386 | 0,271 | 0.289 | 1,794 |
| N | 0,146 | 0,166 | 0,145 | 0,141 | 0,175 | 0,191 | 0.194 | 0,210 | 0,038 | 0,113 | 0,156 | 0,227 |
| Mn | 1 | 1,065 | 0,958 | 1,500 | 1,51 | 1.17 | 1,152 | 4,983 | 0,725 | 1,057 | 1,522 | 1,208 |
| Mo | 0,114 | 0,109 | 0,125 | 0,106 | 0,057 | 0,101 | 0,244 | 0,329 | 0,334 | 0,271 | 2.759 | 3.640 |
| W | 0,06 | - | - | 0.007 | 0.028 | - | - | 0,016 | - | - | ||
| Si | 0,537 | 0,500 | 0,519 | 0,53 | 0,528 | 0,524 | 0,591 | 0,489 | 0,353 | 0,392 | 0,420 | 0,387 |
| Al | 0,018 | 0,017 | 0,018 | 0,018 | 0,018 | 0,013 | 0,022 | 0,017 | 0,002 | 0,014 | 0.015 | 0,002 |
| V | 0,132 | 0,126 | 0,131 | 0,090 | 0,038 | 0,134 | 0,111 | 0,0974 | 0,088 | 0,115 | 0.116 | 0,041 |
| Nb | 0,019 | 0,117 | 0,027 | 0,018 | 0,006 | 0,002 | 0,019 | 0,01 | 0,019 | 0,0096 | 0,025 | 0,0074 |
| Ti | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,058 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,0048 |
| B | 0,0009 | 0,0009 | 0,0009 | 0,0009 | 0,0005 | 0,0008 | 0,0006 | 0,0018 | - | 0,0011 | 0.0009 | - |
| Co | 0,064 | 0,052 | 0,057 | 0,069 | 0,031 | 0,056 | 0,061 | 0,031 | 0,148 | 0,059 | 0,087 | 0,0254 |
| Ca | 0,0018 | 0,0005 | 0,0021 | 0,0033 | 0,0004 | 0,0005 | 0.0026 | 0,002 | 0,0012 | 0,0005 | 0,0011 | 0,0002 |
| O | 0,0044 | 0,0052 | 0,0048 | 0,0051 | 0,0042 | 0,0053 | 0,0043 | 0,0029 | 0,0031 | 0,0053 | 0,005 | 0,0048 |
| s | 0,0005 | 0,0005 | 0,0007 | 0,0002 | 0,0003 | 0,0007 | 0,0002 | 0,0007 | 0,0189 | 0,0002 | 0,0006 | 0,0002 |
| P | 0,0225 | 0,0214 | 0,0194 | 0,0223 | 0,0221 | 0,0224 | 0,0248 | 0.0195 | 0,0266 | 0.0235 | 0,0266 | 0,0096 |
| Se | < 0,002 | < 0,002 | < 0,002 | < 0,002 | < 0.002 | < 0,002 | < 0,002 | < 0,002 | < 0,002 | < 0,002 | 0,002 | < 0,002 |
| REM | < 0,002 | < 0,002 | < 0,002 | < 0,002 | < 0.002 | < 0,002 | < 0,002 | < 0,002 | < 0,002 | < 0,002 | < 0,002 | < 0,002 |
| Mg | 0,0006 | < 0,0005 | 0,0011 | 0.0010 | < 0,0005 | 0,0012 | 0,0006 | < 0,0005 | < 0,0005 | < 0,0005 | 0,0011 | 0,0009 |
*de acordo com a invenção
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Tabela 2: barras de diâmetro 73 mm
| 1* | 2* | 3· | 4 | 5* | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | |
| (MPa) | 717 | 726 | 722 | 715 | 727 | 668 | 714 | 709 | 605 | 656 | 773 | 890 |
| Rpo,2 (MPa) | 571 | 508 | 566 | 584 | 568 | 493 | 554 | 479 | 323 | 482 | 576 | 732 |
| KV a 20°C (J) | 311 | 125 | 356 | 107 | 134 | 51 | 51 | ne | ne | 382 | 358 | n© |
| KV a -46’C (J) | 32 | 24 | 103 | 29 | 31 | 14 | 13 | ne | ne | 220 | 190 | ne |
| IF | 51,3 | 49,8 | 53,3 | 49,0 | 51,9 | 60,8 | 62,2 | 51,4 | -28,9 | 51,9 | 54,1 | 56,4 |
| % ferrita a 1050°C | 50,7 | 48,6 | 50,0 | 49,0 | 51,4 | 61,2 | 63,1 | 49.9 | ne | ne | ne | ne |
| Depressões longitudinais | não | não | não | não | não | sim | sim | sim | não | não | não | sim |
| IU | 5,16 | 4,22 | 4,21 | 2,87 | 4,05 | -1,85 | -2,29 | 1,48 | 2$,?? | -5,62 | -13,11 | |
| Vm6«,w (m/min) | 240 | 240 | 240 | 220 | 230 | 210 | 210 | 220 | 220 | 240 | 200 | 140 |
| ZFC | 22 | 27 | 19 | 21 | 27 | ne | 26 | 24 | ne | 12 | 15 | 19 |
*de acordo com a invenção ne: não avaliado.
Tabela 3: barras de diâmetro 5,5 mm
| 1* | 2‘ | 3* | 4* | 5* | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | |
| IRCGU | 34,8 | 35,1 | 36,3 | 36,3 | 35,8 | 33,0 | 33,5 | 27,2 | 42,6 | 35,7 | 47,9 | 59,7 |
| I crítico H;S0,, 2M | 45 | ne | 33 | ne | 40 | 33 | 34 | 79 | 22 | 15 | < 5 | <5 |
*de acordo com a invenção [076] Constata-se inicialmente que as nuances comparativas 6 a 8 e 12 apresentam uma formação de depressões longitudinais sobre os blooms de fundição contínua, enquanto que as nuances 1 a 5, de acordo com a invenção, eram exemplos disso, demonstrando assim a boa fundição da nuance, de acordo com a invenção.
[077] Além disso, o limite de elasticidade em tração dos testes, de acordo com a invenção, é bem superior a 450 MPa contrariamente ao que se observa para a nuance comparativa 9, por exemplo.
[078] Os valores de resiliência sobre chapas e barras de grandes espessuras a 20°C como a -46°C são também satisfatórias e, em particular, melhor que aquela das nuances comparativas 6 e 7, por exemplo.
[079] As nuances, de acordo com a invenção, apresentam, além disso, todas uma boa usinabilidade tanto em termos de velocidade de corte quanto de zona de fracionamento dos cavacos. Ao contrário, constata-se que
Petição 870180014639, de 23/02/2018, pág. 33/38
20/20 as nuances comparativas 6 e 7, assim como 11 e 12, cujos índices IU são negativos não apresentam uma velocidade de corte suficiente, enquanto que a nuance comparativa 10, cujo índice IU é superior a 6,0 apresentam uma zona de fracionamento dos cavacos insuficiente.
[080] A resistência à corrosão generalizada das nuances, de acordo com a invenção, é muito satisfatória, e, em particular, melhor do que aquela da nuance comparativa 8.
[081] Constata-se, portanto, que as nuances, de acordo com a invenção, são as únicas a reunirem o conjunto das propriedades buscadas, a saber uma boa fusão, um limite de elasticidade em tração superior a 400 até mesmo 450 MPa no estado recozido ou colocado em solução, uma boa resiliência sobre chapas de elevadas espessuras, de preferência superior a 100 J a 20°C e superior a 20 J a -46°C, uma resistência à corrosão generalizada elevada, e uma boa usinabilidade.
Petição 870180014639, de 23/02/2018, pág. 34/38
1/3
Claims (14)
- Reivindicações1. AÇO INOXIDÁVEL AUSTENO-FERRÍTICO, caracterizado por compreender uma composição em % em peso de:0,01% < C < 0,10%,20,0% < Cr < 24,0%,1,0% < Ni < 3,0%,0,12% < N < 0,20%,0,5% < Mn < 2,0%,1,6% < Cu < 3,0%,0,05% < Mo < 1,0%,W < 0,15%,0,05% < Mo + W/2 < 1,0%,0,2 < Si < 1,5%,Al < 0,05%,V < 0,5%,Nb < 0,5%,Ti < 0,5%,B < 0,003%,Co < 0,5%,REM < 0,1%,Ca < 0,03%,Mg < 0,1%,Se < 0,005%,O < 0,01%,S < 0,030%,P < 0,040%, o resto sendo ferro e impurezas resultantes da elaboração e a microestrutura do aço sendo constituída de austenita e de 35 a 65% de ferrita em volume, a composição, respeitando as seguintes relações:40 < IF < 65 com IF= 10% Cr + 5,1% Mo + 1,4% Mn + 24,3% Si + 35% Nb + 71,5% Ti 595,4% C - 245,1% N- 9,3% Ni - 3,3% Cu - 99,8Petição 870180014639, de 23/02/2018, pág. 35/38
- 2/3 e IRCGCU > 32,0, com IRCGCU =% Cr + 3,3% Mo + 2% Cu + 16% N + 2,6% Ni - 0,7% Mn e 0 < IU <6,0 com IU = 3% Ni +% Cu +% Mn - 100% C - 25% N - 2(%Cr +%Si) - 6% Mo + 45.2. AÇO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que IRCGU > 34.
- 3. AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a2, caracterizado pelo fato de a proporção de ferrita estar compreendida entre 35 e 55% em volume.
- 4. AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a3, caracterizado pelo fato de 45 < IF < 55.
- 5. AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a4, caracterizado pelo fato de o teor em nitrogênio estar compreendido entre 0,12 e 0,18% em peso.
- 6. AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a5, caracterizado pelo fato de o teor em cobre estar compreendido entre 2,0 e 2,8% em peso.
- 7. AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a6, caracterizado pelo fato de o teor em molibdênio ser inferior a 0,5% em peso.
- 8. AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a7, caracterizado pelo fato de o teor em carbono ser inferior a 0,05% em peso.
- 9. PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UMA CHAPA, DE UMA CINTA OU DE UMA BOBINA LAMINADA A QUENTE EM AÇO, caracterizado por compreender as etapas:- se aprovisiona um lingote ou uma chapa de aço de composição, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8;- se lamina esse lingote ou essa chapa a quente, a uma temperatura compreendida entre 1150 e 1280°C para se obter uma chapa, uma cinta ou uma bobina.
- 10. PROCESSO DE FABRICAÇÃO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por:Petição 870180014639, de 23/02/2018, pág. 36/383/3- se lamina esse lingote ou essa chapa a quente, a uma temperatura compreendida entre 1150 e 1280°C para se obter uma chapa dita quarto, depois- se efetua um tratamento térmico a uma temperatura compreendida entre 900 e 1100°C; e- se resfria essa chapa por têmpera ao ar.
- 11. PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UMA BARRA OU DE UM FIO LAMINADO A QUENTE EM AÇO, caracterizado por compreender as etapas:- se aprovisiona um lingote ou um bloom de fundição contínua de um aço de composição, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8;- se lamina a quente esse lingote ou esse bloom, a partir de uma temperatura compreendida entre 1150 e 1280°C para se obter uma barra que se resfria ao ar ou uma coroa de fio que se resfria à água;- depois facultativamente:- se efetua um tratamento térmico a uma temperatura compreendida entre 900 e 1100°C; e- se resfria essa barra ou essa coroa por imersão.
- 12. PROCESSO DE FABRICAÇÃO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que se efetua um estiramento a frio da barra ou uma trefilagem do fio, ao final do resfriamento.
- 13. PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UM PERFILADO EM AÇO, caracterizado pelo fato de que se efetua uma perfilagem a frio de uma barra laminada a quente obtida pelo processo, conforme definido na reivindicação 11.
- 14. PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UMA PEÇA FORJADA EM AÇO, caracterizado pelo fato de que se corta em pedaços uma barra laminada a quente obtida pelo processo, como definido na reivindicação 11, depois se efetua uma forja do pedaço entre 1100°C e 1280°C.Petição 870180014639, de 23/02/2018, pág. 37/38
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