BR112013030609B1 - Processo termomecânico de liga a base de níquel e produto - Google Patents

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Abstract

resumo “processamento termo-mecânico de ligas à base de níquel” um processo de tratamento termo-mecânico é divulgado. uma peça de liga à base de níquel é aquecida em uma primeira etapa de aquecimento a uma temperatura superior à temperatura de solvus de carboneto m23c6 da liga à base de níquel. a peça de liga à base de níquel é trabalhada em uma primeira etapa de trabalho para uma redução na área de 20% a 70%. a peça de liga à base de níquel está a uma temperatura superior à temperatura de solvus de carboneto m23c6 quando a primeira etapa de trabalho começa. a peça de liga à base de níquel é aquecida em uma segunda etapa de trabalho a uma temperatura maior que 1700°f (926°c) e menor que a temperatura de solvus de carboneto m23c6 da liga à base de níquel. a peça de liga à base de níquel não é permitida resfriar à temperatura ambiente entre a conclusão da primeira etapa de trabalho e o começo da segunda etapa de aquecimento. a peça de liga à base de níquel é trabalhada para uma segunda redução na área de 20% a 70%. a peça de liga à base de níquel está a uma temperatura maior que 1700°f (926°c) e menor que a temperatura de solvus do carboneto m23c6 da liga à base de níquel quando a segunda etapa de trabalho começa.

Description

[001]Esta divulgação refere-se ao processamento termo-mecânico de ligas à base de níquel.
FUNDAMENTOS [002]Ligas à base de níquel são excelentes ligas de engenharia em diversas aplicações porque as ligas possuem um número de propriedades de material vantajosas. Por exemplo, as ligas à base de níquel compreendendo adições de cromo e ferro têm excelente resistência à corrosão em muitos meios aquosos e atmosferas de alta temperatura. Ligas à base de níquel também mantêm estabilidade metalúrgica e grande resistência ao longo de uma ampla gama de temperaturas elevadas, e não formam fases de fragilização durante a exposição prolongada a temperaturas elevadas. A combinação de boas resistências à fluência e à ruptura, estabilidade metalúrgica e resistência à corrosão em altas temperaturas e por longos períodos de serviço permite que as ligas à base de níquel funcionem em aplicações que envolvem ambientes agressivos e sob severas condições de operação. Por exemplo, as ligas à base de níquel podem encontrar utilidade em aplicações de engenharia, incluindo: a produção de ácido mineral e o processamento de equipamentos; unidades de gaseificação de carvão; equipamento de processamento petroquímico; incineradores; tubos geradores de vapor, defletores, folhas de tubo e outros equipamentos; e componentes estruturais em sistemas de geração de energia de reator nuclear.
SUMÁRIO [003]Em uma modalidade não limitante, um processo de tratamento termo-mecânico para ligas à base de níquel compreende pelo menos duas etapas de aquecimento e pelo menos duas etapas de trabalho. Uma peça de liga à base de níquel é aquecida em uma primeira etapa de aquecimento a uma temperatura maior que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 da liga à base de níquel. A peça de liga à base de níquel aquecida é trabalhada em uma primeira etapa de trabalho a uma redução da área de 20% a 70% para fornecer uma peça de liga á base de níquel trabalhada. A peça de liga à base de níquel está a uma temperatura maior que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 quando a primeira etapa de trabalho começa. A peça de liga à base de níquel trabalhada é aquecida em uma segunda etapa de aquecimento a uma temperatura maior que 926°C (1700°F) e menor que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 da liga à base de níquel. A peça de liga à base de níquel trabalhada é mantida a temperatura elevada e não permitida resfriar à temperatura ambiente entre a conclusão da primeira etapa de trabalho e do começo da segunda etapa de aquecimento. A peça de liga à base de níquel aquecida é trabalhada em uma segunda etapa de
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2/20 trabalho para uma redução da área de 20% a 70%. A peça de liga à base de níquel está a uma temperatura maior que 926°C (1700°F) e menor que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 da liga à base de níquel quando a segunda etapa de trabalho começa.
[004]Em outra modalidade não limitante, um processo de tratamento termo-mecânico para ligas de à base de níquel compreende pelo menos duas etapas de aquecimento e pelo menos duas etapas de forjamento. Uma peça de liga à base de níquel é aquecida em uma primeira etapa de aquecimento a uma temperatura no intervalo de 1093°C a 1163°C (2000°F a 2125°F). A peça de liga à base de níquel aquecida é rotativamente forjada em uma primeira etapa de forjamento para uma redução da área de 30% a 70% para fornecer uma peça de liga à base de níquel forjada. A peça de liga à base de níquel aquecida está a uma temperatura no intervalo de 1093°C a 1163°C (2000°F a 2125°F) quando a primeira etapa de forjamento começa. A peça de liga à base de níquel forjada é aquecida em uma segunda etapa de aquecimento a uma temperatura no intervalo de 954°C a 1052°C (1750°F a 1925°F). A peça de liga á base de níquel forjada é mantida a temperatura elevada e não permitida resfriar à temperatura ambiente entre a conclusão da primeira etapa de forjamento e o começo da segunda etapa de aquecimento. A peça de liga à base de níquel aquecida é rotativamente forjada em uma segunda etapa de forjamento para uma redução da área de 20% a 70%. O lingote da liga à base de níquel aquecida está a uma temperatura no intervalo de 954°C a 1052°C (1750°F a 1925°F) quando a segunda etapa do forjamento rotativo começa.
[005]Entende-se que a invenção divulgada e descrita nesta especificação não está limitada às modalidades resumidas neste Sumário.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [006]Vários recursos e características das modalidades não limitantes e não completas divulgadas e descritas nesta especificação podem ser melhor compreendidas pela referência às figuras que acompanham, nas quais:
As Figuras 1 A e 1 B são diagramas esquemáticos transversais de uma operação de forjamento rotativo;
A Figura 2A é um diagrama esquemático transversal e a Figura 2B é um diagrama esquemático da perspectiva de um longo produto forjado à quente e tratado à quente, tendo uma região em forma de anel de crescimento anormal de grão; e
As Figuras 3A a 3D são metalográficos da macroestrutura transversal das regiões de produtos longos da Liga 690, mostrando vários efeitos do processamento termo-mecânico, de acordo com várias modalidades não limitantes descritas neste documento.
[007]O leitor irá apreciar os detalhes anteriormente, bem como os outros, ao considerar a seguinte descrição detalhada de várias modalidades não limitantes e não completas,
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3/20 de acordo com a presente divulgação.
DESCRIÇÃO [008]Várias modalidades são descritas e ilustradas nesta especificação para fornecer uma compreensão geral da estrutura, função, operação, fabricação e uso dos processos e produtos divulgados. Entende-se que as diversas modalidades descritas e ilustradas nesta especificação são não limitantes e não completas. Assim, a invenção não está limitada pela descrição das diversas modalidades não limitantes e não completas divulgadas nesta especificação. Ao contrário, a invenção é definida exclusivamente pelas reivindicações. Os recursos e características ilustrados e/ou descritos em conexão com várias modalidades podem ser combinados com os recursos e características de outras modalidades. Tais modificações e variações destinam-se a ser incluídas dentro do escopo desta especificação. Como tal, as reivindicações podem ser alteradas para relatar quaisquer recursos ou características expressamente ou inerentemente descritas, ou por outro lado expressamente ou inerentemente apoiadas, por essa especificação. Além disso, o Depositante reserva-se o direito de alterar as reivindicações para negar afirmativamente os recursos ou características que podem estar presentes no estado na técnica. As diversas modalidades divulgadas e descritas nesta especificação podem compreender, consistir ou consistir essencialmente nos recursos e características, conforme descrito de forma variável neste documento.
[009]Qualquer patente, publicação ou outro material de divulgação identificado neste documento está incorporado para referência nesta especificação em sua totalidade, a menos que indicado o contrário, mas somente na medida em que o material incorporado não entre em conflito com as definições, declarações ou outro material de divulgação expressamente apresentado existentes nesta especificação. Como tal, e na medida do necessário, a divulgação expressa, conforme apresentado na presente especificação, substitui qualquer material conflitante incorporado para referência neste documento. Qualquer material, ou parte dele, que é dito estar incorporado para referência nesta especificação, mas que entra em conflito com as definições, declarações ou outro material de divulgação existentes aqui estabelecido, só é incorporado na medida em que não surja nenhum conflito entre aquele material incorporado e o material de divulgação existente. O depositante reserva-se o direito de alterar esta especificação para expressamente relatar qualquer tema, ou parte do mesmo, incorporado para referência neste documento.
[010]A referência ao longo desta especificação a várias modalidades não limitantes, ou similar, significa que um recurso ou característica específica pode ser incluída em uma modalidade. Assim, o uso da frase em várias modalidades não limitantes, ou similar, nesta especificação não se refere necessariamente a uma modalidade comum e pode se referir a
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4/20 diferentes modalidades. Além disso, os recursos ou características específicas podem ser combinadas de maneira adequada em uma ou mais modalidades. Assim, os recursos ou características específicas ilustradas ou descritas em conexão com várias modalidades podem ser combinadas, no todo ou em parte, com os recursos ou características de uma ou mais outras modalidades sem limitação. Tais modificações e variações destinam-se a estar incluídas no escopo da presente especificação.
[011]Nesta especificação, a menos onde indicado o contrário, todos os parâmetros numéricos devem ser entendidos como sendo antecedidos e modificados em todos os casos pelo termo cerca de, no qual os parâmetros numéricos possuem a característica de variabilidade inerente das técnicas de medição básicas usadas para determinar o valor numérico do parâmetro. No mínimo, e não como uma tentativa de limitar a aplicação da doutrina dos equivalentes ao escopo das reivindicações, cada parâmetro numérico descrito na presente descrição deve pelo menos ser interpretado tendo em conta o número de dígitos significativos informados e, aplicando técnicas de arredondamento usuais.
[012]Também, qualquer intervalo numérico relatado nesta especificação destina-se a incluir todos os subintervalos de mesma precisão numérica incluídos dentro do intervalo relatado. Por exemplo, um intervalo de 1,0 a 10,0 destina-se a incluir todos os subintervalos entre (e incluindo) o valor mínimo relatado de 1,0 e o valor máximo relatado de 10,0, ou seja, tendo um valor mínimo igual ou superior a 1,0 e um valor máximo igual ou inferior a 10,0, como, por exemplo, 2,4 a 7,6. Qualquer limitação numérica máxima relatada nesta especificação destina-se a incluir todas as limitações numéricas masi baixas incluídas nela e qualquer limitação numérica mínima relatada nesta especificação destina-se a incluir todas as limitações numéricas mais altas incluídas nela. Nesse sentido, o Depositante reserva-se o direito de alterar esta especificação, incluindo as reivindicações, para relatar expressamente qualquer subintervalo incluído dentro dos intervalos expressamente relatados neste documento. Todos esses intervalos destinam-se a ser inerentemente descritos nesta especificação.
[013]Os artigos gramaticais um, um(a), e o(a), como usado nesta especificação, destinam-se a incluir pelo menos um ou um ou mais, a menos que indicado o em contrário. Assim, os artigos são usados nesta especificação para se referir a um ou mais de um (isto é, a pelo menos um) dos objetos gramaticais do artigo. À título de exemplo, um componente significa um ou mais componentes, e assim, possivelmente, mais de um componente é contemplado e pode ser empregado ou usado em uma implementação das modalidades descritas. Além disso, o uso de um substantivo singular inclui o plural e o uso de um substantivo no plural inclui o singular, a menos que o contexto do uso exija o contrário.
[014]As diversas modalidades divulgadas e descritas nesta especificação são
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5/20 direcionadas, em parte, ao processamento termo-mecânico de ligas à base de níquel. O processamento termo-mecânico divulgado e descrito nesta especificação pode ser usado para produzir produtos de liga à base de níquel, tais como, por exemplo, barras, hastes, lajes, anéis, tiras, placas e similares. Os produtos fabricados pelos processos descritos nesta especificação podem ser caracterizados por um tamanho de grão definido e por uma distribuição de carboneto precipitado definida.
[015]A rachadura de corrosão sob tensão intergranular (IGSCC) é um mecanismo de corrosão em que fendas se formam ao longo dos limites do grão de um material metálico sob tensão de tração e exposto a um ambiente corrosivo. A tensão de tração que promove a IGSCC pode estar sob a forma de tensões aplicadas externamente a um componente metálico em serviço e/ou sob a forma de tensões residuais internas no material metálico. A IGSCC é frequentemente encontrado em aplicações que envolvem ambientes agressivamente corrosivos, tais como, por exemplo, componentes estruturais em equipamentos de processamento químico e reatores de água pressurizados (PWR) para geração de energia nuclear. As ligas à base de níquel, tais como, por exemplo, Liga 600 (UNS N06600) e Liga 690 (UNS N06690), podem ser usadas em tais aplicações devido à resistência à corrosão geral dessas ligas. No entanto, as ligas à base de níquel podem, no entanto, demonstrar IGSCC sob alta temperatura e condições de serviço de alta pressão, por exemplo, em ambientes aquosos ou de vapor.
[016]Determinados processos de tratamento termo-mecânico podem ser usados para reduzir a susceptibilidade de ligas à base de níquel para IGSCC em ambientes agressivamente corrosivos. Combinações de trabalho quente e tratamentos à quente podem ser usadas para produzir produtos de liga à base de níquel tendo tamanhos de grão definidos e distribuições de carboneto que aumentam a resistência à IGSCC. Por exemplo, as ligas à base de níquel, incluindo níveis relativamente altos de cromo e ferro, como, por exemplo, a Liga 600 e a Liga 690, podem ser processadas termo-mecanicamente por determinados métodos conhecidos para produzir produtos tendo definido tamanhos de grão definidos com uma distribuição intergranular de carbonetos M23C6 precipitados e sem depleção do cromo nos grãos. A precipitação intergranular de carbonetos M23C6 entre os grãos nas ligas à base de níquel reduz significativamente a sensibilização das ligas em ambientes agressivamente corrosivos, o que aumenta significativamente a resistência à IGSCC.
[017]Em várias modalidades não limitantes, os processos descritos neste documento podem ser usados para tratar termo-mecanicamente as ligas à base de níquel, como, por exemplo, a Liga 600 e a Liga 690. Por exemplo, em várias modalidades não limitantes, peças da Liga 690 tratadas de acordo com as modalidades dos processos de termo-mecânicos descritos neste documento podem ter uma composição química compreendendo (em
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6/20 porcentagem pelo peso/massa total da liga): pelo menos 58,0% de níquel; 27,0% a 31,0% de cromo; 7,0% a 1,0% de ferro; até 0,5% de manganês; até 0,05% de carbono; até 0,5% de cobre; até 0,5% de silício; até 0,015% de enxofre; e impurezas acidentais. Em várias modalidades não limitantes, as peças da Liga 690 tratadas de acordo podem ter uma composição química compreendendo quaisquer subintervalos elementares incluídos dentro dos intervalos elementares descritos acima. Por exemplo, uma peça da Liga 690 tratada de acordo com as modalidades dos processos termo-mecânicos descritos neste documento pode compreender (em porcentagem pelo peso/massa total da liga): pelo menos 59,0% de níquel; 28,0% a 30,0% de cromo; 8,0% a 10,0% de ferro; até 0,25% de manganês; 0,010% a 0,040% de carbono; até 0,25% de cobre; até 0,25% de silício; até 0,010% de enxofre; e impurezas acidentais. Em várias modalidades não limitantes, todos os constituintes da liga elementares descritos nesta especificação como sendo até uma quantidade máxima especificado também inclui quantidades maiores que zero para a quantidade máxima especificada.
[018]Em várias modalidades não limitantes, os lingotes de ligas à base de níquel podem ser produzidos por matérias-primas de fusão por indução a vácuo (VIM) para produzir uma liga compreendendo uma composição química, em conformidade com uma especificação de composição prédeterminada. Por exemplo, matérias-primas podem ser usadas para produzir uma liga compreendendo uma composição química, em conformidade com as especificações para a Liga 690 descritas acima. A liga fundida produzida por VIM, por exemplo, pode ser moldada em um lingote inicial. Em várias modalidades não limitantes, o lingote inicial pode ser usado como um eletrodo de entrada para uma ou mais operações de refusão a arco sob vácuo (VAR) e/ou de refusão por eletroescória (ESR) para produzir um lingote refinado. Em várias modalidades não limitantes, outras operações de fusão inicial e/ou de refusão conhecidas na técnica, tais como, por exemplo, descarbonetação argônio-oxigênio (AOD) e/ou desgaseificação a vácuo, sozinhos ou em combinação com VAR e/ou ESR, podem ser usadas para produzir lingotes de ligas á base de níquel.
[019]Em várias modalidades não limitantes, um lingote da liga à base de níquel pode ser homogeneizado, usando práticas de tratamento por calor padrões e/ou forjadas para produzir uma peça de liga à base de níquel-base. Por exemplo, um lingote de liga à base de níquel (em uma condição fundida, refinada ou homogeneizada) pode ser forjado por pressão para produzir uma peça a ser usada como uma entrada para operações de processamento termo-mecânico subsequentes. Em várias outras modalidades não limitantes, um lingote de liga à base de níquel (em uma condição fundida, refinada ou homogeneizada) pode ser convertido por forja em uma peça de pré-forma tendo qualquer forma e dimensões adequadas para operações de processamento termo-mecânico subsequentes.
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7/20 [020]Em várias modalidades não limitantes, as operações de processamento termomecânico podem compreender pelo menos duas etapas de aquecimento e pelo menos duas etapas de trabalho. Uma primeira etapa de aquecimento pode compreender o aquecimento de uma peça de liga à base de níquel a uma temperatura de supersolvus de carboneto. Uma primeira etapa de trabalho pode incluir compreender o trabalho (por exemplo, forjamento ou laminação) da peça de liga à base de níquel, em que a peça de liga á base de níquel está a uma temperatura de supersolvus de carboneto quando o trabalho começa. Uma segunda etapa de aquecimento pode compreender a peça de liga à base de níquel a uma temperatura de subsolvus de carboneto. Uma segunda etapa de trabalho pode compreender o trabalho (por exemplo, forjamento ou laminação) da peça de liga à base de níquel, em que a peça de liga à base de níquel está a uma temperatura de subsolvus de carboneto quando o trabalho começa.
[021]Conforme usado neste documento, incluindo nas reivindicações, os termos primeiro, segundo, antes, após, e similares, quando usados em conexão com uma etapa ou operação, não excluem a possibilidade de etapas ou operações anteriores, de intervenção e/ou subsequentes. Por exemplo, em várias modalidades não limitantes, os métodos de processamento termo-mecânicos compreendendo primeira e segunda etapas de aquecimento e primeira e segunda etapas de trabalho podem compreender ainda aquecimento, trabalho e/ou outras etapas adicionais antes, entre e/ou após a primeira e segunda etapas de aquecimento especificadas e a primeira e segunda etapas de trabalho.
[022]Conforme usado neste documento, o termo temperatura de supersolvus de carboneto refere-se a temperaturas pelo menos tão altas quanto a temperatura de solvus do carboneto M23C6 de uma liga. Conforme usado aqui, o termo temperatura de subsolvus de carboneto refere-se a temperaturas inferiores à temperatura de solvus do carboneto M23C6 de uma liga. A temperatura de solvus do carboneto M23C6 de uma liga é a menor temperatura na qual essencialmente todo o carbono presente na liga está em solução sólida e a liga não compreende quaisquer fases ou precipitados de carboneto M23C6 metalograficamente observáveis. A temperatura de solvus do carboneto M23C6 de uma liga depende da composição química da liga, particularmente do teor de carbono. Por exemplo, a temperatura de solvus do carboneto M23C6 da Liga 690 pode variar de aproximadamente 1046°C a 1157°C (1915°F a 2115°F) para concentrações de carbono variando de 0,02% a 0,05%, em peso, para uma composição nominal de 29,0% de cromo, 9,0% de ferro, 0,2% de cobre, 0,2% de silício, 0,2% de manganês, 0,01% enxofre, 0,25% de alumínio, 0,25% de titânio, 0,008% de nitrogênio, e 60,842% a 60,872% de níquel, calculado usando o software JMatPr, disponível por Sente Software, Surrey, UK. As temperaturas de solvus de carboneto podem ser determinadas
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8/20 empiricamente ou aproximadas, usando software de cálculo de diagrama de fase e de simulação de propriedade de materiais, tais como, por examplo, o software JMatPro, ou software Pandat, disponíveis por CompuTherm LLC, Madison, Wisconsin, USA.
[023]Conforme usado neste documento, aquecendo uma peça a uma temperatura especificada ou intervalo de temperatura indica o aquecimento da peça por um tempo suficiente para trazer a temperatura da peça inteira, incluindo as partes internas do material da peça, para a temperatura especificada ou para o intervalo de temperatura especificado. Da mesma forma, uma condição de uma peça sendo aquecida a uma temperatura especificada ou intervalo de temperatura indica que a peça é aquecida por um tempo suficiente para trazer a temperatura da peça inteira, incluindo as partes internas do material, para a temperatura especificada ou para o intervalo de temperatura especificado. A quantidade de tempo necessário para aquecer uma peça a uma temperatura ou intervalo de temperatura dependerá da forma e das dimensões da peça e a da condutividade térmica do material da peça, por exemplo.
[024]Conforme usado neste documento, o aquecimento de uma peça por um período especificado de tempo ou intervalo de tempo em uma temperatura ou intervalo de temperatura especificado (isto é, tempo-em-temperatura) indica o aquecimento da peça pelo tempo ou intervalo de tempo especificado medido a partir do ponto quando a temperatura da superfície da peça (medido, por exemplo, usando um termopar, pirômetro ou similares) atinge ± 14°C (± 25°F) da temperatura ou intervalo de temperatura especificado. Conforme usado neste documento, um tempo-em-temperatura especificado não inclui o tempo de pré-aquecimento para trazer a temperatura de superfície da peça para dentro ± 14°C (± 25°F) da temperatura ou intervalo de temperatura especificado. Conforme usado aqui, o termo tempo de forno indica a quantidade de tempo que uma peça é mantida dentro de um ambiente de temperatura controlada, tal como, por exemplo, um forno, e não inclui o tempo necessário para trazer o ambiente de temperatura controlada para a temperatura ou intervalo de temperatura especificado.
[025]Conforme usado aqui, forjamento, trabalho, ou outro processamento mecânico de condução sobre uma peça em uma temperatura ou intervalo de temperatura especificado indica que a temperatura da peça inteira, incluindo as partes internas do material da peça, está na temperatura ou intervalo de temperatura especificado quando o forjamento, trabalho ou outro processamento mecânico começa. É contemplado que o resfriamento da superfície e/ou o aquecimento adiabático aquecimento de uma peça durante o forjamento, trabalho, ou operações similares em uma temperatura ou intervalo de temperatura especificado pode mudar a temperatura das partes de uma peça a partir daquela especificada durante a
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9/20 operação.
[026]Em várias modalidades não limitantes, um processo de tratamento termo-mecânico compreende uma primeira etapa de aquecimento, compreendendo o aquecimento de uma peça de liga à base de níquel a uma temperatura maior que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 da liga á base de níquel. A peça da liga à base de níquel aquecida pode ser trabalhada para uma redução da área de 20% a 70% em uma primeira etapa de trabalho para fornecer uma peça da liga à base de níquel trabalhada. A peça da liga à base de níquel aquecida pode estar a uma temperatura maior que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 no começo da primeira etapa de trabalho. A peça da liga à base de níquel trabalhada pode ser aquecida em uma segunda etapa de aquecimento a uma temperatura maior que 926°C (1700°F) e menor que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 da liga à base de níquel. A peça da liga à base de níquel trabalhada pode ser mantida a temperatura elevada e não permitida resfriar à temperatura ambiente entre a conclusão da primeira etapa de trabalho e o começo da segunda etapa de aquecimento. A peça da liga à base de níquel pode ser trabalhada para uma segunda redução da área de 20% a 70% em uma segunda etapa de trabalho. A peça da liga à base de níquel pode estar a uma temperatura maior que 926°C (1700°F) e menor que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 da liga à base de níquel no começo da segunda etapa de trabalho. A peça da liga à base de níquel pode ser resfriada ao ar à temperatura ambiente após a conclusão da segunda etapa de trabalho.
[027]Em várias modalidades não limitantes, a primeira etapa de aquecimento, na qual uma peça da liga à base de níquel é aquecida a uma temperatura de supersolvus de carboneto, pode compreender o aquecimento da peça da liga à base de níquel em um forno operando em 1093°C a 1163°C (2000°F a 2125°F) por pelo menos um tempo-em-temperatura de 6,0 horas (360 minutos). Uma peça da liga à base de níquel pode ser aquecida a uma temperatura de supersolvus de carboneto por aquecimento em um forno operando em 1093°C a 1163°C (2000°F a 2125°F), ou qualquer subintervalo incluído neste, tal como, por exemplo, 1093°C a 1149°C (2000°F a 2100°F), 1093°C a 1135°C (2000°F a 2075°F), 1093°C a 1121°C (2000°F a 2050°F), 1107°C a 1135°C (2025°F a 2075°F), 1121°C a 1163°C (2050°F a 2125°F), 1121 °C a 1149°C (2050°F a 2100°F), ou similares.
[028]Em várias modalidades não limitantes, a segunda etapa de aquecimento, na qual uma peça da liga à base de níquel trabalhada é aquecida a uma temperatura de subsolvus de carboneto, pode compreender o aquecimento da peça da liga à base de níquel em um forno operando a uma temperatura maior que 926°C (1700°F) e menor que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 da liga à base de níquel por um tempo de forno maior que 2,0 horas (120 minutos). Uma peça da liga à base de níquel pode ser aquecida a uma temperatura
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10/20 de subsolvus de carboneto por aquecimento em um forno operando em 926°C a 1066°C (1700°F a 1950°F), ou qualquer subintervalo incluído neste, tal como, por exemplo, 954°C a 1052°C (1750°F a 1925°F), 954°C a 996°C (1750°F a 1825°F), 996°C a 1052°C (1825°F a 1925°F), 968°C a 1038°C (1775°F a 1900°F), 982°C a 1024°C (1800°F a 1875°F), 982°C a 1010°C (1800°F a 1850°F), ou similares. Em várias modalidades, a segunda etapa de aquecimento pode compreender o aquecimento de uma peça de à base de níquel em um forno operando a uma temperatura de subsolvus de carboneto por um tempo de forno maior que 2,0 horas (120 minutos) a 10,0 horas (600 minutos), ou qualquer subintervalo incluído neste, tal como, por exemplo, 2,5 a 8,0 horas (150-480 minutos), 3,0 a 10,0 horas (180-600 minutos), 3,0 a 8,0 horas (180-480 minutos), 4,0 a 8,0 horas (240-480 minutos), 5,0 a 8,0 horas (300480 minutos), ou similares.
[029]Em várias modalidades não limitantes, uma peça de liga à base de níquel pode ser mantida a temperatura elevada e não permitida resfriar à temperatura ambiente entre a conclusão da primeira etapa de trabalho e o começo da segunda etapa de aquecimento. Por exemplo, uma peça de liga à base de níquel pode ser mantida em temperaturas não menores que uma temperatura que esteja 167°C (300°C) abaixo da temperatura de solvus do carboneto M23C6 da liga. Em várias modalidades não limitantes, uma peça de liga à base de níquel pode ser mantida em temperaturas não menores que uma temperatura que esteja 111°C (200°F), 83°C (150°F), ou 56°C (100°F) abaixo da temperatura de solvus do carboneto M23C6 da liga. Em várias modalidades não limitantes, uma peça de liga à base de níquel pode ser mantida a uma temperatura de pelo menos 926°C (1700°F) entre a conclusão da primeira etapa de trabalho e o começo da segunda etapa de aquecimento. Em várias modalidades não limitantes, uma peça de liga à base de níquel pode ser mantida a uma temperatura de pelo menos 954°C (1750°F), 982°C (1800°F), 1010°C (1850°F), 1038°C (1900°F), ou 1066°C (1950°F) entre a conclusão da primeira etapa de trabalho e o começo da segunda etapa de aquecimento.
[030]Em várias modalidades não limitantes, a primeira etapa de trabalho, a segunda etapa de trabalho e quaisquer etapas de trabalho subsequentes podem, juntas, reduzir a área transversal de uma peça em 40% a 95%, em relação à área transversal da peça antes da primeira etapa de trabalho. A primeira etapa de trabalho, a segunda etapa de trabalho e quaisquer etapas de trabalho subsequentes podem, independentemente, produzir reduções da área de 20% a 70%, ou qualquer subintervalo incluído neste, tal como, por exemplo, de 30% a 70%, 40% a 60%, 45% a 55%, ou similares. A redução da área produzida pela primeira etapa do trabalho é calculada com base na área transversal inicial da peça antes da primeira etapa de trabalho. A redução da área produzida pela segunda etapa do trabalho é calculada
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11/20 com base na área transversal trabalhada produzida pela primeira etapa de trabalho. A redução da área de qualquer etapa de trabalho subsequente pode ser calculada com base na área transversal trabalhada produzida pela etapa de trabalho anterior.
[031]Em várias modalidades não limitantes, a primeira etapa de trabalho, a segunda etapa de trabalho e quaisquer etapas de trabalho subsequentes podem, independentemente, compreender um ou mais passos através do equipamento usado para realizar a etapa de trabalho específica. Por exemplo, uma primeira etapa de trabalho pode compreender um ou mais passos através de uma forja rotativa para reduzir a área transversal de uma peça em 20% a 70%, e uma segunda etapa de trabalho pode compreender um ou mais passos através da forja rotativa para reduzir a área transversal da peça em 20% a 70%, em relação à área transversal trabalhada da peça produzida pela primeira etapa de trabalho. A redução total da área produzida pela primeira etapa de trabalho e pela segunda etapa de trabalho pode ser de 40% a 95%, em relação à área da peça antes da primeira etapa de trabalho. A redução da área produzida por cada passo individual através da forja rotativa pode ser, por exemplo, de 5% a 25%, em relação à área transversal intermediária produzida pelo passo precedente.
[032]Em várias modalidades não limitantes, uma peça de liga à base de níquel aquecida pode estar a uma temperatura maior que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 no começo da primeira etapa de trabalho, e uma peça de liga à base de níquel aquecida pode estar a uma temperatura maior que 926°C (1700°F) e menor que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 da liga à base de níquel no começo da segunda etapa de trabalho. Em várias modalidades não limitantes, uma peça de liga à base de níquel aquecida pode estar a uma temperatura maior que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 durante a primeira etapa de trabalho inteira. Em várias modalidades não limitantes, uma peça de liga à base de níquel aquecida pode estar a uma temperatura maior que 926°C (1700°F) e menor que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 da liga à base de níquel durante a segunda etapa de trabalho inteira. Por exemplo, as estampas, bigornas e/ou rolos usados para executar uma operação de trabalho podem ser aquecidos para minimizar ou eliminar a perda de calor devido à condução das superfícies da peça em contato com as estampas, bigornas e/ou rolos de trabalho. Além disso, o aquecimento adiabático do material da peça de deformação durante as etapas de trabalho pode compensar, pelo menos em parte, a perda de calor da peça.
[033]Em várias modalidades não limitantes, a primeira etapa de trabalho e a segunda etapa de trabalho podem, independentemente, compreender uma ou mais operações de forjamento ou de laminação, como, por exemplo, laminação plana, laminação de anel, perfilação, forjamento por pressão, extrusão, forjamento rotativo, e similares. Em várias modalidades, a primeira etapa de trabalho e a segunda etapa de trabalho podem, cada uma, compreender
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12/20 um ou mais passos de forjamento rotativo.
[034]Conforme usado neste documento, o termo forjamento rotativo refere-se ao trabalho de peças alongadas, tais como, por exemplo, tubos, barras e hastes, usando duas ou mais bigornas/estampas para deformar compressivamente a peça perpendicular ao eixo longo da peça, diminuindo, assim, a área transversal da peça e aumentando o comprimento da peça para produzir produtos longos. Uma operação de forjamento rotativo 100 é ilustrada nas Figuras 1A e 1B, nas quais uma peça cilíndrica do tipo barra/haste 102 é deformada compressivamente por bigornas/estampas 104, diminuindo, assim, a área transversal da peça e aumentando o comprimento da peça. O forjamento rotativo produz produtos longos sólidos ou tubulares com seções transversais constantes ou variáveis ao longo de seu comprimento. O forjamento rotativo, também conhecido como estampagem rotativa ou forjamento radial, não deve ser confundido com forjamento orbital (isto é, estampa de balanço), no qual uma peça é pressionada entre uma bigorna/estampa plana não rotativa e uma estampa de giro (balanço) com uma face de trabalho cônica que faz movimentos orbitais, espirais, planetários ou em linha reta.
[035]Em várias modalidades não limitantes, um processo de tratamento termo-mecânico pode compreender uma primeira etapa que compreende o aquecimento de uma peça da Liga 690 a uma temperatura maior que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 da liga. Por exemplo, a primeira etapa de aquecimento pode compreender o aquecimento de uma peça da Liga 690 a uma temperatura no intervalo de 1093°C a 1163°C (2000°F a 2125°F). Em várias modalidades não limitantes, a peça da Liga 690 pode ter uma composição química compreendendo, em peso, até 0,05% de carbono; 27,0% a 31,0% de cromo; até 0,5% de cobre; 7,0% a 11,0% de ferro; até 0,5% de manganês; até 0,015% de enxofre; até 0,5% de silício; pelo menos 58% de níquel; e impurezas acidentais.
[036]A peça da Liga 690 aquecida pode ser forjada rotativamente para uma redução de área de 20% a 70% em uma primeira etapa de forjamento, compreendendo um ou mais passos de forjamento rotativo. A peça da Liga 690 aquecida pode estar a uma temperatura maior que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 no começo da primeira etapa de forjamento, tal como, por exemplo, a uma temperatura no intervalo de 1093°C a 1163°C (2000°F a 2125°F) quando a primeira etapa de forjamento começa. A peça da Liga 690 forjada pode ser aquecida em uma segunda etapa de aquecimento a uma temperatura maior que 926°C (1700°F) e menor que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 da liga à base de níquel. Por exemplo, a segunda etapa de aquecimento pode compreender o aquecimento de uma peça da Liga 690 forjada a uma temperatura no intervalo de 954°C a 1052°C (1750°F a 1925°F). A peça da Liga 690 forjada pode ser mantida a uma temperatura de pelo menos 926°
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C (1700°F) entre a conclusão da primeira etapa de forjamento e o começo da segunda etapa de aquecimento.
[037]A peça da Liga 690 aquecida pode ser forjada rotativamente para uma segunda redução de área de 20% a 70% em uma segunda etapa de forjamento, compreendendo um ou mais passos de forjamento rotativo. A peça da Liga 690 aquecida pode estar a uma temperatura maior que 926°C (1700°F) e menor que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 no começo da segunda etapa de forjamento, tal como, por exemplo, a uma temperatura no intervalo de 954°C a 1051°C (1750°F a 1925°F) quando a segunda etapa de forjamento começa. A peça da Liga 690 pode ser resfriada ao ar à temperatura ambiente após a conclusão da segunda etapa de forjamento.
[038]Em várias modalidades não limitantes, as peças da liga à base de níquel, tais como, por exemplo, as peças da Liga 690, podem ser ainda tratadas pelo calor após pelo menos duas etapas de aquecimento e pelo menos duas etapas de trabalho. Por exemplo, as peças da liga à base de níquel podem ser recozidas a uma temperatura de pelo menos 982°C (1800°F), mas não maior que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 da liga à base de níquel por pelo menos um tempo-em-temperatura de 3,0 horas. Em várias modalidades não limitantes, as peças da liga à base de níquel podem ser recozidas a uma temperatura de 982°C a 1093°C (1800°F a 2000°F), ou qualquer subintervalo incluído neste, tal como, por exemplo, 1004°C a 1071°C (1840°F a 1960°F), 1010°C a 1066°C (1850°F a 1950°F), 1024°C a 1052°C (1875°F a 1925°F), ou similares. Em várias modalidades não limitantes, as peças da liga á base de níquel podem ser recozidas por pelo menos um tempo-em-temperatura de 4,0 horas. Em várias modalidades não limitantes, as peças da liga à base de níquel podem ser arrefecidas em água após tratamento térmico de recozimento.
[039]Em várias modalidades não limitantes, as peças da liga à base de níquel, tais como, por exemplo, as peças da Liga 690, podem ser envelhecidas após pelo menos duas etapas de aquecimento e pelo menos duas etapas de trabalho. Por exemplo, as peças da liga à base de níquel podem ser envelhecidas em uma temperatura de 704°C a 760°C (1300°F a 1400°F) por pelo menos um tempo-em-temperatura de 3,0 horas. Em várias modalidades não limitantes, as peças da liga à base de níquel podem ser envelhecidas a uma temperatura de 704°C a 760°C (1300°F a 1400°F), ou qualquer subintervalo incluído neste, tais como, por exemplo, 718°C a 746°C (1325°F a 1375°F), 710°C a 738°C (1310°F a 1360°F) ou similares. Em várias modalidades não limitantes, as peças da liga à base de níquel podem ser envelhecidas por pelo menos um tempo-em-temperatura de 4,0 horas. Em várias modalidades não limitantes, as peças da liga à base de níquel podem ser resfriadas ao ar após o tratamento térmico de envelhecimento.
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14/20 [040]Em várias modalidades não limitantes, as peças da liga à base de níquel podem ser recozidas e envelhecidas. Por exemplo, após pelo menos duas etapas de aquecimento e pelo menos duas etapas de trabalho, as peças da liga à base de níquel podem ser resfriadas ao ar à temperatura ambiente e, em seguida, recozidas a uma temperatura de pelo menos 982°C (1800°F), mas não maior que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 da liga á base de níquel por pelo menos um tempo-em-temperatura de 3,0 horas. As peças da liga à base de níquel podem ser arrefecidas em água após o tratamento de recozimento térmico e, em seguida, envelhecidas a uma temperatura de 704°C a 760°C (1300°F a 1400°F) por pelo menos um tempo-em-temperatura de 3,0 horas.
[041]Os processos descritos neste documento podem ser usados, por exemplo, para produzir produtos forjados e/ou laminados. Por exemplo, em várias modalidades não limitantes, as duas etapas de aquecimento e as duas etapas de trabalho convertem peças de préforma em produtos, incluindo produtos longos, como, por exemplo, barra e haste redondas, barra e haste retangulares, barra e haste hexagonais, produtos longos retangulares forjados e produtos longos retangulares laminados. Os processos divulgados neste documento podem ser usados, por exemplo, para produzir produtos longos com seções transversais constantes ou variáveis ao longo de seu comprimento. Nas modalidades que produzem produtos longos tendo seções transversais variáveis ao longo de seu comprimento, a primeira etapa de trabalho e a segunda etapa de trabalho podem, juntas, reduzir a área transversal de uma peça em 40% a 95% em um ou mais locais ao longo do comprimento do produto longo. Além disso, os processos aqui divulgados podem ser usados, por exemplo, para produzir tubos forjados rotativos.
[042]Em várias modalidades não limitantes, os produtos produzidos pelos processos descritos neste documento podem satisfazer os requisitos de ASTM B166-08: Standard Specification for Nickel-Chromium-Iron Alloys (UNS N06600, N06601, N06603, N06690, N06693, N06025, N06045, e N06696) e Nickel-Chromium-Cobalt-Molybdenum Alloy (UNS N06617) Rod, Bar, and Wire (2008), e ASME SB-166: Specification for Nickel-Chromium-lron Alloys (UNS N06600, N06601, N06603, N06690, N06693, N06025, N06045, e N06696) e NickelChromium-Cobalt-Molybdenum Alloy (UNS N06617) Rod, Bar, and Wire (2007), que estão incorporados para referência nesta especificação.
[043]Em várias modalidades não limitantes, os produtos produzidos pelos processos descritos neste documento podem ter um tamanho de grão de ASTM N°. 3.0 a 9.0, determinado de acordo com ASTM E 112 - 10: Standard Test Methods for Determining Average Grain Size (2010), o qual está incorporado para referência nesta especificação. Em várias modalidades não limitantes, os produtos produzidos pelos processos descritos neste documento
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15/20 podem ter um tamanho de grão no intervalo de ASTM N°. 3.0 a 9.0, ou qualquer subintervalo incluído neste, como, por exemplo, ASTM N°. 3.0 a 8.0, 3.5 a 7.5, 4.0 a 7.0, 4.5 a 6.5, 3.0 a 7.0, 3.0 a 6.0, ou similares. Em várias modalidades não limitantes, os produtos produzidos pelos processos descritos neste documento podem compreender precipitados de carboneto M23C6 intergranular uniformemente distribuídos sobre os limites do grão. Em várias modalidades não limitantes, os produtos produzidos pelos processos descritos neste documento podem compreender precipitados mínimos de carboneto M23C6 intragranular metalograficamente observáveis. Em várias modalidades não limitantes, os produtos produzidos pelos processos descritos neste documento podem carecer de precipitados de carboneto M23C6 intragranular metalograficamente observáveis.
[044]A distribuição de carboneto microestrutural pode ser determinada metalograficamente, por exemplo, usando microscopia eletrônica de varredura (SEM) para avaliar espécimes quimicamente gravadas (por exemplo, solução mordente de bromo-metanol) da liga à base de níquel processadas, de acordo com as diversas modalidades não limitantes descritas neste documento. Por exemplo, em várias modalidades não limitantes, os produtos produzidos pelos processos descritos neste documento, quando avaliados usando SEM numa ampliação de 500x, podem compreender precitados de carboneto M23C6 intergranular uniformemente distribuídos em todos os limites do grão observáveis e compreendem precipitados de carboneto M23C6 intragranular mínimos ou nenhum. Em várias modalidades não limitantes, os produtos produzidos pelos processos descritos neste documento compreendem grãos equiaxiais com um tamanho de grão de ASTM N°. 3.0 a 9.0, uma distribuição de tamanho de grão uniforme, precipitados de carboneto M23C6 intergranular uniformemente distribuídos nos limites do grão metalograficamente observáveis, e precipitados mínimos de carboneto M23C6 intragranular metalograficamente observáveis.
[045]Os processos descritos neste documento reduzem ou eliminam o crescimento de grão anormal que cria uma distribuição de tamanho de grão não uniforme em escala macroscópica. Para controlar o tamanho do grão dentro dos limites especificados, as peças de liga à base de níquel, como, por exemplo, as peças da Liga 690, podem ser trabalhadas à quente em temperaturas acima da temperatura de recristalização e da temperatura de solvus de carboneto da liga, isto é, trabalhando em temperaturas de supersolvus. No entanto, os tratamentos térmicos subsequentes para produzir uma distribuição uniforme de precipitados de carboneto M23C6 intergranular muitas vezes causam um crescimento anormal e não uniforme do grão nas seções da macroestrutura das peças. Por exemplo, hastes e barras redondas trabalhadas à quente de liga à base de níquel, como, por exemplo, a Liga 690, tendem a desenvolver uma região em forma de anel de crescimento anormal do grão através da seção
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16/20 transversal do produto. As Figuras 2A e 2B ilustram esquematicamente um produto longo 200 como, por exemplo, uma haste ou barra redonda de liga à base de níquel, como a Liga 690. O produto longo 200 inclui uma região em forma de anel 205 de crescimento anormal do grão através da seção transversal do produto.
[046]Enquanto não se deseja ser ligado pela teoria, acredita-se que o trabalho à quente em temperaturas de supersolvus para controlar o tamanho do grão produz uma força interna intrínseca nas peças que provoca o crescimento anormal do grão. A força interna intrínseca é acreditada ser causada pela expansão térmica diferencial da peça durante o trabalho à quente e o resfriamento após o trabalho à quente. O material de superfície das peças resfria muito mais rapidamente do que o material interno, especificamente o material em direção ao centro da peça, quando em contato com a estampa/bigorna de trabalho e durante o resfriamento subsequente. Isso estabelece uma temperatura nítida diferencial entre a superfície refrigerante e o material perto da superfície e o material interno mais quente. A temperatura diferencial resulta em expansão térmica diferencial a partir da alta temperatura no centro para a baixa temperatura na superfície do produto trabalhado à quente, que é acreditado produzir uma força interna intrínseca no material. Durante os tratamentos térmicos subsequentes para produzir uma distribuição uniforme de precipitados de carboneto M23C6 intergranular, a força interna é acreditada conduzir o crescimento anormal do grão, que se localiza nas regiões da força interna causada pela expansão térmica diferencial durante o resfriamento. Isto é acreditado resultar nas regiões em forma de anel observadas de crescimento anormal e não uniforme do grão na macroestrutura dos produtos.
[047]Estas regiões deletérias do crescimento anormal do grão podem ser atenuadas, trabalhando as peças da liga à base de níquel, como, por exemplo, as peças da Liga 690, em temperaturas abaixo da temperatura de solvus de carboneto da liga, isto é, nas temperaturas de subsolvus. No entanto, após o trabalho nas temperaturas de subsolvus, os tratamentos térmicos subsequentes para produzir uma distribuição uniforme de precipitados de carboneto M23C6 intergranular muitas vezes causam o crescimento inaceitável do grão ao longo da peça inteira. O tamanho de grão é difícil de controlar e os tratamentos térmicos muitas vezes produzem tamanhos de grão maiores que o ASTM N°. 3.0 (isto é, ASTM Nos. menores que 3.0.). Além disso, todos os carbonetos não são dissolvidos durante o trabalho em temperaturas de subsolvus. Como resultado, a distribuição de carboneto intergranular produzida durante os tratamentos térmicos subsequentes muitas vezes inclui grandes longarinas de carbonetos de limites do grão que estavam presentes entre os grandes grãos nas peças de pré-forma e que não se dissolvem antes, durante ou após o trabalho em temperaturas de subsolvus.
[048]Os processos descritos neste documento reduzem ou eliminam o crescimento
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17/20 anormal do grão que cria uma distribuição de tamanho de grão não uniforme em escala macroscópica, e produz produtos tendo grãos equiaxiais com um tamanho de grão do ASTM N°. 3.0 a 9.0, uma distribuição de tamanho de grão uniforme, precipitados de carboneto M23C6 intergranular uniformemente distribuídos sobre os limites do grão e precipitados mínimos de carboneto M23C6 intragranular. Na primeira das duas etapas de aquecimento, uma peça da liga à base de níquel é aquecida a uma temperatura de supersolvus de carboneto, que dissolve todos os carbonetos M23C6 presentes na peça de pré-forma. Na primeira das duas etapas de trabalho, a peça da liga à base de níquel é trabalhada a uma temperatura de supersolvus de carboneto, por exemplo, para uma redução da área de 20% a 70%. O trabalho na temperatura de supersolvus de carboneto impede a precipitação de carboneto e produz uma distribuição de tamanho de grão uniforme com tamanhos de grão no intervalo do ASTM N°. 3.0 a 9.0.
[049]Na segunda das duas etapas de aquecimento, a peça da liga à base de níquel é aquecida a uma temperatura de subsolvus de carboneto. A peça se estabiliza nas temperaturas de subsolvus e não é permitida resfriar à temperatura ambiente entre a primeira etapa de trabalho e a segunda etapa de aquecimento. Isso minimiza qualquer precipitação de carboneto, porque o material da peça não resfria através da região de nariz crítica da curva de tempo-temperatura-transformação (TTT) do material, na qual a cinética da precipitação de carboneto é a mais rápida. A nucleação e a precipitação de carbonetos são muito lentas nas temperaturas de subsolvus de carboneto dentro de aproximadamente 167°C (300°F) da temperatura de solvus de carboneto, por exemplo. Isso impede a precipitação descontrolada de carboneto. Na segunda das duas etapas de trabalho, a peça da liga à base de níquel é trabalhada a uma temperatura de subsolvus de carboneto, por exemplo, para uma redução da área de 20% a 70%. O trabalho na temperatura de subsolvus de carboneto reduz a expansão térmica diferencial e a força interna intrínseca no material que é acreditado causar o crescimento anormal do grão durante os tratamentos térmicos subsequentes.
[050]Os exemplos não limitantes e não completos que se seguem destinam-se a descrever ainda mais várias modalidades não limitantes e não completas, sem restringir o escopo das modalidades descritas nesta especificação.
EXEMPLOS [051]Aquecimentos da Liga 690 foram preparados, fundindo as matérias-primas usando VIM. As composições químicas dos aquecimentos da Liga 690 estavam em conformidade com o ASTM B166-08: Standard Specification for Nickel-Chromium-Iron Alloys (UNS N06600, N06601, N06603, N06690, N06693, N06025, N06045, e N06696) e NickelChromium-Cobalt-Molybdenum Alloy (UNS N06617) Rod, Bar, and Wire (2008) e ASME SBPetição 870180166138, de 20/12/2018, pág. 24/33
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166: Specification for Nickel-Chromium-Iron Alloys (UNS N06600, N06601, N06603, N06690, N06693, N06025, N06045, e N06696) e Nickel-Chromium-Cobalt-Molybdenum Alloy (UNS N06617) Rod, Bar, and Wire (2007), que estão incorporados para referência neste documento.
[052]Os aquecimentos de VIM foram moldados em lingotes iniciais que foram usados como eletrodos de entrada para ESR. A operação de ESR produziu lingotes cilíndricos refinados com diâmetros de aproximadamente 20 polegadas (508 milímetros). Os lingotes de ESR de 20 polegadas foram homogeneizados, usando práticas padrões e forjados por pressão para produzir peças cilíndricas com diâmetros de aproximadamente 14 polegadas (356 milímetros).
[053]As peças foram tratadas termo-mecanicamente, de acordo com as modalidades não limitantes dos processos descritos neste documento, compreendendo duas etapas de aquecimento e duas etapas de trabalho. Em uma primeira etapa de aquecimento, as peças foram aquecidas em um forno operando em 1093°C a 1121°C (2000°F a 2050°F) por um tempo-em-temperatura de pelo menos 6 horas. Em uma primeira etapa de trabalho, as peças aquecidas foram forjadas rotativamente em aproximadamente 9,6 polegadas (243 milímetros) de diâmetro, que corresponde a uma redução da área de aproximadamente 53%. A primeira etapa de trabalho compreendeu quatro passos através da forja rotativa, cada passo produzindo uma redução da área de aproximadamente 17% a 18%. A peça inteira estava a uma temperatura no intervalo de aproximadamente 1093°C a 1121°C (2000°F a 2050°F) quando a primeira etapa de trabalho começou. Durante os passos de forjamento rotativo, as temperaturas de superfície para estampa e fora da estampa das peças foram mantidas no intervalo de 926°C a 1121°C (1700°F a 2050°F) para todos os quatro (4) passos.
[054]Após a conclusão do forjamento rotativo, as temperaturas de superfície das peças não foram permitidas resfriar à temperatura ambiente e as peças foram imediatamente carregadas em um forno operando em 996°C (1825°F). Em uma segunda etapa de aquecimento, as peças forjadas foram aquecidas no forno por aproximadamente 1,0 hora, 2,0 horas, 4,0 horas ou 8,0 horas de tempo de forno. Em uma segunda etapa de trabalho, as peças aquecidas foram forjadas rotativamente uma segunda vez em aproximadamente 7,2 polegadas (182 milímetros) de diâmetro, que corresponde a uma redução da área de aproximadamente 44%, em relação aos diâmetros intermediários de 9,6 polegadas (243 milímetros). A segunda etapa de trabalho compreendeu três passos através da forja rotativa, cada passo produzindo uma redução da área de 17% a 18%. A peça inteira estava a uma temperatura de aproximadamente 996°C (1825°F) quando a segunda etapa de trabalho começou. Durante a segunda etapa de trabalho, as temperaturas de superfície para a estampa e fora da estampa da peça foram mantidas no intervalo de 926°C a 1121°C (1700°F a 2050°F) para todos os três
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19/20 passos. As peças foram resfriadas ao ar à temperatura ambiente após a conclusão da segunda etapa do trabalho. A redução total da área produzida pelas duas etapas de trabalho foi de aproximadamente 74%.
[055]As peças aquecidas duas vezes e forjadas rotativamente duas vezes foram recozidas em 1024°C (1875°F) por um tempo-em-temperatura de quatro (4) horas seguido pelo arrefecimento pela água à temperatura ambiente. As peças arrefecidas foram envelhecidas a 726°C (1340°F) por um tempo-em-temperatura de quatro (4) horas e resfriadas ao ar à temperatura ambiente.
[056]As seções transversais das peças foram gravadas, usando práticas padrões e a macroestrutura avaliada metalograficamente. A Figura 3A é um metalográfico de uma seção transversal de uma peça aquecida por um tempo de forno de aproximadamente 1 hora em um forno operando em 996°C (1825°F), entre a primeira etapa de trabalho e a segunda etapa de trabalho. A Figura 3B é um metalográfico de uma seção transversal de uma peça aquecida por um tempo de forno de aproximadamente 2 horas em um forno operando em 996°C (1825°F), entre a primeira etapa de trabalho e a segunda etapa de trabalho. A Figura 3C é um metalográfico de uma seção transversal de uma peça aquecida por um tempo de forno de aproximadamente 4 horas em um forno operando em 996°C (1825°F), entre a primeira etapa de trabalho e a segunda etapa de trabalho. A Figura 3D é um metalográfico de uma seção transversal de uma peça aquecida por um tempo de forno de aproximadamente 8 horas em um forno operando em 996°C (1825°F), entre a primeira etapa de trabalho e a segunda etapa de trabalho.
[057]Conforme mostrado nas Figuras 3A e 3B, as peças aquecidas por um tempo de forno de aproximadamente 1 hora e 2 horas em um forno operando em 996°C (1825°F) desenvolveram uma região em forma de anel de crescimento anormal do grão. Conforme mostrado nas Figuras 3C e 3D, as peças aquecidas por um tempo de forno de aproximadamente 4 horas e 8 horas em um forno operando em 996°C (1825°F) não apresentam qualquer crescimento anormal do grão. O tamanho do grão das peças aquecidas por um tempo de forno de aproximadamente 4 horas e 8 horas estava no intervalo do ASTM N°. 3.0 a 8.0, determinado de acordo com o ASTM E 112-10. As peças formaram precipitados de carboneto M23C6 intergranular uniformemente distribuídos sobre os limites do grão e exibiram precipitação de carboneto M23C6 intragranular mínima.
[058]Os processos descritos nesta especificação produzem produtos de liga à base de níquel tendo uma microestrutura e macroestrutura que fornece propriedades superiores para aplicações críticas de engenharia, tais como, por exemplo, componentes estruturais em equipamentos de processamento químico e PWRs para a geração de energia nuclear. Esta
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20/20 especificação foi escrita com referência a várias modalidades não limitantes e não completas. No entanto, será reconhecido por pessoas versadas na técnica que várias substituições, modificações ou combinações de qualquer uma das modalidades divulgadas (ou partes delas) podem ser feitas dentro do escopo desta especificação. Assim, é contemplado e entendido que esta especificação suporta modalidades adicionais não expressamente apresentadas neste documento. Essas modalidades podem ser obtidas, por exemplo, combinando, modificando, ou reorganizando qualquer uma das etapas, componentes, elementos, recursos, aspectos, características, limitações e similares divulgados, das várias modalidades não limitantes descritas nesta especificação. Desta forma, o Depositante se reserva o direito de alterar as reivindicações durante o processo para adicionar recursos, como descrito de forma variável nesta especificação.

Claims (16)

1. Processo CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:
uma primeira etapa de aquecimento, compreendendo o aquecimento de uma peça de liga à base de níquel a uma temperatura maior que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 da liga à base de níquel;
uma primeira etapa de trabalho, compreendendo o trabalho da peça da liga à base de níquel aquecida para uma redução na área de 20% a 70%, em que a peça da liga à base de níquel está a uma temperatura maior que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 quando a primeira etapa de trabalho começa;
uma segunda etapa de aquecimento, compreendendo o aquecimento da peça da liga à base de níquel trabalhada a uma temperatura maior que 926°C (1700°F) e menor que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 da liga à base de níquel, em que a peça da liga à base de níquel trabalhada é mantida a temperatura elevada e não permitida resfriar à temperatura ambiente entre a conclusão da primeira etapa de trabalho e o começo da segunda etapa de aquecimento; e uma segunda etapa de trabalho, compreendendo o trabalho da peça da liga à base de níquel aquecida para uma segunda redução na área de 20% a 70%, em que a peça da liga à base de níquel está a uma temperatura maior que 926°C (1700°F) e menor que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 da liga à base de níquel quando a segunda etapa de trabalho começa.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a peça da liga à base de níquel compreende, em peso, até 0,05% de carbono; 27,0% a 31,0% de cromo; até 0,5% de cobre; 7,0% a 11,0% de ferro; até 0,5% de manganês; até 0,015% de enxofre; até 0,5% de silício; pelo menos 58% de níquel; e impurezas acidentais.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a peça da liga à base de níquel compreende, em peso, até 0,05% de carbono; 28,0% a 30,0% de cromo; até 0,25% de cobre; 8,0% a 10,0% de ferro; até 0,25% de manganês; até 0,010% de enxofre; até 0,25% silício; pelo menos 58% de níquel; e impurezas acidentais.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira etapa de trabalho e a segunda etapa de trabalho compreendem independentemente pelo menos uma operação selecionada do grupo consistindo em laminação plana, laminação de anel, perfilação, forjamento por pressão, extrusão e forjamento rotativo.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira etapa de trabalho e a segunda etapa de trabalho compreendem o forjamento rotativo.
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6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira etapa de aquecimento compreende o aquecimento da peça da liga à base de níquel em um forno operando em 1093°C a 1163°C (2000°F a 2125°F) por pelo menos um tempoem-temperatura de 3,0 horas.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda etapa de aquecimento compreende o aquecimento da peça da liga à base de níquel em um forno operando em 954°C a 1037°C (1750°F a 1900°F) por um tempo de forno maior que 2,0 horas.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda etapa de aquecimento compreende o aquecimento da peça da liga à base de níquel em um forno operando em 954°C a 1037°C (1750°F a 1900°F) por um tempo de forno de 3,0 horas a 10,0 horas.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda etapa de aquecimento compreende o aquecimento da peça da liga à base de níquel forjada rotativamente em um forno operando em 954°C a 1037°C (1750°F a 1900°F) por um tempo de forno de 4,0 horas a 8,0 horas.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
a fusão por indução a vácuo de matérias-primas para formar um lingote da liga à base de níquel;
a refusão do lingote da liga à base de níquel para formar um lingote da liga à base de níquel refinado, em que a refusão compreende pelo menos uma operação de refusão selecionada do grupo consistindo em refusão a arco sob vácuo e refusão por eletroescória; e o forjamento por pressão do lingote da liga à base de níquel refinado para formar a peça da liga à base de níquel.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda, após as duas etapas de aquecimento e as duas etapas de trabalho:
o aquecimento da peça da liga à base de níquel a uma temperatura de pelo menos 982°C (1800°F), mas não maior que a temperatura de solvus do carboneto M23C6 da liga à base de níquel por pelo menos um tempo-em-temperatura de 3,0 horas; e o arrefecimento pela água da peça.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda, após as duas etapas de aquecimento e as duas etapas de forjamento:
o envelhecimento da peça da liga à base de níquel a uma temperatura de 704°C a 760°C (1300°F a 1400°F) por pelo menos um tempo-em-temperatura de 3,0 horas; e
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3/3 o resfriamento da peça ao ar à temperatura ambiente.
13. Produto CARACTERIZADO pelo fato de que é produzido pelo processo conforme definido na reivindicação 1.
14. Produto, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o produto compreende um produto longo selecionado do grupo consistindo em uma haste, uma barra redonda e uma barra retangular.
15. Produto, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o produto compreende grãos equiaxiais com um tamanho de grão de ASTM N°. 3.0 a 9.0, uma distribuição de tamanho de grão uniforme, precipitados de carboneto M23C6 intergranular uniformemente distribuídos nos limites de grão metalograficamente observáveis, e substancialmente nenhum precipitado de carboneto M23C6 intragranular metalograficamente observável.
16. Produto, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o produto compreende grãos equiaxiais com um tamanho de grão de ASTM N°. 3.0 a 9.0, uma distribuição de tamanho de grão uniforme, precipitados de carboneto M23C6 intergranular uniformemente distribuídos nos limites do grão observáveis metalograficamente, e substancialmente nenhum precipitado de carboneto M23C6 intragranular metalograficamente observável.
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