BR112014032372B1 - Processo para produção de cilindro composto e cilindro composto produzido pelo mesmo - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE CILINDRO COMPOSTO E CILINDRO COMPOSTO PRODUZIDO PELO MESMO.

[001] A presente invenção refere-se a um processo para a produção de um cilindro composto, sendo que em um corpo de base é criada uma camada de trabalho por meio de prensagem isostática a quente de um pó.

[002] A presente invenção também se refere a um cilindro composto, compreendendo um corpo de base e uma camada de trabalho aplicada nele por meio de prensagem isostática a quente de um pó, e munhões nos lados do corpo de base.

[003] Cilindros para trabalhos a quente para produtos planos de aço, tais como fita de aço ou chapa de aço, no estado da técnica de hoje, são quase que exclusivamente cilindros compostos que são produzidos no processo de fundição centrífuga. Nisso, é prevista uma camada de trabalho externa integrada que é aplicada em um núcleo que compreende um corpo de base com munhões formados inteiriçamente. Usualmente, a camada de trabalho consiste em uma fundição dura com liga, aço com liga alta de cromo ou aço de ferramenta. O núcleo, em regra geral, consiste em fundição nodular. Também há cilindros onde um eixo de aço é envolto por fundição de uma camada de trabalho. Para dimensionamentos menores de um trem laminador há também cilindros onde a camada de trabalho é aplicada por meio de prensagem isostática a quente de um pó, ou na linguagem dos técnicos, HIP.

[004] Cilindros para trabalhos a frio para produtos planos de aço ou de metais não ferrosos, do mesmo modo como os cilindros para trabalhos a quente para metais não ferrosos, de acordo com o estado da técnica, são produzidos inteiriçamente de aço forjado, em seguida, ocorrendo uma têmpera dos cilindros na área de trabalho, especial2/9 mente por meio de têmpera indutiva.

[005] Na tecnologia da laminação, há a necessidade de aumentar ainda mais a eficiência de cilindros por meio de redução do desgaste. Para tal, é necessário que a camada de trabalho que é formada no corpo de base do cilindro e que durante o uso é exposta às cargas maiores, seja o mais resistente possível ao desgaste. O corpo de base, na interação com a camada de trabalho, no que se refere à resistência ao desgaste do cilindro, também é importante e também precisa ser otimizado quanto à vida útil do cilindro. Por fim, o mesmo vale também para os munhões que estão em conexão com o acionamento e através dos quais acontece a transmissão da força.

[006] Cilindros de trabalho para trens laminadores de fita a quente ou a frio apresentam uma dimensão considerável ao longo do eixo longitudinal do cilindro que facilmente pode chegar a vários metros. Estas dimensões grandes dificultam a produção barata de cilindros altamente resistentes ao desgaste.

[007] A presente invenção tem a tarefa de indicar um processo do tipo acima mencionado, com o qual cilindros compostos altamente resistentes ao desgaste podem ser produzidos de modo eficiente e barato, sendo que o processo ao mesmo tempo precisa ser flexível com respeito às diversas dimensões de cilindros.

[008] Um outro objetivo da presente invenção é fornecer um cilindro composto do tipo acima mencionado, que, de maneira amplamente independente do seu comprimento, pode ser produzido de modo eficiente e barato.

[009] A tarefa da presente invenção que se refere ao processo é solucionada quando em um processo do tipo acima mencionado, depois da prensagem isostática a quente do corpo de base, munhões são dispostos no corpo de base por meio de solda.

[0010] A presente invenção aproveita o conhecimento de que, con3/9 tra as expectativas dos técnicos, os munhões que na operação providenciam uma transmissão de força, não precisam ser formados inteiriçamente com o corpo de base, nem precisam ser fixados nele por meio de elementos de fixação, mas também podem ser colocados posteriormente por meio de solda. Surpreendentemente, ficou evidente que os respectivos pontos de costura na junção de munhões e corpo de base apresentam uma estabilidade suficiente para resistir também a esforços grandes durante o uso. Uma vez que os munhões são dispostos somente posteriormente, também é possível usar corpos de base com dimensões que aproveitam as maiores instalações atualmente disponíveis para a prensagem isostática a quente com zonas de trabalho de 4,0 metros. Dessa forma, por um lado, podem ser produzidos cilindros compostos altamente resistentes ao desgaste, pois a camada de trabalho é aplicada por meio de prensagem isostática a quente, para que um pó apropriado pode ser encontrado sem dificuldades (por exemplo, um pó de aço de ferramenta). Por outro lado, em virtude do aproveitamento das dimensões de instalações de prensagem isostática a quente existentes, também podem ser produzidos cilindros compostos com as respectivas dimensões da camada de trabalho, fato este que se torna possível devido à colocação posterior dos munhões. [0011] É especialmente vantajoso quando os munhões são dispostos no corpo de base por meio de solda por feixe de elétrons. A solda por feixe de elétrons apenas causa um aquecimento muito limitado localmente, de modo que o corpo de base não sofre nenhum esforço térmico durante a solda, ou que um esforço térmico no corpo de base é extremamente baixo. Isto é vantajoso especialmente porque uma vida útil máxima do cilindro composto não é garantida apenas pela camada de trabalho, mas também pelo corpo de base ou cilindro.

[0012] É apropriado que os munhões durante a solda no corpo de base sejam posicionados de modo fixo para que seja obtida uma jun4/9 ção mais perfeita possível de munhão e corpo de base. Um posicionamento ou uma fixação pode ser realizado por meio de grampos de solda, por meio de uma junção por contração ou, em caso de uma execução apropriada de corpo de base e munhão, por meio de tirantes de ancoragem. Também é possível uma junção roscada entre o munhão e o corpo de base, de modo que os objetos a serem juntados por solda permanecem posicionados um em relação ao outro durante a solda.

[0013] Em uma variação preferida, antes da prensagem isostática a quente, uma abertura de passagem é feita no corpo de base. A execução da abertura preferencialmente é feita por meio de levantamento de aparas, de preferência, furar. A abertura de passagem no corpo de base facilita um ajuste controlado de propriedades de desgaste e do estado do esforço interno do corpo de base.

[0014] Em uma prensagem isostática a quente, o pó usualmente é inserido em um revestimento de chapa que apresenta dimensões tais que, depois do encolhimento ligado à sinterização, é obtida uma espessura de camada desejada. Pode ser previsto que o corpo de base é mais comprido do que a camada de trabalho e pelo menos em um lugar, preferencialmente em ambas as extremidades, projeta-se para fora do revestimento de chapa ou do vaso de pressão para o pó que é fixado lateralmente no corpo de base. O corpo de base pode então ser um pouco mais comprido do que a camada de trabalho, o que no processo de solda subsequente dos munhões traz a vantagem de que a camada de trabalho não pode ser prejudicada através de uma geração de calor durante a solda. Se for prevista uma abertura ou um furo no corpo de base, e se este durante a prensagem isostática a quente se projetar para fora do vaso de pressão, isto também tem a vantagem de que no aquecimento, um gradiente de temperatura no corpo de base é consideravelmente diminuído, ao passo que em um lado externo do

5/9 mesmo ocorre uma sinterização de um pó, por exemplo, um pó de aço de ferramenta.

[0015] É apropriado que o corpo de base é disponibilizado para a prensagem isostática a quente nas áreas de fixação no vaso de pressão com uma sobremedida. As áreas de fixação encontram-se nas extremidades do corpo de base. Se ali for prevista uma sobremedida, então o vaso de pressão para a prensagem isostática a quente pode ser fixado ali. Nas áreas restantes existe, então, uma distância entre o vaso de pressão e o corpo de base. No respectivo espaço livre formase. durante a prensagem isostática a quente. a camada de trabalho do pó introduzido no espaço livre.

[0016] Pode ser previsto que o corpo de base seja preaquecido antes da prensagem isostática a quente. Um preaquecimento tem a vantagem de que no corpo de base ou no cilindro, ao se colocar a camada de trabalho através da prensagem isostática a quente, não ocorra nenhum grande gradiente de temperatura que possa influenciar uma estrutura do corpo de base negativamente. Em princípio, o preaquecimento pode ser feito de maneira desejada, porém, deveria levar em consideração o gradiente de temperatura no corpo de base. De preferência, o preaquecimento é feito condutivamente, pois, neste caso, o gradiente de temperatura vai contra zero.

[0017] A fim de manter a duração do processo o mais curto possível, o corpo de base, depois da prensagem isostática a quente, pode ser retirado em estado quente de uma câmara de pressão. Porém, também é possível deixar resfriar o corpo de base com a camada de trabalho colocada nele de modo usual, lentamente.

[0018] Depois da prensagem isostática a quente, o corpo de base junto com a camada de trabalho pode ser submetido a um tratamento térmico, antes da colocação dos munhões por meio de solda, especialmente para otimizar os valores característicos mecânicos.

6/9 [0019] Como corpo de base, preferencialmente é usado um aço bem soldável. Para tal, podem ser levados em consideração especialmente os aços forjados comuns, por exemplo, aços apresentando 0,14 até 0,19 % em peso de carbono, no máximo 0,40 % em peso de silício, 1,0 até 1,3 % em peso de manganês, e 0,80 até 1,1 % em peso de cromo. Tais aços forjados frequentemente também são denominados de 16MnCr5 e correspondem aos números de materiais DIN 1.7131 ou 1.7139.

[0020] É apropriado que lados frontais do corpo de base, antes da junção por meio de solda dos munhões, sejam processados mecanicamente, especialmente retificados, a fim de obter a melhor junção possível de munhões com o corpo de base.

[0021] O outro objetivo da presente invenção é alcançado por meio de um cilindro composto do gênero acima mencionado, onde os munhões são juntados por meio de solda.

[0022] Um cilindro composto de acordo com a presente invenção pode ser produzido de maneira efetiva e barata, e precisamente também quando suas dimensões são de quatro ou mais metros. Nisso, os munhões preferencialmente são juntados por meio de solda por feixe de elétrons, pois isso solicita o corpo de base durante o processo de solda nem um pouco ou somente de maneira negligenciável termicamente.

[0023] É preferido que o corpo de base, ao longo do seu eixo longitudinal, apresente uma abertura de passagem, uma vez que através deste furo os estados de esforço interno podem ser controlados, e que especialmente durante a produção ocorrem gradientes de temperatura menores, e na têmpera pode acontecer um resfriamento do corpo de base a partir do interior.

[0024] O corpo de base de um cilindro composto de acordo com a presente invenção, como foi explicado acima, consiste preferencial7/9 mente em um aço moldável a quente, especialmente de um aço forjado que preferencialmente é bem soldável.

[0025] Outras características, vantagens e efeitos da presente invenção são evidentes no exemplo de execução em seguida apresentado. Nos desenhos, aos quais é remetido, mostram:

[0026] A figura 1 mostra uma peça em bruto de um corpo de base antes da prensagem isostática a quente.

[0027] A figura 2 mostra um corpo de base de acordo com a figura 1, em um vaso de pressão para a prensagem isostática a quente.

[0028] A figura 3 mostra um cilindro composto.

[0029] Com a ajuda das figuras 1 até 3, um processo de acordo com a presente invenção é apresentado mais detalhadamente. A figura 1 mostra uma peça em bruto de um corpo de base 2 ou de cilindro. A peça em bruto do corpo de base 2 usualmente é feito de um aço forjado que é bem soldável (por exemplo, um aço com uma composição de acordo com DIN 1.7131) e é redondo na seção transversal em relação ao eixo longitudinal X até as extremidades 21, 22. Nas extremidades 21, 22, a peça em bruto apresenta uma sobremedida. Esta sobremedida nas extremidades 21, 22 é dimensionada principalmente no diâmetro de separação do cilindro a ser produzido.

[0030] Na figura 2, a peça em bruto do corpo de base 2 da figura 1 é mostrado junto com um vaso de pressão 6 ou um revestimento de chapa. O vaso de pressão 6 é fixado mais ou menos centralmente nas extremidades 21, 22 da peça em bruto do corpo de base 2 na área da sobremedida, por exemplo, por meio de solda. Em um espaço livre entre o vaso de pressão 6 e a peça em bruto do corpo de base 2 que resulta devido à fixação do vaso de pressão 6 na área da sobremedida ou das extremidades 21, 22, é posicionado um pó de aço de ferramenta produzido pela metalurgia do pó, que depois da prensagem isostática a quente forma uma camada de trabalho 3. Como pode ser obser8/9 vado na figura 2, nas extremidades 21, 22, a peça em bruto do corpo de base 2 projeta-se para além do vaso de pressão 6. Isto, na prensagem isostática a quente em uma câmara de pressão, traz a vantagem de que também no interior do corpo de base 2 que possui uma abertura ou um furo 5 central, ocorre convecção, e, assim, uma solicitação térmica ou gradientes de temperatura dentro do corpo de base 2 são minimizados. Depois da aplicação da camada de trabalho 3 através da prensagem isostática a quente, usualmente na faixa de temperatura de 1050 °C até 1250 °C, e com pressões de cerca de 100 até 150 MPa em uma atmosfera de gás de proteção de, por exemplo, argônio ou nitrogênio, o corpo de base 2 junto com a camada de trabalho 3 aplicada é retirado da câmara de pressão, e o vaso de pressão 6 é retirado. Em consequência da prensagem isostática a quente, a camada de trabalho 3 é firmemente ligada ao corpo de base 2. Uma extensão longitudinal da camada de trabalho 3, no caso, é selecionada de tal modo que se estende ao longo de todo o cumprimento do cilindro, isto é, de acordo com o comprimento dimensionado do corpo de base 2, exceto as extremidades 21, 22. Em seguida, dois munhões 4 são fixados nos lados frontais do corpo de base 2, sendo que antes disso, os lados frontais ainda podem ser processados, por exemplo, retificados. As áreas de sobremedida nas extremidades 21, 22 também podem ser torneadas. Para tal, primeiro, os dois munhões 4 são posicionados de modo que encostam firmemente nos lados frontais com uma fenda mínima. Se os munhões 4, como o corpo de base 2, apresentarem uma abertura ou furo central de extensão longitudinal, uma colocação dos munhões 4 pode ser feita por meio de tirantes. Se os munhões 4, como mostrado, forem executados sem tais furos, estes podem ser pressionados contra os lados frontais por meio de meios de aperto apropriados, por exemplo, um êmbolo de acionamento hidráulico. Depois de os munhões 4 estarem em contato com os lados frontais do corpo de

9/9 base 2, em um próximo passo, ocorre a junção dos munhões 4 com o corpo de base 2 por meio de solda por feixe de elétrons, usualmente a uma pressão de 0,001 kPa(10^-3 mbar) ou menos. Nisso, o cilindro composto 1 de acordo com a figura 3 é essencialmente acabado. Na área das extremidades 21, 22, onde ainda existe uma sobremedida, acontece um tratamento posterior com processos de levantamento de aparas, a fim de liberar a camada de trabalho lateralmente, se isto já não aconteceu antes. Depois segue o acabamento final do cilindro.

[0031] Em testes práticos, ficou evidente que um cilindro composto 1 produzido de acordo com a presente invenção, apesar da colocação de munhões 4 por meio de solda, resiste a esforços grandes. Nisso, em virtude do processo de produção, é possível realizar o cilindro composto 1 com um comprimento total de mais de quatro metros ao longo do eixo longitudinal X, de modo que o cilindro composto 1 pode ser usado especialmente como cilindro em trens laminadores de fita a quente ou a frio, principalmente no processamento de produtos semiacabados de aço, tais como fitas ou chapas.

Claims (14)

1. reivindicações

   1. Processo para a produção de um cilindro composto (1), sendo que em um corpo de base (2) é gerada uma camada de trabalho (3) por meio de prensagem isostática a quente de um pó, caracterizado pelo fato de que depois da prensagem isostática a quente do corpo de base (2), munhões (4) são colocados no corpo de base (2) por meio de solda e em que os munhões (4) são fixados no corpo de base (2) por meio de solda por feixe de elétrons.
2. 2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os munhões (4) são posicionados fixamente ao serem juntados ao corpo de base (2) por meio de solda.
3. 3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que antes da prensagem isostática a quente, uma abertura de passagem (5) é feita no corpo de base (2).
4. 4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o corpo de base (2), para a prensagem isostática a quente é fixado em áreas laterais em um vaso de pressão (6), sendo que o corpo de base (2) em pelo menos um ponto, de preferência, em ambas as extremidades (21, 22), projeta-se para fora do vaso de pressão (6).
5. 5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o corpo de base (2) para a prensagem isostática a quente apresenta uma sobremedida nas áreas de fixação do vaso de pressão (6).
6. 6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o corpo de base (2) é preaquecido antes da prensagem isostática a quente.
7. 7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o preaquecimento é executado com aquecimento

   Petição 870190042591, de 06/05/2019, pág. 7/12

   2/2 condutivo.
8. 8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o corpo de base (2), depois da prensagem isostática a quente, é retirado de uma câmara de pressão em estado quente.
9. 9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o corpo de base (2) junto com a camada de trabalho (3), depois da prensagem isostática a quente e antes da solda dos munhões (4), é submetido a um tratamento térmico.
10. 10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que, como corpo de base (2), é usado um aço com boa soldabilidade.
11. 11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que lados frontais do corpo de base (2), antes da junção por solda dos munhões (4), são processados mecanicamente, especialmente retificados.
12. 12. Cilindro composto (1) produzido pelo processo como definido na reivindicação 1, compreendendo um corpo de base (2) e uma camada de trabalho (3) disposta nele por meio de prensagem isostática a quente de um pó, e munhões (4) colocados lateralmente no corpo de base (2), caracterizado pelo fato de que os munhões (4) são juntados por meio de solda, e em que os munhões (4) são fixados por solda por feixe de elétrons.
13. 13. Cilindro composto (1), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o corpo de base (2), ao longo do seu eixo longitudinal (X), apresenta uma abertura de passagem (5).
14. 14. Cilindro composto (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que o corpo de base (2) consiste em um aço com boa soldabilidade.