BR112016016487B1 - processos de fabricação, tira de espessura variável, produto semiacabado, segmento de tubo e conjunto - Google Patents

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Abstract

PROCESSOS DE FABRICAÇÃO, BANDA DE ESPESSURA VARIÁVEL , PEÇA EM BRUTO, SEGMENTO DE TUBO E CONJUNTO. Processo de fabricação de uma banda de espessura variável ao longo de seu comprimento que compreende as etapas de: - fornecimento de uma banda inicial de espessura constante; - laminação homogênea a frio da banda inicial ao longo de seu comprimento para obter uma banda intermediária de espessura constante ao longo da direção de laminação; - laminação flexível a frio da banda intermediária ao longo de seu comprimento para obter uma banda (4) de espessura variável que possui, ao longo de seu comprimento, primeiras zonas (7) de primeira espessura (e+s) e segundas zonas (10) de segunda espessura (e), inferior à primeira espessura (e+s), - recozimento realizado de modo contínuo da banda (4). A taxa de deformação plástica gerada, após um eventual recozimento intermediário, pelas etapas de laminação homogênea a frio e da laminação flexível a frio nas primeiras zonas (7) é superior ou igual a 30%.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção trata de um processo de fabricação de uma tira de espessura variável ao longo de seu comprimento, em liga à base de ferro.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] Os Invar® criogênicos, em particular o Invar® M93, são ligas que apresentam baixos coeficientes de dilatação térmica, o que os torna especialmente atraentes para transportar fluidos criogênicos.
[003] Em tais aplicações, elementos em Invar® criogênico de diferentes espessuras podem ser montados, por exemplo, por soldagem.
[004] As montagens assim obtidas não são inteiramente satisfatórias. De fato, as soldagens constituem zonas mais fracas das estruturas formadas pelos elementos montados. A presença dessas zonas mais fracas pode resultar em uma diminuição da resistência à fadiga.
[005] Uma finalidade da presente invenção é resolver esse problema propondo um processo de fabricação de uma tira principalmente à base de ferro e de níquel que permita realizar estruturas reforçadas do ponto de vista mecânico.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[006] Para esse fim, a presente invenção tem por objeto um processo de fabricação de acordo com a reivindicação 1.
[007] De acordo com modos particulares de realização, o processo de fabricação apresenta uma ou mais das características das reivindicações 2 a 11, considerada(s) isoladamente ou de acordo com qualquer (quaisquer) combinação(ões) tecnicamente possível(eis).
[008] A presente invenção tem igualmente por objeto um processo de fabricação de um produto semiacabado de acordo com a reivindicação 12 ou 13.
[009] A presente invenção tem igualmente por objeto um processo de fabricação de um segmento de tubo criogênico de acordo com a reivindicação 14.
[010] A presente invenção tem igualmente por objeto uma tira de espessura variável de acordo com as reivindicações 15 a 17.
[011] A presente invenção tem em seguida por objeto um produto semiacabado de acordo com as reivindicações 18 a 20.
[012] A presente invenção tem igualmente por objeto um segmento de tubo criogênico de acordo com as reivindicações 21 e 22.
[013] A presente invenção tem ainda por objeto um conjunto de acordo com as reivindicações 23 a 25.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[014] A presente invenção mais bem entendida com a leitura da descrição a seguir, dada unicamente a título de exemplo, e feita em relação aos desenhos anexos, nos quais: - a figura 1 é uma vista esquemática em seção longitudinal de uma tira inicial; - a figura 2 é uma vista esquemática em seção longitudinal de uma tira intermediária; - a figura 3 é uma vista esquemática em seção longitudinal de uma tira de espessura variável; - a figura 4 é uma representação esquemática de um produto semiacabado obtido pelo processo de fabricação de acordo com a presente invenção; - a figura 5 é uma representação esquemática em seção longitudinal de uma primeira montagem de um produto semiacabado com uma segunda peça; - a figura 6 é uma representação esquemática em seção longitudinal de dois produtos semiacabados montados topo a topo; e - a figura 7 é uma representação esquemática em corte de um tubo criogênico.
DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO
[015] Um exemplo de processo de fabricação de uma tira de espessura variável ao longo de seu comprimento em liga principalmente à base de ferro e de níquel de acordo com a presente invenção vai ser agora descrito.
[016] Em uma primeira etapa deste processo é fornecida uma tira inicial 1 obtida por laminação a quente.
[017] A tira inicial 1 é uma tira em liga de tipo Invar criogênico. Essa liga compreende em peso: 34,5% < Ni < 53,5% 0,15% < Mn <1,5% 0 < Si < 0,35%, de preferência 0,1% < Si < 0,35% 0 < C < 0,07% opcionalmente: 0 < Co < 0,20% 0 < Ti < 0,5% 0,01% < Cr < 0,5% sendo que o resto é constituído por ferro e impurezas que resultam necessariamente da elaboração.
[018] O silício tem em particular por função permitir a desoxidação e melhorar a resistência da liga à corrosão.
[019] Um liga de tipo Invar criogênico é uma liga que apresenta três propriedades principais, citadas na sequência.
[020] Ela é estável em relação à transformação martensítica até abaixo da temperatura TL de liquefação de um fluido criogênico. Esse fluido criogênico é, por exemplo, butano, propano, metano, nitrogênio ou oxigênio líquido. Os teores de elementos gamagênicos, níquel (Ni), manganês (Mn) e carbono (C), da liga são ajustados de forma que a temperatura de início da transformação martensítica seja estritamente inferior à temperatura TL de liquefação do fluido criogênico.
[021] Ela apresenta um baixo coeficiente médio de dilatação térmica entre a temperatura ambiente e a temperatura TL de liquefação do fluido criogênico.
[022] Ela não apresenta uma transição de resiliência “dúctil-frágil”.
[023] A liga utilizada possui de preferência: - um coeficiente médio de dilatação térmica entre 20° C e 100°C inferior ou igual a 10,5x10-6 K-1, em particular inferior ou igual a 2,5x10 -6 K-1; -um coeficiente médio de dilatação térmica entre -180°C e 0°C inferior ou igual a 10x 10-6 K-1 , em particular inferior ou igual a 2x10-6 K-1; e - uma resiliência superior ou igual a 100 joule/cm2, em particular superior ou igual a 150 joule/cm2, a uma temperatura superior ou igual a -196°C.
[024] De preferência, a liga utilizada apresenta a seguinte composição, em % em peso: 34,5 <Ni < 42,5% 0,15% Mn < 0,5% 0 < Si < 0,35%, de preferência 0,1% < Si < 0,35% 0,010% < C < 0,050% opcionalmente: 0 < Co < 0,20% 0 < Ti < 0,5% 0,01% < Cr < 0,5% sendo que o resto é constituído por ferro e impurezas que resultam necessariamente da elaboração.
[025] Nesse caso, a liga utilizada possui de preferência: - um coeficiente médio de dilatação térmica entre 20°C e 100°C inferior ou igual a 5,5x 10-6 K-1 - um coeficiente médio de dilatação térmica entre -180°C e 0°C inferior ou igual a 5x10-6 K-1, e - uma resiliência superior ou igual a 100 joule/cm2, em particular superior ou igual a 150 joule/cm2, a uma temperatura superior ou igual a -196° C. Mais particularmente ainda, 35% < Ni < 36,5% 0,2% < Mn 0,4% 0,02 < 0,04% 0,15% < Si <0,25% opcionalmente 0 < Co < 0,20% 0 < Ti < 0,5% 0,01% < Cr < 0,5% sendo que o resto é constituído por ferro e impurezas que resultam necessariamente da elaboração.
[026] Nesse caso, a liga apresenta de preferência: - um coeficiente médio de dilatação térmica entre 20°C e 100°C inferior ou igual a 1 K-1 : - um coeficiente médio de dilatação térmica entre -180°C e 0°C inferior ou igual a 2X10-6 K-1; e - uma resiliência superior ou igual a 200 joule/cm2 a uma temperatura superior ou igual a -196°C.
[027] Tal liga é uma liga de tipo Invar® criogênico. O nome comercial dessa liga é Invar®-M93.
[028] Convencionalmente, as ligas utilizadas são elaboradas no forno de arco elétrico ou em forno de indução a vácuo.
[029] Após operações de refino em panela que permitem regular os teores de elementos de liga residuais, as ligas são vazadas em produtos semiacabados, os quais são transformados a quente, em particular por laminação a quente, a fim de obter tiras.
[030] Esses produtos semiacabados são, por exemplo, lingotes. Em uma variante, trata-se de placas vazadas de modo contínuo por meio de uma instalação de lingotamento contínuo de placas.
[031] A tira assim obtida é decapada e polida em processo contínuo a fim de limitar seus defeitos: calamina, penetração oxidada, palheta e falta de homogeneidade na espessura no sentido do comprimento e da largura da tira.
[032] O polimento é realizado por meio de lixadeiras ou de papéis abrasivos. Uma função do polimento é eliminar os resíduos da decapagem.
[033] No fim dessa etapa de polimento, é obtida a tira inicial 1 fornecida na primeira etapa do processo de acordo com a presente invenção.
[034] Opcionalmente, antes da etapa de laminação homogênea a frio, é efetuado sobre a tira um recozimento de homogeneização da microestrutura. Esse recozimento de homogeneização da microestrutura é em particular realizado de modo contínuo em um forno de tratamento térmico, denominado forno de recozimento de homogeneização da microestrutura na continuação da descrição, com um tempo de permanência no forno de recozimento de homogeneização da microestrutura compreendido entre 2 minutos e 25 minutos e uma temperatura da tira durante o recozimento de homogeneização da microestrutura compreendida entre 850°C e 1200°C.
[035] A tira inicial 1 possui uma espessura Eo constante compreendida entre 1,9 mm e 18 mm (ver figura 1).
[036] A tira inicial 1 é laminada em seguida durante uma etapa de laminação homogênea a frio. A laminação homogênea é efetuada ao longo do comprimento da tira inicial 1.
[037] Por laminação homogênea, entende-se uma laminação que transforma uma tira de espessura constante em uma tira mais fina de espessura igualmente constante.
[038] Mais particularmente, a etapa de laminação homogênea compreende um ou mais passes realizados em um laminador onde a tira passa por uma fenda de laminação 5 delimitada entre rolos de trabalho. A espessura dessa fenda de laminação permanece constante durante cada passe da etapa de laminação homogênea.
[039] Essa etapa de laminação homogênea resulta em uma tira intermediária 3 de espessura Ec constante ao longo da direção de laminação, isto é, ao longo do comprimento da tira intermediária 3 (ver figura 2).
[040] Opcionalmente, a etapa de laminação homogênea compreende pelo menos um recozimento intermediário de recristalização.
[041] Quando está presente, o recozimento intermediário de recristalização é efetuado entre dois passes de laminação homogênea sucessivos. Em uma variante ou opcionalmente, é realizada antes da etapa de laminação flexível no fim da etapa de laminação homogênea, isto é, depois de todos os passes de laminação realizados durante a etapa de laminação homogênea.
[042] Por exemplo, o recozimento intermediário de recristalização é realizado de modo contínuo em um forno de recozimento intermediário com uma temperatura da tira durante o recozimento intermediário compreendida entre 850°C e 1200°C e um tempo de permanência no forno de recozimento intermediário compreendido entre 30 segundos e 5 minutos.
[043] O recozimento intermediário de recristalização, ou se forem realizados vários, o último recozimento intermediário de recristalização da etapa de laminação homogênea, é efetuado quando a tira apresenta uma espessura E1 compreendida entre a espessura Eo da tira inicial 1 e a espessura Ec da tira intermediária 3.
[044] Quando o recozimento intermediário de recristalização é realizado no fim da etapa de laminação homogênea, a espessura E1 da tira durante o recozimento intermediário de recristalização é igual à espessura Ec da tira intermediária 3 no início da etapa de laminação flexível.
[045] Vantajosamente, no modo de realização no qual pelo menos um recozimento intermediário de recristalização é realizado, é efetuado um único recozimento intermediário de recristalização. Em particular, o recozimento intermediário de recristalização único é efetuado entre dois passes de laminação homogênea sucessivos quando a tira apresenta uma espessura E1 estritamente superior à espessura Ec da tira intermediária 3.
[046] De modo preferido, a etapa de laminação homogênea não compreende um recozimento intermediário.
[047] A tira intermediária 3 de espessura Ec obtida no fim da etapa de laminação homogênea é submetida em seguida a uma etapa de laminação flexível a frio.
[048] A laminação flexível é realizada ao longo de uma direção de laminação que se estende ao longo comprimento da tira intermediária 3.
[049] A laminação flexível permite obter uma tira de espessura variável ao longo de seu comprimento.
[050] Para isso, a espessura da fenda de laminação do laminador utilizado é variada de modo contínua. Essa variação é função da espessura desejada da zona da tira em processo de laminação de modo a obter uma tira de espessura variável ao longo de seu comprimento.
[051] Mais particularmente, e como ilustrado na figura 3, é obtida no fim da etapa de laminação flexível uma tira 4 de espessura variável que compreende várias zonas 7 que possuem uma primeira espessura e+s e segundas zonas 10 que possuem uma segunda espessura e, inferior à primeira espessura e+s. A primeira espessura e+s e a segunda espessura e correspondem cada uma a uma espessura de fenda de laminação dada.
[052] As primeiras zonas 7 e as segundas zonas 10 possuem, cada uma, uma espessura sensivelmente constante, respectivamente e +s e e.
[053] Elas estão ligadas entre si por zonas de ligação 11 de espessura não constante ao longo do comprimento da tira 4 de espessura variável. A espessura das zonas de ligação 11 varie entre e e e+ s. De acordo com um exemplo, ela varie linearmente entre e e e+ s.
[054] A etapa de laminação homogênea e a etapa de laminação flexível geram nas primeiras zonas 7, isto é, nas zonas mais espessas da tira 4, uma razão de deformação plástica T1, após um eventual recozimento intermediário de recristalização, superior ou igual a 30%, mais particularmente compreendida entre 30% e 98%, mais particularmente ainda compreendida entre 30% e 80%. Nas faixas precitadas, a razão de deformação plástica T1 é vantajosamente superior ou igual a 35%, mais particularmente superior ou igual a 40%, e mais particularmente ainda superior ou igual a 50%.
[055] A razão de deformação plástica T1 gerada nas primeiras zonas 7 é definida da seguinte maneira: - se nenhum recozimento intermediário de recristalização for efetuado durante a etapa de laminação homogênea, a razão de deformação plástica T1 é a razão de redução total gerada nas primeiras zonas 7 da tira 4 pela etapa de laminação homogênea e a etapa de laminação flexível, isto é, resultante da redução de espessura desde a espessura inicial Eo até a espessura e+s.
[056] Nesse caso, a razão T1 de deformação plástica, em porcentagem, é dada pela seguinte fórmula:
Figure img0001
[057] Assim, se nenhum recozimento intermediário de recristalização for efetuado, a razão TI de deformação plástica é igual à razão de redução total gerada nas primeiras zonas 7 pela etapa de laminação homogênea e a etapa de laminação flexível.
[058] Se pelo menos um recozimento intermediário de recristalização for efetuado durante a etapa de laminação homogênea, a razão T1 de deformação plástica é a razão de redução gerada nas primeiras zonas 7 devido à redução de espessura da tira da espessura El que ela apresenta durante o último recozimento intermediário de recristalização efetuado durante a etapa de laminação homogênea até a espessura e+s.
[059] Nesse caso, a razão de deformação plástica, em porcentagem, é dada pela seguinte fórmula:
Figure img0002
[060] Assim, se um ou mais recozimentos intermediários forem efetuados durante a etapa de laminação homogênea, a razão de deformação plástica T1 é estritamente inferior à razão de redução total gerada nas primeiras zonas 7 pela etapa de laminação homogênea e a etapa de laminação flexível a frio.
[061] A razão de deformação plástica T1, após um eventual recozimento intermediário de recristalização, gerado nas segundas zonas 10, é estritamente superior à razão T1 de deformação plástica nas primeiras zonas 7. Ela é calculada de modo análogo, substituindo e+s por e nas fórmulas (1) e (2) acima.
[062] A diferença Δi de razão de deformação plástica entre as segundas zonas 10 e as primeiras zonas 7 é dada pela relação Δi = T2 - T1.
[063] Essa diferença Δi é vantajosamente inferior ou igual a 13% se a espessura Eo for estritamente superior a 2 mm. Ela é vantajosamente inferior ou igual a 10% se a espessura Eo for inferior ou igual a 2 mm.
[064] Mais particularmente, a diferença Δi é inferior ou igual a 10° se Eo for estritamente superior a 2 mm, e a diferença Δi é inferior ou igual a 8% se Eo for inferior ou igual a 2 mm.
[065] Vantajosamente, a espessura Ec da tira intermediária 3 antes da etapa de laminação flexível é em particular igual à espessura e das segundas zonas 10 multiplicada por um coeficiente de redução k compreendido entre 1,05 e 1 Vantajosamente, k é aproximadamente igual a 1,3.
[066] Vantajosamente, as espessuras e+s e e das primeiras e segundas zonas 7, respeitam a equação: e + s = (n + l).e em que n é um coeficiente constante compreendido entre 0,05 e 0,5.
[067] Em outras palavras, a primeira espessura e+s é igual à segunda espessura e multiplicada por um coeficiente de multiplicação compreendido entre 1,05 e 1,5.
[068] Essa equação é reescrita da seguinte maneira: s = n.e, o que significa que a sobre-espessura s das primeiras zonas 7 em relação às segundas zonas 10 é igual ao coeficiente n multiplicado pela espessura e das segundas zonas 10.
[069] A espessura e das segundas zonas 10 está compreendida entre 0,05 mm e 10 mm, mais particularmente entre 0,15 mm e 10 mm, mais particularmente ainda entre 0,25 mm e 8,5 mm. Quando são realizadas tiras, a espessura e é inferior ou igual a 2 mm, vantajosamente compreendida entre 0,25 mm e 2 mm. Quando são realizadas chapas, a espessura e é estritamente superior a 2 mm, em particular compreendida entre 2,1 mm e 10 mm, mais particularmente compreendida entre 2,1 mm e 8,5 mm.
[070] A tira 4 de espessura variável que resulta da etapa de laminação flexível é submetida em seguida a um recozimento final de recristalização.
[071] O recozimento final de recristalização é realizado de modo contínuo em um forno de recozimento final. A temperatura do forno de recozimento final é constante durante o recozimento final de recristalização. A temperatura da tira 4 durante o recozimento final de recristalização está compreendida entre 850°C e1200°C.
[072] O tempo de permanência no forno de recozimento final está compreendido entre 20 segundos e 5 25 minutos, mais particularmente entre 30 segundos e 3 minutos.
[073] A velocidade de deslocamento da tira 4 no forno de recozimento final é constante. Ela está, por exemplo, compreendida entre 2m/min e 20m/min para um forno de recozimento final de comprimento de aquecimento igual a 10m.
[074] Vantajosamente, a temperatura da tira 4 durante o recozimento final é de 1025°C. Nesse caso, o tempo de permanência no forno de recozimento final está, por exemplo, compreendido entre 30 segundos e 60 segundos para uma tira 4 de espessura variável que possui segundas zonas de espessura e inferior ou igual a 2 mm. O tempo de permanência no forno de recozimento final está, por exemplo, compreendido entre 3 minutos e 5 minutos para uma tira 4 de espessura variável que possui segundas zonas 10 de espessura e estritamente superior a 2 mm.
[075] O tempo de permanência no forno de recozimento final, bem como a temperatura de recozimento final são escolhidos de modo a obter após o recozimento de recristalização final uma tira 4 que possui propriedades mecânicas e tamanhos de grãos quase homogêneos entre as primeiras zonas 7 e as segundas zonas 10. A continuação da descrição especifica o sentido de “quase homogêneo”.
[076] De preferência, o recozimento final é realizado sob atmosfera redutora, isto é, por exemplo, sob hidrogênio puro ou sob atmosfera H2-N2. A temperatura de congelamento é de preferência inferior a -40°C. No caso de uma atmosfera H2-N2, o teor de N2 pode estar compreendido entre 0% e 95%. A atmosfera H2-N2 compreende, por exemplo, aproximadamente 70% de H2 e 30% de N2.
[077] De acordo com um modo de realização, a tira 4 de espessura variável passa de modo contínuo do laminador de laminação flexível para o forno de recozimento final, isto é, sem bobinagem intermediária da tira de espessura variável 4.
[078] Em uma variante, no fim da etapa de laminação flexível, a tira de espessura variável 4 é bobinada para transportá-la até forno de recozimento final, e é depois desdobrada e submetida ao recozimento final de recristalização.
[079] De acordo com essa variante, a tira 4 dobrada possui, por exemplo, um comprimento compreendido entre 100 m e 2500 m, em particular se a espessura e das segundas zonas 10 da tira 4 for aproximadamente de 0,7 mm.
[080] Uma tira 4 de espessura variável ao longo de seu comprimento que possui as características a seguir é obtida no fim do recozimento final de recristalização.
[081] Ela compreende primeiras zonas 7 de espessura e+s e segundas zonas de espessura e, eventualmente ligada entre si por zonas de ligação 11 de espessura que variam entre e e e+ s.
[082] De preferência, a diferença em valor absoluto entre o tamanho médio dos grãos das primeiras zonas 7 e o tamanho médio dos grãos das segundas zonas 10 é inferior ou igual a 0,5 no índice de acordo com a norma ASTM E112-10. O tamanho médio de grãos em índice ASTM é determinado utilizando o método de comparação com imagens-tipo descritas na norma ASTM E112-10. De acordo com esse método, para determinar o tamanho médio dos grãos de uma amostra, uma imagem da estrutura dos grãos na tela obtida por meio de um microscópio ótico com um determinado aumento da amostra foi submetida a um ataque químico e é comparada com imagens-tipo que ilustram grãos gêmeos de diferentes tamanhos que sofreram um ataque químico (que corresponde à placa III da norma). O índice do tamanho médio dos grãos da amostra é determinado como sendo o índice que corresponde ao aumento utilizado portado sobre a imagem-tipo que mais se assemelha à imagem vista na tela do microscópio.
[083] Se a imagem vista na tela do microscópio for intermediária entre duas imagens-tipo sucessivas de tamanhos de grãos, o índice do tamanho médio dos grãos da imagem vista ao microscópio é determinado como sendo a média aritmética entre os índices que correspondem ao aumento utilizado suportado sobre cada uma das duas imagens-tipo.
[084] Mais particularmente, o índice G1ASTM do tamanho médio dos grãos das primeiras zonas 7 é no máximo inferior em 0,5 ao índice G2ASTM do tamanho médio dos grãos das segundas zonas 10.
[085] A tira 4 de espessura variável pode apresentar propriedades mecânicas quase homogêneas.
[086] Em particular: - a diferença em valor absoluto entre o tensão de escoamento a 0,2% das primeiras zonas 7 designado por Rp1 e o tensão de escoamento a 0,2° das segundas zonas 10 designado Rp2 é inferior ou igual a 6MPa, e - a diferença em valor absoluto entre a resistência à tração das primeiras zonas 7 designada por Rm1 e a resistência à tração das segundas zonas 10 designada por Rm2 é inferior ou igual a 6MPa.
[087] Por tensão de escoamento a 0,2% entende-se, convencionalmente, o valor da tensão a 0,2% de deformação plástica.
[088] Convencionalmente, a resistência à tração corresponde à tensão máxima antes de estricção da amostra teste.
[089] No exemplo ilustrado, a tira 4 de espessura variável apresenta um motivo repetido periodicamente sobre todo o comprimento da tira 4. Esse motivo compreende sucessivamente uma metade de primeira zona 7 de comprimento L1/2, uma zona de ligação 11 de comprimento L3, uma segunda zona 10 de comprimento L2, uma zona de ligação 11 de comprimento L3 e uma metade de primeira zona 7 de comprimento L1/2.
[090] Vantajosamente, o comprimento L2 da segunda zona 10 é muito nitidamente superior ao comprimento L1 da primeira zona 7. A título de exemplo, o comprimento L2 está compreendido entre 20 e 100 vezes o comprimento L1.
[091] Cada sequência formada de uma primeira zona 7 cercada por duas zonas de ligação 11 forma uma zona de sobre-espessura da tira 4 de espessura variável, isto é, uma zona de espessura superior a e. Assim, a tira 4 de espessura variável compreende segundas zonas 10 de comprimento L2 de espessura e, separas entre si por zonas de sobre-espessura.
[092] Após o recozimento final de recristalização, a tira 4 de espessura variável é recortada nas zonas de sobre-espessura, de preferência no meio das zonas de sobre-espessura.
[093] São obtidas assim produtos semiacabados 12 ilustrados na figura 4 que compreendem uma segunda zona de comprimento L2 enquadrada em cada uma de suas extremidades longitudinais por uma zona de ligação 11 de comprimento L3 e por uma metade de primeira zona 7 de comprimento L1/2.
[094] No fim da etapa de recorte, as produtos semiacabados 12 são plainados por um processo de aplainamento conhecido.
[095] As produtos semiacabados 12 são em seguida dobrados em bobinas únicas.
[096] De acordo com uma variante do processo de fabricação descrito acima, o aplainamento da tira 4 de espessura variável é realizado após o recozimento final de recristalização e antes do corte dos produtos semiacabados 12.
[097] De acordo com essa variante, a tira 4 de espessura variável aplainada é recortada nas zonas de sobre-espessura para formar os produtos semiacabados 12. De preferência, a tira 4 é recortada no meio das zonas de sobre- espessura.
[098] O corte é, por exemplo, realizado na aplainadora utilizada para o aplainamento da tira 4. Em uma variante, a tira aplainada 4 é dobrada em bobina, e depois cortada em uma máquina diferente da aplainadora.
[099] Os produtos semiacabados 12 são em seguida dobrados em bobinas na unidade.
[0100] São obtidas por meio do processo de fabricação descrito acima produtos semiacabados 12 formados de uma peça que compreende uma zona central 13 de espessura e, enquadrada por extremidades 14 reforçadas, isto é, de espessura superior à espessura e da zona central 13. As extremidades 14 correspondem a zonas de sobre-espessura da tira 4 25 de espessura variável e a zona central 13 corresponde a uma segunda zona 10 da tira 4 de espessura variável a partir da qual o produto semiacabado 12 foi cortado.
[0101] Esses produtos semiacabados 12, que apresentam uma espessura variável ao longo de seu comprimento sendo ao mesmo tempo formadas de uma peça, não apresentam as fraquezas das montagens soldadas do estado da técnica. Além disso, suas extremidades reforçadas 14 permitem montá-las por soldagem a outras peças minimizando as fraquezas mecânicas devidas a essa montagem por soldagem.
[0102] De acordo com variantes, os produtos semiacabados 12 podem, por exemplo, ser obtidos por corte da tira 4 em outros lugares diferentes das duas zonas de sobre-espessuras sucessivas.
[0103] Por exemplo, elas podem ser obtidas por corte alternadamente em uma zona de sobre-espessura e em uma segunda zona 10. Nesse caso, são obtidos produtos semiacabados 12 que possuem uma única extremidade reforçada 14 de espessura superior a e.
[0104] Elas podem igualmente ser obtidas por corte em duas segundas zonas 10 sucessivas.
[0105] A título de exemplo, e como ilustrado na figura 5, um produto semiacabado 12 pode ser montada de acordo com a presente invenção com uma segunda peça 16 soldando uma das extremidades reforçadas14 do produto semiacabado 12 a uma borda da segunda peça 16. A espessura e’ da segunda peça 16 é de preferência superior à espessura da zona central 13 do produto semiacabado 12. A soldagem realizada é mais particularmente uma soldagem de ângulo em junta superposta, também denominada soldagem por superposição.
[0106] A peça 16 pode ser um produto semiacabado 12 tal como descrita acima.
[0107]Assim, na figura 6, foram ilustrados dois produtos semiacabados 12 montados topo a topo por soldagem. Esses dois produtos semiacabados 12 estão soldados entre si por suas extremidades reforçadas 14.
[0108] Nos exemplos ilustrados nas figuras 5 e 6: - o comprimento da zona central 13 está, por exemplo, compreendido entre 40 m e 60 m; e - o comprimento de cada extremidade reforçada 14 está, por exemplo, compreendido entre 0,5 m e 2 m.
[0109] A segunda espessura e é, em particular, aproximadamente igual a 0,7 mm.
[0110] A primeira espessura e+s é aproximadamente igual a 0,9 mm.
[0111] Em uma variante, uma peça não plana é formada a partir do produto semiacabado 12.
[0112] Assim, no exemplo representado na figura 7, um segmento de tubo 18 foi formado a partir do produto semiacabado 12.
[0113] São chamadas bordas longitudinais as bordas do produto semiacabado 12 que se estendem ao longo do comprimento do produto semiacabado 12.
[0114] Para fabricar o segmento de tubo 18, a produto semiacabado 12 é dobrada ao longo de sua largura, isto é, em torno de um eixo longitudinal L de modo a formar um produto semiacabado 12 dobrado. As bordas longitudinais do produto semiacabado 12 dobrado são soldadas em seguida entre si de modo a formar o segmento de tubo 18. Esse segmento de tubo 18 apresenta uma zona central 20 cilíndrica de espessura e e extremidades reforçadas 22 cilíndricas de espessura superior à espessura e, e em particular igual a e+s.
[0115] Um tubo 24 é realizado em seguida soldando pelo menos dois segmentos de tubo 18 entre si por suas extremidades reforçadas 22. A soldagem é uma soldagem orbital, em particular uma soldagem de tipo topo a topo.
[0116] A espessura e+s das extremidades reforçadas 22 é definida em função dos esforços de tração que o tubo 24 deve sofrer durante sua montagem e durante seu uso.
[0117] Tal tubo 24 constitui por exemplo um tubo criogênico adaptado para o transporte de gás natural liquefeito e destinado a formar, por exemplo, o tubo principal revestido de um material que o protege contra a corrosão de um conduto submarino criogênico de transporte de gás natural liquefeito ou o tubo interno de tal conduto.
[0118] Nesse caso, temos, por exemplo: - a espessura e aproximadamente igual a 8,2 mm; e - a espessura e+s aproximadamente igual a 9,43 mm.
[0119] O comprimento L2 da zona central 20 de um segmento de tubo 18 é aproximadamente igual a 8m.
[0120] O processo de fabricação de acordo com a presente invenção é particularmente vantajoso. De fato, ele permite obter uma tira em liga principalmente à base de ferro e de níquel que possui a composição química definida acima com zonas de espessuras diferentes, mas propriedades mecânicas quase homogêneas. Essas propriedades são obtidas graças ao uso de uma razão de deformação plástica após um eventual recozimento intermediário de recristalização gerada pelas etapas de laminação homogênea e de laminação flexível nas zonas mais espessas superior ou igual a 30%.
[0121] Os exemplos experimentais a seguir ilustram a importância da faixa de razão de deformação plástica reivindicada para esse tipo de liga.
[0122] Em uma primeira série de experiência, são fabricadas chapas de espessura variável, isto é, tiras de espessura variável cuja espessura e das segundas zonas 10 é inferior ou igual a 2 mm.
[0123] A tabela 1 a seguir ilustra ensaios de fabricação de tiras de espessura variável sem recozimento de recristalização intermediário.
[0124] A tabela 2 a seguir contém características das tiras obtidas pelos ensaios da tabela 1.
[0125] A tabela 3 a seguir ilustra ensaios de fabricação de tiras de espessura variável com um recozimento intermediário de recristalização com a espessura El.
[0126] A tabela 4 a seguir contém características das tiras obtidas pelos ensaios da tabela 3.
[0127] Em uma segunda série de experiência, foram fabricadas chapas de espessura variável, isto é, tiras 4 de espessura variável cuja espessura e das segundas zonas 10 é estritamente superior a 2 mm.
[0128] A tabela 5 ilustra ensaios de fabricação de chapas de espessura variável com ou sem recozimento intermediário.
[0129] A tabela 6 a seguir contém características das chapas obtidas pelos ensaios da tabela 5.
[0130] Em todas as tabelas, foram sublinhados os ensaios de acordo com a presente invenção.
[0131] Foi constatado que quando a razão de deformação plástica TI após um eventual recozimento intermediário de recristalização for superior ou igual a 30% (ensaios 1 a 7 da tabela 1, 1 a 3 da tabela 3 e 1 a 9 da tabela 5), a tira 4 de espessura variável obtida apresenta uma diferença de tamanho médio de grãos entre o tamanho médio dos grãos das primeiras zonas 7 (espessura e+s) e o tamanho dos grãos das segundas zonas 10 (espessura e) inferior ou igual a 0,5 índice ASTM em valor absoluto. Essa pequena diferença de tamanho médio de grãos entre as primeiras zonas 7 e as segundas zonas 10 resulta em propriedades mecânicas quase homogêneas, ou seja, uma diferença de tensão de escoamento a 0,2% DeltaRp entre as primeiras zonas 7 e as segundas zonas 10 inferior ou igual a 6 MPa em valor absoluto, e uma diferença entre a resistência à tração DeltaRm das primeiras zonas 7 e das segundas zonas 10 inferior ou igual a 6 MPa em valor absoluto.
[0132] É assim possível obter uma tira 4 de espessura variável que possui propriedades mecânicas e tamanhos de grãos quase homogêneos no fim de um recozimento de recristalização muito simples, uma vez que é realizado a uma temperatura e a uma velocidade de deslocamento constantes. TABELA 1
Figure img0003
TABELA 2
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TABELA 3
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TABELA 4
Figure img0006
Figure img0007
TABELA 5
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TABELA 6
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Claims (30)

1. PROCESSO DE FABRICAÇÃO de uma tira de espessura variável ao longo de seu comprimento, a tira sendo fabricada de uma liga consistindo de, em peso: 34,5 % < Ni < 53,5% 0,15% < Mn < 1,5% 0 < Si < 0,35% 0 < C < 0,07% opcionalmente: 0 < Co < 0,20% 0 < Ti < 0,5% 0,01% < Cr < 0,5% sendo que o resto é constituído por ferro e impurezas que resultam necessariamente da elaboração, e o processo é caracterizado por compreender sucessivamente as seguintes etapas: - fornecimento de uma tira inicial (1) de espessura constante (Eo) obtida por laminação a quente; - laminação homogênea a frio da tira inicial (1) ao longo de seu comprimento para obter uma tira intermediária (3) de espessura constante (Ec) ao longo da direção de laminação; - laminação flexível a frio da tira intermediária (3) ao longo de seu comprimento para obter uma tira (4) de espessura variável ao longo da direção de laminação, a qual tira (4) de espessura variável possui, ao longo de seu comprimento, primeiras zonas (7) com uma primeira espessura (e+s) e segundas zonas (10) com uma segunda espessura (e), inferior à primeira espessura (e+s), e - recozimento final de recristalização realizada de modo contínuo da tira (4) de espessura variável em um forno de recozimento final, em que a razão de deformação plástica gerada, após um eventual recozimento intermediário de recristalização, pelas etapas de laminação homogênea a frio e de laminação flexível a frio nas primeiras zonas (7) da tira (4) de espessura variável é superior ou igual a 30%; e no qual a diferença (ΔT) de razão de deformação plástica (T2) gerada, após um eventual recozimento intermediário de recristalização, pelas etapas de laminação homogênea a frio e de laminação flexível a frio nas segundas zonas (10) da banca com espessura variável (4) e a razão de deformação plástica (TI) gerada, após um eventual recozimento intermediário de recristalização, pelas etapas de laminação homogênea a frio e de laminação flexível a frio nas primeiras zonas (7) da tira com espessura variável (4) é inferior ou igual a 13% se a espessura (E0) da tira inicial (1) for estritamente superior a 2 mm e inferior ou igual a 10% se a espessura (E0) da tira inicial (1) for inferior ou igual a 2 mm.
2. PROCESSO DE FABRICAÇÃO de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo recozimento final de recristalização ser realizado a uma temperatura de recozimento final compreendida entre 850°C e 1200°C e um tempo de permanência no forno de recozimento final compreendido entre 20 segundos e 5 minutos.
3. PROCESSO DE FABRICAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela etapa de laminação homogênea compreender pelo menos um recozimento intermediário de recristalização realizado entre dois passes de laminação homogênea sucessivos ou no fim da laminação homogênea antes da laminação flexível a frio da tira intermediária (3).
4. PROCESSO DE FABRICAÇÃO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo recozimento intermediário de recristalização ser realizado de modo contínuo em um forno de recozimento intermediário com uma temperatura da tira durante o recozimento intermediário compreendido entre 850°C e 1200°C e um tempo de permanência no forno de recozimento intermediário compreendido entre 30 segundos e 5 minutos.
5. PROCESSO DE FABRICAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela espessura (Ec) da tira intermediária (3) ser igual à segunda espessura (e) multiplicada por um coeficiente de redução compreendido entre 1,05 e 1,5.
6. PROCESSO DE FABRICAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pela primeira espessura (e+s) ser igual à segunda espessura (e) multiplicada por um coeficiente de multiplicação compreendido entre 1,05 e 1,5.
7. PROCESSO DE FABRICAÇÃO de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por antes da etapa de laminação homogênea a frio, a tira inicial (1) ser submetida a um recozimento de homogeneização da microestrutura, em particular de modo contínuo em um forno de recozimento de homogeneização da microestrutura com um tempo de permanência no forno de recozimento de homogeneização da microestrutura compreendido entre 2 minutos e 25 minutos e uma temperatura do forno de recozimento de homogeneização da microestrutura compreendida entre 850°C e1200°C.
8. PROCESSO DE FABRICAÇÃO de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pela tira inicial (1) ser obtida a partir de um produto semiacabado tal como uma placa ou um lingote constituído de um liga elaborada no forno de arco elétrico ou em forno de indução a vácuo.
9. PROCESSO DE FABRICAÇÃO de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pela espessura (Eo) da tira inicial (1) estar compreendida entre 1,9 mm e 18 mm.
10. PROCESSO DE FABRICAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por compreender, após a etapa de recozimento final de recristalização, uma etapa de aplainamento da tira de espessura variável (14).
11. PROCESSO DE FABRICAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pela liga consistir de, em peso: 34,5% <Ni < 42,5% 0,15% Mn < 0,5% 0 < Si < 0,35% 0,010% < C < 0,050% opcionalmente: 0 < Co < 0,20% 0 < Ti < 0,5% 0,01% < Cr < 0,5% sendo que o resto é constituído por ferro e impurezas que resultam necessariamente da elaboração.
12. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o tempo de permanência no forno de recozimento final está compreendido entre 30 segundos e 3 minutos.
13. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pela liga consistir de, em peso, 0,1 < Si < 0,35%.
14. PROCESSO DE FABRICAÇÃO de pelo menos um produto semiacabado (12), caracterizado por compreender as etapas de: - a realização do processo de fabricação conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13 de modo a obter uma tira (4) de espessura variável ao longo de seu comprimento; e - o corte da tira (4) de espessura variável de modo a obter vários produtos semiacabados (12).
15. PROCESSO de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo corte da tira (4) de espessuras variáveis ser realizado nas primeiras zonas (7), e cada produto semiacabado (12) é formado por uma parte da tira de espessura variável (4) localizada entre duas primeiras zonas (7) sucessivas.
16. PROCESSO DE FABRICAÇÃO de um segmento de tubo criogênico (18), caracterizado por compreender: - a fabricação de pelo menos um produto semiacabado (12) através da realização do processo de fabricação conforme definido na reivindicação 14, o qual produto semiacabado (12) compreende bordas longitudinais que se estendem ao longo do comprimento do produto semiacabado (12); e - o dobramento da produto semiacabado (12) ao longo de sua largura; e - a soldagem entre si das bordas longitudinais do produto semiacabado (12) dobrado para formar um segmento de tubo (18).
17. TIRA (4) DE ESPESSURA VARIÁVEL, caracterizada por ser suscetível de ser obtida pelo processo de fabricação conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, a qual tira (4) de espessura variável possui, ao longo de seu comprimento, primeiras zonas (7) que possuem uma primeira espessura (e+s) e segundas zonas (10) com uma segunda espessura (e) inferior à primeira espessura (e+s), a qual tira de espessura variável (4) é em liga que consiste de, em peso: 34,5% <Ni < 53,5% 0,15% Mn < 1,5% 0 < Si < 0,35% 0 < C < 0,07% opcionalmente: 0 < Co < 0,20% 0 < Ti < 0,5% 0,01% < Cr < 0,5% sendo que o resto é constituído por ferro e impurezas que resultam necessariamente da elaboração.
18. TIRA (4) de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelas primeiras zonas (7) possuírem um primeiro tamanho médio de grãos (G1ASTM) e as segundas zonas (10) possuem um segundo tamanho médio de grão (G2ASTM), e a diferença em valor absoluto entre o primeiro tamanho de grãos (G1ASTM) e o segundo tamanho de grãos (G2ASTM) é inferior ou igual a 0,5 no índice de acordo com a norma ASTM E112-10.
19. TIRA (4) de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 18, a liga caracterizada por consistir de, em peso: 34,5% <Ni < 42,5% 0,15% Mn < 0,5% 0,1% < Si < 0,35% 0,010% < C < 0,050% opcionalmente: 0 < Co < 0,20% 0 < Ti < 0,5% 0,01% < Cr < 0,5% sendo que o resto é constituído por ferro e impurezas que resultam necessariamente da elaboração.
20. TIRA (4), de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pela liga consistir de, em peso, 0,1 < Si < 0,35%.
21. PRODUTO SEMIACABADO (12) suscetível de ser obtido pelo processo conforme definido em qualquer uma das reivindicações 14 a 15, o qual produto semiacabado (12) é caracterizado por possuir, ao longo de seu comprimento, pelo menos uma primeira zona reforçada (14) que possui uma primeira espessura (e+s) e pelo menos uma segunda zona (13) que possui uma segunda espessura (e) inferior à primeira espessura (e + s), sendo que o produto semiacabado (12) é em liga à base de ferro e que consiste de, em peso: 34,5% <Ni < 53,5% 0,15% Mn < 1,5% 0 < Si < 0,35% 0 < C < 0,07% opcionalmente: 0 < Co < 0,20% 0 <Ti < 0,5% 0,01% < Cr < 0,5% sendo que o resto é constituído por ferro e impurezas que resultam necessariamente da elaboração.
22. PRODUTO SEMIACABADO (12) de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pela primeira zona reforçada (14) possuir um primeiro tamanho médio de grãos (G1ASTM) e a segunda zona (13) possui um segundo tamanho médio de grão (G2ASTM), a diferença em valor absoluto entre a primeiro tamanho de grãos (G1ASTM) e a segundo tamanho de grãos (G2ASTM) é inferior ou igual a 0,5 no índice de acordo com a norma ASTM E112-10.
23. PRODUTO SEMIACABADO (12) de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 22, a liga sendo caracterizado por consistir de, em peso: 34,5% <Ni < 42,5% 0,15% Mn < 0,5% 0,1% < Si < 0,35% 0,010% < C < 0,050% opcionalmente: 0 < Co < 0,20% 0 < Ti < 0,5% 0,01% < Cr < 0,5% sendo que o resto é constituído por ferro e impurezas que resultam necessariamente da elaboração.
24. PRODUTO SEMIACABADO (12) de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pela liga consistir de, em peso, 0,1 < Si < 0,35%.
25. SEGMENTO DE TUBO (18) suscetível de ser obtido pelo processo conforme definido na reivindicação 16, o qual é realizado em um liga caracterizada por consistir de, em peso: 34,5% < Ni < 53,5% 0,15% < Mn <1,5% 0 < Si < 0,35% 0 < C < 0,07% opcionalmente: 0 < Co < 20% 0 < Ti < 0,5% 0,01% < Cr < 0,5% sendo que o resto é constituído por ferro e impurezas que resultam necessariamente da elaboração; e o segmento compreende uma zona central (20) cilíndrica de espessura (e) enquadrada por extremidades reforçadas (22) cilíndricas formadas de uma peça com a zona central (20), de espessura superior à espessura (e) da zona central (20).
26. SEGMENTO DE TUBO (18) de acordo com a reivindicação 25, no qual a liga é caracterizada por consistir de, em peso: 34,5% <Ni < 42,5% 0,15% Mn < 0,5% 0,1% < Si < 0,35% 0,010% < C < 0,050% opcionalmente: 0 < Co < 20% 0 < Ti < 0,5% 0,01% < Cr < 0,5% sendo que o resto é constituído por ferro e impurezas que resultam necessariamente da elaboração.
27. SEGMENTO DE TUBO (18) de acordo com a reivindicação 25, caracterizada pela liga consistir de, em peso, 0,1 < Si < 0,35%.
28. CONJUNTO, caracterizado por compreender pelo menos um produto semiacabado (12) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 21 a 24 e uma peça (16) soldada no produto semiacabado (12).
29. CONJUNTO de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pela peça (16) ser soldada na primeira zona reforçada (14) do produto semiacabado (12).
30. CONJUNTO de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pela peça (16) ser um produto semiacabado (12) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 21 a 24.
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