BR112017002172B1 - Método de produção de um aço de embalagem nitretado - Google Patents

Abstract

a presente invenção refere-se a um método para a produção de um aço de embalagem nitretado com um teor de carbono de 10 a 1.000 ppm e uma quantidade de nitrogênio não combinado, dissolvida no aço, de mais de 100 ppm, em que a nitretação é executada em dois estágios, para ser específico em um primeiro estágio, no qual um aço em fusão é nitretado até um teor de nitrogênio de no máximo 160 ppm mediante a introdução de um gás contendo nitrogênio e/ou um sólido contendo nitrogênio no aço em fusão, e um segundo estágio, no qual um produto de aço chato produzido a partir do aço em fusão nitretado por meio de laminação a frio é tratado com um gás contendo nitrogênio a fim de aumentar ainda mais a quantidade de nitrogênio não combinado no produto de aço chato. o segundo estágio de nitretação neste caso é executado em um forno de recozimento, em que o produto de aço chato é ao mesmo tempo recozido em uma maneira de recristalização. os aços de embalagem produzidos por este método são distinguidos pela grande resistência, acima de 600 mpa, e por um bom alongamento até a fratura, regularmente acima de 5%, bem como por boas propriedades de formação. a invenção também se refere a um aço de embalagem nitretado na forma de um produto de aço chato.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um método de produção de aço de embalagem nitretado com as características da reivindicação 1 e a um aço de embalagem nitretado na forma de um produto de aço chato com as características da reivindicação 12.

[002] É sabido a partir da técnica anterior que a resistência dos aços pode ser aumentada mediante a introdução de nitrogênio não combinado dissolvido no aço. A introdução de nitrogênio não combinado no aço é chamada de nitretação, a qual é um método bem conhecido usado no endurecimento do aço e de produtos de aço.

[003] Também é sabido a partir da técnica anterior que os produtos de aço chato, tais como folhas de aço ou tiras de aço, que devem ser usados para a produção de materiais de embalagem (indicados subsequentemente como aço de embalagem), podem ser nitretados. O documento de patente EP 0 216 399 B1, por exemplo, descreve uma folha de aço para finalidades de embalagem, bem como um método para a produção de tal folha de aço que é produzida a partir de um aço de carbono-manganês continuamente fundido, acalmado com alumínio e que, por meio da nitretação, recebeu uma quantidade de nitrogênio dissolvido não combinado, em que a quantidade mínima de nitrogênio não combinado é definida como uma função de uma categoria de dureza desejada da folha de aço e (por exemplo, para a categoria de dureza T61 da norma europeia 145-78) que tem uma quantidade de nitrogênio não combinado de pelo menos 5 ppm. Com respeito ao teor de carbono e de manganês, a composição química da folha de aço divulgada nesse documento é de acordo com os aços doces convencionais, por exemplo, que têm um teor de carbono em uma faixa de 0,03 a 0,1% em peso e um teor de manganês de 0,15 a 0,5% em peso. A folha de aço é distinguida por um limite de escoamento superior elevado na faixa de 350 a 550 N/mm2. A quantidade máxima de nitrogênio não combinado dissolvida no aço é estipulada como igual a 100 ppm, em que a razão dada para esse valor máximo é que, por causa do aumento associado na resistência, uma folha de aço com um teor mais elevado de nitrogênio não combinado não pode mais ser laminado a frio e, portanto, não é mais apropriada para o uso pretendido como um aço de embalagem laminado a frio.

[004] De acordo com o método de produção desse aço de embalagem da técnica anterior, o aço é em primeiro lugar fundido continuamente, laminado a quente subsequentemente, laminado a frio, sujeitado ao recozimento de recristalização, e finalmente laminado com acabamento e encruamento superficial. Depois que a laminação com acabamento e encruamento superficial do aço é realizada, um pós-tratamento térmico é realizado, durante o qual deslocamentos livres que são formados no aço em consequência da laminação com acabamento e encruamento superficial são fixados pelo nitrogênio não combinado introduzido por meio da nitretação a fim de aumentar a dureza e o limite de escoamento a valores maiores do que aqueles medidos depois da laminação com acabamento e encruamento superficial. O pós-tratamento térmico pode ser de preferência combinado com um outro tratamento térmico do aço laminado com acabamento e encruamento superficial que, no curso da produção do aço de embalagem, deve ser realizado de qualquer maneira, por exemplo, enquanto é amolecido a quente um revestimento de estanho que tinha sido aplicado eletroliticamente à superfície da folha de aço ou enquanto foi cozido um revestimento de laca que tinha sido aplicado à superfície da folha de aço.

[005] Por causa do limite superior de 100 ppm proposto no documento de patente EP 0 216 399 B1 para a quantidade de nitrogênio não combinado dissolvido no aço, as resistências desse aço de embalagem da técnica anterior são limitadas. Teoricamente, parece que é possível produzir folhas de aço com um teor de nitrogênio não combinado ainda mais elevado no aço a fim de obter limites de resistência à tração mais elevados do que 600 MPa. Desse modo, por exemplo, os documentos de patente EP 1 342 798 B1 e DE 1 433 690 A1 descrevem aços nitretados com um teor de nitrogênio de até 250 ppm e de até 400 ppm, respectivamente. No entanto, na prática, não foi possível obter tal índice elevado de nitrogênio não combinado no aço.

[006] Durante o processo de produção do aço, o aço pode ser nitretado mediante a introdução de nitrogênio no aço em fusão, por exemplo, por meio de insuflação em gás nitrogênio N2. Um método de nitretação de aços em fusão durante a produção do aço no processo de fabricação do aço com oxigênio básico foi descrito, por exemplo, no documento e patente DE 2 237 498. Os produtos de aço chato, em particular tiras de aços, podem ser nitretados por meio de um tratamento de condicionamento de superfície, por exemplo, mediante a difusão do nitrogênio na superfície da folha de aço, que pode ser realizada, por exemplo, pela nitretação de gás em uma atmosfera de amônia sob uma ligeira pressão em excesso, pela nitretação de banho em banhos de sal contendo nitrogênio ou pela nitretação de plasma. Por causa da difusão do nitrogênio, uma camada de ligação superficial dura é criada na superfície da folha de aço, bem como uma zona de difusão subjacente na qual o nitrogênio é inserido até uma profundidade específica na matriz de aço (ferrítico).

[007] O problema a ser resolvido pela presente invenção consiste na provisão de um produto de aço chato (tira de aço ou folha de aço) para o uso na produção de materiais de embalagem, que tem a resistência mais elevada possível e, ao mesmo tempo, um bom alongamento até a fratura e boas propriedades de formação. Mais particularmente, o objetivo consiste na provisão de um aço de embalagem com resistências de pelo menos 600 MPa e um alongamento até a fratura de pelo menos 5%. Para o uso pretendido como aço de embalagem, o aço de embalagem de alta resistência também deve ter uma formabilidade suficiente, por exemplo, em processos de estampagem profunda ou fabricação de ferro, de modo a poder produzir, tal como pretendido, materiais de embalagem, por exemplo, latas de produtos alimentícios ou latas de bebidas, a partir do produto de aço chato. O aço de embalagem na forma de um produto de aço chato também deve ter as espessuras típicas na faixa de folhas finas e ultrafinas que são produzidas em geral por meio de laminação a frio.

[008] Esses problemas são resolvidos por um método com as características da invenção. As modalidades preferidas do método de acordo com a presente invenção são descritas nas concretizações.

[009] Ao usar o método de acordo com a presente invenção, é possível produzir um aço de embalagem nitretado com um teor de carbono em uma faixa de 10 a 1.000 ppm e uma quantidade de nitrogênio não combinado dissolvida no aço de mais de 100 ppm, e de preferência de mais de 150 ppm, em que a nitretação do aço é executada em dois estágios. No primeiro estágio, o aço em fusão é nitretado até um teor de nitrogênio de um máximo de 160 ppm mediante a alimentação de nitrogênio, por exemplo, na forma de um gás contendo nitrogênio e/ou de um sólido contendo nitrogênio, no aço em fusão. Subsequentemente, uma placa é fundida a partir do aço em fusão nitretado desse modo e laminada a quente para produzir uma tira quente. Se for necessário, a tira quente (depois de ter sido resfriada até a temperatura ambiente) é subsequentemente decapada e laminada a frio para produzir um produto de aço chato (tira de aço ou folha de aço). O produto de aço chato laminado a frio é sujeitado subsequentemente ao recozimento de recristalização em uma fornalha de recozimento. No forno de recozimento, o segundo estágio do nitretação é executado mediante a alimentação de um gás contendo nitrogênio no forno de recozimento e o direcionamento do mesmo para o produto de aço chato a fim de aumentar ainda mais a quantidade de nitrogênio não combinado no aço além da quantidade de nitrogênio já alimentada no aço em fusão durante o primeiro estágio de nitretação.

[0010] A nitretação do aço de embalagem em dois estágios assegura que a tira quente possa ser laminada a frio para produzir um produto de aço chato, mais particularmente uma tira de aço, sem nenhum problema enquanto é usado um equipamento de laminação a frio (linhas de usina de laminação) usado em geral na produção de aços de embalagem. Isto se torna possível uma vez que, no primeiro estágio de nitretação, o teor de nitrogênio não combinado alimentado no aço em fusão é de no máximo 160 ppm. A tal teor de nitrogênio, a tira quente produzida a partir do aço em fusão nitretado por meio de laminação a quente permanece laminável a frio, desse modo tornando possível laminar a frio a tira quente e produzir desse modo uma folha fina ou ultrafina que tenha as espessuras normalmente requeridas para o material de embalagem. Além disso, um teor mais elevado de nitrogênio no aço em fusão também conduz a defeitos indesejáveis na placa fundida a partir do aço em fusão. A resistência desejada de preferência de mais de 600 MPa do aço de embalagem é obtida por meio de laminação a frio e pelo recozimento de recristalização do produto de aço chato durante o segundo estágio de nitretação. Em consequência disto, os produtos de aço chato, mais particularmente as tiras de aço, com espessuras na faixa de folhas finas e ultrafinas para o uso como aço de embalagem podem ser produzidos com limites de resistência à tração muito elevados e, ao mesmo tempo, com um elevado alongamento até a fratura de preferência de pelo menos 5%, sem nenhuma limitação nas propriedades de formação.

[0011] De acordo com exemplos preferidos da modalidade do método de acordo com a presente invenção, o aço em fusão é nitretado no primeiro estágio mediante a alimentação de gás nitrogênio (N2) e/ou cálcio cianamida (CaCN2) e/ou nitreto de manganês (MnN) no aço em fusão.

[0012] O produto de aço chato é nitretado no segundo estágio de preferência mediante a alimentação do gás amônia (NH3) em um forno de recozimento em que o produto de aço chato é sujeitado ao recozimento de recristalização. O gás amônia é de preferência aspergido sobre a superfície do produto de aço chato por meio de bocais de aspersão. A quantidade de gás amônia que é introduzida no forno de recozimento é ajustada de preferência para assegurar que um equilíbrio de amônia com uma concentração de amônia na faixa de 0,05 a 1,5% resulte no forno de recozimento. A concentração de amônia no forno de recozimento é medida de preferência por meio de um sensor de amônia, e o valor medido da concentração de equilíbrio de amônia é usado para controlar a quantidade de gás amônia alimentada por unidade de tempo no forno de recozimento. Desta maneira, pode ser assegurado que uma concentração consistente de gás amônia esteja presente no forno de recozimento e desse modo que o produto de aço chato seja homogeneamente nitretado e tenha uma qualidade que seja consistente durante todo o tempo que se leva para produzir uma tira de aço e uma concentração homogênea de nitrogênio por todo o comprimento da tira de aço.

[0013] Durante o recozimento de recristalização no forno de recozimento no segundo estágio de nitretação, além do gás amônia, de preferência um gás inerte, tal como o gás nitrogênio e/ou gás hidrogênio ou uma mistura dos mesmos, por exemplo, que tem uma composição de 95% em peso de gás nitrogênio e 5% em peso de gás hidrogênio, é introduzido no forno de recozimento a fim de evitar processos de oxidação potencial.

[0014] As quantidades totais de nitrogênio não combinado introduzido pela nitretação do aço de embalagem em dois estágios ficam em uma faixa de 100 a 500 ppm, de preferência acima de 150 ppm, e com mais preferência em uma faixa de 200 a 350 ppm. No primeiro estágio de nitretação do aço em fusão, um máximo de 160 ppm de nitrogênio é introduzido no aço em fusão. Com a manutenção de um limite superior de cerca de 160 ppm de nitrogênio não combinado no aço em fusão, é assegurado que a placa produzida a partir de aço em fusão fique livre de defeitos, por exemplo, na forma de poros e rachaduras, que podem ser gerados em consequência da oxidação pelo oxigênio atmosférico. Além disso, ao assegurar que o teor de nitrogênio não exceda 160 ppm, a tira quente produzida a partir da placa continua sendo laminável a frio.

[0015] A quantidade de nitrogênio não combinado que pode ser adicionalmente introduzida no segundo estágio de nitretação do produto de aço chato fica de preferência em uma faixa de 180 a 350 ppm. Desse modo, ao usar o processo de nitretação de dois estágios, uma quantidade total de até 500 ppm de nitrogênio não combinado pode ser introduzida no aço de embalagem produzido de acordo com a presente invenção. Em consequência disto, é possível obter limites de resistência à tração de mais de 650 MPa e de até 1.000 MPa, o que conduz à conclusão que há uma relação linear entre o teor de nitrogênio não combinado e o limite de resistência à tração e que, para obter limites de resistência à tração de cerca de 650 MPa, um teor de nitrogênio não combinado de cerca de 200 ppm é requerido.

[0016] Para sujeitar o produto de aço chato laminado a frio ao recozimento de recristalização, o produto é aquecido de preferência até temperaturas de mais de 600°C e com mais preferência até temperaturas de mais de 620°C no forno de recozimento. Por meio do recozimento de recristalização, a formabilidade do produto de aço chato laminado a frio é restaurada. Foi verificado que a temperatura usada para aquecer o produto de aço chato fica de preferência em uma faixa de 620°C a 660°C e com mais preferência de cerca de 640°C.

[0017] Quando é nitretado o produto de aço chato no segundo estágio que ocorre no forno de recozimento, é preferível usar uma pluralidade de bocais de aspersão, por meio dos quais um gás contendo nitrogênio, tal como o gás amônia, pode ser aplicado uniformemente à superfície do produto de aço chato. Durante a produção de uma tira de aço que é passada através do forno de recozimento a uma velocidade da tira de um mínimo de 200 m/min, os bocais da pluralidade de bocais de aspersão são de preferência dispostos equidistantemente uns em relação aos outros, por exemplo, a ângulos retos em relação à direção de condução da tira. Ao usar essa configuração, é possível obter uma nitretação homogênea do produto de aço chato através de toda a superfície.

[0018] A medição da concentração do gás contendo nitrogênio alimentado no forno de recozimento assegura que uma atmosfera de nitrogênio consistente seja mantida no forno de recozimento durante todo o tempo em que a tira de aço passa através do forno de recozimento. Isso assegura que a tira de aço seja nitretada homogeneamente por todo o seu comprimento.

[0019] Experiências comparativas puderam estabelecer que a nitretação do aço de embalagem produzido de acordo com a presente invenção aumenta não somente a sua resistência, mas por causa do teor mais elevado de nitrogênio não combinado no aço, também melhora a sua formabilidade. Isso pode ser observado especialmente nos aços de embalagem produzidos de acordo com a presente invenção que são revestidos com laca. Depois de um tratamento a quente de aços de embalagem revestidos com laca da técnica anterior que é necessário para assar a laca, uma redução acentuada no alongamento até a fratura do produto de aço chato é observada a resistências mais elevadas. Esse fenômeno não é observado nos produtos de aço chato nitretados produzidos de acordo com a presente invenção. Até mesmo a resistências muito elevadas de mais de 650 MPa, nenhuma redução no alongamento até a fratura é observada depois de um tratamento a quente para assar a laca (envelhecimento da laca). Uma explanação possível para isso pode ser que o elevado teor de nitrogênio não combinado presente em consequência do processo de nitretação de dois estágios e da distribuição altamente homogênea do nitrogênio trava em primeiro lugar os deslocamentos presentes no aço, e que no curso da deformação do produto de aço chato um grande número desses deslocamentos que são travados por átomos de nitrogênio livre são liberados de repente quando uma resistência à tração aplicada é aumentada acima de um valor máximo. Isso permite muitos deslocamentos que, em consequência da deformação, são liberados de ser travados pelos átomos de nitrogênio para poderem se mover no aço, o que melhora a formabilidade.

[0020] Essa e outras vantagens do aço de embalagem produzido de acordo com a presente invenção seguem a partir do exemplo da modalidade descrito em mais detalhes a seguir com referência aos desenhos anexos. Os desenhos mostram: Figura 1: uma representação esquemática de um forno de recozimento em que o segundo estágio do método de acordo com a presente invenção é realizado.

[0021] Em um exemplo da modalidade do método de acordo com a presente invenção, em primeiro lugar um aço em fusão nitretado é produzido em um conversor e/ou em um tratamento em cadinho ("ladle") subsequente [estação], em que o dito aço tem um teor de nitrogênio livre, não combinado (ou seja, dissolvido no aço) de até 160 ppm. A composição da liga de aço satisfaz de preferência os valores limite especificados pelas normas para o aço de embalagem (tal como definido, por exemplo, na norma A623-11 da ASTM "Especificação de Norma Para Produtos de Usina de Estanho" ou na "Norma Europeia EN 10202"), com a exceção do valor limite superior para o teor de nitrogênio (que na norma EN 10202 é dado como Nmax = 80 ppm e na norma AST da ASTM 623 como Nmax = 200 ppm) que, por causa do processo de nitretação, pode ser excedido no método de acordo com a presente invenção. A fração de carbono fica de preferência em uma faixa de 10 a 1.000 ppm e com mais preferência em uma faixa de 100 a 900 ppm e, como regra geral, em uma faixa de 400 a 900 ppm.

[0022] Para produzir o aço em fusão, o conversor é carregado com sucata e ferro-gusa, e um jato de gás oxigênio e de gás nitrogênio é aplicado ao aço em fusão, o dito gás oxigênio (O2) é soprado por cima e o gás nitrogênio (N2) é soprado através de ventaneiras por baixo no conversor. Em consequência disto, o teor de nitrogênio que é obtido no aço em fusão é de 70 a 120 ppm, o que conduz a uma saturação. Durante a produção do aço em fusão, a composição, e em particular o teor de nitrogênio do aço em fusão é medido. Se a composição química não estiver dentro dos limites requeridos (por exemplo, se a fração de fósforo for demasiadamente alta), o gás oxigênio é insuflado através de uma lança de oxigênio e gás argônio (Ar) através das ventaneiras inferiores. Uma vez que somente uma quantidade muito pequena de carbono (C) ainda é contida no aço, nenhum excesso de pressão é acumulado e o nitrogênio no mesmo é extraído, o que pode conduzir a uma nitretação adicional.

[0023] Se a quantidade de nitrogênio (dissolvido) desejada no aço em fusão (que, em regra geral, é de cerca de 120 ppm) não tiver sido alcançada ainda no gás por meio de insuflação no gás nitrogênio, o nitrogênio do cal (cálcio cianamida, CaCN2) pode ser adicionalmente alimentado na corrente de aço que sai do conversor enquanto o conversor estiver sendo esvaziado (sangrado). A cálcio cianamida pode ser adicionada, por exemplo, na forma de grânulos (5 a 20 mm).

[0024] Subsequentemente, o cadinho é transferido para a primeira estação de enxague de argônio onde o enxague com argônio ocorre por cerca de 3 minutos, ao usar uma lança refratária que é imersa no aço em fusão. Depois de uma análise do controle, se for necessário, o enxague em uma segunda estação de enxague de argônio ocorre uma segunda vez por cerca de 3 minutos. O cadinho segue então para uma terceira estação de enxague de argônio. Esse é o último estágio antes da fundição. Se o teor de nitrogênio não estiver dentro da faixa alvo previamente estipulada, nitreto de manganês (MnN), por exemplo, na forma de um fio de MnN em uma bainha de aço, pode ser adicionado. A quantidade de nitrogênio possivelmente em falta é convertida em uma quantidade requerida de MnN (por exemplo, em um comprimento requerido do fio de MnN) que é adicionado ao aço em fusão. O MnN é adicionado até que o teor alvo previamente estipulado do nitrogênio ou um limite superior de Mn do aço seja obtido.

[0025] Finalmente, o aço em fusão é esvaziado em uma panela intermediária a fim de fundir uma placa do aço em fusão. Por causa dos vazamentos e da difusão do nitrogênio atmosférico no aço em fusão, o teor de nitrogênio pode aumentar em cerca de 10 ppm. Um limite superior da quantidade de nitrogênio dissolvido na placa de aço fundido de cerca de 160 ppm não deve ser excedido uma vez que, a um teor de nitrogênio mais alto do que o limite superior mencionado, é possível que defeitos, tais como rachaduras ou poros, sejam formados na placa, o que conduzem a uma oxidação indesejável.

[0026] A placa fundida a partir do aço em fusão é subsequentemente laminada a quente e resfriada até a temperatura ambiente. A tira quente produzida tem espessuras em uma faixa de 1 a 4 mm e, se for desejado, é enrolada em uma bobina. Para produzir um aço de embalagem na forma de um produto de aço chato nas espessuras de metal de folha fina e ultrafina usuais, a tira quente deve ser laminada a frio, durante o que a espessura é reduzida em 50% até mais de 90%. O metal de folha fino é definido como metal de folha que tem uma espessura de menos de 3 mm, e um metal de folha ultrafina tem uma espessura de menos de 0,5 mm. A laminação a frio é realizada ao desenrolar a tira quente potencialmente enrolada da bobina, por meio da decapagem da mesma e da alimentação da mesma em uma usina de laminação a frio, por exemplo, uma linha de laminação a frio.

[0027] Para restaurar a estrutura de cristal do aço que tinha sido destruída durante a laminação a frio, a tira de aço laminada a frio deve ser sujeitada ao recozimento de recristalização. Isso é realizado mediante a passagem da tira de aço laminada a frio através de um forno de recozimento contínuo no qual a tira de aço é aquecida até temperaturas acima do ponto de recristalização do aço e, em particular, até temperaturas acima de 600°C. Durante o curso do método realizado de acordo com a presente invenção, a tira de aço é nitretada ainda em um segundo estágio enquanto é sujeitada ao recozimento de recristalização. Esse estágio é realizado no forno de recozimento mediante a alimentação de um gás contendo nitrogênio, de preferência amônia (NH3), no forno de recozimento.

[0028] A Figura 1 é uma representação diagramática de um forno de recozimento contínuo em que a recristalização e a nitretação durante o segundo estágio ocorrem. Esse forno é configurado para ter um número de zonas diferentes que, na direção do rendimento (direção de condução da tira V, na Figura 1 da direita à esquerda) da tira de aço que passa através do forno de recozimento contínuo, são dispostas uma atrás da outra. Em uma zona de aquecimento 1 disposta no lado de entrada do forno de recozimento contínuo, a tira de aço S é aquecida até temperaturas na faixa de 600°C a 750°C. Foi verificado que a temperatura especialmente favorável para o segundo estágio de nitretação fica em uma faixa de 620°C a 700°C, e foi verificado que a temperatura especialmente preferida fica em uma faixa de 620°C a 660°C. Os melhores resultados foram obtidos a temperaturas de cerca de 640°C. Essas temperaturas ficam acima da temperatura de recristalização do aço, que é a razão pela qual a tira de aço S é sujeitada ao recozimento de recristalização na zona de aquecimento 1.

[0029] A zona de aquecimento 1 é contígua a uma zona de contenção de temperatura 2 na qual a temperatura da tira de aço S é mantida dentro da faixa de temperatura especificada acima. Na zona de contenção de temperatura 2, as cascatas de uma pluralidade de cascatas 3a, 3b, 3c de bocais de aspersão são dispostas uma atrás da outra na direção de condução da tira. Cada cascata 3a, 3b, 3c compreende uma pluralidade de bocais 3 que, na direção de condução da tira, são dispostos a uma distância e a ângulos retos uns em relação aos outros. Os bocais 3 são conectados a uma linha de alimentação de gás, através da qual recebem um gás contendo nitrogênio. Foi verificado que o gás especialmente favorável para o segundo estágio de nitretação é o gás amônia. Por meio dos bocais 3 das cascatas, esse gás é aplicado às superfícies da tira de aço S que passa através do forno onde penetra na área perto da superfície da tira de aço e se difunde uniformemente na profundidade da tira de aço. Desse modo, o nitrogênio é distribuído uniforme e homogeneamente por toda a espessura da tira de aço, e a sua distribuição da concentração para as folhas de aço que têm uma espessura de menos de 0,4 mm varia do valor médio em no máximo ± 10 ppm e, como uma regra geral, em somente ± 5 ppm por todo a espessura da folha.

[0030] A configuração dos bocais de preferência usados 3 das cascatas é descrita no Pedido de Patente Alemão DE 102014106135 de 30 de abril de 2014, em que o teor ali apresentado é incorporado no objeto do presente pedido de patente. No pedido de patente mencionado, um conjunto de bocais para o tratamento de um produto de aço chato é descrito, em que o dito conjunto de bocais compreende um tubo externo e um tubo interno disposto no mesmo que tem uma abertura principal para alimentar um gás que flui através do conjunto de bocais no tubo externo e o dito tubo externo tem uma abertura secundária através da qual o gás pode sair. A abertura principal do tubo interno e a abertura secundária do tubo externo são dispostas para serem deslocadas uma em relação à outra. Por causa desse arranjo, um fluxo altamente homogêneo de gás na superfície do produto de aço chato se torna possível. Ao usar esse tipo de conjunto de bocais no método de acordo com a presente invenção, a superfície da tira de aço pode ser homogeneamente exposta ao gás contendo nitrogênio (amônia) na zona de contenção de temperatura 2 do forno de recozimento contínuo, o que torna possível que o nitrogênio seja difuso homogeneamente por toda a superfície da tira de aço, em particular por toda a sua largura, e desse modo para que uma camada de superfície enriquecida com nitrogênio e endurecida seja formada.

[0031] O método de exposição direta da tira de aço (exposição ao gás) a um gás contendo nitrogênio por meio de bocais tem duas vantagens principais. Em primeiro lugar, somente uma baixa concentração de nitrogênio (concentração de NH3) no gás inerte é necessária, o que conduz a um baixo consumo de gás contendo nitrogênio (por exemplo, de consumo NH3). Em segundo lugar, por causa do tempo muito curto de exposição, a formação de uma camada de nitreto é evitada. Depois da exposição a um gás contendo nitrogênio (por exemplo, tratamento de NH3), a tira de aço continua a ser recozida ainda mais (de preferência por mais de 5 segundos) a temperaturas inalteradas antes de ser resfriada. Isso conduz a uma distribuição homogênea de nitrogênio por toda a seção transversal da tira de aço e desse modo a propriedades de formação melhoradas. Mais particularmente, torna possível evitar uma redução no alongamento até a fratura devido ao envelhecimento da laca (vide a página 6, linhas 12 a 15).

[0032] Para assegurar também a formação mais homogênea de um revestimento de superfície enriquecida com nitrogênio por todo o comprimento da tira de aço S, uma atmosfera rica em nitrogênio com a concentração de equilíbrio de nitrogênio mais consistente possível deve ser mantida enquanto a tira de aço S passa através da zona de contenção de temperatura 2 do forno de recozimento contínuo. Para assegurar que este seja o caso, a concentração de nitrogênio é medida na região das cascatas 3a, 3b, 3c que compreende os bocais 3. Se a amônia for usada como gás contendo nitrogênio, a concentração de amônia formada na zona de contenção de temperatura 2 em consequência da exposição à amônia é medida. Para essa finalidade, um sensor da concentração disposto fora do forno de recozimento contínuo é provido, em que o sensor pode, por exemplo, ser um sensor de espectroscopia a laser. Para medir a concentração da amônia e, a partir da mesma, a concentração de nitrogênio da atmosfera de gás na zona de contenção de temperatura 2, uma amostra de gás extraída da zona de contenção de temperatura 2 é transferida ao dito sensor. A amostra do gás é extraída, por exemplo, no ponto designado pelo caractere de referência 4 na Figura 1. A concentração de nitrogênio na atmosfera de gás da zona de contenção de temperatura 2 medida pelo sensor de concentração é alimentada em uma unidade de controle que usa a mesma para conter a quantidade de gás contendo nitrogênio (amônia) aspergida através dos bocais 3 na zona de contenção de temperatura 2 constante a um valor alvo previamente estipulado.

[0033] Quando a amônia é usada como gás contendo nitrogênio, foi provado que os valores alvo para a concentração de equilíbrio de amônia em uma faixa de 0,05 a 1,5%, e de preferência menor do que 1%, especialmente menor do que 0,2%, são especialmente úteis. De preferência, a concentração de equilíbrio da amônia fica em uma faixa de 0,1% a 1,0% e com mais preferência em uma faixa de 0,1% a 0,2%.

[0034] Para evitar processos de oxidação na superfície da tira de aço S, é recomendável que, na zona de contenção de temperatura 2, um gás inerte, além do gás contendo nitrogênio (amônia), também seja alimentado no forno de recozimento. Esse gás pode ser, por exemplo, o gás nitrogênio e/ou o gás hidrogênio. De preferência, uma mistura de cerca de 95% de gás nitrogênio e cerca de 5% de gás hidrogênio é usada.

[0035] Na direção de condução da tira V, a zona de contenção de temperatura 2 é contígua a uma pluralidade de zonas de resfriamento 5, 6, em que um resfriamento mais rápido da tira de aço S ocorre em uma primeira zona de resfriamento 5 e um resfriamento mais lento em uma segunda zona de resfriamento a jusante 6.

[0036] Depois de ter sido submetida ao resfriamento nas zonas de resfriamento 5 e 6, a tira de aço S sai do forno de recozimento contínuo e é laminada com acabamento e encruamento superficial a seco (laminada com revenido ("temper rolled")) para assegurar que a tira tenha as propriedades de formação requeridas para a produção de materiais de embalagem. O grau do acabamento e encruamento superficial varia entre 0,4% e 2% dependendo do uso pretendido do aço de embalagem. Se for necessário, a tira de aço também pode ser laminada com acabamento e encruamento superficial a úmido a fim de reduzir ainda mais a espessura em até 43% (tira de aço reduzida em dobro, "reduzida em dobro", DR). Subsequentemente, a tira de aço S, se for desejado, é transferida a uma estação de revestimento na qual a superfície da tira de aço é, por exemplo, revestida eletroliticamente com um revestimento de estanho ou um revestimento de cromo/dióxido de cromo (ECCS) ou um revestimento de laca a fim de aumentar a resistência à corrosão. Foi verificado, em que comparação aos produtos de aço chatos da técnica anterior, os aços de embalagem produzidos por meio do método de acordo com a presente invenção também têm propriedades anticorrosivas melhoradas.

[0037] Ao usar o método de acordo com a presente invenção, é possível produzir tiras de aço nitretado que são distinguidas por uma resistência extremamente elevada de mais de 600 MPa, enquanto que ao mesmo tempo têm um excelente alongamento até a fratura mais alto do que 5% e boas propriedades de formação. A maior resistência resultante do processo de nitretação de dois estágios e o alongamento até a fratura são distribuídos muito homogeneamente por toda a seção transversal da tira de aço laminada a frio, ambos em ângulos retos e em relação à direção de laminação. A razão para isso é que o nitrogênio não combinado foi introduzido muito homogeneamente no aço, especialmente no segundo estágio de nitretação. Além disso, as análises da composição química executadas nos produtos de aço chatos produzidos de acordo com a presente invenção também mostraram que pelo menos em folhas de aço ultrafinas a concentração de nitrogênio introduzida pela nitretação varia da concentração média somente dentro de uma faixa estreita de no máximo ± 10 ppm e, como regra geral, somente em ± 5 ppm.

[0038] O recozimento de recristalização e o segundo estágio de nitretação também podem ser realizados em um forno de recozimento do tipo sino em vez de um forno de recozimento contínuo. Quando é usado esse forno, a tira de aço enrolada laminada a frio S é alimentada em um forno de recozimento do tipo sino no qual ela é recozida sob uma atmosfera de gás inerte às temperaturas de recozimento requeridas para o recozimento de recristalização de mais de 520°C. A fim de poder realizar simultaneamente o segundo estágio de nitretação com recozimento de recristalização no forno de recozimento do tipo sino, o recozimento do tipo sino emprega o método "de bobina aberta". Nesse método, espaçadores são colocados entre as camadas de uma tira de aço enrolada a fim de manter a superfície da tira de aço acessível para difundir nitrogênio na mesma.

[0039] Nas tabelas a seguir, os exemplos das modalidades dos produtos de aço chatos produzidos de acordo com a presente invenção são listados em um número de variantes (cada uma delas indicada como "variante") e para aplicações diferentes para a produção de materiais de embalagem e/ou de partes dos mesmos (tampa de aba de puxar para uma lata de estanho e tampas de torcer obtidas por estampagem profunda) e comparados com os produtos de aço chatos produzidos na técnica anterior (sem a nitretação de dois estágios, cada um dos quais é indicado como "Padrão") com uma composição de aço idêntica ou similar (componentes de liga). TABELA 1 - Exemplo da modalidade de um aço de embalagem para o uso na produção de tampas de aba de puxar de topo total (grau padrão com C = 600 a 900 ppm, N = 80 a 140 ppm)

TABELA 2 - Exemplo da modalidade de um aço de embalagem para ser usado na produção de tampa de torcer obtida por estampagem profunda (classe padrão com C = 10 a 40 ppm, N < 40 ppm)

Claims (15)

1. Método de produção de um aço de embalagem nitretado com um teor de carbono em peso de 10 a 1.000 ppm e um teor em peso de nitrogênio não combinado dissolvido no aço de mais de 100 ppm, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas a seguir a) nitretação de um aço em fusão até um teor em peso de nitrogênio de no máximo 160 ppm mediante a alimentação de um gás contendo nitrogênio e/ou um sólido contendo nitrogênio no aço em fusão; b) fundição de uma placa a partir do aço em fusão e laminação a quente da placa para formar uma tira quente; c) laminação a frio da tira quente para formar um produto de aço chato; d) recozimento de recristalização do produto de aço chato laminado a frio em um forno de recozimento, em particular um forno de recozimento contínuo, sendo que um gás contendo nitrogênio é introduzido no forno de recozimento e dirigido para o produto de aço chato de modo a aumentar a quantidade de nitrogênio não combinado no produto de aço chato acima do teor de nitrogênio já contido no aço em fusão.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, na etapa a), a nitretação do aço em fusão ocorre mediante a alimentação de gás nitrogênio (N2) e/ou cálcio cianamida (CaCN2) e/ou nitreto de manganês (MnN) no aço em fusão.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, na etapa d), gás amônia (NH3) é alimentado no forno de recozimento.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o gás amônia (NH3) no forno de recozimento é dirigido ao produto de aço chato por meio de um ou uma pluralidade de bocais de aspersão.

5. Método, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que, em consequência da alimentação de gás amônia (NH3), um equilíbrio de amônia com uma concentração na faixa de 0,05 a 1,5 vol. % é estabelecido no forno de recozimento.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo fato de que a concentração de equilíbrio de amônia que resulta no forno de recozimento em consequência da alimentação de gás amônia (NH3) é medida por meio de um sensor de amônia.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o valor da concentração de equilíbrio de amônia medido é usado para controlar a quantidade de gás amônia alimentada por unidade de tempo no forno de recozimento.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 7, caracterizado pelo fato de que, além de gás amônia (NH3), um gás inerte, em particular gás nitrogênio (N2) e/ou gás hidrogênio (H2), de preferência uma mistura de 95% em volume de gás nitrogênio (N2) e 5% em volume de gás hidrogênio (H2), também é alimentado no forno de recozimento.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que, após a nitretação do produto de aço chato laminado a frio no forno de recozimento, a proporção de peso de nitrogênio não combinado fica entre 100 e 500 ppm, de preferência entre 200 e 350 ppm.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o recozimento de recristalização do produto de aço chato laminado a frio na etapa d) é realizado mediante a passagem do produto de aço chato através de um forno de recozimento contínuo, no qual o produto de aço chato é aquecido até temperaturas de mais de 600°C e de preferência até uma temperatura de 620°C a 660°C.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o teor de carbono do aço em peso fica entre 100 e 1.000 ppm e de preferência entre 500 e 900 ppm.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a espessura do produto de aço chato é de menos de 0,5 mm e a distribuição de concentração do nitrogênio não combinado varia do valor médio em massa do nitrogênio em menos de ± 10 ppm por toda a espessura do produto de aço chato.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a distribuição de concentração do nitrogênio não combinado varia por toda a espessura de produtos de aço chato em menos de ± 5 ppm do valor médio do teor em massa de nitrogênio.

14. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o limite de resistência à tração do aço de embalagem produzido com o método é maior do que 600 MPa.

15. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o valor médio do teor em massa de nitrogênio de nitrogênio não combinado é maior do que 150 ppm.

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