BR112018015710B1

BR112018015710B1 - Método de fabricação de pino perfurador

Info

Publication number: BR112018015710B1
Application number: BR112018015710-4A
Authority: BR
Inventors: Yasuyoshi Hidaka; Yasuto Higashida; Naoya Shirasawa; Yuichi Yamanari
Original assignee: Nippon Steel Corporation
Priority date: 2016-08-08
Filing date: 2017-05-10
Publication date: 2023-04-25
Also published as: EP3498388A1; US20190151917A1; JP6652193B2; EP3498388A4; MX2018013311A; EP3498388B1; WO2018029926A1; CN109070159A; AR108946A1; CN109070159B; US10888906B2; BR112018015710A2; JPWO2018029926A1

Abstract

É fornecido um pino perfurador com boa resistência à deformação do material de base. Um método de fabricação de um pino perfurador (10) inclui as etapas de: preparação de um corpo de pino (1) incluindo uma porção de ponta (11) e uma porção cilíndrica (12) com um furo (121) utilizável para fixar uma barra e localizado para trás da porção de ponta (11); formar uma camada de acumulação (2) na superfície da porção de ponta (11); e aquecer o corpo do pino (1) de tal modo que a temperatura da porção de ponta (11) com a camada de acumulação (2) nela formada não seja inferior à temperatura de transformação da austenita e a temperatura da porção cilíndrica (12) seja inferior que a temperatura de transformação da austenita.

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente divulgação refere-se a um método de fabricação de um pino perfurador.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

[0002] O método de fabricação de tubos Mannesmann é amplamente utilizado como método de produção de tubos sem costura. O método de fabricação de tubos Mannesmann envolve a perfuração/laminação de um lingote quente usando um perfurador. O perfurador inclui um par de rolos oblíquos e um pino perfurador. O pino perfurador está posicionado sobre uma linha de passagem entre os rolos oblíquos. O perfurador utiliza os rolos oblíquos para girar de forma circunferencial o lingote enquanto o empurra para o pino perfurador, e realiza perfuração/laminação no lingote para proporcionar uma casca oca.

[0003] Durante a perfuração/laminacão, o pino perfurador é exposto a um ambiente extremamente severo. O pino perfurador recebe calor intenso e alta pressão superficial do objeto submetido à perfuração/laminação, ou seja, lingote. Tipicamente, um revestimento à escala de óxido ou revestimento pulverizado é formado na superfície do material de base do pino perfurador. Devido à perfuração severa, este revestimento pode desgastar ou descascar a superfície do material de base, ou seja, o desgaste. Quando o revestimento está desgastado, o uso do pino perfurador pode ser interrompido e um revestimento pode ser reproduzido para permitir que o pino perfurador seja reutilizado. No entanto, quando a quantidade de deformação e/ou desgaste do material de base exceder um nível permissivo, o pino perfurador não pode ser reutilizado. A deformação e/ou desgaste (doravante denominado coletivamente como deformação) do material de base tende a ocorrer especialmente na ponta do pino perfurador.

[0004] As patentes WO 2013/153878 e WO 2013/161489 divulgam, cada uma delas, um pino perfurador com uma camada de acumulação formada na porção de ponta. Nesses pinos perfuradores, a camada de acumulação, que tem uma alta resistência ao calor, evita a erosão da porção da ponta.

DIVULGAÇÃO DA INVENÇÃO

[0005] Em cada um dos pinos perfuradores da patente WO 2013/153878 e WO 2013/161489, é proporcionada uma camada de acumulação de modo a que a camada mais externa apresenta maior dureza. No entanto, a entrada de calor durante a formação da camada de acumulação pode produzir variações na dureza no interior do material de base do pino perfurador. Se tal pino perfurador for usado para realizar perfurações/laminação sob condições extremamente adversas, como quando o lingote é feito de uma liga alta à base de Ni, o material de base do pino perfurador pode ser deformado.

[0006] Um objetivo da presente divulgação é proporcionar um pino perfurador com boa resistência à deformação do material de base.

[0007] Um método de fabricação de um pino perfurador de acordo com a presente divulgação inclui as etapas de: preparar um corpo de pino incluindo uma porção de ponta e uma porção cilíndrica tendo um orifício utilizável para fixar uma barra e localizado para trás da porção de ponta; formar uma camada de acumulação sobre uma superfície da porção de ponta; e aquecer o corpo do pino de tal modo que a temperatura da porção da ponta com a camada de acumulação formada nela não seja inferior a uma temperatura de transformação da austenita e a temperatura da porção cilíndrica seja inferior à temperatura de transformação da austenita.

[0008] A presente divulgação proporciona um pino perfurador que possui uma boa resistência à deformação do material de base.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0009] [FIG. 1] A FIG. 1 é uma vista em corte transversal longitudinal de um pino perfurador produzido pelo método de fabricação de uma modalidade.

[0010] [FIG. 2] A FIG. 2 é uma vista em corte transversal longitudinal de um pino perfurador tendo uma construção diferente do que o pino perfurador mostrado na FIG. 1.

[0011] [FIG. 3] A FIG. 3 é um gráfico que mostra a relação entre o limite elástico de 0,2% e o teor de W de uma liga de Ni-W a 1250 °C.

[0012] [FIG. 4] A FIG. 4 é uma vista esquemática de um perfurador incorporando o pino perfurador mostrado na FIG. 1 ou 2.

[0013] [FIG. 5] A FIG. 5 é uma vista esquemática de um aparelho de aquecimento.

[0014] [FIG. 6] A FIG. 6 é uma vista esquemática de um aparelho de aquecimento diferente do aparelho de aquecimento mostrado na FIG. 5.

[0015] [FIG. 7] FIG. 7 é um gráfico que mostra a relação entre a quantidade de deformação do pino e o número de passagem para cada um dos pinos perfuradores dos exemplos inventivo e comparativo.

[0016] [FIG. 8] A FIG. 8 é um gráfico que mostra a eficiência de perfuração para um número de passagem para cada um dos pinos perfuradores dos exemplos inventivo e comparativo.

[0017] [FIG. 9] A FIG. 9 é um gráfico que mostra a quantidade de deformação do material de base por passagem para cada um dos pinos perfuradores dos exemplos inventivo e comparativo.

MODALIDADES PARA REALIZAR A INVENÇÃO

[0018] Um método de fabricação de um pino perfurador de acordo com a presente modalidade inclui as etapas de: preparar um corpo de pino incluindo uma porção de ponta e uma porção cilíndrica tendo um orifício utilizável para fixar uma barra e localizado para trás da porção de ponta; formar uma camada de acumulação sobre uma superfície da porção de ponta; e aquecer o corpo do pino de tal modo que a temperatura da porção da ponta com a camada de acumulação formada nela não seja inferior a uma temperatura de transformação da austenita e a temperatura da porção cilíndrica seja inferior à temperatura de transformação da austenita (primeira disposição).

[0019] De acordo com a primeira disposição, uma camada de acumulação é primeiro formada na porção de ponta do corpo do pino antes da porção de ponta ser temperada aquecendo-a à temperatura de transformação da austenita ou superior, endurecendo-a desse modo. Ou seja, mesmo que as variações na entrada de calor durante a formação da camada de acumulação tenham produzido variações na dureza do corpo do pino, a têmpera subsequente aumenta a dureza da porção de ponta do corpo do pino que tende a deformar-se particularmente. Isto evitará a deformação de porções do corpo do pino localizadas apenas no interior da camada de acumulação devido às altas pressões superficiais durante a perfuração/laminação, proporcionando assim uma boa resistência à deformação do material de base.

[0020] O modo de fabricação descrito acima pode ainda incluir a etapa de formar um revestimento pulverizado sobre uma superfície do corpo do pino com a camada de acumulação nele formada, em que a etapa de formação ocorre antes da etapa de aquecimento (segunda disposição).

[0021] Geralmente, quanto maior a espessura do revestimento no pino perfurador, maior a probabilidade de o revestimento descascar o material de base. De acordo com a segunda disposição, o corpo do pino é aquecido quando a camada de acumulação e o revestimento pulverizado são formados. Assim, pode ocorrer difusão entre o revestimento pulverizado e o corpo do pino e a camada de acumulação, melhorando assim a adesividade do revestimento pulverizado. Isto torna possível aumentar a espessura do revestimento pulverizado, evitando assim ainda mais a deformação do material de base.

[0022] A camada de acumulação pode ser feita de uma liga de Ni-W (terceira disposição).

[0023] As modalidades serão descritas abaixo com referência aos desenhos. Os elementos iguais e correspondentes nos desenhos são identificados com os mesmos caracteres de referência e suas descrições não serão repetidas. Para facilitar a explicação, alguns elementos podem ser simplificados ou mostrados esquematicamente nos desenhos e alguns elementos podem não ser exibidos.

[0024] [Construção do Pino Perfurador] A FIG. 1 é uma vista em corte transversal longitudinal de um pino perfurador 10 produzido pelo método de fabricação da presente modalidade. Vista em corte transversal longitudinal significa uma seção transversal contendo o eixo central X do pino perfurador 10, e vista em corte transversal significa uma seção transversal perpendicular ao eixo central X. A direção na qual o eixo central X do pino perfurador 10 se estende será mencionada como direção longitudinal ou direção axial.

[0025] O pino perfurador 10 tem a forma semelhante a um projétil. Uma seção transversal do pino perfurador 10 é geralmente de forma circular. O diâmetro externo do pino perfurador 10 aumenta gradualmente à medida que vai de uma extremidade do pino, conforme determinado ao longo da direção axial para a outra extremidade. No pino perfurador 10, a direção para porções de pequeno diâmetro será daqui em diante mencionada como em direção à frente/ponta ou para a frente, enquanto a direção para porções de grande diâmetro será referida como para trás (traseira).

[0026] O pino perfurador 10 é constituído por uma porção de ponta 101, uma porção de tronco 102 e uma porção de rolagem 103. A porção de ponta 101, a porção de tronco 102 e a porção de rolagem 103 estão dispostas nesta ordem, começando com a frente do pino perfurador 10 e indo em direção à traseira. Em alternativa, o pino perfurador 10 pode não incluir a porção de rolagem 103.

[0027] A porção do pino perfurador 10 excluindo a porção de rolagem 103 é dividida em uma porção de laminação 104 e uma porção de bobinamento 105. A porção de laminação 104 recebe uma parte importante da depressão da espessura da parede durante a perfuração/laminação. A porção de bobinagem 105 está localizada atrás da porção de laminação 104. A porção de bobinagem 105 encerra a espessura da parede da casca oca (ou simplesmente casca) durante a perfuração/laminação.

[0028] O pino perfurador 10 inclui um corpo de pino 1, uma camada de acumulação 2 e um revestimento pulverizado 3.

[0029] (Corpo do Pino) O corpo do pino 1 inclui uma porção de ponta 11 e uma porção cilíndrica 12. A porção cilíndrica 12 está localizada atrás da porção de ponta. A porção cilíndrica 12 inclui um furo 121.

[0030] O furo 121 é utilizado para fixar uma barra, descrita abaixo, ao pino perfurador 10. O furo 121 está aberto na superfície da extremidade traseira do corpo do pino 1. Ou seja, a porção traseira do corpo do obturador 1 é de forma cilíndrica devido à presença do orifício 121.

[0031] A extremidade frontal da porção cilíndrica 12 está localizada a 0,1xD [mm] à frente da extremidade frontal do furo 121, onde D [mm] é a profundidade do furo 121. A profundidade D do orifício 121 é a distância entre a extremidade frontal (ou inferior) do orifício 121 e a extremidade traseira (ou extremidade aberta) medida na direção axial do pino perfurador 10. A porção cilíndrica 12 é a parte do corpo de pino 1 que é definida pela posição a 0,1xD [mm] à frente do fundo do furo 121 e a extremidade traseira do corpo do pino 1.

[0032] No corpo do pino 1, a porção da ponta 11 é mais dura do que a porção cilíndrica 12. A porção da ponta 11 tem uma dureza Vickers de 300 Hv ou superior, por exemplo. A dureza Vickers da porção cilíndrica 12 está preferencialmente no intervalo de 220 a 260 Hv, mas pode estar abaixo de 220 Hv. A dureza Vickers é medida em uma seção transversal do corpo do pino 1 ao longo da direção axial de acordo com a patente JIS Z 2244 (2009) usando uma força de teste de 1 kgf. Com base no teste de impacto Charpy usando amostras de teste de tamanho normal de acordo com a patente JIS Z 2242 (2005), a porção cilíndrica 12 tem um valor de impacto de 20 J/cm2 ou superior a 20°C.

[0033] A superfície do corpo do pino 1 está dividida em uma região 13 e uma região 14. A região 13 é a porção da superfície do corpo do pino 1 que está coberta com uma camada de acumulação 2, descrita abaixo. A região 14 é a porção da superfície do corpo do pino 1 que não está coberta com a camada de acumulação 2. O diâmetro da extremidade dianteira da região 14 é maior que o diâmetro da extremidade traseira da região 13. Ou seja, a superfície do corpo do pino 1 inclui um degrau entre a região frontal 13 e a região traseira 14.

[0034] O corpo do pino 1 é feito de um aço cuja dureza pode ser melhorada por tratamento térmico, ou seja, um aço endurecível. O material do corpo do pino 1 contém preferencialmente elementos característicos nos intervalos especificados abaixo, além do ferro (Fe) e impurezas. O material do corpo do pino 1 pode conter elementos diferentes dos listados abaixo. Na descrição a seguir, "%" para o teor de um elemento significa % em massa.

[0035] C: 0,08 a 0,5% O carbono (C) é um componente efetivo na melhoria da resistência a altas temperaturas. C é ineficaz se o teor de C não for superior a 0,08%. Se o teor de C exceder 0,5%, a dureza torna-se muito alta. Além disso, torna-se difícil controlar as condições de precipitação de carbonetos. Em vista disso, o teor de C deve estar dentro do intervalo de 0,08 a 0,5%. O teor de C é de preferência não superior a 0,3%, e mais preferencialmente, não superior a 0,2%. O teor de C é de preferência não inferior a 0,09%, e mais preferencialmente, não inferior a 0,1%.

[0036] Si: 0,1 a 1,0% O silício (Si) é um componente efetivo na desoxidação. Si é substancialmente ineficaz se o teor de Si não for superior a 0,1%. Se o teor de Si exceder 1,0%, a dureza do material começa a deteriorar-se. Em vista disso, o teor de Si deve estar dentro do intervalo de 0,1 a 1,0%. O teor de Si é de preferência não superior a 0,9%, e mais preferencialmente, não superior a 0,8%. O teor de Si é de preferência não inferior a 0,2%, e mais preferencialmente, não inferior a 0,3%.

[0037] Mn: 0,2 a 1,5% O manganês (Mn) estabiliza a austenita a altas temperaturas. Ou seja, Mn impede a produção de δ-ferrita e, assim, evita a diminuição da tenacidade. Os efeitos de Mn estão presentes se o teor de Mn não for inferior a 0,2%. No entanto, se o teor de Mn exceder 1,5%, a dureza torna-se muito alta, e é provável que ocorra uma ruptura de pressão após a perfuração. Em vista disso, o teor de Mn deve estar dentro do intervalo de 0,2 a 1,5%. O teor de Mn é de preferência não superior a 1,4%, e mais preferencialmente, não superior a 1,3%. O teor de Mn é de preferência não inferior a 0,3%, e mais preferencialmente, não inferior a 0,4%.

[0038] O material do corpo do pino 1 pode conter um ou mais dos elementos opcionais listados abaixo. O material do corpo do pino 1 pode conter um ou alguns ou todos os elementos opcionais. O material do corpo do pino 1 pode conter nenhum dos elementos opcionais.

[0039] Ni: 0 a 2,0% O níquel (Ni) é efetivo para melhorar a tenacidade da fase extinta formada na camada superficial do pino. O material é substancialmente saturado em termos de eficácia de Ni quando o teor de Ni é de 2,0%. Adicionar mais Ni significa aumento dos custos. Em vista disso, o teor de Ni deve estar dentro do intervalo de 0 a 2,0%. O teor de Ni é de preferência não superior a 1,9%, e mais preferencialmente, não superior a 1,8%. O teor de Ni é de preferência não inferior a 0,2%, e mais preferencialmente, não inferior a 0,3%.

[0040] Mo: 0 a 4,0%; W: 0 a 4,0% Molibdênio (Mo) e tungstênio (W) são elementos substituíveis. Esses elementos são eficazes para melhorar a resistência a alta temperatura e aumentar o ponto de Ac1 para reduzir as porções endurecidas da superfície após a perfuração. No entanto, se a quantidade total exceder 8,0%, a ferrita permanece mesmo em altas temperaturas, reduzindo a resistência e tenacidade. Em vista disso, a quantidade total não deve ser superior a 8,0%. O teor de Mo é de preferência não superior a 3,9%, e mais preferencialmente, não superior a 3,8%. O teor de Mo é de preferência não inferior a 0,75%, e mais preferencialmente, não inferior a 0,8%. O teor de W é de preferência não superior a 3,9%, e mais preferencialmente, não superior a 3,8%. O teor de W é de preferência não superior a 0,75%, e mais preferencialmente, não inferior a 0,8%.

[0041] Cu: 0 a 0,5% O cobre (Cu) é um elemento estabilizador de austenita e eficaz para melhorar a tenacidade da camada de superfície do pino que foi mantida a altas temperaturas durante a perfuração e tornou-se austenita. Em vista disso, o teor de Cu deve estar dentro do intervalo de 0 a 0,5%.

[0042] B: 0 a 0,2%; Nb: 0 a 1,0%; V: 0 a 1,0%; Cr: 0 a 10,0%; Ti: 0 a 1,0% Se uma pequena quantidade de boro (B) estiver contida, é eficaz para aumentar a resistência dos limites de grãos. No entanto, se o teor de B exceder 0,2%, a fase fragilizada precipita, deteriorando a tenacidade. Em vista disso, o teor de B deve estar dentro do intervalo de 0 a 0,2%. Se pequenas 8/20 quantidades de nióbio (Nb), vanádio (V), crômio (Cr) e titânio (Ti) estiverem contidas, elas são eficazes na produção de grãos de cristais mais finos. Em vista disso, cada um dos teores de Nb, V e Ti deve estar no intervalo de 0 a 1,0% e o teor de Cr deve estar no intervalo de 0 a 10,0%.

[0043] Além disso, para dessulfurar o material do corpo do pino 1, pequenas quantidades de cálcio (Ca) e/ou elementos de terras raras (REMs) podem ser adicionadas ao material conforme necessário.

[0044] (Camada de Acumulação) A camada de acumulação 2 é formada na superfície da porção de ponta 11 do corpo do pino 1. A camada de acumulação 2 cobre pelo menos toda a superfície da porção de ponta 11. Como mostrado na FIG. 2, a camada de acumulação 2 pode estender-se para uma posição atrás da porção de ponta 11. A camada de acumulação 2 pode estender-se para perto da parte central do corpo do pino 1, conforme determinado ao longo da direção axial. A extremidade traseira da camada de acumulação 2 está localizada à frente da extremidade frontal da porção cilíndrica 12.

[0045] Voltando à FIG. 1, conforme medido na direção axial, o comprimento da camada de acumulação 2, L2, não é menor que 0,15*L [mm], onde L [mm] é o comprimento do pino perfurador 10. O comprimento L2 da camada de acumulação 2 não é maior que 0,50*L [mm]. Na presente modalidade, o comprimento L do pino perfurador 1 não inclui a espessura do revestimento pulverizado 3. Ou seja, o comprimento L do pino perfurador 10 é a distância entre a extremidade frontal da camada de acumulação 2 e a extremidade traseira do corpo do pino 1 medida na direção axial.

[0046] A camada de acumulação 2 é formada na região 13, ou seja, porção da superfície do corpo do pino 1 que tem diâmetros menores. A superfície da camada de acumulação 2 liga-se suavemente à região 14 da superfície do corpo do pino 1. Ou seja, a superfície da camada de acumulação 2 liga-se à região 14 da superfície do corpo do pino 1 sem um passo.

[0047] A espessura da camada de acumulação 2 é de preferência não inferior a 1,0 mm, e mais preferencialmente não inferior a 3,0 mm. A espessura da camada de acumulação 2 é, de preferência, não superior a 8,0 mm e, de um modo mais preferencial, não superior a 6,0 mm.

[0048] A camada de acumulação 2 é de preferência feita de uma liga de Ni- W. Se este for o caso, o teor de W está de preferência no intervalo de 25 a 50% em massa e, mais preferencialmente, no intervalo de 25 a 45% em massa. As razões para tal serão fornecidas com referência à FIG. 3. A FIG. 3 é um gráfico que mostra a relação entre o limite elástico de 0,2% e o teor de W de uma liga de Ni-W a 1250 °C. Na descrição a seguir, "%" para o teor de um elemento significa % em massa.

[0049] É necessário que a camada de acumulação 2 tenha um limite elástico de 0,2% de pelo menos 200 MPa a 1250 °C. Quanto maior a concentração de W (ou teor), maior será a limite elástico de 0,2%. A FIG. 3 demonstra que o limite elástico de 0,2% a 1250 °C excede 200 MPa quando o teor de W é 25% ou superior. Assim, se a camada de acumulação 2 é feita de um teor de Ni-W, o teor de W é de preferência não inferior a 25%.

[0050] Se o teor de W em uma liga de Ni-W exceder 50%, torna-se difícil fazer com que W se dissolva. Assim, se a camada de acumulação 2 for feita de uma liga de Ni-W, o teor de W não é preferencialmente superior a 50%, e mais preferencialmente não superior a 45%.

[0051] Cr pode ser adicionado à liga de Ni-W. A adição de 1 a 5% de Cr à liga de Ni-W melhora a tenacidade.

[0052] Em vista da discussão acima, a composição química preferencial da camada de acúmulo 2 é W em 25 a 50%, mais preferencialmente 25 a 45%, Cr em 1 a 5%, e o balanço, que é composta de Ni e impurezas.

[0053] (Revestimento Pulverizado) Voltando à FIG. 1, o revestimento pulverizado 3 é formado na superfície do corpo do pino 1 com a camada de acumulação 2 formada sobre o mesmo. Na implementação da FIG. 1, o revestimento pulverizado 3 cobre toda a superfície da camada de acumulação 2 e as partes das laterais do corpo do pino 1 que não estão cobertas com a camada de acumulação 2. Ou seja, o revestimento pulverizado 3 é formado na superfície da camada de acumulação 2 e no corpo do pino 1, de modo a expor apenas a superfície da extremidade traseira do corpo do pino 1.

[0054] A porção de rolagem 103 não precisa ser coberta com o revestimento pulverizado 3. Ou seja, o revestimento pulverizado 3 só é necessário para cobrir pelo menos as porções do pino perfurador 10 que começa com a ponta e termina com a extremidade traseira da porção de tronco 102.

[0055] De preferência, a espessura das porções do revestimento pulverizado 3 que estão localizadas na superfície da camada de acumulação 2 é maior do que a espessura das porções do revestimento pulverizado 3 que estão localizadas na região 14 do corpo do pino. 1 A espessura do revestimento pulverizado 3 é o maior na ponta do pino perfurador 10, por exemplo. A espessura das porções do revestimento pulverizado 3 que cobre a ponta do pino perfurador 10, T31, pode estar no intervalo de 0,6 a 3,0 mm, por exemplo.

[0056] A espessura das porções do revestimento pulverizado 3 que estão localizadas na região 14 do corpo do pino 1, T32, pode estar no intervalo de 0,1 a 0,8 mm, por exemplo. A espessura T32 é a espessura do revestimento pulverizado 3 medida em qualquer posição para trás da camada de acumulação 2.

[0057] De preferência, o revestimento pulverizado 3 é principalmente composto por ferro e óxidos de ferro. Contudo, o revestimento pulverizado 3 pode conter pequenas quantidades de elementos e/ou compostos diferentes de ferro e óxidos de ferro.

[0058] [Método de Uso do Pino Perfurador] O pino perfurador 10 com a construção descrita acima é utilizado para realizar perfurações/laminação. A FIG. 4 é uma vista esquemática de um perfurador 100 que incorpora o pino perfurador 10. Como mostrado na FIG. 4, antes da perfuração/laminação, a porção de extremidade de uma barra (ou mandril) 20 está inserida no furo 121 (FIGS. 1 e 2) no pino perfurador 10 para fixar a barra 20 ao pino perfurador 10. O pino perfurador 10 está posicionado na linha de passagem PL entre um par de rolos oblíquos 30. O pino perfurador 10 é empurrado para a porção central de um lingote B. Desta forma, o lingote B sofre perfuração/laminação para proporcionar uma casca oca.

[0059] [Método de Fabricação do Pino Perfurador] Será descrito abaixo um método de fabricação do pino perfurador 10. O método de fabricação de acordo com a presente modalidade inclui as etapas de: preparação de um corpo de pino 1; formar uma camada de acumulação 2; formar um revestimento pulverizado 3; aquecer o corpo do pino 1 com a camada de acumulação 2 e o revestimento pulverizado 3 formado no mesmo; e arrefecer o corpo do pino aquecido 1.

[0060] (Preparação do Corpo de Pino) Para produzir um pino perfurador 10, um corpo de pino 1 é primeiro preparado. O corpo do pino 1 pode ser fabricado por forja, por exemplo.

[0061] (Formação de Camada de Acumulação) Subsequentemente, a camada de acumulação 2 é formada na superfície da porção de ponta 11 do corpo do pino 1. Assim, pelo menos, a porção da ponta 11 do corpo do pino 1 é coberta com a camada de acumulação 2. A camada de acumulação 2 é formada de tal modo que o comprimento L2, medido na direção axial, é de 15 a 50% do comprimento L do corpo do pino 1 após a formação da camada de acumulação 2 (0,15xL<L2<0,50*L).

[0062] A camada de acumulação 2 pode ser formada por um método de soldagem de acumulação conhecido, tal como soldagem de plasma por arco transferido (PTA), soldagem por gás inerte em metal (MIG) ou soldagem por gás inerte em tungstênio (TIG).

[0063] (Formação de Revestimento Pulverizado) Subsequentemente, um revestimento pulverizado 3 é formado na superfície do corpo do pino 1 com a camada de acumulação 2 formada sobre o mesmo. De acordo com a presente modalidade, o revestimento pulverizado 3 cobre a porção da superfície do corpo do pino 1 com a camada de acumulação 2 que exclui a superfície da extremidade traseira. No entanto, a porção de rolagem 103 não necessita de ser coberta com o revestimento pulverizado 3. O revestimento pulverizado 3 só é necessário para cobrir pelo menos a porção de laminação inteira 104 e a porção de bobinagem 105.

[0064] O revestimento pulverizado 3 pode ser formado por um método de pulverização conhecido, tal como pulverização por arco, pulverização por plasma, pulverização por chama ou pulverização por chama de alta velocidade.

[0065] Se o revestimento pulverizado 3 for formado por pulverização por arco, o cabo a ser utilizado para pulverização pode ser um cabo de ferro. O cabo de ferro é um cabo de aço carbono composto principalmente de Fe. Normalmente, o cabo de ferro é um cabo chamado de aço comum que é composto principalmente de Fe e contém C, Si, Mn e impurezas, mas também pode conter elementos como W. O cabo de ferro pode ser usado para executar pulverização por arco para formar um revestimento pulverizado 3 contendo ferro e óxidos de ferro.

[0066] (Aquecimento) Subsequentemente, o corpo do pino 1 com a camada de acumulação 2 e o revestimento pulverizado 3 formado no mesmo é aquecido. Mais especificamente, o corpo de pino 1 é aquecido de tal modo que a temperatura da porção de ponta 11 não se torna inferior à temperatura de transformação da austenita (Ponto AC3). Durante o aquecimento do corpo do pino 1, a temperatura da porção cilíndrica 12 é mantida abaixo do ponto AC3.

[0067] Para o aquecimento do corpo do pino 1, apenas partes do corpo do pino 1 com a camada de acumulação 2 e o revestimento pulverizado 3 que incluem a porção de ponta 11 e não incluem a porção cilíndrica 12 podem ser aquecidas. Em alternativa, todo o corpo de pino 1 com a camada de acumulação 2 e o revestimento pulverizado 3 nele formado podem ser aquecidos de tal modo que existe uma diferença de temperatura entre a porção de ponta 11 e a porção cilíndrica 12.

[0068] Exemplos de como aquecer o corpo do pino 1 com a camada de acumulação 2 e o revestimento pulverizado 3 formado no mesmo serão descritos com referência às FIGS. 5 e 6. Para facilitar a explicação, o corpo do pino 1 com a camada de acumulação 2 e o revestimento pulverizado 3 nele formado, isto é, um pino perfurador inacabado antes da conclusão da etapa de aquecimento e a etapa de resfriamento, descrita abaixo, será doravante mencionado como pino 10a.

[0069] No exemplo da FIG. 5, uma bobina de alta frequência 41 está ligada à periferia exterior da porção de ponta do pino 10a, e o corpo de pino 1 é colocado em um aparelho de aquecimento 4 contendo uma atmosfera de Ar. Em seguida, a bobina 41 é usada para realizar aquecimento de alta frequência na porção de ponta do pino 10a a uma temperatura de 1000 a 1200 °C. O aquecimento só é necessário para ser feito por um tempo suficiente para fazer com que a porção de ponta seja endurecida. Se o aquecimento de alta frequência for usado, o aquecimento só precisa ser feito por vários segundos ou mais a uma temperatura que não seja menor que o ponto AC3; no entanto, para conseguir estabilidade industrial, o tempo de aquecimento é de preferência de 20 segundos ou mais, e mais preferencialmente de um minuto ou mais.

[0070] O tempo de aquecimento é de preferência não superior a 20 minutos, e mais preferencialmente, não superior a 10 minutos. Particularmente, se o tratamento de aquecimento for realizado em um ambiente diferente de uma atmosfera de gás inerte (por exemplo, ar ambiente), o tempo de aquecimento é de preferência não superior a 10 minutos, e mais preferencialmente, não superior a 5 minutos, porque o aquecimento durante um período de tempo prolongado pode mudar a natureza do revestimento pulverizado 3 (FIGS. 1 e 2). Por exemplo, no ar ambiente, o revestimento pulverizado 3 pode ser oxidado até um grau 13/20 inaceitável.

[0071] Isto torna possível manter a temperatura da porção cilíndrica 12 (FIGS. 1 e 2) abaixo do ponto AC3 e, ao mesmo tempo, elevar a temperatura da porção de ponta 11 com a camada de acumulação 2 formada nela (FIGS. 1 e 2) para um nível que não seja menor do que o ponto C3.

[0072] No exemplo da FIG. 6, um aparelho de aquecimento 5 utilizado para aquecer o pino 10a. O aparelho de aquecimento 5 inclui os aquecedores 51 e 52. O aquecedor 51 está localizado adjacente ao topo do aparelho de aquecimento 5. O aquecedor 52 está localizado adjacente ao fundo do aparelho de aquecimento 5.

[0073] O pino 10a é carregado no aparelho de aquecimento 5. De preferência, uma pluralidade de pinos 10a são carregados no aparelho de aquecimento 5. Um blindagem 6 é colocada entre os pinos 10a e o aquecedor 52. Ou seja, a blindagem 6 está localizada acima do aquecedor 52 e os pinos estão montados sobre a blindagem 6. A blindagem 6 reduz a transmissão de calor pelo aquecedor 52 para os pinos 10a. A blindagem 6 pode ser moldada como uma grade ou uma placa, por exemplo. A blindagem 6 pode ser revestida com um óxido.

[0074] Os pinos 10a no aparelho de aquecimento 5 são aquecidos pelos aquecedores 51 e 52. Os aquecedores 51 e 52 podem funcionar com a mesma temperatura de aquecimento (temperatura predefinida). De preferência, o aparelho de aquecimento 5 contém uma atmosfera de gás inerte tal como ar. Quando a temperatura da porção de ponta 11 (FIGS. 1 e 2) com a camada de acumulação 2 formada na mesma tiver atingido uma temperatura predeterminada que não é inferior ao ponto C3, os pinos 10a são removidos do aparelho de aquecimento 5. Uma vez que a blindagem 6 faz com que a quantidade de calor transmitida à porção inferior de cada pino 10a seja menor do que a quantidade de calor transmitida à porção superior do pino 10a, a temperatura da porção cilíndrica 12 (FIGS. 1 e 2) é inferior à temperatura da porção da ponta 11. No momento em que o pino 10a é removido do aparelho de aquecimento 5, a temperatura da porção cilíndrica 12 não atingiu o ponto AC3 e está abaixo do ponto AC3.

[0075] O aquecimento pode ser realizado pelo aparelho de aquecimento 5 sem a blindagem 6. Se for esse o caso, a temperatura de aquecimento do aquecedor 52 localizado abaixo dos pinos 10a é ajustada para ser inferior à temperatura de aquecimento do aquecedor 51 localizado acima dos pinos 10a. Isto garante que a quantidade de calor transmitida para a porção superior de cada pino 10a seja relativamente grande e a quantidade de calor transmitida para a porção inferior do pino 10a seja relativamente pequena. Assim, como é o caso do método que utiliza a blindagem 6, o pino 10a pode ser aquecido de tal modo que a temperatura da porção de ponta 11 (FIGS. 1 e 2) não se torna menor que o ponto AC3 e a temperatura da porção cilíndrica 12 (FIGS. 1 e 2) está abaixo do ponto AC3.

[0076] Um termopar pode ser ligado a cada uma das porções de ponta 11 e porção cilíndrica 12 de cada pino 10a com a camada de acumulação 2 formada no aparelho de aquecimento 5 para medir a temperatura da porção associada. Isto torna possível detectar que a temperatura da porção de ponta 11 atingiu uma temperatura predeterminada que não é inferior ao ponto AC3 enquanto a temperatura da porção cilíndrica 12 está abaixo do ponto AC3 e remove o pino 10a do aparelho de aquecimento 5 em um momento apropriado. As temperaturas da porção de ponta 11 e da porção cilíndrica 12 não precisam de ser medidas cada vez que o tratamento térmico é realizado. Um tempo de aquecimento apropriado pode ser aprendido através da medição de temperatura uma vez, e este tempo de aquecimento pode ser usado para pinos 10a do mesmo tipo.

[0077] (Resfriamento) Por último, o pino aquecido 10a é arrefecido. Por exemplo, o aquecimento pelo aparelho de aquecimento 4 ou 5 é interrompido e a sua porta é aberta para resfriar o pino 10a a uma temperatura não superior a 400 °C. O pino 10a é tipicamente resfriado até à temperatura ambiente. A taxa de arrefecimento só é necessária para ser suficiente para fazer com que o pino seja endurecido, e o pino pode ser resfriado a uma taxa maior.

[0078] Isso fornece um pino perfurador acabado 10.

[0079] [Efeitos da Modalidade] O método de fabricação da presente modalidade proporciona uma camada de acumulação 2 na porção de ponta 11 do corpo de pino 1. A camada de acumulação 2 tem uma boa resistência a alta temperatura. Isto evitará a deformação da porção da ponta 11 durante a perfuração/laminação pelo pino perfurador 10.

[0080] De acordo com o método de fabricação da presente modalidade, a camada de acumulação 2 é formada na porção de ponta 11 do corpo de pino 11 antes da porção de ponta 11 ser aquecida a uma temperatura que não é inferior ao ponto AC3. Assim, mesmo que a entrada de calor durante a formação da camada de acumulação 2 tenha produzido variações na dureza do corpo do pino 1, o aquecimento subsequente torna a dureza da porção da ponta 11 uniforme, melhorando-a desse modo. Isso evitará ainda a deformação da porção da ponta 11 durante a perfuração/laminação, proporcionando assim uma boa resistência à deformação do material de base.

[0081] De acordo com o método de fabricação da presente modalidade, um revestimento pulverizado 3 é formado na superfície do corpo do pino 1 com a camada de acumulação 2 formada sobre ele. O revestimento pulverizado 3 tem um isolamento térmico mais elevado do que a camada de acumulação 2. O revestimento pulverizado 3 evita a entrada de calor no corpo do pino 1 durante a perfuração/laminação. Isso evitará a grimpagem no pino perfurador 10.

[0082] De acordo com o método de fabricação da presente modalidade, quando a camada de acumulação 2 e o revestimento pulverizado 3 foram formados, a porção de ponta 11 do corpo do pino 1 é aquecida a uma temperatura não inferior ao ponto AC3. Isso provoca a difusão entre o revestimento pulverizado 3 e o corpo do pino 1 e a camada de acumulação 2, melhorando a adesividade do revestimento pulverizado 3. Isso permite aumentar a espessura do revestimento pulverizado 3. Particularmente, o aumento da espessura T31 das porções do revestimento pulverizado 3 que cobre a porção de ponta do pino perfurador 10, que pode ser facilmente deformado, melhorará eficientemente a resistência à deformação do material de base.

[0083] De acordo com o método de fabricação da presente modalidade, a porção da ponta 11 é aquecida a uma temperatura que não é inferior ao ponto C3, enquanto a porção cilíndrica 12 é mantida a uma temperatura abaixo do ponto C3. Isso irá melhorar a dureza da porção de ponta 11 do corpo de pino 1 ao mesmo tempo em que evita a diminuição da tenacidade da porção cilíndrica 12. Isso evitará a deformação da porção de ponta 11 e trincamento na porção cilíndrica 12 durante a perfuração/laminação. Isso melhorará a vida útil do pino perfurador 10.

[0084] Embora uma modalidade tenha sido descrita, a presente divulgação não está limitada à modalidade descrita acima, e várias modificações são possíveis sem se afastar do espírito da divulgação.

EXEMPLOS

[0085] Para verificar os efeitos da presente divulgação, foram realizados testes de perfuração/laminação utilizando uma pluralidade de pinos perfuradores.

[0086] Todos os pinos perfuradores têm o mesmo formato de do corpo do pino (1) e material em comum. A composição química do aço usado para o corpo do pino (1) é mostrada na Tabela 1. O balanço da composição química mostrado na Tabela 1 é Fe e impurezas. Na tabela 1, a unidade do teor de cada elemento está em % em massa. A Tabela 2 mostra as condições para cada pino perfurador.

[0087] [Tabela 1]

[0088] [Tabela 2]

[0089] Na Tabela 2, os Pinos Perfuradores n° 6 a 9 são os pinos perfuradores de exemplos inventivos, enquanto que os Pinos Perfuradores n° 1 a 5 são os pinos perfuradores de exemplos comparativos.

[0090] Em cada um dos Pinos Perfuradores n° 6 a 9 que são os exemplos inventivos, uma camada de acumulação (2) de uma liga Ni-W (45% de W, 3% de Cr e balanço, ou seja, Ni) com uma espessura de cerca de 3 mm foram formados na porção de ponta (11) do corpo do pino (1). O comprimento (L2) da camada de acumulação (2), medido na direção axial, foi de cerca de 18% do comprimento (L) do pino perfurador, medido na direção axial.

[0091] Além disso, em cada um dos Pinos Perfuradores n° 6 a 9, foi formado um revestimento pulverizado (3) em toda a superfície, com exceção da porção de rolagem (13), por pulverização por arco utilizando cabo de ferro. Em cada um dos n° 6 a 9, a espessura das porções do revestimento pulverizado (3) localizado na porção de bobinagem era de 300 μm. Em termos da espessura das porções do revestimento pulverizado (3) que estão localizadas na porção de laminação e da espessura (T31) das porções do revestimento de pulverização (3) cobrindo a ponta, n° 6 < n° 7 < n° 8 < n° 9.

[0092] Em cada um dos Pinos Perfuradores n° 6 a 9, depois que a camada de acumulação (2) e o revestimento pulverizado (3) foram formados, as porções começando com a porção de ponta e terminando com a porção de laminação foram submetidas a tratamento de aquecimento por indução de alta frequência (IH) em atmosfera de 100% de Ar. A temperatura de resfriamento estava no intervalo de 700 a 1100 °C e o tempo de aquecimento estava no intervalo de 3 a 60 minutos. A porção cilíndrica (12) não foi submetida a tratamento de IH.

[0093] Os n° 1 a 5 foram exemplos comparativos. Em cada um dos Pinos Perfuradores n° 4 e 5, formou-se uma camada de acumulação (2) semelhante às dos números 6 a 9. Nos Pinos Perfuradores n° 1 a 3, nenhuma camada de acumulação (2) foi formada.

[0094] Em cada um dos pinos perfuradores n° 2 a 4, foi formado um revestimento pulverizado (3) semelhante ao do n° 6. No Pino Perfurador n° 1, um revestimento à escala de óxido foi formado por tratamento térmico de oxidação. Nenhum revestimento foi formado no Pino Perfurador n° 5.

[0095] Além dos n° 1 a 5, o Pino Perfurador n° 3 foi submetido a um tratamento de IH semelhante ao dos n° 6 a 9, enquanto os outros pinos perfuradores não foram submetidos ao tratamento de IH.

[0096] Cada um dos Pinos Perfuradores n° 1 a 9 foi usado para executar repetidamente perfuração/laminação em lingotes feitos com o SUS 304.

[0097] A FIG. 7 mostra a relação entre a quantidade de deformação da do pino e o número de passagem para cada um dos Pinos Perfuradores n° 1 a 3 e 6 a 9. Quantidade de deformação do pino significa a quantidade de alteração na soma do comprimento (L) do pino perfurador (10) e da espessura (T31) das porções do revestimento pulverizado (3) que cobrem a ponta, ou seja, o comprimento (L+T31), representado pela diferença entre os valores antes e depois da perfuração/laminação.

[0098] Como mostrado na FIG. 7, para o Pino Perfurador n° 1 que tinha um revestimento à escala de óxido formado nele, a quantidade de deformação do pino para a primeira passagem era menor que 1 mm, mas a quantidade de deformação do pino para a segunda passagem era maior que 3 mm, causando erosão completa. Isso é presumivelmente porque o revestimento à escala de 18/20 óxido na superfície do pino perfurador praticamente desapareceu durante a primeira passagem.

[0099] O pino perfurador n° 2, que não possuía camada de acumulação (2) e não havia sido submetido ao tratamento de IH, exibia um desgaste de 3 mm após a primeira passagem. Isso é presumivelmente porque o revestimento pulverizado foi retirado durante a primeira passagem. O pino perfurador n° 3, que não tinha camada de acumulação (2), mas tinha um revestimento pulverizado (3) e foi submetido a tratamento de IH, exibiu um desgaste de cerca de 2 mm após a segunda passagem. Essa quantidade de deformação do pino é relativamente grande, mas pode ser considerada boa.

[0100] Para os Pinos Perfuradores n° 6 a 9, cada um com uma camada de acúmulo (2) e um revestimento pulverizado (3) e submetidos a tratamento de IH, o desgaste após a segunda passagem foi de cerca de 1 mm, o que é pequeno, e pode ser determinado que é suficientemente capaz de perfurar continuamente. Para o Pino Perfurador n° 9, cujo revestimento na ponta era tão grande quanto 2000 μm, a quantidade de deformação do pino após a quarta passagem era de aproximadamente 2 mm, e esse pino pode ser considerado bom após a quarta passagem.

[0101] A FIG. 8 mostra a eficiência de perfuração para um número de passagem para cada um dos Pinos Perfuradores n° 1 a 3 e n° 6 a 9. A eficiência de perfuração é definida como (velocidade real de transporte do material) / (velocidade teórica de transporte do material) x 100 [%]. A velocidade teórica de transporte do material pode ser calculada a partir do número de rotações dos rolos perfuradores. A velocidade real de transporte do material é afetada, por exemplo, pela resistência de atrito entre o pino e o material, e é menor que a velocidade teórica de transporte que é calculada a partir do número pré-definido de rotações dos rolos perfuradores. Se a eficiência de perfuração for alta, isso significa que o tempo necessário para perfurar é curto, o que significa melhoria da eficiência da produção. Como mostrado na FIG. 8, a eficiência de perfuração foi alta e estável em 95% ou mais, exceto pela segunda passagem pelo Pino Perfurador n° 1, que sofreu erosão.

[0102] A FIG. 9 mostra a quantidade de deformação do material de base por passagem para cada um dos Pinos Perfuradores n° 2 a 3 e n° 6 a 9. Quantidade de deformação do material base significa a quantidade de mudança no comprimento (L) do pino perfurador (10), representado pela diferença entre os valores antes e depois da perfuração/laminação. Para o Pino Perfurador n° 2, descobriu-se que o material de base foi deformado em até cerca de 1,9 mm/passagem. Para o Pino Perfurador n° 3, a quantidade de deformação do material de base foi de cerca de 0,7 mm/passagem. Para cada um dos Pinos Perfuradores n° 6 a 9, que tinham uma camada de acumulação (2) e tinham sido submetidos a tratamento de IH, a quantidade de deformação do material de base estava no intervalo de 0,08 a 0,16 m passagem, o que significa valores muito pequenos.

[0103] Uma comparação entre os n° 3 e 6, que tinham as mesmas condições de revestimento, mas eram diferentes em termos da presença de uma camada de acúmulo (2), mostra que a quantidade de deformação do material de base do Pino Perfurador n° 6, que tinha uma camada de acúmulo (2), foi menor que a quantidade de deformação do material base do Pino Perfurador n° 3, que não tinha camada de acumulação (2).

[0104] Uma comparação entre os n° 6 a 9, que eram apenas diferentes em termos das condições de revestimento, mostra que quanto maior a espessura do revestimento pulverizado (3), menor é a quantidade de deformação do material de base. Isto é presumivelmente porque o aumento da espessura do revestimento pulverizado (3) proporcionou um melhor isolamento térmico.

[0105] Para o Pino Perfurador n° 4, que tinha uma camada de acumulação (2) e um revestimento pulverizado (3), mas não tinha sido submetido ao tratamento de IH, o revestimento pulverizado (3) foi descascado durante a primeira passagem, resultando em falhas na superfície interna do material oposto, ou seja, tubo. Isso ocorre presumivelmente porque não foi alcançada aderência suficiente entre a camada de acumulação (2) e o revestimento pulverizado (3), uma vez que o tratamento de IH não tinha sido realizado.

[0106] O Pino Perfurador n° 5, que tinha uma camada de acumulação (2), mas não tinha revestimento pulverizado (3) e não havia sido submetido a tratamento de IH, tinha uma eficiência de perfuração diminuída e tornou-se incapaz de perfurar devido ao entupimento do pino. Isto ocorre presumivelmente porque a ausência de um revestimento pulverizado (3) resultou em baixa resistência a grimpagem.

[0107] Para os Pinos Perfuradores n° 4 e 5, foi impossível determinar a quantidade de deformação do material base, porque outros problemas ocorreram antes que o material de base fosse deformado. No entanto, pode ser facilmente assumido que o material de base de cada um dos Pinos Perfuradores n° 4 e 5, que não tinham sido submetidos a tratamento de IH, tinha uma dureza menor do que a dos Pinos Perfuradores n° 6 a 9, que tinham sido submetidos a tratamento de IH.

[0108] Isso demonstra que a formação de uma camada de acumulação (2) nas porções do pino perfurador começando com a ponta e terminando com a porção de laminação e aquecendo estas porções pode proporcionar um pino perfurador com excelente resistência à deformação do material de base e resistência a grimpagem.

Claims

1. Método de fabricação de um pino perfurador (10), caracterizado por compreender as etapas de: preparar um corpo de pino (1) incluindo uma porção de ponta (11) e uma porção cilíndrica (12) tendo um furo (121) utilizável para fixar uma barra e localizado atrás da porção de ponta (11); formar uma camada de acumulação (2) sobre uma superfície da porção de ponta (11) por um método de soldagem de acumulação; e aquecer o corpo do pino (1) de tal modo que a temperatura da porção da ponta (11) com a camada de acumulação (2) formada na mesma não seja inferior a uma temperatura de transformação da austenita e a temperatura da porção cilíndrica (12) seja inferior à temperatura de transformação da austenita.

2. Método de fabricação do pino perfurador (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda a etapa de formar um revestimento pulverizado (3) sobre uma superfície do corpo de pino (1) com a camada de acumulação (2) formada sobre ela antes da etapa de aquecimento.

3. Método de fabricação do pino perfurador (10), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a camada de acumulação (2) ser feita de uma liga de Ni-W.