BR112018071651B1

BR112018071651B1 - Tubo de liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura, método de fabricação do dito tubo e uso deste

Info

Publication number: BR112018071651B1
Application number: BR112018071651-0A
Authority: BR
Inventors: Krister WICKMAN
Original assignee: Sandvik Intellectual Property Ab
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2016-11-14
Publication date: 2024-04-30
Also published as: BR112018071651A2; AU2022256223A1; EP3445883B1; US20230182187A1; JP6909806B2; US12053811B2; RU2732395C2; WO2017182111A1; AU2022256223A2; SG11201808855UA; KR20180133506A; CA3020413A1; EP3445883A1; US20190070650A1; JP2019518608A; US11602780B2; KR20240011234A; AU2022100194A4; RU2018140820A; US20220339688A1

Abstract

Um tubo de liga de ferro-cromo-alumínio (FeCrAl) resistente a altas temperaturas (1) que se estende ao longo de um eixo longitudinal (C), em que o tubo é formado a partir de uma tira contínua (3) de uma liga de FeCrAl resistente a altas temperaturas e compreende uma costura helicoidal (2). O tubo de liga de FeCrAl resistente a altas temperaturas é fabricado por alimentação de uma tira contínua da liga de FeCrAl resistente a altas temperaturas em direção a uma estação de modelagem de tubo (4), enrolamento helicoidal da tira de forma que as bordas longas (6, 7) da tira encostem uma na outra e sendo formado um tubo (1) giratório se move para a frente em uma direção paralela ao seu eixo longitudinal, e união contínua das referidas bordas longas que se encostam uma a outra em um processo de soldadura diretamente quando o tubo é formado, pelo que é obtido um tubo soldado compreendendo uma costura soldada helicoidal.

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente descrição se refere a um tubo de liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura conforme o preâmbulo da reivindicação 1 e a um método de fabricação de um tubo de acordo com o preâmbulo da reivindicação de método independente. Em particular, mas não exclusivamente, a revelação se refere ao referido tubo para utilização em aplicações de aquecimento e/ou dispositivos de aquecimento, tais como um tubo radiante, um tubo de mufla, um tubo de proteção de termopar, um tubo de retorta, um tubo de forno, etc.

ANTECEDENTES E TÉCNICA ANTERIOR

[0002] Em aplicações de aquecimento, como em fornos aquecidos a gás ou eletricamente aquecidos e em dispositivos de aquecimento, é comum o uso de tubos de um material com resistência a altas temperaturas, alta resistência à corrosão e boas propriedades de choque térmico. Tais tubos incluem, por exemplo, tubos cerâmicos, tubos de carboneto de silício e tubos à base de liga de níquel-cromo (NiCr). Em ambientes oxidantes a temperaturas de funcionamento superiores a 1100°C, os tubos feitos de ligas de ferro-cromo-alumínio (FeCrAl) oferecem inúmeras vantagens em comparação com outros materiais tubulares, incluindo uma vida útil de oxidação e temperatura máxima de trabalho que excede largamente as da maioria dos outros materiais, tais como ligas que formam cromo. Isto se deve, principalmente, à capacidade de formar uma película de alumina densa e aderente que protege o material FeCrAl contra corrosão e ataque atmosférico. Exemplos de tais ligas de FeCrAl são as ligas comercialmente disponíveis vendidas sob as marcas registradas Kanthal® APM e Kanthal® APMT e Kanthal® AF.

[0003] As ligas de FeCrAl podem ser fabricadas como tubos sem costura por meio de extrusão e, como tal, proporcionam excelente desempenho e vida útil em comparação com a maioria das outras alternativas metálicas resistentes a altas temperaturas, especialmente em condições de cementação. No entanto, o processo de fabricação de tais tubos sem costura é relativamente dispendioso e complicado e os tubos sem costura resultantes são, portanto, dispendiosos, em comparação com outros tubos utilizados no campo. Além disso, há limitações nos processos de fabricação em relação à quão grande (diâmetro) o tubo pode ser fabricado e também quão fina pode ser a espessura de sua parede.

SUMÁRIO

[0004] Tendo em conta os problemas acima mencionados, é desejável proporcionar um tubo de liga de FeCrAl de alta temperatura que seja menos dispendioso e mais fácil de produzir e que também possa ter um diâmetro grande e/ou espessura de parede fina, mas que ainda tenha propriedades superiores em termos de oxidação e resistência à corrosão e que, assim, atinja uma longa vida útil.

[0005] Isto é obtido por meio do tubo de liga de ferro-cromo-alumínio (FeCrAl) de alta temperatura definido inicialmente, que é caracterizado pelo tubo ser formado de uma tira contínua de ferro-cromo-alumínio e que o tubo é constituído por uma costura de solda helicoidal. O tubo de liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura obtido assim terá resistências à oxidação e à corrosão que são muito semelhantes às de um tubo sem costura correspondente, produzido a partir de material semelhante. Além disso, uma vez que o tubo proposto pode ser produzido por soldagem em espiral a partir de uma tira contínua de material FeCrAl de alta temperatura em vez de extrusão, o tubo é menos dispendioso e mais fácil de produzir e pode também ter diâmetro maior e/ou espessura de parede mais fina. Por meio do tubo proposto, excelente oxidação e resistência à corrosão a um preço competitivo podem ser alcançadas. De acordo com a presente revelação, o termo "alta temperatura" significa temperaturas acima de 300°C, tal como acima de 400°C, tal como acima de 500°C.

[0006] O tubo de liga de FeCrAl de alta temperatura, soldado e proposto é adequado, por exemplo, para uso em aplicações de aquecimento, para uso como um tubo radiante em um dispositivo de aquecimento elétrico que tenha um elemento de aquecimento na forma de um fio de aquecimento, como um tubo de mufla, um tubo de proteção de termopar, uma retorta, um forno etc.

[0007] De acordo com uma forma de realização, o tubo de liga de FeCrAl de alta temperatura apresenta um diâmetro interno constante ou um diâmetro interno quase constante (d) ao longo de um eixo longitudinal. Pelo termo "diâmetro quase constante" entende-se que o diâmetro interno do tubo de liga de FeCrAl de alta temperatura difere menos de 10% de uma extremidade para a outra extremidade do tubo de FeCrAl de alta temperatura.

[0008] De acordo com uma forma de realização, o tubo apresenta uma espessura de parede de 0,5-7,5% de um diâmetro interno do tubo de liga de FeCrAl de alta temperatura. Assim, a espessura da parede pode ser mais fina, ou da mesma ordem que a espessura da parede de um tubo extrudado de liga de FeCrAl de alta temperatura correspondente, que se encontra normalmente em torno de 5% do diâmetro interno do tubo. O tubo de liga de FeCrAl de alta temperatura pode assim ser usado para substituir um tubo sem costura extrudado e obter resultados semelhantes.

[0009] De acordo com uma forma de realização, a liga de FeCrAl de alta temperatura apresenta uma espessura de parede de 0,5 a 4,5% de um diâmetro interno do tubo. Esta espessura é mais fina que a espessura da parede de um tubo extrudado. As paredes relativamente finas do tubo dissiparão menos energia térmica em comparação com as paredes do tubo mais grossas e, assim, permitirão um aquecimento mais rápido e menos perdas térmicas. Esta espessura de parede fina, portanto, é vantajosa para aplicações de aquecimento. Para um tubo apresentando um diâmetro interno de cerca de 100 mm, que é uma dimensão comum para tubos radiantes utilizados em aplicações de aquecimento, tais como com elementos de aquecimento de cartucho elétrico, uma espessura de parede de 2 mm pode, por exemplo, ser alcançada. Em uma forma de realização, o tubo apresenta uma espessura de parede de 0,5-3,5% de um diâmetro interno do tubo.

[0010] De acordo com uma forma de realização, a costura soldada helicoidal prolonga-se em um ângulo de hélice de 1 a 89° em relação ao eixo longitudinal do tubo. Geralmente, o aumento do ângulo de hélice significa que um diâmetro maior do tubo de liga de FeCrAl de alta temperatura pode ser alcançado para a mesma largura da tira usada para produzir o tubo.

[0011] De acordo com uma forma de realização, a costura soldada helicoidal prolonga-se em um ângulo de hélice de 25-75° em relação ao eixo longitudinal da liga de FeCrAl de alta temperatura. De acordo com uma forma de realização, a costura soldada helicoidal prolonga-se em um ângulo de hélice de 40-70° em relação ao eixo longitudinal do tubo. Este é um intervalo de ângulo de hélice típico para tubos com diâmetros entre 70 mm e 500 mm, produzidos a partir de tiras com uma largura entre 160 mm e 540 mm. Para tubos produzidos a partir de uma faixa com uma largura de 200 mm, tubos em que a costura soldada helicoidal se estende a um ângulo de hélice dentro do intervalo de 47-54° podem, por exemplo, ser produzidos com diâmetros externos dentro da faixa de 93-108 mm.

[0012] De acordo com uma forma de realização, a liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura compreende: 5-25% em peso Cr, 2,5-8% em peso de Al, 0-5% em peso de Mo o restante sendo Fe e normalmente ocorrendo impurezas, e opcionalmente outros elementos de liga intencionalmente adicionados.

[0013] De acordo com uma forma de realização, a liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura compreende: 9-25% em peso Cr, 2,5-8% em peso Al, 0-5% em peso Mo, sendo o restante Fe e as impurezas que ocorrem normalmente e, opcionalmente, outros elementos de liga adicionados intencionalmente. Esta liga apresenta excelente resistência à oxidação e corrosão.

[0014] Outros elementos de liga intencionalmente adicionados podem ser selecionados dentre Y, Zr, Hf, Ta, Th, Ti, Si, Mn, B, Sc, Ce, La, W, Nb, V, C, N, O, P e S, dos quais alguns elementos podem também estar presentes na forma de impurezas que ocorrem normalmente. Exemplos de ligas adequadas são ligas de ferro-cromo-alumínio vendidas sob as marcas registradas Kanthal® APM e Kanthal® APMT e Kanthal® AF. Os constituintes da liga de FeCrAl de alta temperatura serão descritos a seguir em detalhes.

Cromo (Cr)

[0015] O cromo promoverá a formação da camada Al2O3 no tubo de liga de FeCrAl de alta temperatura, através do chamado efeito de terceiro elemento, isto é, por formação de óxido de cromo no estágio de oxidação transiente. O cromo deve estar presente na liga em uma quantidade de pelo menos 9% em peso. Entretanto, quantidades muito altas de Cr promoverão a formação de fases intermetálicas no tubo, portanto a maior quantidade de Cr é de 25% em peso. De acordo com uma forma de realização, a quantidade de Cr é de 9 a 25% em peso. De acordo com outras formas de realização, dependendo da aplicação, o teor de Cr é de 11 a 17% em peso ou 5 a 15% em peso ou 20,5 a 25% em peso ou 20,5 a 24% em peso.

Alumínio (Al)

[0016] O alumínio é um elemento importante na liga de alta temperatura como o alumínio, quando exposto ao oxigênio em alta temperatura, formará o óxido de Al2O3 denso e fino, que protegerá a superfície da liga subjacente de oxidação adicional. A quantidade de alumínio deve ser de pelo menos 2,5% em peso para garantir que a camada de Al2O3 seja formada e que haja alumínio suficiente para curar a camada de Al2O3 quando danificada. No entanto, o alumínio apresenta um impacto negativo na conformabilidade da liga e a quantidade de alumínio não deve exceder 8% em peso na liga, como definido acima ou a seguir no presente documento. Assim, o teor de alumínio será de 2,5 a 8% em peso, tal como 3 a 7% em peso, tal como 3 a 5% em peso, tal como 4 a 6% em peso, como 5 a 7% em peso.

[0017] Ferro (Fe) e impurezas inevitáveis representam o equilíbrio. O termo "impurezas inevitáveis" se refere aos elementos que não são adicionados por finalidade e que não têm qualquer influência nas propriedades da liga.

[0018] A liga de FeCrAl de alta temperatura também pode compreender os seguintes elementos:

Molibdênio (Mo)

[0019] Ambos os molibdênios têm efeitos positivos sobre a resistência a quente da liga de FeCrAl de alta temperatura em uma quantidade de até 4,0% em peso, tal como de 1,0 a 4,0% em peso.

Silício (Si)

[0020] O silício pode estar presente como uma impureza ou pode ser adicionado à liga de FeCrAl de alta temperatura. Se for uma impureza, o montante não pode ser superior a 0,7% em peso. Se adicionado propositadamente, as quantidades serão de 0,1 a 3% em peso, 0,1 a 3% em peso, tal como 0,5 a 3% em peso, tal como 0 a 0,70% em peso, tal como 0,10 - 0,70% em peso.

Manganês (Mn)

[0021] O manganês pode estar presente na liga de FeCrAl a alta temperatura em uma quantidade de 0 a 0,5% em peso, tal como 0 a 0,4% em peso, tal como 0,05 a 0,50% em peso.

Escândio (Sc), Cério (Ce) e Lantânio (La)

[0022] O escândio, o cério e o lantânio são elementos intercambiáveis e podem ser adicionados individualmente ou em combinação em uma quantidade total de até 0,2% em massa, para melhorar as propriedades de oxidação, autocura da camada de Al2O3 ou a adesão entre a liga e a camada de Al2O3.

Oxigênio (O)

[0023] O oxigênio pode existir na liga de FeCrAl de alta temperatura como uma impureza resultante do processo de produção em quantidades de até 0,02% em peso. O oxigênio pode ser deliberadamente adicionado para alcançar um efeito de endurecimento por precipitação. A liga de FeCrAl de alta temperatura compreende então até 0,1% em peso de oxigênio.

Carbono (C)

[0024] O carbono pode ser incluído na liga de FeCrAl de alta temperatura para aumentar a resistência por endurecimento por precipitação. O carbono também pode estar presente como uma impureza inevitável resultante do processo de produção. Para obter resistência suficiente na liga, o carbono deve estar presente em uma quantidade de pelo menos 0,01% em peso. Em níveis muito altos, o carbono pode resultar em dificuldades para conformar o material e um efeito negativo na resistência à corrosão, a quantidade máxima de carbono é, portanto, de 0,1% em peso, tal como 0,01 a 0,8% em peso, como 0,01 a 0,08%.

Nitrogênio (N)

[0025] O nitrogênio pode ser incluído na liga de FeCrAl de alta temperatura para aumentar a resistência por endurecimento por precipitação. O nitrogênio também pode estar presente como uma impureza inevitável resultante do processo de produção. Em níveis muito altos, o nitrogênio pode resultar em dificuldades para conformar o material e pode ter um efeito negativo na resistência à corrosão. Por conseguinte, a quantidade máxima de nitrogênio será de 0,1% em peso na liga FeCrAl, como definido acima ou adiante no presente documento. Para obtenção de endurecimento suficiente da precipitação em metalurgia de fusão, o nitrogênio deve ser de pelo menos 0,001% em peso, exemplos de gamas adequadas de nitrogênio são, por exemplo, 0,0010,1% em peso, tal como 0,01-0,6 em peso.

Elementos Reativos (RE)

[0026] Por definição, os elementos reativos são altamente reativos com carbono, nitrogênio e oxigênio. O titânio (Ti), o zircônio (Zr), o nióbio (Nb), o vanádio (V), o háfnio (Hf), o tântalo (Ta), o ítrio (Y) e o tório (Th) são elementos reativos no sentido de que eles apresentam alta afinidade ao carbono, sendo assim fortes formadores de carboneto. Estes elementos podem ser adicionados a fim de melhorar as propriedades de oxidação da liga FeCrAl de alta temperatura, equilibrando a difusão de íons metálicos e oxigênio, o que comandará a cinética do processo de crescimento de óxido. As quantidades máximas do respectivo elemento reativo dependerão principalmente da tendência do elemento para formar fases intermetálicas adversas. Assim, a quantidade máxima de titânio é de 1,7% em peso na liga como definido acima ou daqui em diante no presente documento, tal como 0,02-1,7% em peso, tal como 00,10% em peso.

[0027] A quantidade máxima de zircônio e nióbio é de 0,8% em peso. Exemplos de quantidades de zircônio podem ser de 0 a 0,4% em peso, tal como de 0,1 a 0,3% em peso. Exemplos de quantidades de nióbio podem ser de 0 a 0,4% em peso, tal como 0,1 a 0,3% em peso.

[0028] O ítrio pode ser adicionado em uma quantidade de até 2,2% em peso, tal como de 0,01 a 0,60% em peso, tal como 0,05 a 0,60% em peso, para melhorar a aderência da camada de Al2O3. No entanto, a adição de ítrio deve ser equilibrada com a quantidade de outros elementos de metal duro presentes na liga de FeCrAl de alta temperatura.

[0029] A quantidade máxima de vanádio é de 0,1%.

[0030] Háfnio, tântalo e tório são elementos intercambiáveis e podem ser adicionados em até 1%.

[0031] Consequentemente, de acordo com uma modalidade, a liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura compreende adicionalmente um ou mais elementos selecionados dentre: 0,1 - 0,08% em peso de C; 0 - 0,7% em peso de Si; 0 - 0,4% em peso de Mn.

[0032] Ainda de acordo com uma forma de realização, a liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura compreende adicionalmente um ou mais elementos selecionados dentre: 0, 05-0, 60% em peso de Y; 0, 01-0, 40% em peso de Zr; 0, 05-0, 50% em peso de Hf; 0, 05-0, 50% em peso de Ta; 0- 0,10% em peso de Ti; 0, 01-0, 05% em peso C; 0, 01-0, 06% em peso N; 0, 02-0, 10% em peso de O; 0, 05-0, 50% em peso de Mn; 0-0,8% em peso de P; 0-0,005% em peso de S.

[0033] De acordo com outra modalidade, a liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura compreende adicionalmente um ou mais elementos selecionados de: 0,01-0,10% em peso de C; 0,001-0,10% em peso de N; 0,02-0,10% em peso de O; 0-0,01% em peso de B; 0-0,5% em peso de Mn; 0-2,20% em peso de Y; 0-0,20% em peso de Sc + Ce + La; 0 -1,70% em peso de Ti; 0-0,40% em peso de Zr; 0-0,40% em peso de Nb; 0-0,10% em peso de V; 0-0,30% em peso de Hf + Ta + Th.

[0034] Exemplos das ligas de FeCrAl de alta temperatura que são mencionados no presente documento são, por exemplo, revelados no documento WO2001/049441. Os tubos de acordo com esta forma de realização terão boa estabilidade de forma em alta temperatura e as ligas formarão um óxido de superfície não redutor proporcionando boa proteção na maioria dos ambientes de alta temperatura incluindo ambientes oxidantes, sulfurosos e cementantes. O óxido de superfície também fornecerá excelente proteção contra depósitos de carbono, cinzas, etc. Os tubos de acordo com esta forma de realização também exibirão resistência superior por exemplo, ao choque térmico, afundamento e distorção, devido a uma resistência a quente superior e resistência à ruptura por fluência, em comparação com outras ligas de FeCrAl conhecidas. Em particular, este é o caso das ligas de FeCrAl de acordo com esta forma de realização as quais são produzidas por metalurgia do pó.

[0035] No entanto, deve ser observado que algumas das ligas de FeCrAl de alta temperatura mencionadas no presente documento podem ser fabricadas convencionalmente, isto é, sem usar metalurgia do pó.

[0036] Em particular, mas não exclusivamente, a revelação se refere ao referido tubo de FeCrAl de alta temperatura para utilização em aplicações de aquecimento e/ou dispositivos de aquecimento, tais como um tubo radiente, um tubo de mufla, um tubo de proteção termopar, um tubo de retorta, um tubo de forno etc. Em particular, mas não exclusivamente, a revelação se refere a um tubo reto que deve ser instalado verticalmente.

[0037] De acordo com outro aspecto, a presente revelação se refere a um método de fabricação de um tubo de liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura como inicialmente definido, caracterizado por compreender as etapas de: - alimentação de uma tira contínua de uma liga de ferro-cromo-alumínio em direção a uma estação de conformação de tubos, - bobinagem helicoidal da tira na estação de conformação, de forma que as bordas longas da tira encostem umas às outras e seja formado um movimento rotativo do tubo na direção paralela ao seu eixo longitudinal, - junção contínua das bordas longas contíguas em um processo de soldagem diretamente quando o tubo é formado, pelo que é obtido um tubo soldado compreendendo uma costura soldada helicoidal.

[0038] Foi verificado surpreendentemente que os tubos da liga de FeCrAl de alta temperatura fabricados de acordo com o presente método mantiveram a sua forma e comprimento após a soldagem. Além disso, após os tubos de liga de FeCrAl de alta temperatura terem sido fabricados, não foram observadas trincas durante o resfriamento.

[0039] De acordo com uma forma de realização do presente método, o diâmetro interno (d) da liga de ferro- cromo-alumínio de alta temperatura é constante ou quase constante ao longo de um eixo longitudinal.

[0040] Uma costura soldada é obtida apresentando a forma de uma solda de junta posterior, estendendo-se em um ângulo de hélice ao redor do tubo de liga de ferro- cromo-alumínio de alta temperatura e ao longo de todo o seu comprimento. Após a formação e solda do tubo de liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura, um recozimento para aliviar tensões é opcionalmente realizado e posteriormente o tubo é cortado no comprimento final. O método de fabricação é econômico e produz um tubo de liga FeCrAl de alta temperatura com propriedades que são pelo menos em alguns aspectos comparáveis as de um tubo sem emenda extrudado correspondente, em particular no que diz respeito à resistência à corrosão e oxidação e carga para aplicações nas quais o tubo deve ser montado verticalmente, isto é, com o seu eixo longitudinal se estendendo em uma direção vertical. A utilização de tira contínua como material de partida para a produção do tubo de liga de FeCrAl de alta temperatura permite a produção de uma ampla gama de dimensões finais.

[0041] Um tubo de liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura de acordo com qualquer uma das formas de realização descritas acima no presente documento pode ser fabricado utilizando o método proposto. O método permite a formação de tubos com paredes mais finas em comparação com as barras extrudadas com diâmetro semelhante. Além disso, o método proposto também permitirá a fabricação de ligas de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura com diâmetros maiores em comparação com os tubos extrudadas.

[0042] De acordo com uma modalidade, o processo de soldagem é selecionado dentre um processo de soldagem por fusão ou de um processo de união de estado sólido. Tanto os processos de soldagem por fusão quanto os processos de união de estado sólido são adequados para criar uma costura soldada forte e confiável.

[0043] O processo de soldagem pode ser realizado usando um eletrodo de soldagem posicionado radialmente fora do tubo formado. A soldagem também pode ser realizada a partir do interno do tubo formado ou do externo e do interno. A execução da soldagem de fora do tubo formado é uma maneira fácil e eficiente de obter uma junta soldada de profundidade suficiente para tiras de paredes finas, isto é para espessuras de parede inferiores a aproximadamente 5 mm. Para espessuras de parede maiores, a soldagem do interno e do externo do tubo pode ser necessária para obter uma união soldada suficientemente forte.

[0044] De acordo com uma forma de realização, o processo de soldagem é selecionado dentre um processo de soldagem de gás inerte de tungstênio (TIG), um processo de soldagem de gás inerte de metal (MIG), um processo de soldagem a laser e um processo de soldagem por arco de plasma. Em particular, a soldagem a TIG permite a formação de uma costura soldada forte e de alta qualidade.

[0045] De acordo com uma forma de realização, um gás de proteção é usado durante o processo de soldagem, cujo gás de proteção é um gás inerte. O gás inerte protege o material de formar nitretos de alumínio e também óxidos ao longo da costura soldada. Os nitretos e óxidos formados durante a soldagem podem de outro modo prejudicar a resistência à oxidação do tubo e, assim, também, as suas propriedades desejáveis para aplicações em altas temperaturas.

[0046] De acordo com uma forma de realização, o gás de proteção consiste em Ar (argônio), He (hélio) ou uma mistura destes.

[0047] De acordo com uma forma de realização, nenhum material de carga é utilizado no processo de soldagem.

[0048] De acordo com uma forma de realização, um material de carga compreendendo uma liga de ferro-cromo- alumínio é utilizado no processo de soldagem.

[0049] De acordo com uma forma de realização, o método pode ainda compreender uma etapa de pré-aquecimento da tira contínua antes da formação do tubo. Pré-aquecimento até, por exemplo 100°C ou menos torna a tira mais fácil de deformar em um tubo e é particularmente adequada para dimensões menores, como para tubos com diâmetros internos inferiores a 100 mm. O pré-aquecimento pode ser obtido usando, por exemplo, um forno, meios de aquecimento por indução, uma pistola de calor ou similar.

[0050] De acordo com uma forma de realização, o método compreende ainda uma etapa de recozimento da liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura, subsequentemente ao processo de soldagem. O recozimento pode aliviar a tensão no tubo soldado e, assim, contribuir para a prevenção de trincas. Em uma forma de realização, o recozimento é um recozimento de alívio de tensão executado em linha em um aparelho de formação de tubo no qual o tubo é também bobinado e soldado. O tubo é aquecido a uma temperatura de 850-875°C e depois disso é deixado esfriar antes de ser cortado no comprimento final.

[0051] Outras características vantajosas, bem como as vantagens do tubo e método de fabricação propostos, aparecerão na descrição a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0052] As formas de realização da liga de FeCrAl de alta temperatura propostas e o método de fabricação serão descritos a seguir com referência aos desenhos anexos, nos quais:

[0053] A figura 1 mostra esquematicamente uma vista em perspectiva de um tubo de acordo com uma forma de realização,

[0054] A figura 2 mostra uma vista lateral do tubo na figura 1,

[0055] A figura 3 mostra uma vista de extremidade do tubo na figura 1,

[0056] A figura 4 mostra esquematicamente um método de fabricação do tubo na figura 1 e

[0057] A figura 5 é um fluxograma ilustrando as etapas de um método de fabricação de um tubo de acordo com uma modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0058] Um tubo de liga de ferro-cromo-alumínio (FeCrAl) de alta temperatura de acordo com uma forma de realização da presente revelação é esquematicamente mostrado nas figuras 1-3. O tubo 1 apresenta a forma de um cilindro circular que se estende ao longo de um eixo longitudinal C. O tubo 1 de liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura é formado por uma costura helicoidal 2 estendendo-se em torno e ao longo do eixo α. Na forma de realização mostrada, o ângulo de hélice α é de 54°. O tubo mostrado 1 apresenta um diâmetro externo D de 108 mm, um comprimento L e uma espessura de parede t de 2 mm, tendo assim um diâmetro interno d de 104 mm. O diâmetro interno d é constante ao longo do eixo longitudinal C.

[0059] O tubo 1 é formado a partir de uma tira contínua 3 de liga de FeCrAl de alta temperatura utilizando soldagem em espiral, conforme esquematicamente ilustrado na figura 4 e no fluxograma da figura 5. Em uma primeira etapa S1, uma tira contínua 3 da liga de FeCrAl de alta temperatura, tendo uma largura w, alimentada em uma direção de alimentação X para uma estação de conformação de tubo 4, que aqui se encontra na forma de rolos de conformação 5. Os rolos de conformação 5 estão dispostos com os seus eixos de rotação em um ângulo em relação à direção de alimentação X da tira 3.

[0060] Quando a tira 3 entra entre os rolos de conformação 5, em uma segunda etapa S2 bobinada de forma helicoidal em um tubo 1, com bordas longas 6, 7 da faixa 3 encostadas uma a outra. Um tubo giratório é formado, avançando em uma direção paralela ao seu eixo longitudinal C.

[0061] Em uma terceira etapa S3, as bordas longas adjacentes 6, 7 são continuamente unidas em conjunto em um processo de soldagem, diretamente quando o tubo é formado, pelo que se obtém a soldagem do tubo 1 compreendendo a costura soldada helicoidal 2. O processo de soldagem é realizado na forma de realização mostrada usando um eletrodo de solda 8 posicionado radialmente fora do tubo formado 1. Assim, a costura soldada 2 é criada com uma raiz de solda em um interno do tubo formado 1. A soldagem pode ser realizada usando, por exemplo, soldagem com TIG, solda com MIG, solda a laser ou solda a arco plasma. Um gás inerte como Ar e/ou He é usado como gás de proteção durante o processo de soldagem. Também um gás de raiz que consiste em Ar e/ou He pode ser usado para proteger a raiz durante a soldagem. Em uma quarta etapa S4, o tubo 1 é cortado em seu comprimento final L.

[0062] A tira 3 pode ser pré-aquecida até uma temperatura de 100°C ou menos antes de ser bobinada em um tubo 1. O tubo 1 formado pode ser adicionalmente recozido depois de soldar, antes ou depois de cortar o tubo 1 no seu comprimento final L. Durante o processo de recozimento, o tubo 1 é aquecido a uma temperatura de 850-875°C e depois disso é deixado esfriar.

[0063] A presente revelação é ainda ilustrada pelo seguinte exemplo não limitativo:

Exemplo

[0064] Para a produção de amostras de teste, um tubo 1, como descrito com referência às figuras 1-3 acima foi produzido a partir de uma faixa tendo uma largura w de 200 mm e uma espessura t de 2 mm. A composição química da tira é mostrada na tabela 1. Tabela 1

[0065] O processo de soldagem realizado foi um processo TIG sem material de preenchimento e com uma mistura gasosa de 70% Ar e 30% He, que foi utilizada tanto como gás de raiz como gás de proteção. A soldagem foi realizada fora do tubo formado 1. Nenhum suporte foi usado no interno do tubo 1 durante a soldagem. O tubo 1 soldado de liga de FeCrAl de alta temperatura foi cortado em um comprimento final L de 3 m usando uma rebarbadora, sem recozimento antes do corte. Após o corte em amostras de teste (tubos) de comprimento final e resfriamento da costura soldada 2, um dos corpos de prova 1 foi recozido por 1 hora a 875°C.

[0066] A costura soldada 2 tinha uma boa aparência logo após a soldagem, tanto no interno do tubo 1 como no externo. A costura soldada 2 era côncava no externo e convexa no interno. As seções transversais através da costura soldada 2 foram visualmente inspecionadas usando microscopia óptica após ataque químico e polimento. Nenhum defeito foi encontrado durante a inspeção.

[0067] A dureza de HV10 foi investigada através da costura soldada 2 e foi encontrada como estando entre 220 e 265 HV através da costura soldada, com o maior valor no material de base próximo à costura soldada.

[0068] Duas outras amostras de teste foram pré- oxidadas a 1.050°C por 8h e foram posteriormente testadas em um forno, montado verticalmente com elementos de aquecimento de cartucho de 80 mm de diâmetro (26 kW a 200 V de tensão) montados dentro dos tubos.

[0069] Os corpos de prova foram submetidos a um ciclo contínuo por uma semana, de acordo com o seguinte esquema: - Aquecimento desde a temperatura ambiente até 950°C; - Tempo de retenção de 20 minutos a 950°C; - Resfriamento a 600°C; - Aquecimento até 950°C; - Tempo de retenção de 20 minutos; etc.

[0070] Após uma semana, os corpos de prova tinham um aspecto muito bom após a inspeção visual e o teste continuou por mais 18 dias com um ciclo de testes mais rigoroso. Este ciclo de testes foi realizado de acordo com o seguinte esquema: - Aquecimento desde a temperatura ambiente até 950°; - Tempo de retenção de 20 minutos a 950°C; - Resfriamento a 100°C; - Aquecimento até 950°C; etc.

[0071] A inspeção visual mostrou que os corpos de prova tinham uma boa aparência.

[0072] Além disso, outro corpo de prova foi colocado no fundo do forno para estudar se o peso do corpo de prova resultaria em qualquer deformação durante a exposição, isto é um teste simplificado. Este exemplar de teste não mostrou tendência à distorção durante os 18 dias de exposição.

Claims

1. Tubo de liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura (1) que se estende ao longo de um eixo longitudinal (C) caracterizado pelo fato de que o tubo (1) é formado por uma tira contínua (3) de liga de ferro-cromo- alumínio e pelo fato de que o tubo (1) compreende uma costura soldada helicoidal (2), em que o diâmetro interno do tubo de liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura (1) difere em menos de 10% de uma extremidade a outra do tubo de liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura (1), e em que a liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura compreende: de 20,5 a 25% em peso de Cr; de 5 a 8% em peso de Al; de 1 a 4% em peso de Mo; o restante sendo Fe e impurezas que normalmente ocorrem; em que o tubo (1) possui uma espessura de parede (t) de 0,5 a 7,5% de um diâmetro interno (d) do tubo (1); e em que a costura soldada helicoidal (2) se prolonga em um ângulo de hélice (α) de 1° a 89° em relação ao eixo longitudinal (C) do tubo (1).

2. Tubo de liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tubo (1) possui uma espessura de parede (t) de 0,5 a 4,5% de um diâmetro interno (d) do tubo (1).

3. Tubo de liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a costura soldada helicoidal (2) se prolonga em um ângulo de hélice (α) de 40° a 70° em relação ao eixo longitudinal (C) do tubo (1).

4. Tubo de liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o teor de Al na liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura é de 5 a 7% em peso.

5. Tubo de liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o teor de Si na liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura é de 0,1 a 3% em peso.

6. Tubo de liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o teor de Si na liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura é de 0,5 a 3% em peso.

7. Tubo de liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o teor de Si na liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura é de 0,10 a 0,70% em peso.

8. Tubo de liga de ferro-cromo-alumínio, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura compreende um ou mais elementos selecionados dentre: de 0,05 a 0,60% em peso de Y; de 0,01 a 0,40% em peso de Zr; de 0,05 a 0,50% em peso de Hf; de 0,05 a 0,50% em peso de Ta; de 0 a 0,10% em peso de Ti; de 0,01 a 0, 05% em peso de C; de 0,01 a 0, 06% em peso de N; de 0,02 a 0, 10% em peso de O; de 0,05 a 0, 50% em peso de Mn; de 0 a 0, 08 % em peso de P de 0 a 0, 005 % em peso S .

9. Tubo de liga de ferro-cromo-alumínio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a liga de ferro-cromo-alumínio compreende um ou mais elementos selecionados dentre: de 0,01 a 0,1% em peso de C; de 0,001 a 0,1% em peso de N; de 0,02 a 0,10% em peso de O; de 0 a 0,01% em peso de B; de 0 a 0,5% em peso de Mn; de 0 a 2,2% em peso de Y; de 0 a 0,2 % em peso de Sc + Ce + La; de 0 a 1,7% em peso de Ti; de 0 a 0,4% em peso de Zr; de 0 a 0,4% em peso Nb; de 0 a 0,1% em peso de V; de 0 a 0,3% em peso de Hf + Ta + Th.

10. Método de fabricação de um tubo de liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura (1), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: - alimentar uma tira contínua (3) de uma liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura em direção a uma estação de moldagem de tubos (4); - bobinar helicoidalmente a tira (3) na estação de moldagem de tubos (4), de modo que as bordas longas (6,7) da tira (3) contactam umas às outras e um tubo rotativo (1) que se move para frente em uma direção paralela ao seu eixo longitudinal (C) é formado; e - unir continuamente as ditas bordas longas adjacentes (6,7) em um processo de soldagem diretamente quando o tubo de liga FeCrAl de alta temperatura (1) é formado, pelo que um tubo de liga de FeCrAl soldado de alta temperatura (1) compreendendo uma costura soldada helicoidal (2) é obtido e compreendendo a etapa de recozimento do tubo de liga de FeCrAl de alta temperatura (1) subsequentemente ao processo de soldagem.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o processo de soldagem é selecionado a partir de um processo de soldagem por fusão ou de um processo de união em estado sólido.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o processo de soldagem é selecionado a partir de um processo de soldagem de gás inerte de tungstênio (TIG), um processo de soldagem de gás inerte metálico (MIG), um processo de soldagem a laser e um processo de soldagem por arco de plasma.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pelo fato de que um gás de proteção é usado durante o processo de soldagem, esse gás de proteção sendo um gás inerte.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o gás de proteção consiste em Argônio, Hélio ou uma mistura destes.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de pré-aquecer a tira (3) antes da formação do tubo de liga de FeCrAl de alta temperatura (1).

16. Uso de um tubo de liga de ferro-cromo-alumínio de alta temperatura, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que é como um tubo radiante em um dispositivo de aquecimento elétrico possuindo um elemento de aquecimento na forma de um fio de aquecimento, tal como um tubo de mufla, um tubo de proteção de termopar, um tubo de retorta, um tubo de forno.