BR112020002943A2

BR112020002943A2 - pino perfurador e método para sua fabricação

Info

Publication number: BR112020002943A2
Application number: BR112020002943-2A
Authority: BR
Inventors: Yasuyoshi Hidaka; Naoya Shirasawa; Tatsuya Miyai
Original assignee: Nippon Steel Corporation
Priority date: 2017-11-02
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2020-08-11
Also published as: JPWO2019087510A1; WO2019087510A1; BR112020002943B1; EP3705591A1; MX2020004442A; EP3705591A4; US20200263282A1; JP6860083B2; CN111315906A; EP3705591B1; US11214855B2

Abstract

É fornecido um pino perfurador com maior reciclabilidade. Um pino perfurador (1) possui uma composição química de, em % em massa: 0,15 a 0,30% de C; 0,4 a 1,2% de Si; 0,2 a 1,5% de Mn; 0,1 a 2,0% de Ni; 0 a 4,0% de Mo e 0 a 4,0% de W, onde o teor total de Mo e W é de 1,0 a 6,0%; superior a 1,0% e não superior a 4,0% de Cr; 0 a 0,2% de B; 0 a 1,0% de Nb; 0 a 1,0% de V; 0 a 1,0% de Ti; e balanço sendo Fe e impurezas, o tampão incluindo uma parte de ponta (1) e uma parte de tronco (3) feita do mesmo material que a parte de ponta (2) e contígua à parte de ponta (2). A parte de tronco (3) inclui uma parte cilíndrica (5) com um furo usado para montar uma barra. A parte de ponta (2) é mais dura do que a parte cilíndrica (5).

Description

PINO PERFURADOR E MÉTODO PARA SUA FABRICAÇÃO CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção diz respeito a um pino perfurador e um método de fabricação do mesmo, e particularmente, a um pino perfurador usado para 5 perfuração/laminação para fabricar um tubo de aço sem costura e um método para a fabricação do mesmo.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

[0002] Um pino perfurador usado na perfuração/laminação perfura um tarugo em alta temperatura (por exemplo, 1200 °C) e, portanto, é exposto a um ambiente 10 extremamente severo. Antes do uso, um pino perfurador é fornecido com um revestimento de óxido ou revestimento de pulverização sobre sua superfície. A patente japonesa nº 2683861 divulga uma ferramenta de moldagem a quente com escamas à base de óxido em sua superfície. As patentes japonesas 5464300 e 5440741 descrevem cada uma um pino perfurador que inclui uma camada de 15 acumulação e um revestimento pulverizado. A patente japonesa nº 2776256 descreve uma ferramenta fornecida com um revestimento de tratamento de superfície de uma liga à base de Ni contendo 30 a 55% de W.

[0003] Cada um desses revestimentos se desgasta devido à abrasão e/ou descamação, pois o pino é usado para perfuração. Quando o revestimento se 20 desgastar, o pino perfurador pode ser reciclado interrompendo seu uso e fornecendo ao pino um novo revestimento. O material de base do pino perfurador (ou seja, partes do pino perfurador que não sejam o revestimento; doravante às vezes chamado simplesmente de “material de base”), após receber altas pressões de superfície, pode ter sido deformado. A reciclagem é possível se a quantidade 25 de deformação do material de base for pequena, mas não possível se a quantidade de deformação for significativa. Por outro lado, se um material de base mais duro for usado para reduzir a quantidade de deformação, podem ocorrer trincas na parte do tronco. As patentes japonesas 2778140 e 2819906 divulgam cada uma ferramenta 30 de trabalho a quente feita de uma liga à base de Ni. Essas ferramentas de trabalho a quente têm boas resistências a altas temperaturas, pois seu material base é feito de uma liga à base de Ni, mas requer os custos correspondentes altos.

[0005] O documento WO 2014/050975 divulga um material para um pino perfurador para a fabricação de um tubo de aço sem costura, em que um tratamento 5 térmico ajusta sua dureza para não ser menor que a HRC 6 e não maior que a HRC

40.

[0006] O documento WO 2017/051632 divulga um pino perfurador com uma parte de ponta sujeita a aquecimento de alta frequência, por exemplo, de modo que a parte de ponta seja mais dura que a parte cilíndrica.

10 DIVULGAÇÃO DA INVENÇÃO

[0007] Nos últimos anos, a demanda por tubos de aço sem costura feitos de material resistente ao processamento, como aço inoxidável ou aço de alta liga, vem crescendo à medida que os ambientes nos quais a perfuração de poços de petróleo se tornam mais severos. Para aumentar a reciclagem dos pinos perfuradores 15 usados para fabricar tubos de aço sem costura, sua resistência à deformação deve ser aumentada ainda mais.

[0008] Outra consideração é que, antes de um pino perfurador ser reciclado, o revestimento antigo deve ser removido por jateamento, por exemplo. A parte da ponta do pino furador pode ser lascada durante esse processo, o que torna a 20 reciclagem impossível.

[0009] Um objetivo da presente invenção é fornecer um pino perfurador com alta reciclabilidade e um método para fabricar esse pino.

[0010] Um pino perfurador de acordo com uma modalidade da presente invenção possui uma composição química de, em % em massa,: 0,15 a 0,30% de 25 C; 0,4 a 1,2% de Si; 0,2 a 1,5% de Mn; 0,1 a 2,0% de Ni; 0 a 4,0% de Mo e 0 a 4,0% de W, onde um teor total de Mo e W é de 1,0 a 6,0%; superior a 1,0% e não superior a 4,0% de Cr; 0 a 0,2% de B; 0 a 1,0% de Nb; 0 a 1,0% de V; 0 a 1,0% de Ti; e balanço sendo Fe e impurezas, o tampão incluindo uma parte de ponta e uma parte de tronco feita do mesmo material que a parte de ponta e contígua à parte de 30 ponta, a parte de tronco incluindo uma parte cilíndrica com um furo usado para montar uma barra, a parte de ponta sendo mais dura que a parte cilíndrica.

[0011] Um método para fabricar um pino perfurador de acordo com uma modalidade da presente invenção inclui as etapas de: preparar um pino perfurador com uma composição química de, em % em massa: 0,15 a 0,30% de C; 0,4 a 1,2% 5 de Si; 0,2 a 1,5% de Mn; 0,1 a 2,0% de Ni; 0 a 4,0% de Mo e 0 a 4,0% de W, onde um teor total de Mo e W é 1,0 a 6,0%; superior a 1,0% e não superior a 4,0% de Cr; 0 a 0,2% de B; 0 a 1,0% de Nb; 0 a 1,0% de V; 0 a 1,0% de Ti; e balanço sendo Fe e impurezas, o tampão incluindo uma parte de ponta e uma parte de tronco feita do mesmo material que a parte de ponta e contígua à parte de ponta; e aquecer o 10 pino perfurador de tal maneira que a parte da ponta esteja a uma temperatura não inferior a um ponto AC3 e uma parte cilíndrica da parte do tronco com um furo usado para montar uma barra está a uma temperatura abaixo do ponto A C3.

[0012] A presente invenção fornece um pino perfurador com maior reciclabilidade.

15 BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0013] [FIG. 1] A FIG. 1 é uma vista em corte longitudinal de um pino perfurador de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[FIG. 2] A FIG. 2 é uma vista em corte longitudinal de um pino perfurador alternativo com uma forma diferente da FIG. 1.

20 [FIG. 3] A FIG. 3 é uma vista esquemática de um perfurador/laminador, incluindo um pino perfurador.

[FIG. 4] A FIG. 4 é um fluxograma de um método de fabricação de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[FIG. 5] A FIG. 5 é uma vista esquemática de um aparelho de 25 aquecimento.

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

MODALIDADES PARA REALIZAR A INVENÇÃO

[0014] Para aumentar a reciclagem de um pino perfurador, a dureza do 30 material de base deve ser aumentada para reduzir a quantidade de deformação do material de base. Por outro lado, se a dureza do material de base for muito alta, podem ocorrer trincas na parte do tronco durante a perfuração. Para evitar trincamento, é preferencial aumentar a resistência do pino perfurador. O problema aqui é a dificuldade de fornecer alta dureza e alta tenacidade.

5 [0015] Os inventores investigaram o comportamento da deformação e do trincamento dos materiais de base e obtiveram os seguintes resultados (1) e (2): (1) a deformação do material de base é significativa na parte da ponta de um pino que, durante a perfuração, sofre altas temperaturas e pressões superficiais mais altas do que todas as outras partes do pino; e 10 (2) uma trinca inicia em uma parte da parte do tronco que está associada ao furo no qual o mandril (ou barra) deve ser inserido (doravante mencionada como “parte cilíndrica”).

[0016] Com base nesta constatação, os inventores descobriram que tanto a redução na deformação quanto a prevenção de trincas podem ser alcançadas se a 15 parte da ponta do pino perfurador for mais dura que a parte cilíndrica. Os inventores também descobriram que a parte da ponta pode ser mais dura do que a parte cilíndrica, aquecendo o pino perfurador de tal maneira que a parte da ponta esteja a uma temperatura não inferior ao ponto AC3 e a temperatura da parte cilíndrica é menor que o ponto AC3.

20 [0017] Para aumentar a dureza da parte da ponta, o pino pode conter quantidades maiores de elementos que melhoram a temperabilidade. Mesmo que o pino contenha maiores quantidades de elementos que melhoram a temperabilidade, a tenacidade da parte cilíndrica é mantida, porque a temperatura da parte cilíndrica não sobe até ou acima do ponto AC3.

25 [0018] Além disso, os inventores investigaram o problema da parte da ponta do pino perfurador ser lascada durante a remoção do revestimento antigo e, assim, impossibilitando a reciclagem. Os inventores descobriram que tal lascamento é causado pelo endurecimento da parte da ponta do pino perfurador pelo histórico de temperatura durante a perfuração. Ou seja, durante a perfuração, a ponta do pino 30 perfurador é aquecida até ou acima do ponto A C3 e, após a perfuração, é rapidamente resfriada por um líquido de arrefecimento. Neste momento, a parte da ponta do pino perfurador está excessivamente endurecida, levando à fragilização.

[0019] Para evitar o endurecimento devido ao histórico de temperatura durante a perfuração, a taxa de resfriamento após a perfuração pode ser reduzida 5 (por exemplo, por não realizar o arrefecimento a água). No entanto, se a taxa de arrefecimento for reduzida, o arrefecimento insuficiente reduz a vida útil do pino perfurador. Assim, é necessário ajustar a composição química do pino perfurador para controlar adequadamente a temperabilidade.

[0020] Como discutido acima, o pino perfurador é frequentemente usado 10 depois de ser fornecido com escamas de óxido em sua superfície, o que significa que o principal objetivo do tratamento térmico é formar escamas de óxido.

Consequentemente, a composição química não foi ajustada com foco na temperabilidade. Além disso, o aço com alto teor de Cr raramente tem sido usado em pinos perfuradores, particularmente aqueles destinados a perfurar o aço 15 inoxidável, porque, por exemplo, o Cr é um ingrediente resistente à oxidação que dificulta a formação de escamas de óxido e também tende a causar grimpagem em conjunto com um tarugo contendo Cr. Os presentes inventores conseguiram alcançar, ao mesmo tempo, redução na deformação e prevenção de trincas e até prevenção de lascas durante a remoção de um revestimento, ajustando a 20 composição química do pino perfurador e controlando adequadamente a temperabilidade.

[0021] A presente invenção foi realizada com base nestes resultados. Agora, as modalidades da presente invenção serão descritas em detalhes com referência aos desenhos. Os componentes iguais ou correspondentes nos desenhos são 25 rotulados com os mesmos caracteres e suas descrições não serão repetidas. As proporções de tamanho entre os componentes nos desenhos não representam necessariamente as proporções de tamanho reais.

[0022] [Pino Perfurador] O pino perfurador de acordo com a presente modalidade (doravante 30 simplesmente mencionado como “pino”) tem uma composição química conforme especificado abaixo. “%” para os elementos usados abaixo significa percentual em massa.

[0023] C: 0,15 a 0,30 % O carbono (C) é eficaz na melhoria da resistência a altas 5 temperaturas. Esse efeito não está suficientemente produzido se o teor de C for inferior a 0,15 %. Por outro lado, se o teor de C exceder 0,30%, isso resultará em uma dureza excessivamente alta, o que significa que trincas ou lascas podem ocorrer facilmente no pino. Em vista disso, o teor de C deve ser 0,15 a 0,30 %. Um limite superior do teor de C é de preferência 0,25 %.

10 [0024] Si: 0,4 a 1,2 % O silício (Si) é eficaz na desoxidação e no aumento da resistência.

Esse efeito não está suficientemente produzido se o teor de Si for inferior a 0,4 %.

Por outro lado, se o teor de Si exceder 1,2 %, a tenacidade diminui. Em vista disso, o teor de Si deve ser 0,4 a 1,2 %. Um limite inferior do teor de Si é de preferência 15 0,5 %. Um limite superior do teor de Si é de preferência 1,1 %.

[0025] Mn: 0,2 a 1,5 % O manganês (Mn) estabiliza a austenita e evita a produção de ferrita δ para evitar a redução da tenacidade. Esses efeitos não estão suficientemente produzidos se o teor de Mn for inferior a 0,2 %. Por outro lado, se o teor de Mn 20 exceder 1,5 %, isso resultará em uma dureza excessivamente alta, o que significa que trincas podem ocorrer facilmente durante a perfuração. Em vista disso, o teor de Mn deve ser 0,2 a 1,5 %. Um limite inferior do teor de Mn é de preferência 0,3 %.

Um limite superior do teor de Mn é de preferência 1,2 %, e mais preferencialmente, 1,0 %.

25 [0026] Ni: 0,1 a 2,0 % O níquel (Ni) tem o efeito de melhorar a tenacidade de estruturas derivadas de têmpera formadas na camada mais externa do pino. Esse efeito não está suficientemente produzido se o teor de Ni for inferior a 0,1 %. Por outro lado, se o teor de Ni for superior a 2,0%, haverá saturação em termos de efeito, o que 30 significa um aumento de custo. Em vista disso, o teor de Ni deve ser 0,1 a 2,0 %.

Um limite inferior do teor de Ni é de preferência 0,2 %. Um limite superior do teor de Ni é de preferência 1,5 %, e mais preferencialmente, 1,0 %.

[0027] Mo: 0 a 4,0 %, W: 0 a 4,0, em que o teor total de Mo e W é de 1,0 a 6,0% 5 O molibdênio (Mo) e o tungstênio (W) são eficazes para melhorar a resistência a altas temperaturas. Esse efeito não está suficientemente produzido se o teor de Mo for inferior a 1,0 %. Por outro lado, se o teor total de Mo e W exceder 6,0%, a ferrita permanece uniforme a altas temperaturas, o que diminui a resistência e a tenacidade. Em vista disso, o teor total de Mo e W deve ser 1,0 a 10 6,0 %. Um limite inferior para o teor total de Mo e W é de preferência 1,5 %, e mais preferencialmente 2,0 %. Um limite superior do teor total e Mo e W é, de preferência, 4,0 % e, mais preferencialmente, 3,0 %.

[0028] Cr: maior que 1,0% e não maior que 4,0% Cromo (Cr) melhora a temperabilidade do aço. Esse efeito não está 15 suficientemente produzido se o teor de Cr não for superior a 1,0 %. Por outro lado, se o teor de Cr exceder 4,0%, isso leva a uma temperabilidade excessivamente alta, o que pode resultar na parte da ponta do pino ser excessivamente endurecida para alguns tipos de histórico de temperatura durante a perfuração. Em vista disso, o teor de Cr não deve ser superior a 1,0 % e não superior a 4,0 %. Um limite inferior 20 para o teor de Cr é, de preferência, 1,2 % e, mais preferencialmente, 2,0 %. Um limite superior do teor de Cr é de preferência 3,5 %, e mais preferencialmente, 3,0 %.

[0029] O balanço da composição química do pino acordo com a presente modalidade é Fe e impurezas. A impureza conforme usada neste documento 25 significa um elemento proveniente de minério ou restos utilizados como matéria- prima de aço ou um elemento que entrou do meio ambiente ou similar durante o processo de fabricação.

[0030] A composição química do tampão de acordo com a presente modalidade pode incluir um ou mais dos elementos descritos abaixo para substituir 30 parte do Fe. Todos os elementos descritos abaixo são opcionais. Ou seja, a composição química do pino de acordo com a presente modalidade pode incluir apenas um, ou nenhum, dos elementos descritos abaixo.

[0031] B: 0 a 0,2 % O boro (B) é eficaz para melhorar a resistência dos limites dos grãos.

5 Esse efeito é produzido se uma pequena quantidade de B estiver contida. Por outro lado, se o teor de B exceder 0,2 %, uma fase fragilizada precipita, diminuindo a tenacidade. Em vista disso, o teor de B deve ser 0 a 0,2 %. Um limite inferior para o teor de B é de preferência 0,002 %. Um limite superior do teor de B é de preferência 0,1 %, e mais preferencialmente, 0,05 %.

10 [0032] Nb: 0 a 1,0 % V: 0 a 1,0 % Ti: 0 a 1,0 % Nióbio (Nb), vanádio (V) e titânio (Ti) têm o efeito de tornar os grãos de cristal mais finos. Esse efeito é produzido se pequenas quantidades destes 15 elementos estiverem contidas. Por outro lado, se o teor de qualquer um destes elementos exceder 1,0 %, a tenacidade diminui. Em vista disso, cada um dentre os teores de Nb, V e Ti deve ser 0 a 1,0 %. O limite inferior de cada um dentre os teores de Nb, V e Ti é de preferência 0,2 %.

[0033] FIG. 1 é uma vista em corte longitudinal de um pino 1 de acordo com 20 uma modalidade da presente invenção. O pino 1 é em forma de projétil. O pino 1 inclui uma parte de ponta 2 e uma parte de tronco 3. O pino 1 possui uma seção transversal que é circular em formato, medida em cada uma da parte de ponta 2 e parte de tronco 3. As superfícies da parte de ponta 2 e da parte de tronco 3 formam uma face contínua. A parte de ponta 2 e a parte de tronco 3 são formadas a partir 25 do mesmo material e representam uma única peça. Com respeito ao pino 1, o sentido em direção à parte de ponta 2 será a seguir mencionado como na direção da frente/ponta ou para a frente, enquanto o sentido em direção à parte do tronco 3 será mencionado como traseiro.

[0034] A parte do tronco 3 inclui um furo de união 4 que se abre na superfície 30 da extremidade traseira (ou seja, a face traseira) que permite a ligação com uma barra. A extremidade dianteira do furo de união 4 (ou seja, o fundo do furo) está localizada, por exemplo, no centro de todo o comprimento do pino 1 (ou seja, distância entre a extremidade dianteira da parte de ponta 2 e a extremidade traseira da parte do tronco 3) ou para a traseira. Uma parte traseira do pino 1 (ou seja, a 5 parte traseira da parte do tronco 3) é de forma cilíndrica devido à presença do furo de união 4. Uma parte do pino 1 que se prolonga na direção longitudinal (ou direção axial) e que tem o furo de união 4 dentro será referido como parte cilíndrica 5. A extremidade frontal da parte cilíndrica 5 está localizada 0,1×D [mm] para a frente da extremidade dianteira do furo de união 4, onde D [mm] é a distância entre a 10 extremidade dianteira do furo de união 4 e a sua extremidade traseira (ou seja, extremidade de abertura) medida na direção longitudinal do pino 1, ou seja, profundidade do orifício de união 4. Isto é, tal como medido na direção longitudinal do pino 1, a parte cilíndrica 5 é a parte do pino 1 localizada entre a posição 0,1×D [mm] para a frente da extremidade dianteira do furo de união 4 e a extremidade 15 traseira do pino 1. O pino 1 mostrado na FIG. 1 pode ainda incluir uma parte de rolamento situada para trás da parte de tronco 3.

[0035] Como mostrado na FIG. 2, o pino 1 pode ser moldado para ter uma parte de ponta 2 que se projeta de forma convexa. O pino 1 mostrado na FIG. 2 inclui ainda uma parte de rolamento 10 situada para trás da parte de tronco 3.

20 [0036] Como mostrado na FIG. 3, o pino 1 é usado no perfurador/laminador 13 para perfuração/laminação, onde a ponta de uma barra 15 (ou mandril) 15 está unida ao furo de união 4. O pino 1 está posicionado em uma linha de passagem PL entre um par de rolos distorcidos 14. Durante a perfuração/laminação, o bujão 1, começando com sua parte de ponta 2, entra em contato com um tarugo sólido 25 16. O pino 1 é exposto a altas temperaturas e recebe altas pressões.

[0037] Para descrever de outro ponto de vista, como mostrado nas FIGS. 1 e 2, o pino 1 é dividido em uma parte de laminação 11 e uma parte de bobinagem

12. A parte de laminação 11 é representada por toda a parte de ponta 2 e uma parte frontal da parte de tronco 3 contígua à parte de ponta 2 e a parte de 30 bobinagem 12 é a parte da parte de tronco 11 localizada atrás da parte de tronco

11. A parte de laminação 11 recebe uma parte importante da laminação de redução da espessura durante a perfuração/laminação. A parte de bobinagem 12 encerra a espessura da parede de uma casca oca (ou simplesmente casca) durante a perfuração/laminação.

5 [0038] A parte de ponta 2 é mais dura do que a parte cilíndrica 5. A dureza Vickers da parte de ponta 2 é preferencialmente não inferior a 300 Hv e mais preferencialmente não inferior a 350 Hv. A dureza Vickers da parte cilíndrica 5 é preferencialmente 220 a 260 Hv. A dureza de Vickers é um valor proporcionado pela medição em uma seção transversal do pino 1 ao longo da direção longitudinal 10 de acordo com a patente JIS Z 2244 (2009) com uma força de teste de 1 kgf.

[0039] Como medida em um teste de impacto Charpy usando uma amostra de teste em tamanho real de acordo com a patente JIS Z 2242 (2005) a 40 °C, a parte cilíndrica 5 tem preferencialmente uma quantidade de energia absorvida não menor que 25 J/cm2. A quantidade de energia absorvida da parte cilíndrica 5 é 15 preferencialmente não menor que 30 J/cm2 e, mais preferencialmente, não menor que 50 J/cm2.

[0040] Uma parte de ponta 2 que é mais dura que a parte cilíndrica 5 impede a deformação da parte de ponta 2 devido a perfuração/laminação. Se a parte cilíndrica 5 é tão dura quanto a parte de ponta 2, isso significa uma baixa tenacidade 20 da parte cilíndrica 5, caso em que a perfuração/laminação causa trincamento na parte cilíndrica 5. No pino 1 da presente modalidade é um pino com uma parte de ponta 2 e uma parte de tronco 3 formada a partir do mesmo material, onde apenas a parte de ponta 2 tem uma dureza relativamente, fornecendo assim uma parte de ponta 2 com dureza melhorada e uma parte cilíndrica 5 tendo uma tenacidade 25 desejada. Como resultado, o pino 1 evita a deformação da parte da ponta 2, enquanto evita trincas na parte cilíndrica 5, aumentando assim a reciclabilidade.

[0041] O pino 1 inclui ainda um revestimento protetor 8. A camada protetora 8 inclui pelo menos uma de um revestimento pulverizado e uma camada de acumulação. O pino 1 pode incluir um revestimento pulverizado e uma camada de 30 acumulação que fornece o revestimento protetor 8. Em tais implementações, um revestimento pulverizado pode ser formado em algumas partes da superfície do pino 1 e uma camada de acumulação pode ser formada em outras partes da superfície do pino. Alternativamente, uma camada de acumulação e um revestimento pulverizado podem formar-se na superfície do pino 1, de modo a se 5 sobreporem.

[0042] Embora o revestimento pulverizado não se limite a um revestimento específico, pode ser um revestimento pulverizado composto principalmente de ferro e óxidos de ferro, por exemplo. Embora a camada de construção não se limite a uma camada específica, ela pode ser uma liga composta principalmente de um 10 metal de transição, por exemplo. Essa liga pode ser, por exemplo, uma liga composta principalmente de cobalto e contendo cromo e tungstênio (ou seja, liga Stellite).

[0043] A camada protetora 8 cobre, de preferência, as partes da superfície do pino incluídas na parte de laminação 11. Mais preferencialmente, a camada 15 protetora 8 cobre toda a superfície do pino, exceto a superfície da extremidade traseira. É preferencial que a espessura da camada protetora 8 varie dependendo da posição, sendo preferencial que a parte da camada protetora 8 fornecida na superfície da parte de ponta 2 seja mais espessa do que a parte da camada protetora 8 fornecida na superfície da parte de tronco 3.

20 [0044] As FIGS. 1 e 2 representam implementações em que o pino 1 inclui uma camada protetora 8. No entanto, uma camada protetora 8 é fornecida apenas se necessário. O pino da presente modalidade pode não incluir uma camada protetora 8.

[0045] [Método de Fabricação] 25 A FIG. 4 é um fluxograma de um método de fabricação de acordo com uma modalidade da presente invenção. O método de fabricação inclui uma etapa onde um pino é preparado, S1; uma etapa onde uma camada protetora é formada no pino, S2; uma etapa onde o pino é aquecido, S3: e uma etapa onde o pino é arrefecido, S4.

30 [0046] [Etapa S1]

Um pino é preparado. Um pino pode ser produzido, por exemplo, da seguinte maneira. Um aço com uma composição química conforme especificado acima é derretido e fundido em uma forma próxima a uma forma de pino, fornecendo um produto de forma aproximada. É realizado um processo de 5 recozimento no qual o produto de forma grosseira é mantido entre 650 e 850 °C durante 2 a 6 horas, sendo então arrefecido no forno. Depois disso, o produto de formato aproximado é usinado para fornecer o formato final do pino.

[0047] [Etapa S2] Uma camada protetora 8 é formada no pino conforme necessário. Se 10 a camada protetora 8 for um revestimento pulverizado, pode ser formada por pulverização a arco, plasma, pulverização de chama ou pulverização de chama de alta velocidade, por exemplo. Se a camada protetora 8 for uma camada de acumulação, ela pode ser formada por soldagem por acumulação de pó de plasma, soldagem MIG ou soldagem TIG, por exemplo.

15 [0048] Etapa S2 é opcional. Ou seja, a etapa S2 pode não ser executada.

Além disso, embora a FIG. 3 ilustra uma implementação na qual a etapa S2 precede a etapa S3, a etapa S2 não está limitada a esse tempo. Embora seja preferencial que a etapa S2 anteceda a etapa S3, a etapa S2 pode ser realizada após as etapas S3 ou S4.

20 [0049] [Etapa S3] A parte de ponta 2 do pino é aquecida. O aquecimento é tal que a temperatura da parte da ponta 2 sobe para a temperatura de transformação da austenita (ou seja, ponto AC3) ou superior e a temperatura da parte cilíndrica 5 permanece abaixo do ponto AC3. A parte cilíndrica 5, que deve permanecer em 25 temperaturas abaixo do ponto AC3 é, conforme discutido acima, a parte localizada entre a posição 0,1×D [mm] à frente da extremidade dianteira do furo de união 4 e da extremidade traseira do pino. Em outras palavras, a região definida pela extremidade traseira do pino e a posição 0,1×D [mm] à frente da extremidade frontal do furo de união 4 é aquecida de modo a permanecer abaixo do ponto A C3.

30 [0050] Para este tratamento de aquecimento, por exemplo, como mostrado na FIG. 5, uma bobina de alta frequência 6 está ligada à periferia externa da parte de ponta 2 e o pino pode ser colocado em um aparelho de aquecimento antes da bobina 6 ser utilizada para efetuar aquecimento de alta frequência na parte de ponta 2 a uma temperatura de 950 a 1200 °C. O aquecimento só é necessário por um 5 tempo suficiente para que a parte 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 inferior ao ponto A C3; no entanto, para alcançar a estabilidade industrial, o tempo de aquecimento é de preferência 20 segundos ou mais, e mais preferencialmente, um minuto ou mais. O tempo de 10 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, no 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 15 durante um período de tempo prolongado pode mudar a natureza do revestimento protetor 8. Por exemplo, no ar ambiente, a camada protetora 8 pode ser oxidada até um grau inaceitável. O tratamento de aquecimento discutido acima permite elevar a temperatura da parte de ponta 2 para um nível que não é inferior ao ponto AC3 e manter a temperatura da parte cilíndrica 5 abaixo do ponto AC3. O dispositivo 20 para aquecer o pino não está limitado a uma bobina de alta frequência 6.

[0051] FIG. 6 mostra um exemplo de um aparelho para aquecer o pino sem a utilização de uma bobina de alta frequência 6. O aparelho de aquecimento 7 mostrado na FIG. 6 inclui aquecedores 71 e 72. O aquecedor 71 está localizado adjacente ao topo do aparelho de aquecimento 7. O aquecedor 72 está localizado 25 adjacente ao fundo do aparelho de aquecimento 7.

[0052] Antes da etapa S3 ser realizada, o pino é carregado no aparelho de aquecimento 7. De preferência, uma pluralidade de pinos são carregados no aparelho de aquecimento 7. Uma blindagem 8 é colocada entre os pinos e aquecedor 72. Ou seja, a blindagem 8 está posicionada acima do aquecedor 72 e 30 os pinos estão montados sobre a blindagem 8. A blindagem 8 reduz a transmissão de calor pelo aquecedor 72 para os pinos. A blindagem 8 pode ser moldado como uma grade ou uma placa, por exemplo. A blindagem 8 pode ser revestida com um óxido.

[0053] Os pinos no aparelho de aquecimento 7 são aquecidos pelos 5 aquecedores 71 e 72. Os aquecedores 71 e 72 podem funcionar com a mesma temperatura de aquecimento (temperatura predefinida). De preferência, o aparelho de aquecimento 7 contém uma atmosfera de gás inerte tal como ar. Quando a temperatura das porções de ponta 2 do pino tiver atingido uma temperatura predeterminada que não é inferior ao ponto A C3, os pinos são removidos do 10 aparelho de aquecimento 7. Uma vez que a blindagem 8 funciona de modo que a quantidade de calor transmitido para a parte inferior de cada pino é menor do que a quantidade de calor transmitida para a parte superior do pino, a temperatura da parte cilíndrica 5 é inferior à temperatura da parte de ponta 2. No momento em que o pino é removido do aparelho de aquecimento 7, a temperatura da parte cilíndrica 15 5 não atingiu o ponto AC3 e está abaixo do ponto AC3.

[0054] Os pinos podem ser aquecidos pelo aparelho de aquecimento 7 sem uma blindagem 8. Se for esse o caso, a temperatura de aquecimento do aquecedor 72 localizado abaixo dos pinos é ajustada para ser inferior à temperatura de aquecimento do aquecedor 71 localizado acima dos pinos. Isto garante que a 20 quantidade de calor transmitida para a parte superior de cada pino seja relativamente grande e a quantidade de calor transmitida para a parte inferior do pino seja relativamente pequena. Assim, como é o caso com implementações usando a blindagem 8, o pino pode ser aquecido de tal modo que a temperatura da parte de ponta 2 aumenta ao ponto AC3 ou mais e a temperatura da parte cilíndrica 25 5 permanece abaixo do ponto AC3.

[0055] Um termopar pode estar ligado a cada uma da parte de ponta 2 e a parte cilíndrica 5 de cada pino no aparelho de aquecimento 7, por exemplo, para medir a temperatura da parte de ponta associada 2 e da parte cilíndrica 5. Isto torna possível detectar que a temperatura da parte de ponta 2 atingiu uma 30 temperatura predeterminada que não é inferior ao ponto A C3 enquanto a temperatura da parte cilíndrica 5 está abaixo do ponto A C3 e remove o pino do aparelho de aquecimento 7 em um momento apropriado. As temperaturas da parte de ponta 2 e da parte cilíndrica 5 não precisam ser medidas sempre que a etapa de tempo S3 for realizada. Um tempo de aquecimento apropriado pode ser 5 aprendido através da medição de temperatura uma vez, e este tempo de aquecimento pode ser usado para pinos do mesmo tipo para executar a etapa S3.

[0056] [Etapa S4] O pino que foi aquecido na etapa S3 é arrefecido. Por exemplo, a fonte de alimentação para a bobina 6 é parada e a porta do aparelho de 10 aquecimento é aberta para arrefecer o pino a uma temperatura não superior a 400 °C, tipicamente à temperatura ambiente. Isso resulta em um pino 1. A taxa de arrefecimento só é necessária para ser suficiente para fazer com que o pino seja endurecido, e o pino pode ser geralmente deixado arrefecer ou pode ser arrefecido a uma taxa maior.

15 [0057] Como foi demonstrado acima, no pino 1 produzido por este método de fabricação, a parte de ponta 2 é aquecida a uma temperatura não inferior ao ponto AC3 para melhorar a dureza da parte da ponta 2. Além disso, no pino 1, a diminuição da tenacidade da parte cilíndrica 5 devido ao aquecimento pode ser reduzida por manter a temperatura da parte cilíndrica 5 abaixo do ponto AC3. Como 20 resultado, o pino 1 inclui uma parte de ponta 2 com dureza melhorada e uma parte cilíndrica 5 com uma tenacidade desejada.

[0058] A fabricação do pino 1 não está limitada ao método descrito acima.

Por exemplo, apenas a parte cilíndrica 5 pode ser temperada para produzir um pino 1 com uma parte de ponta 2 com uma dureza maior que a parte cilíndrica 5. Por 25 exemplo, um pino pode ser preparado onde todo o pino (isto é, a parte de ponta 2 e a parte de tronco 3) tem uma dureza de Vickers de 300 Hv ou superior, e apenas a parte cilíndrica 5 pode ser temperada para produzir um pino 1 com uma parte de ponta 2 com uma dureza de Vickers de 300 Hv ou superior e uma parte cilíndrica 5 com uma dureza de Vickers de 220 a 260 Hv.

30 EXEMPLOS

[0059] Agora, a presente divulgação será descrita com mais detalhes abaixo com referência aos exemplos. Os exemplos não pretendem limitar a presente invenção.

[0060] Aços com as composições químicas listadas na Tabela 1, A a N, foram 5 derretidos e fundidos em uma forma próxima a uma forma de tampão. “–“ na Tabela 1 indica que o teor do elemento relevante estava em um nível de impureza. O ponto AC3 desses aços era de aproximadamente 920 °C.

[0061] [Tabela 1] TABELA 1 Composição Química (em % em massa; balanço Fe e impurezas) Composição C Si Mn Ni Cr Mo W V Nb Ti B A 0,15 0,5 0,5 1,0 0,5 1,4 3,5 ― ― ― ― B 0,15 1,0 0,4 0,2 1,0 0,7 1,5 ― ― ― ― C 0,15 1,0 0,4 0,2 2,0 0,7 1,5 ― ― ― ― D 0,15 1,0 0,4 0,2 3,0 0,7 1,5 ― ― ― ― E 0,20 1,0 0,4 0,2 3,0 0,7 1,5 ― ― ― ― F 0,25 1,0 0,4 0,2 3,0 0,7 1,5 ― ― ― ― G 0,30 1,0 0,4 0,2 3,0 0,7 1,5 ― ― ― ― H 0,35 1,0 0,4 0,2 3,0 0,7 1,5 ― ― ― ― I 0,30 1,0 0,4 0,2 4,0 0,7 1,5 ― ― ― ― J 0,30 1,0 0,4 0,2 5,0 0,7 1,5 ― ― ― ― K 0,15 1,0 0,4 0,2 2,0 0,7 1,5 0,8 ― ― ― L 0,15 1,0 0,4 0,2 2,0 0,7 1,5 ― 0,8 ― ― M 0,15 1,0 0,4 0,2 2,0 0,7 1,5 ― ― 0,8 ― N 0,15 1,0 0,4 0,2 3,0 0,7 1,5 ― ― ― 0,005 10 [0062] O produto de pino de forma grosseira que foi fundido foi submetido a um processo de recozimento no qual o pino foi mantido a 800 °C durante 4 horas no ar ambiente e depois foi arrefecido no forno. Depois disso, a superfície externa foi usinada para fornecer uma forma predeterminada de pino de teste. Para cada composição, um pino fornecido com um revestimento pulverizado com Fe e um pino 15 sem esse revestimento foram fabricados.

[0063] Cada um dos pino com e sem revestimento pulverizado foi aquecido em uma atmosfera de Ar, de modo que a parte da ponta estivesse no intervalo de 900 a 1100 °C e a temperatura da parte cilíndrica estivesse abaixo de 800 °C. O aquecimento foi realizado por um aparelho de aquecimento incluindo uma bobina de alta frequência como descrito com referência à FIG. 4, e o tempo de aquecimento foi de 10 minutos. Após o aquecimento, a porta do aparelho de aquecimento foi aberta e o pino foi deixado para resfriar até a temperatura ambiente.

5 [0064] Uma amostra de teste Charpy foi preparada colhendo uma amostra da parte cilíndrica de cada pino sem revestimento pulverizado e usinando-o, e o teste de impacto Charpy foi realizado para medir a quantidade de energia absorvida. O teste de impacto Charpy usou uma amostra em tamanho real de acordo com a patente JIS Z 2242 (2005), que foi medida a 40 °C.

10 [0065] Da mesma forma, uma amostra de teste para medição da dureza foi preparada colhendo uma amostra da parte da ponta de um pino sem revestimento pulverizado e usinando-o, e sua dureza Vickers foi medida à temperatura normal.

A medição da dureza Vickers foi realizada de acordo com a patente JIS Z 2244 (2009). A força de teste foi de 1 kgf.

15 [0066] Cada pino com revestimento pulverizado foi utilizado para realizar 3 passadas nos testes de perfuração/laminação, em que a perfuração/laminação foi realizada em um tarugo fabricado no SUS 304, e o tampão após a perfuração/laminação foi observado para determinar a presença/ausência de uma trinca e a quantidade de deformação do material de base (ou seja, comprimento da 20 contração na direção L) foi medida. Além disso, após a perfuração/laminação, o revestimento pulverizado foi removido por jateamento e o tampão após a remoção do revestimento pulverizado foi observado para determinar a presença/ausência de uma lasca.

[0067] Os resultados do teste são mostrados na Tabela 2.

25 [0068] [Tabela 2] TABELA 2 Temp. de Charp Dureza Deformaç tratament y em N° ão do Composiç o térmico Cilindr temperatu Lascamen Trincamen Test material Outro ão para o ra normal to to e de base ponta (J/cm2 para ponta (μm) (℃) ) (HV) ex. 1 A 1000 90 305 250 N° N° comp.

ex. 2 B 1000 90 345 210 N° N° comp. 3 C 1000 100 370 190 N° N° ex. inv. ex. 4 D 900 110 250 270 N° N° comp. 5 D 950 110 380 185 N° N° ex. inv. 6 D 1000 110 400 170 N° N° ex. inv. 7 D 1050 110 400 170 N° N° ex. inv. 8 D 1100 110 395 175 N° N° ex. inv. 9 E 1000 65 415 165 N° N° ex. inv. 10 F 1000 40 420 150 N° N° ex. inv. 11 G 1000 30 420 150 N° N° ex. inv. ex. 12 H 1000 25 415 155 N° presente comp. 13 I 1000 25 420 155 N° N° ex. inv. ex. 14 J 1000 14 420 155 presente presente comp. ex. 15 J 950 20 400 155 presente N° comp. 16 K 1000 105 380 185 N° N° ex. inv. 17 L 1000 110 390 180 N° N° ex. inv. 18 M 1000 105 385 190 N° N° ex. inv. 19 N 1000 115 410 160 N° N° ex. inv.

[0069] O pino no Teste N° 1 foi o mesmo que foi descrito da patente WO 2017/051632. As quantidades de deformação do material de base foram avaliadas com referência à quantidade de deformação do material de base do Teste N° 1.

[0070] O pino no Teste N° 2 era o mesmo da referência, exceto que o teor de 5 Cr era de 1,0% (Composição B). Este pino exibiu uma quantidade reduzida de deformação do material de base em comparação com o pino do Teste Nº 1; ainda assim, o efeito foi pequeno.

[0071] O pino no Teste N° 3 tinha um teor de Cr de 2,0% (Composição C).

Forneceu uma tenacidade (ou energia absorvida de Charpy) substancialmente 10 igual à do pino do Teste Nº 1 e, além disso, teve uma dureza à temperatura normal melhorada em 20% ou mais e, como resultado, uma quantidade de deformação do material de base reduzida em cerca de 20%. Além disso, não houve trincamento nem lascas.

[0072] Para o pino no Teste N° 4, a dureza da parte da ponta à temperatura 15 normal era baixa. Provavelmente, isso ocorre porque a temperatura da parte da ponta durante o tratamento térmico foi baixa.

[0073] O pino no Teste N° 5 a 8 tinha um teor de Cr de 3,0 % (Composição D). Cada um destes pinos forneceu uma tenacidade substancialmente igual à do pino do Teste N° 1 e, além disso, tinha um dureza na temperatura normal melhorada em cerca de 30%, em consequência disto, uma quantidade significativamente 5 reduzida de deformação de material de base. Além disso, não houve trincamento nem lascas. Além disso, esses pino tinham teores de Mo e W que eram metade dos pino do Teste Nº 1 e espera-se que eles levem a reduções de custo.

[0074] Os pinos nos Testes N° 9 a 12 possuíam teores de C incrementais relativos à Composição D (Composições E a H). Verificou-se que a dureza à 10 temperatura normal tende a aumentar à medida que o teor de C aumenta, e a quantidade de deformação do material de base diminui correspondentemente. Por outro lado, a tenacidade tendia a diminuir à medida que o teor de C aumentava; ocorreu uma trinca no pino do Teste nº 12.

O pino no Teste N° 13 tinha um teor de Cr de 0,30 % e um teor de Cr de 15 4,0 % (Composição I). O pino do Teste N° 13 tinha uma dureza a temperatura normal substancialmente igual à do pino do Teste N° 11 (Composição G). Tinha uma tenacidade mais baixa do que o pino do Teste Nº 11, mas não apresentou trincas.

[0076] O pino no Teste N° 14 tinha um teor de Cr de 0,30 % e um teor de Cr 20 de 5,0 % (Composição J). Ocorreram trincas e lascas no pino do Teste N° 14.

[0077] O pino no Teste Nº 15 era o mesmo que o pino do Teste Nº 14, exceto que a temperatura do tratamento térmico era de 950 °C. O pino do Teste Nº 15 não apresentou trincas, mas sofreu lascas.

[0078] Os pinos nos Testes 16 a 18 eram os mesmos do pino do Teste Nº 3 25 (Composição C), exceto que continham adicionalmente V, Nb e Ti, respectivamente (Composições K, L e M). Devido ao efeito de V, Nb ou Ti de tornar os grãos mais finos, esses pinos melhoraram a dureza e a resistência à temperatura normal em comparação com o pino do Teste N° 3.

[0079] O pino no Teste N° 19 era o mesmo que o pino do Teste N° 6 30 (Composição D), exceto que continha adicionalmente B (composição B). Devido ao efeito de B de melhorar a resistência do limite dos grãos, esse pino melhorou a dureza e a tenacidade à temperatura normal em comparação com o pino do Teste N° 6.

[0080] Embora as modalidades da presente invenção tenham sido descritas, 5 as modalidades ilustradas acima são apenas exemplos para a realização da presente invenção. Consequentemente, a presente invenção não está limitada às modalidades ilustradas acima e as modalidades ilustradas acima, quando realizadas, podem ser modificadas conforme adequado, sem se afastar do espírito da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Pino perfurador com uma composição química de, em % em massa: 0,15 a 0,30 % de C; 0,4 a 1,2 % de Si; 0,2 a 1,5 % de Mn; 0,1 a 2,0 % de Ni; 0 a 4,0 % Mo e 0 a 4,0 % de W, em que o teor total de Mo e W é de 1,0 a 6,0%; maior que 1,0% e não maior que 4,0% Cr; 0 a 0,2 % de B: 0 a 1,0 % de Nb: 0 a 1,0 % de V; 0 a 1.0 % de Ti; e balanço sendo Fe e impurezas, caracterizado pelo fato de que o pino compreende: uma parte de ponta; e uma parte de tronco feita do mesmo material que a parte da ponta e contígua para a parte da ponta, a parte de tronco incluindo uma parte cilíndrica com um furo usado para montar uma barra, a parte de ponta sendo mais dura do que a parte cilíndrica.

2. Pino perfurador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma camada protetora formada em uma superfície do pino perfurador, em que a camada protetora inclui pelo menos uma de um revestimento pulverizado e uma camada de acumulação.

3. Método de fabricação de um pino perfurador, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: preparar um pino perfurador com uma composição química de, em % em massa: 0,15 a 0,30% de C; 0,4 a 1,2% de Si; 0,2 a 1,5% de Mn; 0,1 a 2,0% de Ni;

0 a 4,0% de Mo e 0 a 4,0% de W, onde um teor total de Mo e W é de 1,0 a 6,0%; superior a 1,0% e não superior a 4,0% de Cr; 0 a 0,2% de B; 0 a 1,0% de Nb; 0 a 1,0% de V; 0 a 1,0% de Ti; e balanço sendo Fe e impurezas, o tampão incluindo uma parte de ponta e uma parte de tronco feita do mesmo material que a parte de ponta e contígua à parte de ponta; e aquecer o pino perfurador de tal maneira que a parte da ponta esteja a uma temperatura não inferior a um ponto AC3 e uma parte cilíndrica da parte do tronco com um furo usado para montar uma barra está a uma temperatura abaixo do ponto AC3.

4. Método de fabricação de um pino perfurador, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: antes da etapa de aquecimento, a etapa de formar uma camada protetora em uma superfície do pino perfurador, em que a camada protetora inclui pelo menos uma de um revestimento pulverizado e uma camada de acumulação.