BR112020014527A2 - Pino perfurador - Google Patents
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Abstract
é fornecido um pino perfurador com resistência ao desgaste aumentada. um pino perfurador (10) inclui: um corpo de pino (11); e um revestimento pulverizado (12) formado na superfície do corpo do pino (11). o revestimento pulverizado (12) contém uma liga à base de ferro e seus óxidos. a concentração de cromo determinada pela análise do revestimento pulverizado (12) com a análise de fluorescência de raios x é de 3 a 20% em massa.
Description
[0001] A presente invenção refere-se a um pino perfurador.
[0002] Convencionalmente, um pino perfurador para perfurar e laminar para produzir um tubo de aço sem costura é fornecido com um revestimento de incrustação em sua superfície antes do uso para garantir o isolamento térmico, a lubrificação e a resistência à crimpagem da superfície.
[0003] Um revestimento de incrustação gradualmente se desgasta durante cada rodada de perfuração/laminação. Quando o revestimento de incrustação se desgasta e o material de base (ou seja, o corpo do pino) é exposto, o material de base pode ser corroído e/ou grimpar após o material a ser processado. Um revestimento de incrustação se desgasta significativamente durante a perfuração de um material difícil de processar, como aço inoxidável; o revestimento pode se desgastar logo após várias passagens. Cada vez que isso ocorre, é necessário o tratamento térmico para formar um revestimento de incrustação novamente, o que requer várias horas a várias dezenas de horas, o que significa baixa eficiência.
[0004] A patente WO 2009/057471 propõe a formação de um revestimento pulverizado feito de ferro e óxidos na superfície do material de base do pino — perfurador. A patente WO 2014/034376 divulga um pino perfurador incluindo um revestimento pulverizado contendo ferro e óxidos de ferro e, além disso, em % em massa, 0,015 a 0,6% de C, 0,05 a 0,5% de Si, 0,1 a 1,0% de Mn e O a 0,3% de Cu.
[0005] Os revestimentos pulverizados têm melhor aderência em relação ao material de base e melhor resistência ao desgaste do que os revestimentos de incrustações e podem ser formados dentro de vários minutos a várias dezenas de minutos. Assim, os revestimentos pulverizados têm uma vida útil mais longa do que os revestimentos de incrustação e, mesmo quando um revestimento pulverizado se desgastar, o mesmo pode ser restaurado em um curto período de tempo. Enquanto isso, é desejável aumentar ainda mais a vida útil dos pinos perfuradores para aumentar a eficiência de fabricação de tubos de aço sem costura. Assim, é desejável aumentar ainda mais a resistência ao desgaste dos revestimentos.
[0006] Um objetivo da presente invenção é fornecer um pino perfurador com resistência ao desgaste adicionalmente aumentada.
[0007] Um pino perfurador de acordo com uma modalidade da presente invenção inclui: um corpo de pino; e um revestimento pulverizado formado sobre uma superfície do corpo do pino. O revestimento pulverizado contém uma liga à base de ferro e um óxido da liga à base de ferro. Uma concentração de cromo determinada pela análise do revestimento pulverizado com a análise de fluorescência de raios-X é de 3 a 20% em massa.
[0008] A presente invenção fornece um pino perfurador com resistência ao desgaste adicionalmente aumentada.
[0009] [FIG. 1] A FIG. 1 é uma vista transversal longitudinal de um pino perfurador de acordo com uma modalidade da presente invenção. [FIG. 2] A FIG. 2 ilustra equipamento exemplar usado para formar um revestimento pulverizado. [FIG. 3] A FIG. 3 é uma vista transversal de um fio de solda. [FIG. 4] A FIG. 4 é uma vista transversal longitudinal de um pino —perfurador de acordo com outra modalidade da presente invenção. [FIG. 5] A FIG. 5 é uma vista transversal longitudinal de um pino perfurador ainda de acordo com outra modalidade da presente invenção. [FIG. 6) AFIG. 6 é uma microfotografia transversal de um revestimento pulverizado que não contém Cr. [FIG. 7] AFIG. 7 é uma microfotografia transversal de um revestimento pulverizado contendo Cr.
[0010] As modalidades da presente invenção serão agora descritas em detalhes com referência aos desenhos. As partes iguais ou correspondentes nos — desenhos são identificadas com os mesmos caracteres e suas descrições não serão repetidas. As razões de tamanho entre os componentes mostrados nos desenhos não indicam necessariamente as razões de tamanho reais.
[0011] [Construção do Pino Perfurador] AFIG. 1 é uma vista transversal longitudinal de um pino perfurador 10 — de acordocom uma modalidade da presente invenção. O pino perfurador 10 inclui um corpo de pino 11 e um revestimento pulverizado 12.
[0012] O corpo do pino 11 é em forma de projétil. Especificamente, o corpo do pino 11 possui uma seção transversa circular e possui uma forma tal que seu diâmetro externo aumenta à medida em que passa da ponta para o corpo do pino 11 em direção à extremidade traseira do corpo. O corpo do pino 11 é formado a partir de uma liga à base de ferro, por exemplo.
[0013] O revestimento pulverizado 12 é fornecido sobre a superfície do corpo do pino 11. O revestimento pulverizado 12 abrange toda a superfície do corpo de pino 11, exceto para a superfície de extremidade traseira do corpo de pino 11. A espessura do revestimento pulverizado 12 pode não ser constante. O revestimento pulverizado 12 é de preferência formado de modo que suas porções sobrepondo a ponta 11a do corpo do pino 11 sejam mais espessas do que aquelas sobrepondo a porção de tronco do corpo 11b.
[0014] O revestimento pulverizado 12 contém pelo menos uma liga à base de ferro e seus óxidos. O revestimento pulverizado 12 pode conter outros componentes.
[0015] A liga à base de ferro no revestimento pulverizado 12 é composta principalmente de ferro (Fe) e também contém carbono (C), silício (Si), manganês (Mn) e cromo (Cr), por exemplo. A liga à base de ferro no revestimento pulverizado 12 pode conter apenas um ou alguns de C, Si, Mn e Cr, e pode conter outros elementos além de C, Si, Mn e Cr. Quando vista microscopicamente, a composição química da liga à base de ferro no revestimento pulverizado 12 pode não ser uniforme. Por exemplo, quando vistas microscopicamente, porções que contêm quase nenhum Cr e porções com alto teor de Cr podem estar presentes de maneira mista.
[0016] Os óxidos no revestimento pulverizado 12 são os óxidos resultantes da oxidação da liga à base de ferro. Especificamente, os óxidos no revestimento pulverizado 12 são óxidos de ferro e óxidos complexos de ferro e cromo, por exemplo. Os óxidos de ferro podem ser FeO ou Fe3O4, por exemplo. Os óxidos complexos de ferro e cromo podem ser (Fe,Cr)3O4, por exemplo. Os óxidos no revestimento pulverizado 12 podem conter óxidos de outros metais.
[0017] Quanto maior a proporção de metal (ou seja, liga à base de ferro) que é um ingrediente no revestimento pulverizado 12, melhor a adesão em relação ao corpo do pino 11. Por outro lado, quanto maior a proporção de óxidos, melhor o isolamento térmico. Embora não limitativa, a proporção de óxidos no revestimento pulverizado 12 é de preferência 25 a 80% em volume e mais preferencialmente 35 a 65% em volume. Além disso, é preferencial que porções do revestimento próximas ao corpo do pino 11 tenham altas proporções de metal e porções localizadas em direção à superfície tenham maiores proporções de óxidos. Tal construção aumentará ainda mais a adesão em relação ao corpo do pino 11. A razão de volume de óxidos pode ser determinada observando uma seção transversal do revestimento pulverizado 12 e fazendo cálculos.
[0018] No pino perfurador 10 de acordo com a presente modalidade, a concentração de cromo determinada pela análise do revestimento pulverizado 12 coma análise de fluorescência de raios-X (doravante denominada “concentração de XRF-Cr”) é de 3 a 20% em massa.
[0019] Uma concentração de XRF-Cr de 3% em massa ou superior fornece uma melhor resistência ao desgaste do que uma concentração abaixo de 3% em massa. Isso ocorre presumivelmente porque os óxidos complexos de ferro e cromo aumentam a dureza do revestimento pulverizado 12. Por outro lado, uma concentração de XRF-Cr superior a 20% em massa resulta em lubrificação insuficiente do revestimento pulverizado 12, o que reduz a eficiência de perfuração. O limite inferior para concentração de XRF-Cr é de preferência 5% em massa e, mais preferencialmente, 8% em massa. O limite superior para a concentração de XRF-Cr é de preferência 18% em massa e, mais preferencialmente, 16% em massa.
[0020] A concentração de XRF-Cr pode ser medida da seguinte maneira: um raio X é direcionado para o revestimento pulverizado 12 através de sua superfície, e a fluorescência de raio X resultante é detectada com um detector. O raio X incidente é gerado por um colimador tipo spot de 3 mm g com um alvo de Rh e uma saída de 40 kV x 100 pA. O detector é um detector de desvio de Si. A concentração de Cr é determinada como um percentual em massa, em que o denominador é a quantidade total de todos os elementos detectados. O numerador para a concentração de XRF-Cr inclui tanto a quantidade de Cr na liga à base de ferro quanto a quantidade de Cr nos óxidos.
[0021] De preferência, no pino perfurador 10 de acordo com a presente modalidade, a concentração de ferro determinada pela análise do revestimento pulverizado 12 com a análise de fluorescência de raios-X é de 50% em massa ou mais. A determinação da concentração de ferro analisando o revestimento com a análise de fluorescência de raios-X envolve o mesmo método de medição da concentração de XRF-Cr.
[0022] [Método para Fabricar o Pino Perfurador] Um método exemplar para fabricar o pino perfurador 10 será descrito abaixo. O método descrito abaixo é apenas exemplar, e um método para fabricar o pino perfurador 10 não está limitado a ele.
[0023] É preparado um corpo do pino 11. O corpo do pino 11 pode ser qualquer corpo do pino conhecido por um versado na técnica.
[0024] É formado um revestimento pulverizado 12 no corpo do pino 11. O revestimento pulverizado 12 pode ser formado usando um pulverizador de arco 20, —mostradonaFliG.2.
[0025] O pulverizador de arco 20 inclui uma pistola de pulverização 21 e uma base giratória 24. A pistola de pulverização 21 gera um arco nas pontas de um fio de eletrodo positivo 22 e um fio de eletrodo negativo 23 para derreter o metal, o qual é então ejetado por meio de ar comprimido.
[0026] A composição química e a concentração de XRF-Cr no revestimento pulverizado 12 podem ser reguladas ajustando as composições químicas dos fios de eletrodo positivo e negativo 22 e 23. Os fios de eletrodo positivo e negativo 22 e 23 podem ter a mesma composição química ou podem ter diferentes composições químicas. Se forem utilizados fios de diferentes composições — químicas,ometaldofio de eletrodo positivo 22 e o metal do fio de eletrodo negativo 23 se misturam para formar uma pseudoliga.
[0027] Embora não limitativos, os fios de eletrodo positivo e negativo 22 e 23 podem ser feitos de aço carbono ou aço inoxidável, por exemplo. Alternativamente, os fios de eletrodo positivo e negativo 22 e 23 podem ser feitos de fio de solda 30, mostrado na FIG. 3. O fio de solda 30 inclui uma bainha externa 31 feita de aço carbono e um preenchedor 32 que preenche a bainha externa 31. A composição química do metal ejetado da pistola de pulverização 21 pode ser alterada à vontade, alterando o tipo de preenchedor 32.
[0028] Quanto maior a distância entre a ponta da pistola de pulverização 21 ea superfície do corpo do pino 11 (doravante denominada “distância de pulverização”), maior a proporção de óxidos no revestimento pulverizado 12. Isso ocorre porque a oxidação do metal ejetado da ponta da pistola de pulverização 21 progride ao longo da distância de pulverização. Embora não seja limitativa, a distância de pulverização pode ser de 100 a 1400 mm, por exemplo. Além disso, a pulverização em distâncias de pulverização gradualmente crescentes resulta em proporções mais altas de metal em porções próximas ao corpo do pino 11 e em proporções mais altas de óxidos em porções localizadas em direção à superfície.
[0029] Como discutido acima, o numerador para a concentração de XRF-Cr inclui tanto a quantidade de Cr na liga à base de ferro quanto a quantidade de Cr nos óxidos. Como tal, a concentração de XRF-Cr não muda significativamente, mesmo que a proporção de óxidos no revestimento pulverizado 12 mude. Assim, a concentração de XRF-Cr não muda significativamente, mesmo quando a distância de pulverização é alterada.
[0030] A pulverização é realizada enquanto a base giratória 24 gira o corpo —dopino11em torno do seu eixo até que a espessura do revestimento pulverizado
12 atinja um nível predeterminado. Embora não limitativa, a espessura do revestimento pulverizado 12 pode ser de 200 a 3000 um, por exemplo.
[0031] De preferência, a formação do revestimento pulverizado 12 é seguida por tratamento térmico para fins de difusão. Isso alcança maior adesão entre o corpodo pino 11e o revestimento pulverizado 12. Para o tratamento térmico para fins de difusão, o pino é de preferência mantido entre 600 e 1250 ºC durante 10 minutos ou mais, por exemplo. A temperatura do tratamento térmico é mais preferencialmente de 600 a 1100 ºC.
[0032] O pino perfurador 10 de acordo com uma modalidade da presente invenção foi descrito. Na presente modalidade, a concentração de XRF-Cr no revestimento pulverizado 12 é de 3 a 20% em massa. Isso aumentará a resistência ao desgaste do pino perfurador 10.
[0033] A modalidade descrita acima ilustra uma implementação em que o corpo do pino 11 é em forma de projétil. No entanto, o corpo do pino 11 pode ter qualquer forma. Por exemplo, o pino perfurador pode ser um corpo de pino 13 com uma ponta saliente, como mostrado na FIG. 4, com um revestimento pulverizado 12 formado sobre o mesmo, ou pode ser um corpo de pino 14 de uma construção dividida, como mostrado na FIG. 5, com um revestimento pulverizado 12 formado sobre o mesmo.
[0034] As modalidades descritas acima ilustram implementações em que o revestimento pulverizado 12 é formado por pulverização a arco. No entanto, um método para formar o revestimento pulverizado 12 não está limitado a ele. O revestimento pulverizado 12 pode ser formado, por exemplo, por pulverização por plasma, pulverização por chama, pulverização por chama de alta velocidade, etc.
[0035] A presente invenção será agora descrita mais especificamente por meio dos Exemplos. A presente invenção não está limitada a estes exemplos.
[0036] Um pino de modelo composto principalmente por 0,15 de C, 0,5 de Si, 1,0 de Ni, 0,5 de Mn, 1,5 de Mo, 3,0 de W e uma balanço de Fe foi preparado e um — revestimento pulverizado foi formado sobre ele. Um fio de eletrodo positivo e um fio de eletrodo negativo foram preparados combinando fios de aço de baixo teor de carbono, SUS 410 e SUS 430, e fios de solda com diferentes concentrações de Cr para ajustar o composto do revestimento pulverizado a ser formado.
[0037] A concentração de XRF-Cr no revestimento pulverizado foi analisada —pelométodo descrito em conexão com a modalidade. O analisador de fluorescência de raios X utilizado foi o DP-2000 Delta Premium da JEOL Ltd., e a análise foi realizada usando o software de análise de ligas ALLOY PLUS da JEOL Ltd.
[0038] A dureza Vickers do revestimento pulverizado de cada pino foi medida. A dureza Vickers de cada pino foi obtida através da realização de medições emtrês pontos e determinação da média das medições.
[0039] A Tabela 1 mostra a relação entre a concentração de XRF-Cr e a dureza média. Na Tabela 1, “ na coluna para a concentração de XRF-Cr indica que a concentração de XRF-Cr estava abaixo do limite inferior para análise.
[0040] [Tabela 1] TABELA 1
EE Dureza de Marca Vickers XRF-Cr (Hv) (% em massa) Ad 3% | | 8 js | 36 | D 7,85 400 E 11,52 450
[0041] Como mostrado na Tabela 1, quanto maior a concentração de XRF-Cr, maior a dureza Vickers média.
[0042] FIG. 6 mostra uma microfotografia transversal do revestimento pulverizado identificado como Marca A na Tabela 1. A FIG. 7 mostra uma microfotografia transversal do revestimento pulverizado identificado como Marca C na Tabela 1. Como ilustrado na FIG. 7, um revestimento pulverizado contendo Cr foi composto de metal e óxidos, semelhante ao revestimento pulverizado que não contém Cr (FIG.6). Nestas figuras, porções relativamente brilhantes representam porções feitas de metal, enquanto porções cinza-escuro representam porções feitas de óxidos. A razão entre metal e óxidos foi substancialmente a mesma para cada um dos revestimentos pulverizados preparados para o presente pedido, em que a proporção de óxidos era de cerca de 44 a 55% em volume.
[0043] Posteriormente, esses pinos foram utilizados para realizar testes de perfuração, onde o material a ser processado era o SUS 304, para medir a quantidade de desgaste do revestimento. A tabela 2 mostra a relação entre a concentração de XRF-Cr e a quantidade de desgaste. A coluna denominada “Razão de desgaste para convencional” na Tabela 2 lista as quantidades relativas de desgaste dos revestimentos pulverizados dos pinos, em que a quantidade de desgaste do revestimento pulverizado do pino identificado como Marca A representa o valor 1.
[0044] [Tabela 2] TABELA 2 Razão de de Marca desgaste para Notas Observações XRF-Cr convencional (% em massa) a eee | | excomp. | [8 de es eceomp. | [e as a om | | o rs eo eim | | e danse | eo eim | [or losses | eo Ps ein |
G 18,11 0,50 - ex. inv. ee H 22,30 0,11 ex. comp. perfuração
[0045] Como mostrado na Tabela 2, quanto maior a concentração de XRF- Cr, menor a quantidade de desgaste. Particularmente, uma concentração de XRF- Cr igual ou superior a 3% em massa resultou em uma quantidade reduzida de desgaste de até 70% do nível para Marca A. Por outro lado, uma concentração de —XRF-Cr superior a 20% em massa resultou em uma redução na eficiência de perfuração, dificultando a laminação.
[0046] Estes resultados provam que uma concentração de XRF-Cr no intervalo entre 3 a 20% em massa aumenta a resistência ao desgaste de um pino perfurador.
[0047] Embora as modalidades da presente invenção tenham sido descritas, as modalidades descritas acima são apenas exemplos para a realização da presente invenção. Consequentemente, a presente invenção não está limitada às modalidades descritas acima, e as modalidades descritas acima, quando realizadas, podem ser modificadas conforme adequado, sem se afastar do espírito dainvenção.
Claims (1)
1. Pino perfurador, caracterizado pelo fato de que compreende: um corpo de pino; e um revestimento pulverizado formado sobre uma superfície do corpo do pino, o revestimento pulverizado contendo uma liga à base de ferro e um óxido da liga à base de ferro, uma concentração de cromo determinada pela análise do revestimento pulverizado com uma análise de fluorescência de raios X de 3 a 20% em massa.
Fig.1 11b
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Z Up» QU> 11a Au, 12 CIA, Fig.2 21 20 n Dent, n e: —————= 2 OesPT 3AFE 3 a eterno | i Se Fr, distância de pulverização
Fig.3 Jr ASR ARNO + 90
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LIS
ZA Fig.4 cÕõÕÓÕÕ S
ÚÔÓ ff 13 Fig.5 E 14
EA a a. —=
Fig.6 Fig.7
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