BR112021011154A2

BR112021011154A2 - Método para fazer um trilho em t endurecido com base de alta resistência

Info

Publication number: BR112021011154A2
Application number: BR112021011154-9A
Authority: BR
Inventors: Raymond Uhrin; Zachary Royer; Jason McCullough; Richard L Perry; Bruce Stevenson
Original assignee: Arcelormittal
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2021-08-31
Also published as: ZA202103896B; EP3899068A1; KR102573456B1; US20220042128A1; CA3123335A1; KR20210102401A; CA3123335C; WO2020128589A1; CN113195754B; BR112021011154B1; CN113195754A; JP2022514099A; JP7366135B2; MX2021007289A

Abstract

método para fazer um trilho em t endurecido com base de alta resistência .um método para fazer um trilho em t endurecido com base de alta resistência e um trilho em t produzido pelo método. o método compreende as etapas de fornecer um trilho em t de aço de carbono, o referido trilho em t de aço fornecido a uma temperatura entre 700 e 800 ºc; e resfriar o referido trilho em t de aço a uma taxa de resfriamento em que a temperatura em ºc da superfície da base do referido trilho em t de aço é mantida em uma região entre: um gráfico de limite de taxa de resfriamento superior definido por uma linha superior conectando as coordenadas xy (0 s, 800 ºc), (80 s, 675 ºc), (110 s, 650 ºc) e (140 s, 663 ºc); e um gráfico de limite de taxa de resfriamento inferior definido por uma linha inferior conectando as coordenadas xy (0 s, 700 ºc), (80 s, 575 ºc), (110 s, 550 ºc) e (140 s, 535 ºc).

Description

“MÉTODO PARA FAZER UM TRILHO EM T ENDURECIDO COM BASE DE ALTA RESISTÊNCIA” CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a trilhos de aço e, mais particularmente, a trilhos em T. De forma específica, a presente invenção se refere a um trilho em T tendo uma base de alta resistência e um método de produção do mesmo.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Os trilhos em T endurecidos na cabeça foram desenvolvidos e utilizados em aplicações de serviço de carga e passageiros nos Estados Unidos e em todo o mundo. Esses trilhos forneceram propriedades mecânicas aprimoradas, como maior resistência ao escoamento e resistência à tração. Isso deu a essas cabeças de trilho em T resistência à fadiga e ao desgaste melhorada e, em última análise, proporcionou-lhes uma vida útil mais longa.

[003] Conforme as cargas aumentaram e os fixadores dos trilhos se tornaram mais rígidos, a base do trilho se tornou uma preocupação. A base agora deve suportar maior deformação plástica e os danos de fadiga que a acompanham. Atualmente não existe uma especificação padrão para toda a indústria para trilhos de aço com resistência/dureza de base aumentada.

Trilhos com bases “como laminados” estão sendo usados em todas as aplicações. Assim, existe uma verdadeira necessidade no estado da técnica de trilhos em T com bases tendo uma maior resistência/dureza do que está presentemente disponível convencionalmente.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[004] A presente invenção se refere a um método para fazer trilhos em T tendo bases com alta resistência/dureza e os trilhos em T produzidos pelo método. O método pode compreender as etapas de: fornecer um trilho em T de aço de carbono a uma temperatura entre cerca de 700 e 800 ºC; e resfriar o trilho em T de aço a uma taxa de resfriamento que, se plotada em um gráfico com coordenadas xy com o eixo x representando o tempo de resfriamento em segundos e o eixo y representando a temperatura em ºC da superfície da base do trilho em T de aço, é mantido em uma região entre: um gráfico de limite de taxa de resfriamento superior definido por uma linha superior conectando as coordenadas xy (0 s, 800 ºC), (80 s, 675 ºC), (110 s, 650 ºC) e (140 s, 663 ºC); e um gráfico de limite de taxa de resfriamento inferior definido por uma linha inferior conectando as coordenadas xy (0 s, 700 ºC), (80 s, 575 ºC), (110 s, 550 ºC) e (140 s, 535 ºC).

[005] O trilho em T de aço de carbono pode ter uma composição química padrão AREMA que compreende, em porcentagem de peso: Carbono: 0,74 - 0,86; Manganês: 0,75 - 1,25; Silício: 0,10 - 0,60; Cromo: 0,30 máximo; Vanádio: 0,01 máximo; Níquel: 0,25 máximo; Molibdênio: 0,60 máximo; Alumínio: 0,010 máximo; Enxofre: 0,020 máximo; Fósforo: 0,020 máximo; e o restante é predominantemente ferro.

[006] O trilho em T de aço de carbono pode, de forma alternativa, ter uma composição que compreende, em porcentagem em peso: Carbono: 0,84 - 1,00; Manganês: 0,40 - 1,25; Silício: 0,30 - 1,00; Cromo: 0,20 - 1,00; Vanádio: 0,04 - 0,35; Titânio: 0,01 - 0,035; Nitrogênio: 0,002 - 0,0150; e o restante sendo ferro e resíduos.

[007] O trilho em T de aço de carbono pode ainda ter uma composição que compreende, em porcentagem em peso: Carbono: 0,86 - 0,9; Manganês: 0,65 - 1,0; Silício: 0,5 - 0,6; Cromo: 0,2 - 0,3; Vanádio: 0,04 - 0,15; Titânio: 0,015 - 0,03; Nitrogênio: 0,005 - 0,015; e o restante sendo ferro e resíduos.

[008] O trilho em T pode ter uma parte de base com uma microestrutura totalmente perlítica. E pode ter uma dureza Brinell média de pelo menos 350 HB a uma profundidade de 9,5 mm da face inferior da base do trilho em T.

[009] A taxa de resfriamento de 0 segundo a 80 segundos pode ter uma média dentro de uma faixa entre cerca de 1,25 ºC/seg e 2,5 ºC/seg.

Além disso, a taxa de resfriamento de 80 segundos a 110 segundos pode ter uma média dentro de uma faixa entre cerca de 1 ºC/seg e 1,5 ºC/seg.

Finalmente, a taxa de resfriamento de 110 segundos a 140 segundos pode ter uma média dentro de uma faixa entre cerca de 0,1 ºC/seg e 0,5 ºC/seg.

[010] A etapa de fornecer um trilho em T de aço de carbono pode compreender ainda as etapas de: formar um fundido de aço a uma temperatura de cerca de 1600 ºC a cerca de 1650 ºC adicionando sequencialmente manganês, silício, carbono, cromo, seguido de titânio e vanádio em qualquer ordem ou em combinação para formar o fundido; desgaseificação a vácuo do fundido para remover ainda mais oxigênio, hidrogênio e outros gases potencialmente prejudiciais; moldando o fundido em blocos; aquecer os blocos fundidos a cerca de 1220 ºC; enrolar o bloco em um bloco “laminado” empregando uma pluralidade de passagens em uma laminadora de blocos; colocar os blocos laminados em uma fornalha de reaquecimento; reaquecimento dos blocos laminados a cerca de 1220 ºC para fornecer uma temperatura uniforme de laminação do trilho; descalcificar o bloco laminado; passar o bloco laminado sequencialmente através de uma laminadora de desbaste, uma laminadora de desbaste intermediária e uma laminadora de acabamento para criar um trilho de aço acabado, a laminadora de acabamento tendo uma temperatura de acabamento de saída de 1040 ºC; descalcificar o trilho de aço acabado acima de cerca de 900 ºC para obter um óxido secundário uniforme sobre o mesmo; e resfriar por ar o trilho acabado a cerca de 700 ºC - 800 ºC.

[011] A etapa de resfriamento do trilho de aço pode compreender o resfriamento do trilho com água por 140 segundos. A etapa de resfriamento do trilho de aço com água pode compreender o resfriamento do trilho de aço com jatos de pulverização de água. A água que compreende os jatos de pulverização de água pode ser mantida a uma temperatura entre 8 - 17 ºC. A etapa de resfriamento do trilho de aço com jatos de pulverização de água pode compreender o direcionamento dos jatos de água para o topo do trilho, os lados do trilho e a base do trilho. A etapa de resfriamento do trilho de aço com jatos de pulverização de água pode compreender passar o trilho de aço através de uma câmara de resfriamento que inclui os jatos de pulverização de água.

[012] A câmara de resfriamento pode compreender duas seções e a taxa de fluxo de água em cada seção pode ser variada dependendo da necessidade de resfriamento em cada uma das seções. A maior quantidade de água pode ser aplicada na primeira seção/ seção de entrada da câmara de resfriamento, criando uma taxa de resfriamento rápida o suficiente para suprimir a formação de cementita proeutetóide e iniciar o início da transformação da perlita abaixo de 700 ºC. A taxa de fluxo de água na primeira seção/ seção de entrada da câmara de resfriamento pode estar entre 15-40 m3/hr, e a taxa de fluxo de água na segunda seção/ última seção da câmara de resfriamento pode estar entre 5-30 m3/hr. A etapa de resfriamento do trilho de aço pode compreender ainda a etapa de resfriamento do trilho ao ar até a temperatura ambiente após a etapa de resfriamento do trilho com água por 140 segundos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[013] A Figura 1 é uma representação esquemática da seção de base de um trilho em T e mostra de forma específica as posições na base do trilho em T onde a dureza do mesmo é medida; A Figura 2 representa uma seção transversal de um trilho em T e os jatos de pulverização de água que são usados para resfriar o trilho em T; A Figura 3 representa as curvas de resfriamento de 8 trilhos da presente invenção; A Figura 4 representa a temperatura da cabeça do trilho em ºC versus o tempo desde a entrada na câmara de resfriamento para um único trilho e mostra as linhas pontilhadas que indicam os limites superior e inferior do envelope de resfriamento da invenção.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[014] A presente invenção envolve uma combinação de composição de aço e resfriamento de base acelerado para produzir trilhos em T com bases de alta resistência/dureza.

COMPOSIÇÕES DE TRILHOS ÚTEIS COM O PROCESSO DA INVENÇÃO TRILHOS DE AÇO AREMA

[015] Uma composição de aço para trilhos em T que são úteis no processo da invenção é o trilho de aço químico padrão AREMA. Esta composição padrão AREMA compreende (em % em peso): Carbono: 0,74 - 0,86; Manganês: 0,75 - 1,25; Silício: 0,10 - 0,60; Cromo: 0,30 máximo.

Vanádio: 0,01 máximo.

Níquel: 0,25 máximo.

Molibdênio: 0,60 máximo.

Alumínio: 0,010 máximo.

Enxofre: 0,020 máximo.

Fósforo: 0,020 máximo. e o restante sendo ferro e resíduos.

COMPOSIÇÃO ALTERNATIVA

[016] Uma segunda composição a partir da qual os trilhos em T da presente invenção podem ser formados é a seguinte composição em % em peso, com ferro sendo o restante substancial: Carbono 0,84 - 1,00 (de preferência 0,86 - 0,9) Manganês 0,40 - 1,25 (de preferência 0,65 - 1,0) Silício 0,30 - 1,00 (de preferência 0,5 - 0,6) Cromo 0,20 - 1,00 (de preferência 0,2 - 0,3) Vanádio 0,04 - 0,35 (de preferência 0,04 - 0,15) Titânio 0,01 - 0,035 (de preferência 0,015 - 0,03) Nitrogênio 0,002 - 0,0150 (de preferência 0,005 - 0,015) e o restante sendo ferro e resíduos.

[017] O carbono é essencial para obter propriedades ferroviárias de alta resistência. O carbono se combina com o ferro para formar carboneto de ferro (cementita). O carboneto de ferro contribui para alta dureza e confere alta resistência ao aço do trilho. Com alto teor de carbono (acima de cerca de 0,8% em peso de C, opcionalmente acima de 0,9% em peso), uma fração de volume maior de carboneto de ferro (cementita) continua a se formar acima do aço eutetóide (perlítico) convencional. Uma maneira de utilizar o maior teor de carbono no novo aço é por meio do resfriamento acelerado (endurecimento da base) e suprimindo a formação de redes de cementita proeutetóide prejudiciais nos limites de grão de austenita. Conforme discutido abaixo, o nível de carbono mais alto também evita a formação de ferrita macia na superfície do trilho por descarbonetação normal. Em outras palavras, o aço possui carbono suficiente para evitar que a superfície do aço se torne hipoeutetóide. Níveis de carbono maiores que 1% em peso podem criar redes de cementita indesejáveis.

[018] O manganês é um desoxidante do aço líquido e é adicionado para reter o enxofre na forma de sulfetos de manganês, evitando assim a formação de sulfetos de ferro, que são quebradiços e deletérios à ductilidade a quente. O manganês também contribui para a dureza e resistência da perlita ao retardar a nucleação da transformação da perlita, diminuindo assim a temperatura de transformação e diminuindo o espaçamento da perlita interlamelar. Altos níveis de manganês podem gerar segregação interna indesejável durante a solidificação e microestruturas que degradam as propriedades. Em formas de realização exemplares, o manganês é abaixado de um nível de composição de aço endurecido por cabeça convencional para mudar o “nariz” do diagrama de transformação de resfriamento contínuo (CCT) para tempos mais curtos, ou seja, a curva é deslocada para a esquerda. De forma geral, mais perlita e produtos de menor transformação (por exemplo, bainita) se formam perto do “nariz”. De acordo com formas de realização exemplares, a taxa de resfriamento inicial é acelerada para aproveitar esta mudança, as taxas de resfriamento são aceleradas para formar a perlita perto do nariz. Operar o processo de endurecimento da cabeça em taxas de resfriamento mais altas promove uma microestrutura perlítica mais fina (e mais dura). Com a composição da invenção, o endurecimento de base pode ser conduzido em taxas de resfriamento mais altas sem a ocorrência de instabilidade. Portanto, o manganês é mantido abaixo de 1% para diminuir a segregação e prevenir microestruturas indesejadas. O nível de manganês é de forma preferencial mantido acima de cerca de 0,40% em peso para amarrar o enxofre através da formação de sulfeto de manganês. Teores elevados de enxofre podem criar altos níveis de sulfeto de ferro e levar ao aumento da fragilidade.

[019] O silício é outro desoxidante do aço líquido e é um poderoso fortalecedor de solução sólida da fase de ferrita na perlita (o silício não se combina com a cementita). O silício também suprime a formação de redes contínuas de cementita proeutetóide nos contornos de grão da austenita anterior, alterando a atividade do carbono na austenita. O silício está de forma preferencial presente em um nível de pelo menos cerca de 0,3% em peso para evitar a formação de rede de cementita e em um nível não superior a 1,0% em peso para evitar fragilização durante a laminação a quente.

[020] O cromo fornece reforço de solução sólida nas fases de ferrita e cementita da perlita.

[021] O vanádio se combina com o excesso de carbono e nitrogênio para formar carboneto de vanádio (carbonitreto) durante a transformação para melhorar a dureza e fortalecer a fase de ferrita na perlita. O vanádio compete efetivamente com o ferro pelo carbono, evitando assim a formação de redes contínuas de cementita. O carboneto de vanádio refina o tamanho de grão austenítico e atua para quebrar as redes de cementita pró- eutetóide contínuas da formação nos limites de grão de austenita, particularmente na presença dos níveis de silício praticados pela presente invenção. Os níveis de vanádio abaixo de 0,04% em peso produzem precipitados de carboneto de vanádio insuficientes para suprimir as redes contínuas de cementita. Níveis acima de 0,35% em peso podem ser prejudiciais às propriedades de alongamento do aço.

[022] O titânio se combina com o nitrogênio para formar precipitados de nitreto de titânio que fixam os limites dos grãos de austenita durante o aquecimento e laminação do aço, evitando assim o crescimento excessivo dos grãos austeníticos. Este refinamento do grão é importante para restringir o crescimento do grão de austenita durante o aquecimento e laminação dos trilhos em temperaturas de acabamento acima de 900 ºC. O refinamento do grão oferece uma boa combinação de ductilidade e resistência.

Os níveis de titânio acima de 0,01% em peso são favoráveis ao alongamento por tração, produzindo valores de alongamento acima de 8%, como de 8 a 12%. Os níveis de titânio abaixo de 0,01% em peso podem reduzir a média de alongamento para abaixo de 8%. Níveis de titânio acima de 0,035% em peso podem produzir grandes partículas de TiN que são ineficazes para restringir o crescimento de grãos de austenita.

[023] O nitrogênio é importante para combinar com o titânio para formar precipitados de TiN. Uma quantidade natural de impurezas de nitrogênio está normalmente presente no processo de fusão da fornalha elétrica. Pode ser desejável adicionar nitrogênio adicional à composição para trazer o nível de nitrogênio para acima de 0,002% em peso, que é tipicamente um nível de nitrogênio suficiente para permitir que o nitrogênio se combine com o titânio para formar precipitados de nitreto de titânio. De forma geral, os níveis de nitrogênio superiores a 0,0150% em peso não são necessários.

[024] A segunda composição é hipereutetóide com uma fração de volume maior de cementita para dureza adicionada. O manganês é reduzido propositalmente para evitar a formação de produtos de menor transformação (bainita e martensita) quando os trilhos em T são soldados. O nível de silício é aumentado para fornecer maior dureza e para ajudar a suprimir a formação de redes de cementita proeutetóide nos limites de grão de austenita anteriores. O cromo ligeiramente mais alto é para maior dureza adicionada. A adição de titânio se combina com nitrogênio para formar partículas submicroscópicas de nitreto de titânio que precipitam na fase de austenita. Essas partículas de TiN fixam os limites do grão de austenita durante o ciclo de aquecimento para evitar o crescimento do grão, resultando em um tamanho de grão austenítico mais fino. A adição de vanádio se combina com carbono para formar partículas submicroscópicas de carboneto de vanádio que precipitam durante a transformação da perlita e resulta em um forte efeito de endurecimento. O vanádio junto com a adição de silício e resfriamento acelerado suprime a formação de redes de cementita proeutetóide.

[025] A Figura 1 é uma representação esquemática da seção de base de um trilho em T. A Figura mostra as posições na base do trilho em T onde a dureza (como usado aqui, o termo dureza significa dureza Brinell) da mesma é medida e relatada aqui. As posições F e H estão próximas às bordas da base, enquanto a posição G está no ponto central da base. Os testes são realizados em material que está a 9,5 mm de profundidade da superfície inferior da base.

[026] A dureza do ponto central médio (G) da base de trilhos em T não tratados, como laminados, feitos de aço químico padrão AREMA é de cerca de 320.

[027] A dureza nos pontos F, G e H e as médias para vários trilhos de aço de amostra que foram submetidos ao presente processo da invenção são mostradas na Tabela 1.

TABELA 1 Dureza Base Amostra F G (centro) H Média 1 360 379 358 366 2 363 375 363 367 3 375 387 357 373 4 361 381 362 368 5 358 372 354 361 6 364 375 365 368 MÉDIA 364 378 360 367

[028] A dureza média da base para os trilhos da invenção excede 350 (de preferência 360) para todos os pontos na base. A dureza do ponto central médio (G) dos trilhos da invenção excede 370, com alguns trilhos mesmo excedendo 380. Assim, a dureza base média dos trilhos da presente invenção excede a dureza do ponto central das ligas do estado da técnica em 40 pontos. Ainda melhor é uma comparação da dureza do ponto central médio dos trilhos do estado da técnica versus os trilhos da invenção, onde os trilhos da invenção são 50 pontos mais duros.

[029] Na produção dos trilhos de aço bruto, a fabricação de aço pode ser realizada em uma faixa de temperatura suficientemente alta para manter o aço em estado fundido. Por exemplo, a temperatura pode estar em uma faixa de cerca de 1600 ºC a cerca de 1650 ºC. Os elementos de liga podem ser adicionados ao aço fundido em qualquer ordem particular, embora seja desejável organizar a sequência de adição para proteger certos elementos, como titânio e vanádio, da oxidação. De acordo com uma forma de realização exemplar, o manganês é adicionado primeiro como ferromanganês para desoxidar o aço líquido. Em seguida, o silício é adicionado na forma de ferrossilício para desoxidar ainda mais o aço líquido. O carbono é então adicionado, seguido pelo cromo. Vanádio e titânio são adicionados na penúltima etapa e na etapa final, respectivamente. Depois que os elementos de liga são adicionados, o aço pode ser desgaseificado a vácuo para remover ainda mais o oxigênio e outros gases potencialmente prejudiciais, como o hidrogênio.

[030] Uma vez desgaseificado, o aço líquido pode ser fundido em blocos (por exemplo, 370 mm x 600 mm) em uma máquina de lingotamento contínuo de três fios. A velocidade de fundição pode ser definida, por exemplo, abaixo de 0,46 m/s. Durante a fundição, o aço líquido é protegido do oxigênio (ar) por uma cobertura que envolve tubos de cerâmica que se estendem do fundo da concha para o distribuidor (um recipiente que distribui o aço fundido nos três moldes abaixo) e o fundo do distribuidor em cada molde. O aço líquido pode ser agitado eletromagneticamente enquanto no molde de fundição para aumentar a homogeneização e, assim, minimizar a segregação da liga.

[031] Após a fundição, os blocos fundidos são aquecidos a cerca de 1220 ºC e laminados em um bloco “laminado” em uma pluralidade (por exemplo, 15) de passes em uma laminadora de blocos. Os blocos laminados são colocados “quentes” em uma fornalha de reaquecimento e reaquecidos a 1220 ºC para fornecer uma temperatura uniforme de laminação dos trilhos.

Após a descalcificação, o bloco laminado pode ser laminado em trilhos em várias (por exemplo, 10) passagens em uma laminadora de desbaste, uma laminadora de desbaste intermediária e uma laminadora de acabamento A temperatura de acabamento desejavelmente é de cerca de 1040 ºC. O trilho laminado pode ser descalcificado novamente acima de cerca de 900 ºC para obter óxido secundário uniforme no trilho antes do endurecimento da base. O trilho pode ser resfriado a ar até cerca de 700 ºC - 800 ºC.

[032] Embora seja preferido aplicar o processo de resfriamento da invenção a trilhos de aço recém-fabricados diretamente neste ponto, enquanto os trilhos ainda estão a cerca de 700 ºC - 800 ºC, os trilhos podem ser resfriados à temperatura ambiente e reaquecidos mais tarde para cerca de 700 ºC - 800 ºC de temperatura inicial para o processo da invenção.

PROCESSO DA INVENÇÃO

[033] Após a saída da última estande da laminadora de trilhos, os trilhos (ainda austeníticos) são encaminhados para a têmpera básica.

Começando com uma temperatura de superfície entre 700 ºC e 800 ºC, o trilho é passado por uma série de bicos de pulverização de água configurados como mostrado na Figura 2, que representa uma seção transversal de um trilho em T e os jatos de pulverização de água que são usados para resfriar o trilho em T.

[034] A partir da Figura 2, pode-se ver que a configuração do bocal de pulverização de água inclui um pulverizador de água superior (1), dois pulverizadores de água laterais (2) e um pulverizador de água inferior (3). Os bocais de pulverização são distribuídos longitudinalmente em uma câmara de resfriamento de 100 metros de comprimento e a câmara contém centenas de bocais de resfriamento. O trilho se move através da câmara de pulverização a uma velocidade de 0,5-1,0 metros/segundo. Para consistência da propriedade, a temperatura da água é controlada entre 8-17 ºC.

[035] A taxa de fluxo de água é controlada em duas seções independentes da câmara de resfriamento; cada seção tendo 50 metros de comprimento. Por exemplo, no processamento do perfil 115E (115 lb/jarda, ou seja, 57,05 kg/m), as taxas de fluxo de água de pulverização de base são ajustadas para cada seção de 50 metros para atingir a taxa de resfriamento adequada para atingir uma microestrutura perlítica fina na base do trilho em T.

A Figura 3 representa as curvas de resfriamento de 8 trilhos da presente invenção conforme eles passam consecutivamente através das seções da câmara. De forma específica, a Figura 3 representa a temperatura da base do trilho em ºC versus o tempo desde a entrada na primeira seção da câmara.

[036] Uma parte importante da invenção é controlar a taxa de resfriamento nas duas seções independentes da câmara de resfriamento. Isso é realizado pelo controle preciso do fluxo de água em cada uma das duas seções; particularmente o fluxo total para o bocal de base em cada seção. Para os 8 trilhos da presente invenção discutidos acima em relação à Figura 3, a taxa de fluxo de água para os bocais de base na primeira seção de 50 metros foi de 15-40 m3/hr e 5-30 m3/hr na 2ª seção. Depois que o trilho sai da última seção, ele é resfriado por ar até a temperatura ambiente. Esta partição do fluxo de água influencia o nível de dureza e a profundidade de dureza na base do trilho. A curva de resfriamento do primeiro dos 8 trilhos na Figura 3 é traçada na Figura 4 para mostrar o resultado da partição da água. De forma específica, a Figura 4 representa a temperatura da cabeça do trilho em ºC versus o tempo desde a entrada na primeira seção da câmara para um único trilho. As linhas pontilhadas indicam os limites superior e inferior do envelope de resfriamento da invenção.

[037] A maior quantidade de água é aplicada na 1ª seção, o que cria uma taxa de resfriamento rápida o suficiente para suprimir a formação de cementita proeutetóide e iniciar o início da transformação da perlita abaixo de 700 ºC (entre 600-700 ºC). Quanto mais baixa for a temperatura inicial da transformação da perlita, mais fino será o espaçamento interlamelar da perlita e maior será a dureza do trilho. Uma vez que a base do trilho em T comece a se transformar em perlita, o calor é liberado pela transformação da perlita - chamada de calor de transformação - e o processo de resfriamento diminui drasticamente, a menos que a quantidade adequada de água seja aplicada. Na verdade, a temperatura da superfície pode ficar mais quente do que antes: isso é conhecido como recalescência. É necessário um alto nível de fluxo de água controlado para retirar esse excesso de calor e permitir que a transformação da perlita continue a ocorrer abaixo de 700 ºC. Os fluxos de água na 2ª seção continuam a extrair calor da superfície do trilho. Este resfriamento adicional é necessário para obter uma boa profundidade de dureza.

[038] Como afirmado acima, as linhas pontilhadas na Figura 5 mostram o envelope de resfriamento da invenção e os três regimes de resfriamento da presente invenção. O primeiro regime de resfriamento do envelope de resfriamento vai de 0 a 80 segundos na câmara de resfriamento.

Neste regime do envelope de resfriamento, a curva de resfriamento é delimitada por uma linha de limite de resfriamento superior e uma linha de limite de resfriamento inferior (linhas pontilhadas na Figura 4). A linha de resfriamento superior se estende do tempo t = 0 s a uma temperatura de cerca de 800 ºC a t = 80 s e a uma temperatura de cerca de 675 ºC. A linha de resfriamento inferior se estende do tempo t = 0 s a uma temperatura de cerca de 700 ºC a t = 80 s e a uma temperatura de cerca de 575 ºC.

[039] O segundo regime de resfriamento do envelope de resfriamento se estende de 80 a 110 segundos na câmara de resfriamento.

Neste regime do envelope de resfriamento, a curva de resfriamento é novamente delimitada por uma linha de limite de resfriamento superior e uma linha de limite de resfriamento inferior (linhas pontilhadas na Figura 4). A linha de resfriamento superior se estende do tempo t = 80 s a uma temperatura de cerca de 675 ºC a t = 110 s e a uma temperatura de cerca de 650 ºC. A linha de resfriamento inferior se estende do tempo t = 80 segundos a uma temperatura de cerca de 575 ºC até t = 110 segundos e a uma temperatura de cerca de 550 ºC.

[040] O terceiro regime de resfriamento do envelope de resfriamento se estende de 110 a 140 segundos na câmara de resfriamento.

Neste regime do envelope de resfriamento, a curva de resfriamento é novamente delimitada por uma linha de limite de resfriamento superior e uma linha de limite de resfriamento inferior (linhas pontilhadas na Figura 4). A linha de resfriamento superior se estende do tempo t = 110 s a uma temperatura de cerca de 650 ºC a t = 140 s e a uma temperatura de cerca de 635 ºC. A linha de resfriamento inferior se estende do tempo t = 110 s a uma temperatura de cerca de 550 ºC a t = 140 s e a uma temperatura de cerca de 535 ºC.

[041] Dentro dos três regimes de resfriamento do envelope de resfriamento, a taxa de resfriamento está em três estágios. No estágio 1, que abrange os primeiros 80 segundos na câmara de resfriamento, a taxa de resfriamento está entre cerca de 1,25 ºC/seg e 2,5 ºC/seg. Até uma temperatura entre cerca de 525 ºC e 675 ºC. O estágio 2 abrange de 80 segundos a 110 segundos em que a taxa de resfriamento está entre 1 ºC/seg e 1,5 ºC/seg. Até uma temperatura entre cerca de 550 ºC e 650 ºC. O estágio 3 abrange de 110 segundos a 140 segundos, nos quais a taxa de resfriamento está entre 0,1 ºC/seg e 0,5 ºC/seg. Até uma temperatura entre cerca de 535 ºC e 635 ºC. Depois disso, os trilhos são resfriados a ar até a temperatura ambiente.

[042] Salvo indicação em contrário, todas as porcentagens aqui mencionadas são em peso.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. MÉTODO PARA FAZER UM TRILHO EM T ENDURECIDO COM BASE DE ALTA RESISTÊNCIA, caracterizado por compreender as etapas de: - fornecer um trilho em T de aço de carbono, o trilho em T de aço fornecido a uma temperatura entre 700 e 800 ºC; - resfriar o trilho em T de aço a uma taxa de resfriamento que, se plotada em um gráfico com coordenadas xy com o eixo x representando o tempo de resfriamento em segundos e o eixo y representando a temperatura em ºC da superfície da base do trilho em T de aço, é mantido em uma região entre: um gráfico de limite de taxa de resfriamento superior definido por uma linha superior conectando as coordenadas xy (0 s, 800 ºC), (80 s, 675 ºC), (110 s, 650 ºC) e (140 s, 663 ºC); e um gráfico de limite de taxa de resfriamento inferior definido por uma linha inferior conectando as coordenadas xy (0 s, 700 ºC), (80 s, 575 ºC), (110 s, 550 ºC) e (140 s, 535 ºC).

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo trilho em T de aço de carbono ter uma composição que compreende, em porcentagem em peso: Carbono: 0,74 a 0,86; Manganês: 0,75 a 1,25; Silício: 0,10 a 0,60; Cromo: 0,30 máximo; Vanádio: 0,01 máximo; Níquel: 0,25 máximo; Molibdênio: 0,60 máximo; Alumínio: 0,010 máximo; Enxofre: 0,020 máximo; Fósforo: 0,020 máximo; e o restante sendo ferro e resíduos.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo trilho em T de aço de carbono ter uma composição que compreende, em porcentagem em peso: Carbono: 0,84 a 1,00; Manganês: 0,40 a 1,25; Silício: 0,30 a 1,00; Cromo: 0,20 a 1,00; Vanádio: 0,04 a 0,35; Titânio: 0,01 a 0,035; Nitrogênio:

0,002 a 0,0150; e o restante sendo ferro e resíduos.

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo trilho em T de aço de carbono ter uma composição que compreende, em porcentagem em peso: Carbono: 0,86 a 0,9; Manganês: 0,65 a 1,0; Silício: 0,5 a 0,6; Cromo: 0,2 a 0,3; Vanádio: 0,04 a 0,15; Titânio: 0,015 a 0,03; Nitrogênio: 0,005 a 0,015; e o restante sendo ferro e resíduos.

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo trilho em T ter uma porção de base que tem uma microestrutura totalmente perlítica.

6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo trilho em T ter uma porção de base que tem uma microestrutura totalmente perlítica.

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo trilho em T ter uma porção de cabeça que tem uma microestrutura totalmente perlítica.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela base do trilho em T ter uma dureza Brinell média de pelo menos 350 HB a uma profundidade de 9,5 mm da face inferior da base de trilho em T.

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela taxa de resfriamento de 0 segundo a 80 segundos traçada no gráfico ter uma média dentro de uma faixa entre 1,25 ºC/seg e 2,5 ºC/seg, a taxa de resfriamento de 80 segundos a 110 segundos traçada no gráfico ter uma média dentro de uma faixa entre 1 ºC/seg e 1,5 ºC/seg; e a taxa de resfriamento de 110 segundos a 140 segundos traçada no gráfico ter uma média dentro de uma faixa entre 0,1 ºC/seg e 0,5 ºC/seg.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela etapa de fornecer um trilho em T de aço de carbono compreender as etapas de: - formar um fundido de aço a uma temperatura de 1600 ºC a 1650 ºC adicionando sequencialmente manganês, silício, carbono, cromo, seguido de titânio e vanádio em qualquer ordem ou em combinação para formar o fundido; - desgaseificação a vácuo do fundido para remover ainda mais oxigênio, hidrogênio e outros gases potencialmente prejudiciais; - moldar o fundido em blocos; - aquecer os blocos fundidos a 1220 ºC; - enrolar o bloco em um bloco laminado empregando uma pluralidade de passagens em uma laminadora de blocos; - colocar os blocos laminados em uma fornalha de reaquecimento; - reaquecer os blocos laminados a 1220 ºC para fornecer uma temperatura uniforme de laminação do trilho; descalcificar o bloco laminado; - passar o bloco laminado sequencialmente através de uma laminadora de desbaste, uma laminadora de desbaste intermediária e uma laminadora de acabamento para criar um trilho de aço acabado, a laminadora de acabamento tendo uma temperatura de acabamento de saída de 1040 ºC; - descalcificar o trilho de aço acabado acima de 900 ºC para obter um óxido secundário uniforme no trilho de aço; e - resfriar por ar o trilho acabado a 700 ºC a 800 ºC.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela etapa de resfriamento do trilho de aço compreender o resfriamento do trilho com água por 140 segundos.

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pela etapa de resfriamento do trilho de aço com água compreender o resfriamento do trilho de aço com jatos de pulverização de água.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pela água, que compreende os jatos de pulverização de água, ser mantida a uma temperatura entre 8 e 17 ºC.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pela etapa de resfriamento do trilho de aço com jatos de pulverização de água compreender direcionar os jatos de pulverização de água no topo da cabeça do trilho, nas laterais da cabeça do trilho e na base do trilho.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pela etapa de resfriamento do trilho de aço com jatos de pulverização de água compreender passar o trilho de aço através de uma câmara de resfriamento que inclui os jatos de pulverização de água.

16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pela câmara de resfriamento compreender duas seções e a taxa de fluxo de água em cada seção é variada dependendo da necessidade de resfriamento em cada uma das seções.

17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pela maior quantidade de água ser aplicada na primeira seção/ seção de entrada da câmara de resfriamento, criando uma taxa de resfriamento rápida o suficiente para suprimir a formação de cementita proeutetóide e iniciar o início da transformação da perlita abaixo de 700 ºC.

18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pela taxa de fluxo de água na primeira seção/ seção de entrada da câmara de resfriamento estar entre 15 e 40 m3/hr, e a taxa de fluxo de água na segunda seção/ última seção da câmara de resfriamento está entre 5 e 30 m3/hr.

19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pela etapa de resfriamento do trilho de aço compreender ainda a etapa de resfriamento do trilho ao ar até a temperatura ambiente após a etapa de resfriamento do trilho com água por 140 segundos.