BRPI0407621B1 - Método para processamento de um produto de aço, método para produção de um produto de aço, produto de aço produzido e chapa, tira ou barra de aço produzida por lingotamento contínuo - Google Patents

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO

PARA PROCESSAMENTO DE UM PRODUTO DE AÇO, MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE UM PRODUTO DE AÇO, PRODUTO DE AÇO PRODUZI- DO E CHAPA, TIRA OU BARRA DE AÇO PRODUZIDA POR LINGOTA- MENTO CONTÍNUO". A presente invenção refere-se a um método para processamento de um produto de aço, no qual o produto de aço é passado entre um jogo de cilindros rotativos de uma cadeira de um laminador. Esta cadeira de lamina- dor pode ser parte de um equipamento de laminação consistindo em uma ou mais cadeiras de laminação. A laminação é uma operação bastante aceitável para transmitir as dimensões e propriedades desejadas ao metal em geral e ao aço em par- ticular. Além da obtenção da geometria final desejada do produto de aço, a laminação também resulta em uma melhoria para a estrutura como resultado dos processos metalúrgicos que ocorrem durante e após a laminação.

Entretanto, a laminação convencional, que para muitos produtos é geralmente considerada como sendo um processo plano de deformação por compressão, resulta em uma mudança considerável na espessura, que em alguns casos é indesejável ou impossível. Por exemplo, na construção pesada é necessário ter-se chapas de aço com uma espessura de 60 a 150 mm para, inter alia, a produção de plataformas off-shore ou pontes. Uma vez que as placas de aço lingotadas atualmente têm uma espessura máxima de menos de 400 mm, a mudança na espessura provocada pela laminação até 150 mm atingiría apenas aproximadamente 60%. Cada passe através de uma cadeira de um laminador convencional resulta geralmente em uma mu- dança na espessura de 10 a 30%. O lingotamento de placas resulta algumas vezes na formação de porosidade na placa, uma característica que é inerente ao processo de lingo- tamento. Essa porosidade é fechada pela tensão aplicada como resultado das placas serem laminadas um número suficiente de vezes. Entretanto, se for necessário formar uma chapa com uma espessura muito grande, a lami- nação apenas fecha os poros nas camadas mais externas da placa, e não aquelas no núcleo do material. Entretanto, os poros no núcleo do material são altamente desvantajosos para as propriedades mecânicas do material, em particular para as propriedades de dureza da chapa. Também o refina- mento dos grãos ocorre apenas nas camadas mais externas da chapa. Para fechar os poros pela aplicação de tensão e atingir o refinamento dos grãos até no núcleo da chapa, o grau de laminação através da placa grossa tem portanto de ser alto, enquanto que a combinação da espessura de partida da placa e a espessura final do produto de aço frequentemente não permite uma grande redução de espessura. É possível introduzir-se uma grande tensão equivalente em um produto sem impor uma grande redução de espessura sob condições de la- boratório usando-se pequenas amostras com o método de Extrusão Angular de Canal Igual (ECAE) no qual tensões cisalhantes extremas são aplicadas sem mudar as dimensões do espécime. No processo ECAE uma barra é extrudada de um molde com dois canais de seções transversais iguais que se encontram em um ângulo. Sob circunstâncias ideais a barra é aparada no plano de interseção dos canais de uma quantidade determinada pelo ângulo entre os dois canais. Uma vez que a seção transversal não muda durante o processo, ela pode ser repetida acumulando, portanto a tensão. Entretanto essa técnica de laboratório não pode ser usada para produção industrial de produtos de aço devido às forças de processo muito altas necessárias, e a impossibilidade de aumentar a escala desse processo para produtos planos de dimensões convencionais. É um objetivo da invenção fornecer um método para introduzir-se uma grande tensão equivalente no produto de aço sem impor uma redução equivalente na espessura do produto. É também um objetivo da invenção fornecer um método para processamento de um produto de aço que permita que as propriedades do produto produzido sejam assim melhoradas.

Ainda um outro objetivo da invenção é fornecer um método para processar um produto de aço que resulte no refinamento de grãos no produ- to que é assim produzido.

Ainda outro objetivo da invenção é fornecer um método para processar um aço lingotado continuamente por meio do qual as proprieda- des da placa ou tira são melhoradas. É ainda outro objetivo da invenção fornecer um método para processar uma placa ou tira de aço lingotado continuamente com o qual é possível fechar-se os poros no material lingotado. É também um objetivo da invenção fornecer um produto de aço com propriedades mecânicas melhoradas que é produzido com a ajuda des- se método.

No contexto dessa invenção, o aço deve ser considerado como compreendendo todas as ligas ferrosas, por exemplo aços de carbono ultra- baixo, aços de baixo carbono, aços de médio e alto carbono, aços elétricos, e aços inoxidáveis. Um produto de aço no contexto dessa invenção compre- ende lingotes, placas, blocos, barras, varas, tiras e seções perfiladas.

Um ou mais desses objetivos são alcançados por um método pa- ra processamento de um produto de aço lingotado continuamente, no qual o aço é passado entre um jogo de cilindros rotativos de uma cadeira de lami- nação de forma a laminar o produto de aço, onde os cilindros da cadeira de laminação têm diferentes velocidades periféricas de forma que um cilindro é um cilindro móvel mais rápido e o outro cilindro é um cilindro móvel mais len- to, onde a velocidade periférica do cilindro móvel mais rápido é pelo menos 5% e no máximo 100% maior que aquela do cilindro móvel mais lento, onde a espessura do produto de aço é reduzida por no máximo 15% em cada passe, e onde a laminação ocorre a uma temperatura máxima de 1350°C.

Como resultado dos cilindros serem fornecidos com uma veloci- dade periférica diferente, o cisalhamento ocorre no produto de aço e foi des- coberto que ele ocorre através de toda a espessura do produto. Foi desco- berto que isso requer uma diferença de velocidade de pelo menos 5%. O cisalhamento leva os poros do material lingotado continuamente a serem fechados até uma extensão considerável. Isto não requer uma mudança muito grande na espessura, mas ao invés uma mudança na espessura de no máximo 15% pode ser suficiente. Preferivelmente essa redução de espessu- ra é no máximo de 8% e mais preferivelmente no máximo 5%. Isto é particu- larmente vantajoso no processamento daqueles produtos de aço onde as dimensões do produto de aço no início do processo não permite uma redu- ção significativa na direção da espessura, porque a espessura é substanci- almente retida.

Em adição é importante que a laminação conforme a invenção pode resultar em um refinamento de grão que ocorre através de toda a es- pessura do material laminado, que é vantajoso para as propriedades mecâ- nicas da placa ou da tira. Inter alia, a resistência do material aumenta. Os efeitos benéficos dos tamanhos menores de grão são conhecidos comumen- te. A laminação é preferivelmente executada a uma temperatura e- levada. Entretanto, a temperatura máxima é limitada a 1350°C porque a for- mação de óxidos de baixa fusão na superfície do produto de aço a ser pro- duzida tem de ser evitada. A temperatura elevada faz a laminação correr mais facilmente. É também esperado que o processamento conforme a invenção resultará em uma folha laminada com menos dispersão lateral. A velocidade periférica do cilindro que se move mais rapidamen- te é preferivelmente no máximo 50% maior e mais preferivelmente no máxi- mo 20% maior que a do cilindro que de move mais lentamente. Se houver uma grande diferença na velocidade, há um risco considerável de desliza- mento entre os cilindros e o produto de aço, o que resultaria em um cisalha- mento irregular.

De acordo com uma configuração vantajosa, o laminador é proje- tado de forma que os cilindros tenham diâmetros diferentes. Isto torna possí- vel obter a diferença desejada na velocidade periférica.

De acordo com outra configuração vantajosa, os cilindros têm uma velocidade de rotação diferente. Isto também torna possível obter-se a diferença desejada na velocidade de rotação. É também possível que essas duas últimas medições sejam combinadas, isto é, cilindros com diferentes diâmetros e diferentes velocida- des de rotação de forma a se obter a desejada diferença na velocidade peri- férica dos cilindros.

Conforme uma configuração vantajosa do método, o produto de aço é introduzido entre os cilindros a um ângulo de entre 5 e 45° em relação à perpendicular ao plano através dos eixos centrais dos cilindros. Introduzir o produto de aço entre os cilindros a um determinado ângulo torna mais fácil para os cilindros agarrarem o produto de aço, com o resultado de que a mu- dança na espessura pode ser mantida tão baixa quanto possível. Experiên- cias mostraram também que após a laminação o produto de aço tem uma retidão melhorada se ele for introduzido a um certo ângulo entre os cilindros. O produto de aço é preferivelmente alimentado a um ângulo de entre 10 e 25°, e mais preferivelmente a um ângulo de entre 15 e 25°, uma vez que com tal ângulo o produto de aço sai do laminador com um bom nível de reti- dão. Deve ser notado que esse último efeito é também dependente da redu- ção no tamanho do produto de aço, do tipo de produto de aço e da liga e da temperatura.

Para esse propósito, após a laminação ter sido executada pela primeira vez, a operação de processamento é preferivelmente repetida uma ou mais vezes. Por exemplo, um refinamento de grão suficientemente bom é obtido usando-se a operação de processamento conforme a invenção por três vezes. Entretanto, o número de vezes que a operação de processamen- to tem que ser executada depende da espessura do produto de aço, da dife- rença na velocidade periférica dos cilindros e do refinamento de grão dese- jado É desejável que o produto de aço seja introduzido entre os cilindros a um ângulo de entre 5 e 45°, preferivelmente entre 10 e 25° e mais preferi- velmente entre 15 e 25° durante cada operação de processamento.

Se a operação de processamento conforme a invenção é repeti- da vários vezes, de acordo com uma modalidade vantajosa o produto de aço pode ser passado através da cadeira de cilindros de laminação em direções opostas para cada passe. O produto de aço muda então de direção após cada operação de laminação e é sempre passado através da mesma cadeira de laminação. Nesse caso, os cilindros têm que rodar em direções opostas para cada passe. Nesse caso também, é desejável que o produto de aço em cada caso seja introduzido a um certo ângulo entre os cilindros.

De acordo com outra modalidade vantajosa, o produto de aço é passado com sucesso entre duas ou mais cadeiras de laminação. Esse mé- todo é adequado principal mente para material em tiras, que dessa forma pode submeter-se à operação de processamento desejada muito rapidamen- te.

De acordo com uma modalidade preferida da invenção a lamina- ção é executada em um produto de aço do qual pelo menos uma camada superficial tem uma estrutura substancialmente austenítica, e preferivelmen- te em um produto de aço tendo uma estrutura substancialmente austenítica por todo ele. Temperaturas mínimas típicas variam de 900°C para um aço de carbono ultrabaixo até 800-870°C para um aço de baixo carbono(depen- dendo da composição química, naturalmente) até cerca de 723°C para um aço com 0,8% de C. Em todos os casos a temperatura máxima é de 1350°C.

No caso de laminação de um aço inoxidável austenítico, a laminação sempre ocorre em uma estrutura austenítica.

De acordo com uma segunda modalidade preferida, a laminação é executada em um produto de aço do qual pelo menos uma camada super- ficial tem uma estrutura austenítica-ferrítica de duas fases, e preferivelmente em um produto de aço tendo uma estrutura austenítica-ferrítica de duas fa- ses por todo ele. As temperaturas típicas para um aço de baixo carbono va- riam de 723°C terminando em 800-870°C. A faixa de temperaturas diminui com o aumento do teor de carbono para reduzir até um ponto eutectóide de cerca de 723°C para um aço com 0,8% de C.

De acordo com uma terceira modalidade preferida, a laminação é executada em um produto de aço do qual pelo menos uma camada super- ficial tem uma estrutura substancialmente ferrítica, e preferivelmente em um produto de aço tendo uma estrutura ferrítica por todo ele. Para um aço de baixo teor de carbono com um teor de carbono maior que 0,02% a tempera- tura máxima é de cerca de 723°C, enquanto que para aços com menores teores de carbono tais como aços de carbono ultrabaixo a temperatura má- xima é de cerca de 850°C. Deve ser notado aqui que esses limites de tem- peratura para a região ferrítica, ferrítica-austenítica e austenítica depende da composição do aço e da história termomecânica do aço. A transformação de fase não é instantânea uma vez que uma temperatura crítica seja excedida e portanto um aço em transformação pode ter uma camada superficial de uma fase diferente se comparada com a camada central do produto de aço.

De acordo com uma outra modalidade vantajosa da invenção, a laminação é executada a temperaturas entre 0°C e 720°C. Isto compreende não apenas a laminação a frio do produto de aço ferrítico, mas também a laminação vantajosa do aço com uma estrutura martensítica ou com uma estrutura de aço inoxidável austenítica. É possível para o método ser precedido ou seguido de uma ope- ração de laminação que é executada usando-se um laminador no qual os cilindros tem velocidades periféricas substancialmente idênticas. Dessa for- ma, como exemplo, uma espessura ou lisura precisamente desejada pode ser transmitida ao produto.

De acordo com outra modalidade vantajosa, um produto de aço é produzido de acordo com um método compreendendo as etapas de: oo lingotamento contínuo de um cabo de aço; oo opcionalmente aquecimento e/ou homogeneização da tempe- ratura do cabo de aço entre uma máquina de lingotamento e um equipamen- to de laminação; oo opcionalmente laminação do produto de aço em uma ou mais cadeiras de laminação do equipamento de laminação com cilindros tendo velocidades periféricas substancialmente idênticas; oo opcionalmente resfriamento acelerado após a última etapa de laminação; oo opcionalmente cortar o produto de aço em placas ou bobinas antes ou após a laminação; oo opcionalmente bobinar o produto de aço; oo resfriar o produto de aço. O método mais comumente usado para produzir placas de aço é pelo lingotamento contínuo de um cabo de aço e cortá-lo em placas de aço com uma espessura de entre 200 e 400 mm. Após o lingotamento, essas placas são geralmente deixadas resfriar até a temperatura ambiente antes de serem introduzidas nos fornos de um laminador a quente. Em alguns ca- sos as placas podem ser introduzidas no forno enquanto estão ainda mornas ou quentes do lingotamento (respectivamente chamadas de "carga quente" ou "carga direta") A espessura do cabo lingotado continuamente está preferivel- mente abaixo de 150 mm, mais preferivelmente abaixo de 100 mm, e ainda mais preferivelmente abaixo de 80 mm para lingotamento de placas finas. O cabo lingotado pode ser cortado após o lingotamento por meio de um dispositivo de corte. As placas assim obtidas podem ser armazenadas para processamento posterior e deixadas resfriarem ou elas podem ser pro- cessadas imediatamente. No primeiro caso, as placas podem necessitar um aquecimento antes da laminação, no segundo caso as placas podem neces- sitar serem homogeneizadas na temperatura. Após terminar a laminação o produto laminado pode ser resfriado usando-se resfriamento acelerado e opcionalmente bobinado. Após a etapa final de processamento o produto de aço resfria-se ou é resfriado até a temperatura ambiente. No caso do cabo não ser cortado em placas, mas processado imediatamente por laminação contínua, sem-fim ou semi sem-fim, o produto laminado será cortado em uma etapa posterior do processo de laminação, por exemplo, antes do bobi- namento opcional. Será óbvio que a laminação conforme a invenção pode ocorrer em qualquer ponto entre a etapa de lingotamento e a etapa de resfri- amento final, ou até mesmo depois.

Antes do bobinamento o produto de aço pode ser submetido ao resfriamento acelerado. Após a etapa de processamento final, o produto de aço resfria-se ou é resfriado até a temperatura ambiente.

De acordo com outra configuração da invenção, a espessura do cabo lingotado continuamente está preferivelmente abaixo de 20 mm, mais preferivelmente abaixo de 10 mm e ainda mais preferivelmente abaixo de 5 mm. O cabo lingotado tendo uma microestrutura lingotada pode ser cortado por meio de um equipamento de corte. As placas assim obtidas po- dem ser armazenadas para processamento posterior e deixadas resfriarem ou elas podem ser processadas imediatamente. No primeiro caso as placas podem necessitar de reaquecimento antes da laminação ou elas podem ser usadas como produto final. No segundo caso as placas podem necessitar serem homogeneizadas na temperatura. Uma desvantagem dos produtos de aço lingotados em tiras é que o produto final ainda tem grandemente a mi- croestrutura lingotada, uma vez que a tira quase não foi laminada. Conse- quentemente, as propriedades mecânicas dos produtos finais são relativa- mente insatisfatórias, e consequentemente o uso dos produtos finais é limi- tado e não atingem os padrões dos produtos obtidos através das placas grossas convencionais ou mesmo das placas finas mais recentes. Durante o processo de laminação conforme a invenção a microestrutura é transforma- da de uma estrutura de lingotamento em uma microestrutura moldada sem redução substancial na espessura melhorando portanto significativamente as propriedades finais do produto de aço. Após a laminação de acabamento o produto laminado pode ser resfriado usando-se resfriamento acelerado, e opcionalmente bobinado. Após a etapa de processamento final o produto de aço resfria-se ou é resfriado até a temperatura ambiente. No caso do cabo lingotado não ser cortado em placas, mas ser processado imediatamente por laminação contínua, sem-fim ou semi sem-fim, o produto laminado será cor- tado em uma etapa posterior do processo de laminação, por exemplo, antes do bobinamento opcional. Após a laminação de acabamento o produto lami- nado pode ser resfriado usando-se resfriamento acelerado. Após a etapa de processamento final o produto de aço resfria-se ou é resfriado até a tempe- ratura ambiente. Novamente será óbvio que a laminação conforme a inven- ção poderá ocorrer em qualquer ponto entre a etapa de lingotamento e a etapa de resfriamento final, ou até mesmo depois.

Uma outra vantagem é obtida se o produto de aço a ser proces- sado conforme as duas configurações prévias for um aço inoxidável.

No contexto desta invenção, o aço inoxidável compreende tanto aços dúplices ferríticos e austenítico-ferríticos quanto aços inoxidáveis aus- teníticos. Esses aços são comumente aplicados em aplicações onde a resis- tência à corrosão dos aços não-ligados ou de baixa liga for inadequada. A combinação de resistência à corrosão, alta resistência e boa ductilidade ge- ralmente associada com os aços inoxidáveis dúplices resulta em aplicações onde a conformabilidade dos aços inoxidáveis ferríticos e austeníticos é ina- dequada. Exemplos típicos de aços inoxidáveis ferríticos conforme a EN 10088 (1995) são X2CrNi12 -1,4003 (410) X6Cr14 -1,4016 (430), e de aços inoxidáveis austeníticos são X5CrNiMo17-12-2 1,4401 (316) X5CrNi 18-10 - 1,4301 (304). Esses aços são tipicamente usados como aços inoxidáveis de uso geral em chapas, tiras, semi-, barras, varas e aplicados como aços de construção para edifícios, oleodutos, utensílios de cozinha, componentes de bombas e válvulas, etc. A espessura da placa ou tira é preferivelmente reduzida de no máximo 15% para cada passe, e preferivelmente de no máximo 8% e mais preferivelmente de no máximo 5% para cada passe. Uma vez que o corte e posteriormente o refinamento do grão são ocasionados pela diferença na velocidade periférica entre os cilindros, a redução na espessura do material não é necessária para se obter um refinamento de grão. A redução na es- pessura é necessária principal mente de forma a permitir aos cilindros agar- rarem o material. Isto apenas requer uma leve mudança na espessura, o que é vantajoso no caso de placas finas lingotadas continuamente, material lin- gotado em tiras e material em tiras. Quanto menor a redução, mais grossa a placa ou tira permanece após cada passe. Como resultado, as aplicações possíveis de materiais de placas e tiras de lingotamento contínuo aumentam.

Com a ajuda do método conforme a invenção, melhores propriedades me- cânicas podem ser transmitidas ao produto de aço, sem a necessidade de uma redução substancial na espessura. Uma vez que o método conforme a invenção pode ser usado para transmitir melhores propriedades para um produto de aço já relativamente fino, deve-se esperar que materiais de cha- pas e tiras mais espessas lingotadas continuamente, agora com melhores propriedades mecânicas, também encontrarão aplicações industriais.

Na produção de tiras de aço de alta resistência microligadas com um ou mais dos elementos Nb, V, Ti ou B (esses graus de aço são geral- mente chamados de aços HSLA (alta resistência - baixa liga)), em um lami- nador a quente conforme os princípios bastante conhecidos da laminação termomecânica, é um problema produzir-se tiras com uma maior espessura.

As placas lingotadas continuamente que são usadas para iniciar-se o pro- cesso de laminação o qual tem geralmente uma espessura fixada de entre 200 e 350 mm, por exemplo, 225 mm. Os laminadores são também geral- mente divididos em uma seção de desbaste onde a placa é laminada em um número de passes, por exemplo 5 passes, até uma espessura escolhida de, por exemplo, 36 mm. Essa chamada espessura da barra de transferência é geralmente uma espessura fixa dentro de um dado laminador a quente e os desvios desse valor fixado são mínimos. Desvios desse valor pelo aumento do seu valor geralmente resultam em forças ou torques de laminação no la- minador de acabamento que excede os limites operacionais, causando por- tanto riscos para o laminador ou resultando em mudanças inaceitáveis na forma e no perfil do produto. Diminuindo-se a espessura da barra de transfe- rência geralmente resulta em forças ou torques no laminador de desbaste que excedem os limites operacionais. Entretanto, o valor fixado da barra de transferência também provoca problemas porque resulta em diferentes valo- res da redução para uma tira espessa de por exemplo 18 mm e uma tira fina de por exemplo 4 mm. No primeiro caso, a redução total no laminador de acabamento é de 50%, no segundo caso é de 89%. Isto tem grandes reper- cussões no desenvolvimento da microestrutura do aço durante e após a la- minação a quente porque as condições termomecânicas são bastante dife- rentes o que resulta em diferente recristalização da austenita deformada e diferentes precipitações cinéticas dos elementos de microligação. Conse- quentemente também a transformação de fase durante o resfriamento após a laminação é afetada. Em uma configuração vantajosa da invenção o grau de deformação do produto de aço pode ser aumentado sem a necessidade de aumentar a espessura da barra de transferência, ou o grau de deforma- ção pode ser mantido inalterado enquanto a espessura final do produto de aço é aumentada.

Com seções perfiladas, o grau de deformação é essencial tam- bém para as propriedades do produto final. Por exemplo, é sabido que bar- ras de aço que são laminadas em seções perfiladas, tais como perfis em H, têm frequentemente uma parte que dificilmente submeteu-se a qualquer la- minação, com o resultado de que poucos ou nenhum refinamento de grão ocorre nessa parte. As barras de aço para perfis têm geralmente uma bitola entre 200 e 400 mm, por exemplo 230 mm ou 310 mm. Elas são laminadas na etapa placa/bloco/barra após o reaquecimento até uma temperatura de no máximo 1350°C. A laminação de acabamento ocorre geralmente a uma temperatura onde o aço é austenítico e a espessura da borda varia de 10 a 150 mm. Exemplos não-limitativos para graus de aço típicos usados para esses perfis compreendem aços CMn e aços HSLA. O processo conforme a invenção permite um tamanho de grão mais fino da barra devido ao maior grau de deformação na barra, e também permite a redução no tamanho de poro da barra, resultando em uma melhor dureza na fratura.

Recentemente tornou-se claro dos resultados das pesquisas bá- sicas que propriedades tais como resistência, dureza e resistência à corro- são podem ser melhoradas reduzindo-se o tamanho de grão. Foram desen- volvidos aços com em tamanho de grão muito fino controlando-se a estrutura do grão. Esses aços não apenas fornecem maiores limites de resistência à tração se comparados aos aços convencionais, mas também dureza, tole- rância e resistência à corrosão melhoradas. Essa tecnologia foi implementa- da no laminador a quente impondo-se uma grande redução de espessura a uma baixa temperatura de laminação, e como resultado as forças e torques de laminação aumentam até níveis extremamente altos. Entretanto, a solu- ção proposta para obtenção de grãos de ferrita ultrafinos baseia-se no refi- namento de grãos pela laminação comum (isto é, compressão plana por ten- são) a baixas temperaturas de laminação e requer um laminador bastante potente. Além disso, uma forte redução de espessura é imposta ao material para atingir os níveis necessários de deformação. No processo conforme a invenção, uma redução de grão significativa pode ser alcançada devido à acumulação de tensão no aço sem reduzir-se substancialmente a espessu- ra. O tamanho médio de grão do produto de aço obtido é preferivelmente menor que 5 ocm, mais preferivelmente menor que 2 ocm e ainda mais prefe- rivelmente menor que 1 ocm.

De acordo com outra modalidade da invenção as propriedades dos aços de fases complexas são inesperadamente melhoradas devido à acumulação de tensão no aço sem reduzir substancialmente a espessura.

Quando o produto de aço é laminado no estado austenítico e subsequente- mente resfriado aceleradamente, o grande grau de deformação acumulado permite ao aço se transformar em uma ferrita de grão muito fino em combi- nação com uma distribuição muito fina da segunda fase de grãos finos con- sistindo em bainita e martensita. Uma pequena quantidade de carbonetos pode também estar presente. O teor de ferrita desse produto de aço é prefe- rivelmente de pelo menos 60%, mais preferivelmente pelo menos 70%, e ainda mais preferivelmente pelo menos 80%. O tamanho médio de grão do produto de aço obtido é preferivelmente menor que 5 ocm, mais preferivel- mente menor que 2 ocm e ainda mais preferivelmente menor que 1 ocm.

Na produção convencional de chapas de aço, por exemplo, do tipo carbono-manganês ou do tipo HSLA, o ponto de partida é uma placa de lingotamento contínuo com uma espessura típica entre 200 e 350 mm. Es- sas placas são reaquecidas em um forno de reaquecimento até uma tempe- ratura entre 1000 e 1350°C. Após reaquecer essas placas são laminadas até uma espessura entre 30 e 200 mm, preferivelmente 40 a 150 mm e mantidas a uma temperatura, por exemplo defendendo-a contra o resfriamento. Du- rante esse período de manutenção a alta temperatura ocorre o crescimento do grão e como resultado disso as propriedades mecânicas finais da placa acabada podem também se deteriorar. É conhecimento comum que um ta- manho de grão maior diminui as propriedades de ductilidade e a dureza de um produto de aço. É também bastante sabido que o limite de resistência à tração diminui com um aumento no tamanho de grão. Consequentemente o crescimento do grão durante a manutenção a alta temperatura deve ser evi- tado. Convencionalmente isso é feito pelo resfriamento acelerado. Entretan- to, o uso de resfriamento acelerado tem a desvantagem de aumentar a dife- rença de temperatura entre a parte central da placa e a parte da superfície da placa. Essa diferença de temperatura afeta adversamente a homogenei- dade da microestrutura final da placa.

Em muitos casos a chapa recebe um tratamento térmico durante o processo de produção. Este pode, por exemplo, ser um tratamento de normalização onde a placa é reaquecida na região de austenita e deixada resfriar no ar parado ou um recozimento de revenido ou recozimento de alí- vio de estresse ambos os quais visam reduzir o nível de estresses internos.

Um outro exemplo de tratamento térmico é o tratamento de esferoidização no qual carbonetos alongados são transformados em partículas mais ou me- nos esferoidais. Esses carbonetos podem ser carbonetos de ferro (por e- xemplo, cementita) ou outros carbonetos metálicos, como carboneto de cro- mo. Esse tipo de tratamento de recozimento é usado frequentemente em aços com teores de carbono acima de 0,8%. Infelizmente a maioria desses tratamentos térmicos e particularmente os tratamentos de esferoidização levam um longo tempo e frequentemente levam à descarburação de parte da superfície da tira afetando, portanto, adversamente as propriedades. A laminação conforme a invenção pode também ser executada a baixa temperatura entre 0 e 720°C. Benefícios especiais da laminação de- vem ser esperados quando executada a baixas temperaturas (isto é, lamina- ção a frio) devido à resultante fratura das partículas indesejáveis. Como re- sultado da fratura das partículas as propriedades finais do produto de aço são melhoradas. O corte como resultado do processo de laminação fratura as partículas nos produtos de aço, por exemplo carbonetos metálicos como cementita ou carboneto de cromo o que pode resultar em uma dureza me- lhorada. A fratura das partículas também afeta a resposta do tratamento térmico do produto de aço. Diferentes regimes de aquecimento e resfriamen- to podem ser empregados levando a um rendimento melhorado através da etapa de tratamento térmico, por exemplo um tratamento de recozimento de esferoidização, ou a um produto melhorado. É também possível para o método conforme a invenção ser pre- cedido ou seguido por um tratamento térmico do produto de aço. Exemplos desses tratamentos térmicos são os bastante conhecidos tratamento de normalização, tratamento de recozimento de alívio de estresse, tratamento de recozimento de revenido ou tratamento de recozimento de esferoidiza- ção.

No contexto dessa invenção, um produto de aço também com- preende um aço onde uma ou ambas as superfícies do aço que estão para ser laminadas estão cobertas com uma ou mais camadas antes da lamina- ção conforme a invenção. Essa combinação de um produto de aço coberto em uma ou ambas as superfícies com uma ou mais camadas de metal é comumente referida como chapa ou tira coberta. Na produção de chapas cobertas há três opções pelas quais o metal de cobertura é aglutinado ao substrato de aço: aglutinamento explosivo, aglutinamento por laminação e cobertura de solda. Um dos fatores importantes que afeta a qualidade da chapa coberta é a qualidade da adesão entre o substrato e a camada de cobertura. Este é um problema particular para a chapa coberta que é produ- zida pela aglutinação por laminação, porque na laminação convencional o estado de estresse na interface entre o substrato e a camada de cobertura, ou entre as camadas de cobertura é apenas compressivo. De acordo com uma modalidade vantajosa, uma superfície do produto de aço que deve ser laminado é coberta por uma ou mais camadas antes da laminação. A cama- da de cobertura pode ser um metal, preferivelmente outro aço, por exemplo, um aço com uma composição diferente ou um aço inoxidável, titânio, níquel, cobre, alumínio ou suas ligas. Desta forma é possível, por exemplo, produ- zir-se material laminado, tal como o que é conhecido como material coberto, para uso em, por exemplo, tubos e tubulações, fábricas químicas, usinas de força, recipientes, recipientes de tensão. A invenção também se refere a uma chapa ou tira de metal me- lhorada que tenha sido produzida por lingotamento contínuo, preferivelmente com o auxílio do método conforme o primeiro aspecto da invenção, no qual os poros no núcleo da chapa ou tira têm uma dimensão máxima de menos de 200 ocm, preferivelmente menos de 100 am, mais preferivelmente menos de 20 ocm e ainda mais preferivelmente menos de 10 ocm. Como resultado do lingotamento contínuo, o material da chapa ou da tira lingotada continua- mente tem sempre poros que podem ser significativamente maiores que 200 ocm. As operações padrão de laminação podem apenas fechar esses poros no núcleo em uma leve extensão ou podem não fechá-los em absoluto. A operação de laminação conforme a invenção torna possível fornecer material de chapas e tiras lingotadas continuamente tendo poros que são muito me- nores. A invenção também se refere a uma chapa ou tira de metal me- lhorada que é produzida por lingotamento contínuo, preferivelmente com o auxílio do método conforme o primeiro aspecto da invenção, no qual a chapa ou tira de metal, após a recristalização, tem um grau substancialmente ho- mogêneo de recristalização sobre toda a sua espessura. O fato de que os grãos foram todos submetidos ao corte como resultado da operação de la- minação conforme a invenção, inclusive aqueles no núcleo, significa que o material da chapa ou tira lingotada continuamente recristalizará sobre toda a sua espessura. A invenção também se refere a um produto de aço produzido conforme a invenção tendo uma espessura de preferivelmente entre 10 e 300 mm, mais preferivelmente entre 20 e 160 mm, por exemplo 60 mm, para uso em, por exemplo, edifícios, pontes, máquinas de terraplenagem, tubula- ções, construção naval e construções ao largo. A invenção também se refere a uma barra de aço produzida con- forme a invenção, por exemplo para uso como material de partida para a produção de um perfil de aço, por exemplo um perfil em H.

Ela também se refere a um produto de aço produzido conforme a invenção, no qual o ponto de partida é um lingote de aço, e em cujo produto de aço os poros no núcleo do produto têm preferivelmente uma dimensão máxima de menos de 200 ocm, mais preferivelmente menos de 100 ocm, ain- da mais preferivelmente de menos de 20 ocm e ainda mais preferivelmente de menos de 10 ocm, bem como a um produto de aço produzido por lingota- mento contínuo e processado conforme a invenção, no qual os poros no nú- cleo da chapa ou tira têm uma dimensão máxima de menos de 200 ocm, mais preferivelmente menos de 100 ocm, ainda mais preferivelmente menos de 10 ocm e ainda mais preferivelmente menos de 10 ocm. A invenção também se refere a uma tira de aço produzida con- forme a invenção para uso em, por exemplo, peças de automóveis, equipa- mentos de transporte, estacas, edifícios, construções e a um produto de aço coberto para uso por exemplo em tubos, fábricas químicas, usinas de força, recipientes, recipientes de tensão e a uma tira de aço onde o aço é um aço HSLA compreendendo pelo menos um dos elementos nióbio, titânio, vanádio ou boro, ou onde o aço é um aço de carbono ultrabaixo, preferivelmente pelo menos parcialmente estabilizado, preferivelmente com pelo menos um dos elementos titânio, nióbio ou boro. A invenção será explicada em relação a uma modalidade de e- xemplo.

Foram executadas experiências usando-se placas de um aço de carbono ultrabaixo estabilizado com titânio, aços carbono manganês e aço HSLA microligado ao nióbio.

As placas foram introduzidas em diferentes ângulos variando en- tre 5o e 45°. A temperatura das placas quando elas foram introduzidas no equipamento de laminação era de aproximadamente 1000°C. Os dois cilin- dros foram dirigidos a uma velocidade de 5 revoluções por minuto.

Após a laminação, as placas têm uma certa curvatura, que é al- tamente dependente do ângulo de introdução. A retidão da placa após a la- minação pode ser determinada em uma grande extensão pelo ângulo de introdução, em cujo contexto o ângulo ótimo de introdução será dependente do grau de redução da placa, do tipo de material e liga, e da temperatura.

Para as placas de aço que foram laminadas na experiência descrita acima, um ângulo de introdução ótimo é de aproximadamente 20°.

Um ângulo de corte de 20° foi medido nas placas de aço que fo- ram laminadas de acordo com a experiência descrita acima. Usando-se essa medida e a redução no tamanho da placa, é possível calcular-se uma tensão equivalente de acordo com a seguinte fórmula: Esta fórmula é usada para tornar possível apresentar a tensão em uma dimensão e é conhecida do livro "Fundamentais of metal forming" por R. H. Wagoner e J. L. Chenot, John Wiley & Sons, 1997.

Portanto, nas placas que foram laminadas de acordo com a ex- periência, a tensão equivalente é No caso de laminação em um laminador comum, o corte não o- corre ao longo da espessura e a tensão equivalente é portanto apenas (trabalhando na base de uma tensão uniforme sobre toda a espessura do produto de aço).

Portanto a laminação usando o método conforme a invenção re- sulta em uma tensão equivalente que é três a quatro vezes maior que com a laminação convencional sem qualquer diferença na velocidade periférica.

Uma tensão equivalente alta significa menos porosidade na placa, maior re- cristalização e portanto maior refinamento de grão, e uma fratura mais ex- tensa das partículas da segunda fase (partículas constituintes) na placa. Es- ses efeitos são geralmente conhecidos da pessoa versada nesse campo de engenharia se a tensão equivalente aumenta. Portanto, a laminação confor- me a invenção significa que as propriedades resultantes do material são grandemente melhoradas como resultado do uso do método conforme a in- venção.

Claims (26)

1. Método para processamento de um produto de aço, no qual o produto de aço é passado entre um jogo de cilindros rotativos de uma cadei- ra de um laminador de forma a laminar o produto de aço, caracterizado pelo fato de que os cilindros da cadeira de laminação têm velocidades periféricas diferentes de forma que um cilindro é um cilindro de movimento mais rápido e o outro cilindro é um cilindro de movimento mais lento, caracterizado pelo fato de que a velocidade periférica do cilindro de movimento mais rápido é pelo menos 5% maior e no máximo 100% maior que o do cilindro de movi- mento mais lento, pelo fato de que a espessura do produto de aço é reduzi- da de no máximo 15% por passe, e pelo fato de que a laminação ocorre a uma temperatura máxima de 1350°C.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a espessura do produto de aço é reduzida de no máximo 8% em cada passe, e preferivelmente no máximo 5% em cada passe.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a velocidade periférica do cilindro de movimento mais rápi- do é no máximo 50% maior e preferivelmente no máximo 20% maior que a do cilindro de movimento mais lento.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o laminador é projetado de forma que os ci- lindros tenham diferentes diâmetros.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que os cilindros têm diferentes velocidades de rotação.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o produto de aço é introduzido entre os cilin- dros a um ângulo de entre 5 e 45° em relação à perpendicular ao plano atra- vés dos eixos centrais dos cilindros, preferivelmente a um ângulo entre 10 e 25° e mais preferivelmente a um ângulo entre 15 e 25°.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a operação de laminação é repetida uma ou mais vezes após a laminação ter sido executada pela primeira vez.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o produto de aço é passado através da cadeira do laminador em direções opostas para cada passe.

9. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o produto de aço é sucessivamente passado através de duas ou mais cadeiras do laminador.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a operação de laminação conforme descri- ta em uma das reivindicações 1 a 9 é precedida ou seguida de uma opera- ção de laminação que é executada usando-se um laminador no qual os cilin- dros têm velocidades periféricas substancialmente idênticas.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a laminação é executada em um produto de aço do qual pelo menos uma camada externa tem uma estrutura subs- tancialmente austenítica, e preferivelmente em um produto de aço tendo uma estrutura substancialmente austenítica por todo ele.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a laminação é executada em um produto de aço do qual pelo menos uma camada externa tem uma estrutura subs- tancialmente austenítica-ferrítica de duas fases, e preferivelmente em um produto de aço tendo uma estrutura substancialmente austenítica-ferrítica por todo ele.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a laminação é executada em um produto de aço do qual pelo menos uma camada externa tem uma estrutura subs- tancialmente ferrítica, e preferivelmente em um produto de aço tendo uma estrutura substancialmente ferrítica por todo ele.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a laminação é executada enquanto a temperatura do produto de aço for maior que 0°C e menor que 720°C.

15. O método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a laminação é executada em um produto de aço que tenha uma estrutura substancialmente martensítica.

16. Método para produção de um produto de aço compreenden- do as etapas de: • lingotar continuamente um cabo de aço; • opcionalmente aquecer ou homogeneizar a temperatura do cabo de aço entre uma máquina de lingotamento e um equipamento de lamina- ção; • opcionalmente laminar o produto de aço em uma ou mais cadei- ras de laminação do laminador com cilindros tendo substancialmente veloci- dades periféricas idênticas; • opcionalmente aplicar resfriamento acelerado após a última eta- pa de laminação; • opcionalmente cortar o produto de aço em placas ou bobinas antes ou após a laminação; • opcionalmente bobinar o produto de aço; • resfriar o produto de aço, caracterizado pelo fato de que entre o lingotamento do cabo e o resfriamento acelerado ou bobinamento ou resfriamento, ou após o resfriamento, o produ- to de aço é submetido ao método de acordo com qualquer uma das reivindi- cações 1 a 10.

17. Método para produção de um produto de aço de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a espessura do cabo lin- gotado está abaixo de 150 mm, e preferivelmente abaixo de 100 mm, ainda mais preferivelmente abaixo de 80 mm.

18. Método para produção de um produto de aço de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a espessura do cabo lin- gotado está abaixo de 20 mm e preferivelmente abaixo de 10 mm, ainda mais preferivelmente abaixo de 5 mm.

19. Método para produção de um produto de aço de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 18, caracterizado pelo fato de que o produto de aço que é produzido é um produto de aço inoxidável.

20. Método para produção de um produto de aço de acordo com qualquer das reivindicações 16 a 19, caracterizado pelo fato de que a lami- nação é executada em um produto de aço tendo uma estrutura substancial- mente austenítica, pelo fato de que o aço é posteriormente resfriado acele- radamente, pelo fato de que o produto de aço compreende essencialmente ferrita, bainita e/ou martensita, e pelo fato de que o teor de ferrita após o res- friamento é preferivelmente de pelo menos 60%, mais preferivelmente mais de 70% e ainda mais preferivelmente mais de 80%.

21. Método para produção de um produto de aço de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 20, caracterizado pelo fato de que o tamanho médio de grão do produto de aço é menor que 5 μπι, preferivel- mente menor que 2 pm e ainda mais preferivelmente menor que 1 pm.

22. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 21, caracterizado pelo fato de que o produto de aço é submetido a um trata- mento térmico antes ou após a etapa de laminação, por exemplo, um trata- mento de normalização, um recozimento total, um recozimento de alívio de estresse ou um tratamento de recozimento de esferoidização.

23. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 21, caracterizado pelo fato de que uma superfície do produto de aço que deve ser laminado está coberta por uma ou mais camadas antes da lamina- ção.

24. Método de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que a camada de cobertura é um metal, preferivelmente outro aço, por exemplo, um aço com composição diferente ou um aço inoxidável, titâ- nio, níquel, cobre, alumínio ou suas ligas.

25. Produto de aço produzido conforme o método definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 24, caracterizado pelo fato de que o ponto de partida é um lingote de aço, em cujo produto de aço os poros no núcleo do produto têm preferivelmente uma dimensão máxima de me- nos de 200 pm, mais preferivelmente menos de 100 pm, ainda mais prefe- rivelmente menos de 20 pm e mais preferivelmente ainda menos de 10 pm.

26. Chapa, tira ou barra de aço produzida por lingotamento con- tínuo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracteri- zado pelo fato de que os poros no núcleo da chapa, tira ou barra têm preferi- velmente uma dimensão máxima de menos de 200 pm, mais preferivelmente menos de 100 pm, ainda mais preferivelmente menos de 20 pm, e mais pre- ferivelmente ainda menos de 10 pm.