BRPI0511998B1 - Método para produzir um produto de revestimento e método para fabricar um artigo de manufaturada - Google Patents

Description

"MÉTODO PARA PRODUZIR UM PRODUTO DE REVESTIMENTO E MÉTODO PARA FABRICAR UM ARTIGO DE MANUFATURA" Antecedentes da Tecnologia Campo da tecnologia A presente revelação refere-se a substratos de li- ga de revestimento e a métodos de fabricar tais materiais de revestimento. A presente revelação também se refere a arti- gos de fabricação feitos de ou incluindo substratos de liga de revestimento e a métodos de fabricar tais artigos de ma- nufatura .

Descrição dos Antecedentes da Tecnologia Em certas aplicações que exigem um material combi- nando alta resistência com resistência à corrosão, são uti- lizadas ligas de revestimento. Um exemplo comum de uma liga de revestimento que apresenta resistência à corrosão e re- sistência favoráveis inclui um revestimento de camada de aço inoxidável em suas superfícies opostas com uma camada de ní- quel ou uma liga à base de níquel (isto é, uma liga que seja predominantemente composta de níquel). Aplicações nas quais esses materiais de revestimento são utilizados incluem cis- ternas químicas, canos de chaminé, baterias, tubagem, permu- tadores de calor, tubulação para óleo e gás, tanques para produtos químicos e artigos de cozinha. A camada de aço ino- xidável provê resistência relativamente elevada, enquanto as camadas de revestimento de níquel ou â base de níquel resis- tem à corrosão sob condições exigentes. 0 uso de um aço ino- xidável de revestimento-dual de níquel desse tipo tem também a vantagem de que o material compósito é mais barato do que certos aços inoxidáveis superausteníticos com elevado teor de liga e ligas à base de níquel que fornecem propriedades de resistência à corrosão similares. O processo de revestimento envolve revestir um ma- terial de substrato com uma única camada de revestimento ou com uma camada de revestimento em cada uma das superfícies opostas do substrato. 0 processo utilizado para produzir uma liga de revestimento deve ligar uma (revestimento único) ou duas (revestimento dual) camadas de revestimento ao substra- to suficientemente para evitar deslaminação das camadas de revestimento enquanto em condições de serviço. Vários méto- dos de revestimento são conhecidos.

Um método conhecido para produzir um aço inoxidá- vel de revestimento é descrito na patente US no. 4.936.504.

Mais especificamente, a patente '504 descreve métodos para revestir aço inoxidável com vários materiais incluindo co- bre, níquel e invar (uma liga de níquel a 36%-ferro). Em ge- ral, a patente '504 descreve um método onde as folhas do substrato de aço inoxidável e os materiais de revestimento são empilhados juntos e então laminados em uma espira aper- tada. A espira é aquecida em um forno a vácuo em temperatura elevada por um período estendido, desse modo ligando por di- fusão as folhas de materiais de revestimento às folhas de aço inoxidável. É necessária energia significativa para ope- rar o equipamento de forno a vácuo e manter a espira em tem- peratura elevada por um período prolongado ao conduzir o mé- todo da patente '504, e isto aumenta substancialmente o cus- to do material de revestimento acabado. A patente US no. 5.183.198 descreve um método para produzir uma chapa de aço de revestimento onde uma liga de níquel ou aço inoxidável é revestida em um substrato de base de ferro compreendendo 0,020 a 0,06% de carbono, 0,5% ou me- nos de silício, 1,0 a 1,8% de manganês, 0,03% ou menos de fósforo, 0,005% ou menos de enxofre, 0,08 a 0,15% de nióbio, 0,005 a 0,03% de titânio, 0,05% ou menos de alumínio e 0,002 a 0,006% de nitrogênio. (Todas as percentagens aqui são per- centagens em peso a menos que indicado de outro modo) . Pla- cas do material de revestimento e o material de substrato são laminadas em chapas de espessura determinada. Após ali- sar, limpar e retirar a graxa de todas as superfícies de contato das chapas, uma placa de montagem é preparada pelo encaixe de uma chapa do material de substrato à base de fer- ro entre duas chapas do material de revestimento. A perife- ria das chapas montadas é então soldada por vedação e uma bomba a vácuo utilizada para remover ar entre as superfícies de contato da chapa. A placa de montagem é então aquecida na faixa de 593,3° a 676,6°C e submetida a uma ou mais etapas de resfriamento e laminação para aderir os materiais e for- mar o produto revestido. Como tal, em contraste com o método da patente '504, que utiliza um forno a vácuo, a patente '198 revela a criação de um vácuo somente no espaço entre as superfícies opostas do material de revestimento e material de substrato.

Ainda em outro método conhecido para produzir ma- teriais de revestimento, conhecido como revestimento por ex- plosão, a energia controlada de um explosivo de detonação é utilizada para criar uma ligação metalúrgica entre dois ou mais materiais similares ou diferentes. Revestimento por ex- plosão é um processo de pressão a frio no qual películas de superfície contaminantes nos materiais a serem ligados são plasticamente retiradas por jato dos metais de base como re- sultado de uma colisão de pressão elevada dos dois metais.

Durante a colisão em alta velocidade de chapas de metal, um jato é formado entre as chapas, e películas de superfície contaminantes que são prejudiciais para estabelecer uma li- gação metalúrgica são varridas para longe no jato. As chapas de metal, limpas de películas de superfície pela ação de ja- to, são unidas em um ponto inerte sob influência da pressão muito elevada que é obtida próximo ao ponto de colisão. A

patente anterior expedida nessa área inclui as patentes US nos. 3.233.312, 3.397.444 e 3.493.353.

Cada um dos métodos de revestimento conhecidos a- cima requer o uso de aparelho de vácuo ou outro equipamento sofisticado. Além disso, o método de revestimento da patente '504, por exemplo, é limitado â produção de produto de espi- ra com calibre relativamente fino e requer laminação a quen- te e a frio separadamente dos materiais de substrato e re- vestimento na forma de folha antes da operação de revesti- mento. Com relação ao revestimento por explosivo, o processo é tipicamente caro e intenso em mão-de-obra, requer o uso de materiais explosivos perigosos, e pode resultar em uma inter- face ondulada, não uniforme entre as camadas de substrato e re- vestimento, que pode ser inadequada para certas aplicações.

Por conseguinte, seria vantajoso fornecer um méto- do alternativo para revestir aços inoxidáveis e outros mate- riais com materiais de revestimento de liga. Tal método al- ternativo preferivelmente não requer o uso de um forno a vá- cuo, equipamento de revestimento por explosivo ou outro e- quipamento de produção sofisticado.

Sumário Um aspecto da presente revelação é dirigido a um método novo para produzir um produto de revestimento de um material de substrato e um material de revestimento, onde tanto o material de substrato como o material de revestimen- to são ligas. 0 método inclui montar os materiais de subs- trato e revestimento e soldar os mesmos juntos para fornecer o que é mencionado aqui como uma "montagem soldada", e então laminar a quente a montagem soldada para fornecer uma faixa laminada a quente. A montagem soldada pode ser fornecida pe- la disposição do material de revestimento no material de substrato de modo que pelo menos uma primeira borda do mate- rial de revestimento não se estenda até uma primeira borda do material de substrato, desse modo fornecendo uma margem entre as primeiras bordas adjacentes. Uma liga tendo resis- tência a quente maior do que o material de revestimento é disposta dentro da margem e adjacente â primeira borda do material de revestimento. 0 material disposto na margem ini- be que o material de revestimento se espalhe além do materi- al de substrato durante a operação de laminação a quente.

Em certas modalidades do método acima da presente revelação, o material de revestimento e o material de subs- trato estão presentes na montagem soldada na forma de chapas individuais, e a margem é definida pelo espaço entre uma primeira borda da chapa do material de revestimento e uma primeira borda adjacente da chapa do material de substrato.

Em certas dessas modalidades, o material tendo maior resis- tência a calor do que o material de revestimento é o próprio material de substrato e, em tal caso a chapa do material de revestimento é disposta em um recesso formado em uma super- fície da chapa do material de substrato de modo que uma por- ção de projeção do material de substrato define pelo menos uma parede do recesso e está compreendida na margem e adja- cente pelo menos a primeira borda da chapa do material de revestimento. O recesso pode ser formado em uma superfície da chapa do material de substrato utilizando qualquer técni- ca convencional como, por exemplo, fundir a chapa para in- cluir o recesso ou pela remoção de material da superfície da chapa, como por usinagem.

Em certas outras modalidades do método da presente revelação, pelo menos um elemento de armação composto de uma liga tendo resistência a quente menor do que o material de revestimento é posicionado na chapa do material de substrato adjacente à primeira borda da chapa do material de revesti- mento na margem entre essa primeira borda e a primeira borda da chapa do material de substrato.

Acredita-se que o método da presente revelação possa ser utilizado com uma ampla gama de combinações de ma- teriais de substrato e materiais de revestimento. Como exem- plos não limitadores, o material de substrato pode ser aço inoxidável (como aço inoxidável T-316L) ou aço de carbono.

Em geral, materiais de revestimento úteis não de- vem ser derretidos nas temperaturas de trabalho a quente, e têm também preferivelmente uma capacidade para trabalhar a quente similar ao material de substrato na faixa de tempera- tura de laminação a quente. Exemplos não limitadores de ma- teriais de revestimento possíveis incluem níquel (que pode incluir impurezas residuais), ligas à base de níquel, aços inoxidáveis, e cobre e ligas de cobre. Os materiais de re- vestimento de níquel possíveis incluem os níqueis forjados comercialmente puros classificados sob Designação UNS N02200 e Designação UNS NO2201, que são disponíveis junto a Alle- gheny Ludlum, Pittsburgh Pensilvânia, como liga AL 200™ e liga AL 201™, respectivamente. Esses níqueis diferem somen- te em termos do nível máximo de carbono permitido pelas es- pecificações, 0,15 por cento em peso de carbono para liga AL

2 00™, e 0,02 por cento em peso de carbono para liga AL 201™. Além disso, cada um dos dois níqueis tem a seguinte composição típica, em percentagens em peso: 0,02 de cobre, 0,05 de ferro, 0,02 de manganês, 0,05 de silício, 0,002 de enxofre e o restante níquel + cobalto.

Certas modalidades do método da presente revelação podem incluir ainda as etapas de recozer a faixa laminada a quente formada em laminação a quente da montagem soldada, e laminação a frio da faixa laminada a quente para fornecer uma tira de revestimento tendo um calibre desejado. Em cer- tas modalidades, a laminação a frio da faixa laminada a quente pode incluir duas ou mais etapas distintas de lamina- ção a frio, e a tira laminada a frio também pode ser recozi- da intermediária entre sucessivas etapas de laminação a frio de modo a aliviar as tensões dentro do material. Uma ou mais etapas de recozimento podem ser, por exemplo, recozimento convencional ou recozimento com brilho. Outras etapas podem ser executadas como sabido na técnica metalúrgica para for- necer a tira de revestimento em uma forma desejada e com ca- racterísticas desejáveis.

Naquelas modalidades do método da presente revela- ção onde o material na margem não é uma porção de projeção do material de substrato, o material de armação fornecido na margem pode ser composto de qualquer liga tendo resistência a quente maior do que o material de revestimento e que é a- propriado para as etapas de processamento aplicadas na mon- tagem soldada. Por exemplo, ao aplicar uma modalidade do mé- todo da presente invenção a um substrato composto de um aço inoxidável T-316L e um material de revestimento de níquel, o material de armação pode ser aço inoxidável T-304L.

Em certas modalidades do método da presente reve- lação, as soldas da montagem soldada são tais que um espaço substancialmente hermético a ar é fornecido entre o material de revestimento e o material de substrato na montagem solda- da. Em tal caso o método pode incluir antes da etapa de la- minar a quente a montagem soldada, a etapa de evacuar ar do espaço hermético a ar entre o material de revestimento e o material de substrato. 0 método da presente revelação é útil para forne- cer materiais de substrato de revestimento único ou revesti- mento múltiplo. Uma aplicação não limitadora do método será para a produção de produtos de revestimento dual, onde as camadas de revestimento podem ser de materiais iguais ou di- ferentes. O produto de revestimento pode ser projetado para apresentar propriedades vantajosas contribuídas pelo materi- al de substrato e um ou mais materiais de revestimento. Por exemplo, uma tira de aço inoxidável de revestimento dual de níquel pode apresentar as propriedades de resistência supe- rior contribuídas pelo material de núcleo de aço inoxidável e as propriedades de resistência à corrosão superior contri- buídas pelas camadas de revestimento de níquel.

Um aspecto adicional da presente revelação é diri- gido a um método novo para produzir um aço inoxidável de re- vestimento, onde o método compreende laminar a quente uma montagem soldada para fornecer uma faixa laminada a quente. A montagem soldada é fornecida pela disposição de uma chapa de um material de revestimento de liga em uma chapa de aço inoxidável, onde pelo menos uma primeira borda da chapa do material de revestimento não se estende até uma primeira borda da chapa de aço inoxidável e desse modo provê uma mar- gem na chapa de aço inoxidável. Pelo menos um elemento de armação é fornecido na margem, adjacente à primeira borda da chapa do material de revestimento, e a chapa de material de revestimento e a chapa de aço inoxidável são soldadas ao e- lemento de armação. 0 elemento de armação é uma liga tendo resistência a quente maior do que o material de revestimen- to. Durante laminação a quente, o elemento de armação inibe que o material de revestimento se espalhe além do aço inoxi- dável . 0 método compreende ainda opcionalmente recozer a faixa laminada a quente, e laminar a frio a faixa laminada a quente, em um ou múltiplos estágios, para fornecer uma tira de revestimento tendo um calibre desejado. A chapa de aço inoxidável e a chapa de material de revestimento podem ser compostas de qualquer tipo de aço i- noxidável apropriado. Como exemplos não limitadores e como mencionado com relação a modalidades discutidas acima, a chapa de aço inoxidável pode ser composta de aço inoxidável T-316L, T-316, T-304L, ou T-304, ou qualquer outro aço ino- xidável austenítico, e o material de revestimento pode ser níquel, uma liga de níquel, cobre, uma liga de cobre ou um aço inoxidável. O material de elemento de armação é selecio- nado, em parte, com base na resistência a quente exigida ne- cessária à luz da resistência a quente do material de reves- timento. Exemplos não limitadores de materiais de elemento de armação possíveis incluem aço inoxidável T-316L, aço ino- xidável T-304, ou qualquer aço inoxidável austenítico, su- perligas à base de níquel, e superligas â base de cobalto.

Mais genericamente, materiais de armação apropriados incluem aqueles que têm resistência a quente maior do que o material de revestimento, que podem ser trabalhados a quente nas tem- peraturas de laminação a quente empregadas, e que têm coefi- ciente de expansão térmica similar aos outros materiais na montagem soldada de modo que tensões significativas não o- corram e resultem em falha da solda.

Em certas modalidades, a chapa do material de re- vestimento tem um comprimento e uma largura, respectivamen- te, que são menores do que um comprimento e uma largura da chapa do material de substrato. A chapa do material de re- vestimento é disposta em uma superfície da chapa de aço ino- xidável de modo que a chapa do material de revestimento seja espaçada das bordas da chapa de aço inoxidável e de modo que uma margem se estenda em torno da periferia inteira da chapa de aço inoxidável. Um ou mais elementos de armação são dis- postos na margem em torno da periferia inteira da chapa do material de revestimento.

Como mencionado acima, o método da presente reve- lação pode ser aplicado para produzir produtos de revesti- mento múltiplo, como produtos de revestimento dual. No caso onde o produto é um produto de revestimento dual, a montagem soldada pode ser fornecida pela disposição de uma chapa de um material de revestimento de liga em cada uma das superfí- cies opostas de chapa de um material de substrato, como um aço inoxidável. As chapas são dispostas de modo que pelo me- nos uma primeira borda de cada uma das chapas do material de revestimento não se estende até uma primeira borda da chapa de aço inoxidável e desse modo fornece uma margem em cada uma das superfícies opostas da chapa de aço inoxidável. Pelo menos um elemento de armação composto de uma liga tendo re- sistência a quente maior do que o material de revestimento é fornecido na margem e adjacente à primeira borda de cada chapa de material de revestimento. Cada chapa de material de revestimento e a chapa de aço inoxidável são soldadas aos elementos de armação.

Ainda outro aspecto da presente revelação é diri- gido a um método para produzir um aço inoxidável de revesti- mento onde o método inclui laminar a quente uma montagem .soldada para fornecer uma faixa laminada a quente. A monta- gem soldada inclui uma chapa de aço inoxidável soldada a uma chapa de um material de revestimento que é uma liga. A chapa de material de revestimento é disposta em um recesso em uma superfície da chapa de aço inoxidável de tal modo que uma porção de projeção da chapa de aço inoxidável define o re- cesso e circunda a borda periférica da chapa de material de revestimento. A porção de projeção da chapa de aço inoxidá- vel inibe que o material de revestimento se espalhe além de uma borda do aço inoxidável durante a laminação a quente. O método inclui opcionalmente ainda recozer a faixa laminada a quente, e laminar a frio a faixa laminada a quente a uma ti- ra de revestimento tendo um calibre desejado. Naquelas moda- lidades onde o método é aplicado para produzir um produto de revestimento dual, a montagem soldada inclui duas chapas de um material de revestimento de liga. Cada chapa de material de revestimento é disposta em um recesso em cada uma das su- perfícies opostas da chapa de aço inoxidável de tal modo que uma porção de projeção da chapa de aço inoxidável em cada superfície oposta da chapa de aço inoxidável define o reces- so na superfície específica da chapa de aço inoxidável e circunda uma borda periférica da chapa de material de reves- timento disposta no recesso.

Um aspecto adicional da presente revelação é diri- gido a um método de fabricar uma tira de aço inoxidável de revestimento dual. 0 método inclui fornecer uma montagem soldada por um processo incluindo dispor uma chapa de um ma- terial de revestimento selecionado de níquel e uma liga de níquel dentro de um recesso em cada superfície oposta de uma chapa de aço inoxidável de modo que uma margem de projeção em cada superfície oposta da chapa de aço inoxidável define o recesso naquela superfície e circunda a borda periférica da chapa de material de revestimento dentro do recesso. Cada chapa do material de revestimento é soldada à margem de pro- jeção adjacente da chapa de aço inoxidável. A montagem sol- dada é laminada a quente a uma faixa laminada a quente, e a margem de projeção da chapa de aço inoxidável inibe que o material de revestimento dentro de um recesso se espalhe a- lém do aço inoxidável durante a laminação a quente. A faixa laminada a quente pode ser subseqüentemente laminada a frio em um calibre desejado. A presente revelação é adicionalmente dirigida a métodos de fabricar artigos de manufatura incluindo fornecer um produto de revestimento por qualquer um dos métodos novos descritos na presente revelação, e fabricar o produto de re- vestimento no artigo de manufatura. Artigos de manufatura que podem ser feitos por esses métodos incluem, por exemplo, cisternas químicas, canos de chaminé, baterias, tubagem, permutadores de calor, tubulação para óleo e gás, tanques para produtos químicos, e artigos de cozinha.

Ainda um aspecto adicional da presente revelação é dirigido a montagens soldadas feitas como descrito na pre- sente revelação e que são úteis para fabricação de produtos de revestimento.

Os métodos novos da presente revelação para forne- cer tira de revestimento e outros produtos de revestimento não exigem o uso de um forno a vácuo ou equipamento de re- vestimento por explosivo. Como tal, os presentes métodos o- ferecem vantagens em termos de complexidade e custo em rela- ção aos processo da técnica anterior descritos na seção de antecedentes acima. 0 leitor reconhecerá os detalhes e vantagens acima da presente revelação, bem como outros, após consideração da seguinte descrição detalhada de modalidades. O leitor também pode compreender detalhes e vantagens adicionais da presente revelação após fazer e/ou utilizar o método e/ou o aparelho exposto na revelação.

BREVE DESCRIçãO DAS FIGURAS A Figura 1 é um diagrama de uma modalidade do mé- todo para produzir um produto de revestimento da presente revelação. A Figura 2 é uma vista em perspectiva esquemática de uma modalidade de uma montagem soldada de acordo com a presente revelação onde a montagem inclui uma chapa de um material de substrato, chapas de um material de revestimen- to, e uma pluralidade de elementos de armação. A Figura 3 é uma vista superior esquemática de ou- tra modalidade de uma montagem soldada de acordo com a pre- sente revelação onde a montagem inclui uma chapa de um mate- rial de substrato que foi usinada para incluir um recesso e armação marginal, e onde uma chapa de um material de reves- timento é disposta no recesso. A Figura 4 é uma vista em seção transversal esque- mática tomada em Y-Y através da montagem da figura 3. A Figura 5 é uma vista em seção transversal esque- mática tomada em X-X através da montagem da figura 2 após laminação a quente até um calibre apropriado para laminação a frio. A Figura 6 é uma vista em seção transversal esque- mática tomada em Y-Y através da montagem da figura 3 após laminação a quente até um calibre apropriado para laminação a frio. A Figura 7 é uma vista extrema esquemática da mon- tagem soldada laminada a quente da figura 5 após aparar as bordas incluindo as soldas e elementos de armação. A Figura 8 é uma vista em seção transversal esque- mática de um produto de revestimento final feito pela moda- lidade da figura 1. A Figura 9 é uma fotografia de uma modalidade de uma montagem construída de acordo com uma modalidade do mé- todo da presente revelação. A Figura 10 é uma fotografia da montagem da figura 9 onde os elementos da montagem foram soldados juntos para fornecer uma montagem soldada.

As Figuras 11(a) e (b) são micrografias de uma re- gião de interface do substrato ligado e camadas de revesti- mento da montagem soldada da figura 10 após laminação a quente. A Figura 12 é uma fotografia de uma seção de uma faixa laminada a quente produzida por uma modalidade do mé- todo da presente revelação. A Figura 13 é uma fotografia de outra modalidade de uma montagem construída de acordo com uma modalidade do método da presente revelação. A Figura 14 é uma fotografia da montagem da figura 13 onde os elementos da montagem foram soldados juntos para fornecer uma montagem soldada. A Figura 15 é uma modalidade adicional de uma mon- tagem soldada construída de acordo com uma modalidade do mé- todo da presente revelação. A Figura 16 é uma vista esquemática de uma modali- dade de uma chapa de núcleo para uma montagem de acordo com a presente revelação.

DESCRIçãO DETALHADA DE MODALIDADES DA REVELAçãO

Modalidades da invenção da presente revelação re- ferem-se a métodos para revestir uma ou mais superfícies de um substrato de liga com um material de revestimento de li- ga. A invenção da presente revelação é particularmente útil quando um ou mais materiais de revestimento têm resistência a quente mais baixa do que o material de substrato.

As modalidades do presente método podem ser execu- tadas utilizando soldagem, laminação a quente, laminação a frio e técnicas de recozimento e equipamentos conhecidos por aqueles com conhecimentos comuns na técnica metalúrgica, po- rém o método inclui características não utilizadas até aqui para produzir ligas de revestimento. Por exemplo tais moda- lidades empregam técnicas novas para conter a dispersão de materiais de revestimento com resistência a quente mais bai- xa durante laminação a quente.

Como adicionalmente descrito abaixo, certas moda- lidades do método da presente revelação envolvem a provisão de uma montagem soldada incluindo chapas dos materiais de revestimento e substrato de tal modo que uma ou mais chapas do material de revestimento sejam "enquadradas" com um mate- rial tendo resistência a quente mais elevada do que o mate- rial de revestimento. A montagem soldada é então submetida a uma combinação adequada de etapas de processamento, incluin- do laminação a quente, laminação a frio e, opcionalmente re- cozimento, para ligar o material de revestimento ao material de substrato e obter as dimensões e propriedades metalúrgica e mecânica desejadas no produto de revestimento. Durante la- minação a quente, o material que enquadra o material de re- vestimento inibe o material de revestimento de se espalhar além do material de substrato, desse modo mantendo o materi- al de revestimento nos locais adequados e mantendo a faixa desejada de espessura de material durante laminação a quen- te. Desse modo, enquadrar adequadamente o material de reves- timento em torno do material de substrato pode fornecer um nível elevado de controle dimensional de modo que o produto de revestimento final atenda as características dimensionais exigidas.

Como utilizado aqui, "liga" significa metais puros e metais incluindo impurezas incidentais e/ou adições inten- cionais de metais e/ou não metais.

Como utilizado aqui, "chapa" significa uma estru- tura tendo um perímetro genericamente poligonal ou retilí- neo, tendo dimensões de comprimento e largura, e incluindo uma dimensão de espessura relativamente pequena.

Como utilizado aqui, "resistência a quente" signi- fica a resistência à deformação de um material em temperatu- ras de laminação a quente (por exemplo, tipicamente 926,6 a 1315,5°C para laminar aço inoxidável revestido com níquel).

Uma modalidade do método da presente invenção in- clui as etapas genericamente mostradas na figura 1. Essas etapas são (1) fornecer uma montagem soldada apropriada para produzir o produto de revestimento desejado; (2) comprimir o pacote de revestimento por laminação do pacote em temperatu- ra elevada para ligar (revestir) as diversas chapas no paco- te de revestimento em suas interfaces; (3) reduzir a espes- sura de material de revestimento de calibre intermediário a um calibre desejado final; e opcionalmente (4) recozer o produto para obter propriedades metalúrgica e mecânica dese- jadas. Essas etapas são adicionalmente descritas abaixo.

Na primeira etapa do método da figura 1, uma chapa ou outro formato da liga a ser revestida e uma ou mais cha- pas ou outros formatos do material de revestimento (as cha- pas/formatos de material de revestimento podem ser materiais iguais ou diferentes) são montadas e soldadas para formar um arranjo empilhado, que é então soldado junto. Tal arranjo soldado é mencionado aqui como uma "montagem soldada" para facilidade de referência. Por exemplo, como mostrado na fi- gura 2, em uma modalidade da presente revelação para produ- zir um produto de níquel/aço inoxidável/níquel de revesti- mento duplo, a montagem 10 é formada pelo posicionamento de uma chapa 12 composta de aço inoxidável tipo 316L (UNS S31603) ("T-316L") entre uma primeira chapa de calibre mais fino 14 do níquel tipo 201 (UNS N02201) e uma segunda chapa idêntica (não mostrada). As dimensões de superfície de com- primento ("L") e largura ("W") das chapas de níquel 14 são menores do que as dimensões correspondentes da chapa de aço inoxidável 12 de modo que uma "armação" composta de vários comprimentos de material de barra de aço inoxidável tipo 304 (UNS S30400) (T-304"), 16, pode ser colocada em torno de ca- da chapa de níquel 14. O material de armação tem uma resis- tência a quente que é maior do que a resistência a quente do material de revestimento. O material de barra de aço inoxi- dável 16 tem genericamente a mesma espessura que as chapas de níquel 14, é colocado diretamente contra cada uma das quatro bordas das chapas de níquel 14 e se apoia diretamente nas superfícies opostas da chapa de aço inoxidável 12 . Os elementos do material de barra individual 16 são escolhidos de modo que suas bordas externas se alinhem substancialmente niveladas com a borda externa da chapa de aço inoxidável 12. A largura do material de barra 16 é escolhida de modo que a resistência a quente do material de armação é maior do que a resistência a quente do material de revestimento de níquel e contém o material de níquel mais mole durante processamento a quente.

Após montagem dos diversos elementos da montagem 10, a montagem é soldada em arco junta totalmente em torno das duas emendas expostas em cada lado do pacote utilizando metal de enchimento de aço inoxidável. Uma primeira emenda 20, entre uma chapa de níquel 14 e o material de barra de aço inoxidável circundante 16, está identicamente presente nos dois lados do pacote de revestimento 10 (um lado mostra- do na figura 2). Uma segunda emenda 22, que é a emenda peri- férica entre a chapa de aço inoxidável 12 e a barra de aço inoxidável 16, também está identicamente presente nos dois lados do pacote de revestimento. A figura 12 representa es- quema ti camente uma junta de solda de topo com um entalhe quadrado para cada uma dessas emendas. Como é sabido na téc- nica, chanfros também podem ser usinados ou de outro modo formados nas bordas dos elementos a serem soldados para au- xiliar a obter a penetração apropriada do metal de solda.

Além disso, embora modo ou modos específicos de soldar a montagem sejam descritos com relação à presente modalidade, qualquer modo adequado de soldar juntos os diversos elemen- tos de uma montagem pode ser utilizado. Por exemplo, em cer- tas modalidades uma solda descontínua pode ser utilizada pa- ra conectar um elemento da montagem â outra montagem, que pode reduzir despesa associada à etapa de soldagem.

Após soldagem no lugar, o material de barra de aço inoxidável 16 que forma a armação inibe que o material de revestimento de níquel de resistência a quente relativamente mais baixa se espalhe além do material de substrato de aço inoxidável durante laminação a quente. Isto auxilia a posi- cionar o material de revestimento nos locais próprios e na manutenção da razão desejada de espessura da camada de nú- cleo de aço inoxidável e camadas de revestimento de níquel por todo o processo de produção. Embora nesse exemplo os e- lementos de armação tenham a forma de material de barra de aço inoxidável, será entendido que os elementos de armação podem ser de qualquer material alternativo tendo resistência a quente maior do que o material de revestimento de níquel e que é apropriado para inibir que o material de revestimento se espalhe além do material de substrato durante laminação a quente. A Figura 3 representa esquematicamente uma vista superior de uma construção alternativa de uma montagem sol- dada 110 de acordo com a presente invenção. A figura 4 re- presenta esquematicamente uma seção transversal tomada em linha Y-Y através da montagem 110 da figura 3. Chapa de aço inoxidável T-316L 112 é parcialmente encaixada entre chapas de revestimento de níquel 114, que podem ser compostas, por exemplo, de níquel UNS N02201. A chapa de aço inoxidável 112 é submetida à usinagem ou outro processo de remoção de mate- rial, ou é fundida ou forjada de modo a incluir uma armação marginal de projeção 116 nos dois lados da chapa de aço ino- xidável 112. A armação define um recesso tendo dimensões a- propriadas para receber uma chapa de níquel 114. Será enten- dido que a figura 4 mostra as duas chapas de revestimento de níquel 114 no lugar em recessos em superfícies opostas da chapa de aço inoxidável 112 que são definidas pela armação 116. A armação 116 é uma porção de projeção da chapa de aço inoxidável 112 e enquadra o perímetro de cada chapa de aço inoxidável 112. As emendas, incluindo emenda 118, entre as chapas de níquel 114 e a armação de aço inoxidável 116 são soldadas utilizando arame de enchimento de aço inoxidável.

Esse desenho de montagem soldada tem a vantagem de que mate- rial de barra ou outros elementos de armação são desnecessá- rios uma vez que o material de núcleo de aço inoxidável T- 316L também serve a função da armação em torno do material de revestimento. Além disso, o desenho alternativo requer menos soldagem do que o desenho da figura 2.

Na segunda etapa do método da figura 1, a montagem soldada é aquecida até temperatura elevada e comprimida por laminação a quente até um calibre intermediário, desse modo formando uma tira ou faixa laminada a quente. Laminação a quente faz com que as três chapas nas montagens soldadas mostradas nas figuras 2-4 se liguem juntas em suas interfa- ces. A montagem soldada 10 da figura 2, por exemplo, pode ser aquecida até uma temperatura adequadamente elevada em ar em um forno padrão, e então imediatamente laminada em um la- minador a quente padrão utilizado na produção de aço. Em uma modalidade, a montagem aquecida 10 é rolada para frente e para trás em um laminador de inversão até que sua temperatu- ra seja reduzida a um ponto que não possa mais ser rolada desse modo. Se necessário, a montagem comprimida e alongada 10 pode ser então reaquecida até temperatura elevada e nova- mente laminada a quente em um laminador de inversão para re- duzir ainda mais seu calibre. Uma série de etapas de reaque- cimento e laminação a quente pode ser empregada até que a espessura do pacote de revestimento seja reduzida a uma es- pessura desejada ou a uma espessura apropriada para lamina- ção a frio. A Figura 5 é uma vista em seção transversal esque- mática tomada em X-X através da montagem soldada 10 da figu- ra 2 após laminação a quente a um calibre intermediário a- propriado. Laminação a quente comprime a chapa de aço inoxi- dável 12 e chapas de níquel 14 da montagem soldada 10 na ca- mada de núcleo de aço inoxidável de calibre mais fino, 26 e camadas de revestimento de níquel 28 do produto de calibre intermediário 20 mostrado na figura 5. Na figura 5, material de barra de aço inoxidável 16 foi comprimido em regiões de armação de aço inoxidável de calibre mais fino 30, com regi- ões de solda comprimida 32 dispostas entre as várias cama- das. A interface dos materiais de níquel e aço inoxidável é mostrada como uma linha pontilhada na vista esquemática da figura 5, bem como nas figuras 6 e 7, descritas abaixo. A Figura 6 é uma vista em seção transversal esque- mática tomada em Y-Y através da montagem soldada 110 da fi- gura 3 após laminação a quente até um calibre intermediário apropriado. Laminação a quente comprime a chapa de aço ino- xidável 112 e chapas de níquel 114 da montagem soldada 110 na camada de núcleo de aço inoxidável de calibre mais fino, 12 6, e camadas de revestimento de níquel 12 8 do produto de calibre intermediário 120 mostrado na figura 6. A armação 116 da chapa de aço inoxidável 112 foi também comprimida em uma região de armação de aço inoxidável de calibre mais fi- no, 130, com regiões de solda comprimidas 132 dispostas en- tre a região de armação de aço inoxidável 130 e a camada de revestimento de níquel 126 nas duas superfícies do produto de revestimento.

Os materiais de revestimento de calibre intermedi- ário mostrados nas figuras 5 e 6, agora peças unitárias, po- dem ser aparados para remover as bordas, incluindo as regi- ões de armação de aço inoxidável comprimidas 30, 130 e regi- ões de solda 32, 132, respectivamente. A figura 7 é uma vis- ta em seção transversal esquemática tomada em X-X através da montagem soldada 10 da figura 2 após laminação a quente a um calibre intermediário e após aparar nas linhas de apara 40 mostradas na figura 5. A ação de aparar deixa somente a ca- mada de núcleo de aço inoxidável desejada, 2 6 e camadas de revestimento de níquel 28 ligadas juntas. Será evidente que o arranjo geral de elementos em uma seção transversal do produto de calibre intermediário 120 após aparar será simi- lar ao arranjo mostrado na figura 7.

Subseqüente ao aparamento, o produto de calibre intermediário 20 da figura 7 pode ser recozido em ar ou re- cozido com brilho para aliviar as tensões. As superfícies de níquel opostas 36 podem ser então submetidas a jato e deso- xidadas para remover incrustação de óxido e fornecer uma condição de superfície apropriada para laminação a frio até calibre final. Se incrustação de óxido for leve, pode ser possível desoxidar o material sem submeter a jato. A terceira etapa do método delineado na figura 1 envolve a redução da espessura do produto de calibre inter- mediário formado em uma etapa anterior e, se desejado, reco- zimento para obter propriedades metalúrgica e mecânica dese- jadas. Uma ou mais sequências de laminação a frio é utiliza- da, onde cada sequência de laminação a frio inclui uma etapa de laminar a frio o material opcionalmente seguido por uma etapa de recozer o material para aliviar tensões e amolecer o material para a seqüência de laminação a frio seguinte. Se o material for recozido em ar durante uma seqüência de lami- nação a frio especifica, pode ser necessário desoxidar ou submeter a jato e desoxidar o material para remover qualquer incrustação de óxido formada no mesmo antes da seqüência de laminação a frio seguinte. Se, em vez disso, o material for recozido durante uma seqüência de laminação a frio específi- ca em uma atmosfera não oxidante inerte como, por exemplo, uma atmosfera de hidrogênio, a incrustação de óxido no mate- rial pode ser desprezível e não necessitar de se submeter a jato ou desoxidar. Seqüências de laminação a frio podem ser repetidas até que o material seja reduzido ao calibre final desejado. O material de revestimento pode ser submetido a um recozimento final em hidrogênio ou outra atmosfera inerte para obter propriedades mecânicas desejadas com uma superfí- cie substancialmente livre de incrustação de óxido.

Um produto final formado utilizando o método mos- trado esquematicamente na figura 1 é um produto em folha compreendendo um substrato de liga (como, por exemplo, um aço inoxidável T-316L) revestido em suas superfícies opostas com um material que transmite resistência à corrosão deseja- da e/ou outras propriedades desejadas (como, por exemplo, níquel). A figura 8 é uma seção transversal esquemática de um produto final 40, onde a camada de aço inoxidável de nú- cleo 42 é encaixada entre camadas de revestimento de níquel 44.

Embora as modalidades exemplares acima utilizadas para ilustrar o método mostrado na figura 1 sejam orientadas para a produção de produtos de revestimento dual, será en- tendido que o método da reivindicação 1 é igualmente útil para a produção de produtos de revestimento único, isto é, produtos revestidos somente em uma única superfície do mate- rial de substrato. Será também entendido que as diversas re- presentações esquemáticas das figuras 2-8 são fornecidas so- mente para melhor ilustrar certas modalidades não limitadoras dos métodos da presente revelação e podem não representar as verdadeiras dimensões relativas dos diversos elementos como existiríam em um processo em escala comercial. Por exemplo, é provável que a espessura de camada de revestimento seja significativamente mais fina em relação à espessura de cama- da de substrato em um processo de escala de laminador efetiva.

Uma vantagem significativa da modalidade da figura 1 é que o método não requer a laminação dos materiais monta- dos em uma espira apertada ou o uso de um forno a vácuo para aquecer e ligar os materiais montados como utilizado nos mé- todos da técnica anterior discutidos na seção antecedentes acima. Embora os materiais a serem ligados devam ser aqueci- dos à temperatura elevada no método de revestimento da pre- sente revelação, acredita-se que a ligação do material du- rante o processo de revestimento seja na realidade mais um resultado da pressão elevada de interface obtida durante la- minação. A modalidade da figura 1 também não requer o uso de equipamento de ligação de explosivo complicado e caro para ligar os diversos materiais.

Embora a descrição acima e os exemplos abaixo men- cionem ou envolvam o revestimento de níquel em um substrato de aço inoxidável, será entendido que os métodos da presente revelação não são limitados desse modo. Acredita-se que o método da figura 1 e, mais genericamente, o método novo da presente revelação possam ser adaptados para produzir uma ampla variedade de substratos de liga de revestimento único e revestimento múltiplo. Além disso, como observado acima, o método da presente revelação é particularmente útil para produzir produtos de revestimento onde o material de reves- timento seja de uma resistência a quente mais baixa do que o material de substrato. Ao laminar chapas empilhadas de um material de substrato com resistência a quente elevada e um material de revestimento com resistência a quente mais bai- xa, o material com resistência a quente mais baixa pode ten- der a espalhar além das dimensões do material de resistência a quente mais elevada durante laminação a quente dos materi- ais montados. Em tal caso, o material de resistência a quen- te mais elevada fornecido na margem entre bordas adjacentes do material de revestimento e o material de substrato na montagem soldada do método da presente revelação, quer seja ou não uma parte do material de substrato, inibe a dispersão do material de revestimento além da borda do material de substrato durante laminação a quente.

Exemplos gerais e não limitadores de produtos de revestimento que podem ser produzidos utilizando o método da presente invenção incluem os seguintes: chapa de revestimen- to, tira de revestimento e folha de revestimento. Os produ- tos de revestimento podem ser adicionalmente processados em vários artigos de manufatura. Além disso, embora as descri- ções acima e os exemplos abaixo sejam orientados para produ- tos de revestimento duplo, onde camadas de revestimento são ligadas a cada uma das superfícies opostas de um substrato, o método da presente revelação pode ser adaptado para produ- zir produtos de revestimento único ou revestimento múltiplo, e tais produtos podem ser processados adicionalmente em ar- tigos de manufatura. Como mencionado acima, os exemplos de artigos de manufatura que podem ser feitos de produtos de revestimento único e/ou revestimento duplo feitos utilizando o método da presente revelação incluem, porém não são limi- tados a, cisternas químicas, canos de chaminé, baterias, tu- bagem, permutadores de calor, tubulação para óleo e gás, tanques para produtos químicos e artigos de cozinha. Outros produtos e artigos de manufatura que podem ser feitos utili- zando o método da presente revelação serão evidentes para aqueles tendo conhecimentos comuns nas técnicas metalúrgica e de manufatura mediante consideração da presente descrição, e tais pessoas podem adaptar de forma apropriada o método da presente revelação sem experimentação indevida.

As dimensões absoluta e relativa dos diversos ele- mentos de substrato, revestimento e se distintos do substra- to, elementos de armação montados em uma montagem soldada no método da presente revelação são escolhidos para fornecer um produto de revestimento final adequadamente dimensionado.

Seguem os exemplos de certas modalidades não limitadoras da presente invenção. As dimensões absoluta e relativa dos di- versos elementos descritos nos exemplos que se seguem foram escolhidas para uma aplicação específica e refletem somente vários exemplos não limitadores de modalidades específicas do método. Mais genericamente, dependendo da aplicação pre- tendida específica do produto de revestimento, qualquer um de uma ampla gama de espessuras de produto de revestimento final e razões de espessura pode ser produzido em um modo similar àquele utilizado na descrição acima e nos exemplos que se seguem. Aspectos investigados enquanto se realiza os exemplos que se seguem incluem inibir que a camada de reves- timento flua para um grau indesejável durante laminação a quente, recozer apropriadamente as camadas de substrato e revestimento durante laminação a frio, evitar a formação de incrustação em excesso nas superfícies de camada de revesti- mento durante recozimento, e a capacidade de práticas de de- soxidar e submeter a jato para remover incrustação indesejá- vel antes da montagem dos elementos da montagem soldada.

Exemplo 1 Uma montagem soldada foi preparada para produzir um aço inoxidável de revestimento duplo de níquel. A monta- gem compreendia uma chapa de aço inoxidável T-316L de 5,4 a 6,67 cm de espessura encaixada entre duas chapas de níquel de 1,27 a 1,89 cm de espessura (UNS 02201). As dimensões de comprimento e largura das chapas de cobertura de níquel eram menores do que a chapa de núcleo de aço inoxidável, e as chapas de níquel foram centradas nas superfícies da chapa de núcleo de aço inoxidável. Desse modo, uma margem foi deixada em torno do perímetro de cada superfície da chapa de núcleo que não foi coberta pela chapa de cobertura disposta na su- perfície. Uma armação construída de 1,27 x 1,27 cm de espes- sura de material de barra de aço inoxidável T-304 foi posi- cionada na margem em cada superfície da chapa de núcleo, em torno da periferia de cada uma das chapas de cobertura. A armação de aço inoxidável foi destinada a "represar" o ní- quel de resistência a quente mais baixa (e portanto mais fluido) durante laminação a quente e inibir ou evitar que o material de níquel flua além das bordas do material de chapa de núcleo visto que a montagem inteira foi reduzida em es- pessura durante laminação a quente. As espessuras das chapas individuais foram selecionadas, em parte, de modo que o e- quipamento de laminação disponível para o teste pudesse aco- modar a espessura total de montagem. A montagem foi construída e processada como a se- guir. As duas chapas de cobertura de níquel foram cortadas de modo que quando os elementos foram montados uma folga de 1,27 cm foi deixada entre suas bordas e as bordas opostas dos elementos de armação de aço inoxidável T-304. Isto é mostrado na fotografia da figura 9, onde a montagem 210 in- clui uma chapa de cobertura de níquel 212 disposta na chapa de aço inoxidável T-316L, 214 entre elementos de armação de aço inoxidável T-304 216, deixando uma folga de 1,27 cm 218 em torno da chapa de cobertura 212. A folga de 1,2 7 cm foi fornecida para aumentar a penetração de metal de solda du- rante soldagem. Cada um dos elementos de armação 216 foi soldado MIG à chapa de núcleo 214 na interface exposta entre aqueles elementos que se estendem pela circunferência da montagem utilizando arame de soldagem ER308 com 0,158 cm de diâmetro e gás de proteção de 98% de argônio/2% de oxigênio.

Os elementos de armação 216 também foram soldados MIG em sua respectiva chapa de cobertura adjacente 212 pelo enchimento das folgas de 1,27 cm entre aqueles elementos utilizando a- rame de soldagem ERNiCrFe-6 INCO 92™ com 0,23 8 cm de diâme- tro e gás de proteção de 95% de argônio/5% de hidrogênio. A montagem soldada completa 230 é mostrada na figura 10. A montagem soldada foi aquecida a 1121,1°C em um forno e laminada a quente de sua espessura de 7,62 cm origi- nal para 1,018 cm. A montagem não foi evacuada antes da la- minação a quente. Micrografias de uma seção transversal da montagem laminada a quente, mostradas nas figuras 11(a) e (b) , revelaram que as duas interfaces de aço inoxidável T- 316L/níquel foram totalmente ligadas com uma interface ge- ralmente muito limpa. Entretanto, regiões ocasionais da in- terface de aço inoxidável T-316L/níquel incluíam incrustação de óxido retido significativo. Não era claro no momento se a incrustação retida estava embutido nas superfícies da chapa antes da laminação a quente, foi formado durante laminação a quente devido â presença de ar na montagem soldada, ou esta- va presente devido a uma combinação dos dois fatores.

Duas seções foram cortadas da montagem de pacote de revestimento laminado a quente e reaquecidas, uma primei- ra seção a 1121,1°C e a segunda seção a 1204,4°C. Cada seção reaquecida foi então laminada a quente, a primeira seção de 0,360 cm e a segunda seção a 0,317 cm. As seções laminadas a quente foram então aparadas para remover o material de arma- ção e depósitos de solda, de modo que o único material dei- xado era um laminado de níquel/aço inoxidável T-316L/níquel.

Inspeção metalográfica do laminado revelou que todas as ca- madas permaneceram bem ligadas.

Estudos de recozimento discutidos abaixo indicaram que um recozimento a 1065,5°C por 5 minutos era suficiente para amolecer as seções laminadas a quente para laminação a frio subseqüente. Por conseguinte, uma peça de 7,62 x 35,56 cm do material de revestimento duplo laminado a quente com 0,360 cm de espessura, mostrado na figura 12, foi recozido a 1065,5°C por cinco minutos, e então laminado a frio para ca- libre final de 0,033 cm utilizando a seguinte seqüência de recozimento/laminação a frio. 0,360 cm -> 0,198 cm (45% de redução) u Recozido em ar 3 minutos a 1065,5°C, jato de areia grossa, desoxidado em HN03 a 10%/2% HF u 0,198 cm -> 0,109 cm (45% de redução) li Recozido 3 em ar minutos a 1065,5°C, jato de areia grossa, desoxidado em HN03 a 10%/2% HF li 0,109 cm -> 0,060 cm (45% de redução) recozido 3 em ar minutos a 1065,5°C, jato de areia grossa, desoxidado em HN03 a 10%/2% HF li 0,060 cm -> 0,033 cm (45% de redução) Qualquer passagem de rolo único durante laminação a frio foi limitada a aproximadamente 0,012 cm de redução de modo a limitar tensões e reduzir o risco de deslaminação.

Nenhuma deslaminação ou verificação de borda foi observada durante qualquer uma das seqüências de laminação a frio. Pa- ra condicionar a superfície do material de calibre final de 0,033 cm, uma operação de submeter a jato e desoxidar pode ser utilizada. A percentagem de espessura de revestimento de ní- quel foi medida para cada estágio de processamento da monta- gem soldada nesse Exemplo 1 a fim de avaliar quão bem o ní- quel permaneceu contido dentro da armação de aço inoxidável T-304, e também para determinar se a formação de incrustação de óxido consumiu uma quantidade excessiva do revestimento de níquel durante recozimento. A espessura de camada de ní- quel permaneceu relativamente constante a partir de sua quantidade original (16,5 a 17% de espessura total de monta- gem por lado) através do terceiro ciclo de recozimen- to/laminação a frio. As camadas de revestimento de níquel se tornaram relativamente mais finas durante a seqüência de la- minação a frio final, e o material de calibre final tinha uma espessura de camada de revestimento de níquel de aproxi- madamente 15% da espessura total do produto de revestimento por lado.

Para evitar o risco de distorção nas superfícies de material durante jato e desoxidação, recozimento com bri- lho em hidrogênio pode ser utilizado no lugar de recozimento em ar na série de laminação a frio acima e para fornecer ao material seu tamanho de grão final e propriedades mecânicas.

Para avaliar o uso de recozimento com brilho, espécimes in- dividuais de 2,54 x 2,54 cm de material laminado a frio de calibre final (0,033 cm) foram recozidos com brilho a 815,5°C, 871,1°C e 926,6°C para cada um de 1, 2 e 3 minutos de tempo em temperatura. 0 recozimento com brilho pareceu fornecer uma superfície livre de incrustação aceitável nos espécimes de revestimento duplo. Metalografia foi realizada nos espécimes recozidos com brilho para determinar qual mi- croestrutura resultou das nove combinações de tempo- temperatura. As camadas de níquel em todas as nove espécimes pareciam metalograficamente similares, com cada camada sendo totalmente recristalizada, tendo crescimento de grão percep- tível, e um tamanho de grão de aproximadamente 7 % a 8 uti- lizando o Método de comparação ASTM. Foi observado que so- mente aqueles espécimes recozidos com brilho a pelo menos 871,1°C por pelo menos 2 minutos foram totalmente recrista- lizados. As camadas de núcleo de aço inoxidável totalmente recristalizadas tinham um tamanho de grão de aproximadamente ASTM 11, e o espécime recozido com brilho a 92 6,6°C por 3 minutos parecia ter a microestrutura mais homogênea. A mi- crodureza Vickers média da camada de núcleo T-316L para o espécime recozido com brilho foi de 178.

Considerando os resultados de recozimento com bri- lho acima, um pedaço de 7,62 x 30,48 cm de material de cali- bre final como laminado a frio a partir desse exemplo foi recozido com brilho em hidrogênio a 926,6°C por 3 minutos.

Dois espécimes de teste de tração foram estampados desse ma- terial e a resistência à deformação, resistência final à tração, e percentagem de alongamento foram avaliadas. Os va- lores médios de teste para essas propriedades foram 40,7 ksi, 86,6 ksi e 48,7% respectivamente.

Exemplo 2 Uma montagem soldada construída substancialmente igual ao Exemplo 1 foi preparada. Como na montagem do exem- plo 1, uma folga de 1,2 7 cm foi deixada entre cada uma das bordas de chapa de cobertura de níquel e as bordas do mate- rial de armação de aço inoxidável. Para fornecer extra su- porte contra qualquer movimento lateral das chapas de cober- tura durante laminação, porém ainda permitir espaço para fluxo do material de revestimento, duas represas de extremi- dade curta foram projetadas para dentro dos elementos de ar- mação de tal modo que cada um incluiu duas lingüetas de 1,27 cm que casam de forma nivelada contra a chapa de cobertura adjacente. Esse arranjo é mostrado na figura 13, que mostra uma superfície da montagem 310 na qual a chapa de níquel 312 e elementos de armação de aço inoxidável T-304 314, 316 são posicionados em chapa de aço inoxidável T-316L, 318. Elemen- tos de armação opostos 314 incluem lingüetas 320 niveladas com a chapa de cobertura adjacente 312. As chapas de cober- tura de níquel e elementos de armação 314, 316 foram então soldadas no lugar na chapa de núcleo de aço inoxidável 318 em um modo similar à montagem do Exemplo 1. Uma superfície da montagem soldada é mostrada na figura 14. A montagem soldada desse exemplo foi então aqueci- da a 1121,1°C e laminada a quente a partir de sua espessura de 7,62 cm original para 1,016 cm. A montagem não foi evacu- ada antes de laminação a quente. A análise metalográfica e- xecutada no material laminado a quente mostrou a interface de níquel/aço inoxidável T-316L como sendo similar àquela produzida com a montagem soldada do Exemplo 1, embora uma extremidade da faixa laminada a quente incluísse uma área rasa de deslaminação entre o material de núcleo de aço ino- xidável e níquel. Uma seção da peça de 1,016 cm foi reaque- cida até 1121,1°C e laminada a quente a 0,363 cm.

Um estudo de recozimento foi executado nas amos- tras do material laminado a quente de 0,363 cm para investi- gar temperaturas e tempos apropriados para recozer o materi- al laminado a quente antes da laminação a frio. Cinco pares de amostras de 5,08 x 7,62 cm do material laminado a quente foram recozidos a 1065,5°C por 2, 5, 8, 14 e 20 minutos. Os espécimes recozidos a 1065,5°C por 5 minutos pareciam produ- zir uma microestrutura totalmente recristalizada tanto na camada de núcleo de T-316L como nas camadas de revestimento de níquel sem crescimento de grão excessivo nas camadas.

Exemplo 3 A observação das montagens dos Exemplos 1 e 2 aci- ma indicou que o material de chapa de cobertura de níquel não fluiu sobre a armação de aço inoxidável e estava total- mente contido na armação durante redução de laminação a quente. Desse modo, a folga de 1,2 7 cm entre chapas de co- bertura e os elementos de armação foi eliminada na montagem desse Exemplo 3. Acredita-se que tal desenho possa fornecer um rendimento mais elevado de material de revestimento duplo uma vez que sem as folgas a chapa de cobertura pode cobrir uma maior percentagem da largura de superfície da chapa de núcleo. A figura 15 mostra a montagem soldada 410 do Exemplo 3 com a chapa de cobertura 412 soldada aos elementos de ar- mação com topo 416 e os elementos de armação 416 soldados à chapa de núcleo 414. Como mostrado na figura 15, tubagem hi- dráulica 420 foi soldada a um furo de evacuação no lado da chapa de núcleo com 5,08 cm de espessura 414. O furo de eva- cuação passou para dentro da chapa de núcleo 414 e intersec- tou em um ângulo reto com um furo perfurado totalmente atra- vés da chapa de núcleo 414, abrindo nas duas superfícies da chapa de núcleo 414 coberta pelas chapas de cobertura 412.

Como tal, o furo de evacuação e tubagem hidráulica 420 comu- nicaram de forma fluida com os espaços entre a chapa de nú- cleo 414 e as chapas de cobertura 412. Grande parte do ar na montagem soldada 412 foi evacuada através da tubagem 420, e o furo de evacuação na montagem 412 foi então soldado fecha- do antes da laminação a quente. A montagem soldada evacuada foi laminada a quente a 1121,1°C para 1,021 cm, e subseqüentemente reaquecida a 1121,1°C e laminada a quente a 0,350 cm. Análise metalográ- fica foi executada no material em cada espessura. As amos- tras examinadas mostraram que as interfaces de aço inoxidá- vel T-316L/níquel foram totalmente ligadas sem evidência de espaços vazios ou grandes inclusões de óxido. As amostras apresentaram inclusões em uma quantidade, tamanhos e distri- buição muito similares ao que era visto em amostras lamina- das a quente das montagens soldadas dos Exemplos 1 e 2. Isto indicou que as inclusões encontradas nas interfaces de nú- cleo/revestimento não são devido á presença de ar dentro das montagens soldadas, porém em vez disso de incrustação pre- sente nas superfícies de contato com as chapas antes da construção da montagem soldada. Parece portanto ser desne- cessário evacuar a montagem soldada construída de acordo com as modalidades do método da presente revelação antes da la- minação a quente. Conclui-se também que preparar as superfí- cies das chapas por esmerilhamento superficial e/ou outras técnicas de preparação superficial para remover incrustação de superfície pode ser importante. Evidentemente, a vantagem obtida dessa preparação de superfície dependerá da composi- ção e condição das chapas utilizadas, e certas chapas, por exemplo, podem ser compostas de material com maior probabi- lidade de desenvolver corrosão problemática.

Exemplo 4 Em vista do sucesso do programa de laminação a frio utilizado com o material laminado a quente produzido no Exemplo 1, um programa de laminação a frio mais agressivo foi testado em uma montagem soldada tendo uma construção substancialmente igual ao do exemplo 1. Foi observado que não houve diferença significativa na extensão de inclusões de óxido na interface de revestimento de níquel/núcleo de aço inoxidável em produto laminado a quente produzido das montagens evacuada e não evacuada dos exemplos acima. Desse modo, a montagem de pacote de revestimento do Exemplo 4 não foi evacuada. A montagem soldada foi laminada a quente a 1121,1°C até 1,018 cm, e subseqüentemente reaquecida a 1204,4°C e laminada a quente a 0,302 cm. Metade do material de 0,302 cm ("montagem no. 4-A") foi recozida a 1065,5°C por 5 minutos para amolecer o mesmo para laminação a frio. A me- tade restante do material de 0,302 cm ("montagem no. 4-B") foi reaquecida a 1204,4°C e laminada a quente novamente para duas passagens a fim de reduzir o mesmo a 0,215 cm. 0 cali- bre de faixa quente reduzido em relação à montagem no. IA permitiría uma quantidade menor de ciclos de laminação a frio/recozimento a fim de atingir o calibre final. A monta- gem no. 4-A foi laminada a frio com sucesso até o calibre final desejado de 0,033 cm utilizando os três ciclos de re- cozimento/laminação a frio a seguir: 0,302 cm -> 0,144 cm (52% de redução) u Recozido em ar 3 minutos a 1065,5°C, jato de areia grossa, desoxidado por 10 segundos em HN03 a 10%/2% HF u 0,144 cm -> 0,068 cm (52% de redução) Recozido 3 em ar minutos a 1065,5°C, jato de arei- a, desoxidado por 45 segundos em HN03 a 10%/2% HF u 0,068 cm -> 0,033 cm (52% de redução) 0 material de calibre de faixa laminado a quente reduzido da montagem no. 4-B foi laminado a frio com sucesso até o calibre final desejado de 0,025 cm utilizando apenas dois ciclos de recozimento/laminação a frio como a seguir; 0,0231 cm -> 0,086 cm (60% de redução) u recozido em ar 3 minutos a 1065,5°C, jato de arei- a, desoxidado por 45 segundos em HN03 a 10%/2% HF

U 0,086 cm -> 0,033 cm (60% de redução) Qualquer passagem de rolo único durante laminação a frio nas duas seqüências acima foi limitada a aproximada- mente 0,012 cm e aproximadamente 5% de redução de modo a não causar tensão excessiva no material e risco de deslaminação.

Em relação a essas limitações, nenhuma deslaminação ou che- cagem de borda foi observada durante qualquer uma das etapas de laminação realizadas nas montagens no. 4-A e no. 4-B, que indica que laminação a frio relativamente agressiva é possí- vel. 0 material de calibre final das montagens no. 4-A e no. 4-B foi recozido com brilho em hidrogênio a 926,6°C por 3 minutos, e teste de tração foi executado no material recozi- do com brilho.

Laminação a frio mais agressiva foi também pesquisa- da, o que pode aumentar a velocidade de produção. Um espécime de material de faixa quente de 0,030 cm recozido e desoxida- do da montagem no. 4-A foi laminado a frio como a seguir: 0,302 cm -> 0,099 cm (67% de redução) U recozido em ar 3 minutos a 1065,5°C, jato de arei- a, desoxidado por 45 segundos em HN03 a 10%/ 2% HF u 0,099 cm -> 0,033 cm (67% de redução) u recozimento com brilho a 982,2°C por 1 minuto A laminação a frio foi executada com uma redução de aproximadamente 15% em espessura por passagem de lamina- ção, ou aproximadamente três vezes o limite de redução de espessura por passagem almejado como nas seqüências de lami- nação a frio anteriores. 0 material de revestimento duplo de calibre final resultante não apresentou sinais de deslamina- ção, embora um pouco de aspereza de borda ocorresse. Entre- tanto, uma vez que o material de calibre final seria aparado na borda até uma largura desej ada e para remover evidência do material de armação e depósitos de solda, a aspereza de borda provável é insignificante. As propriedades metalúrgica e mecânica do material de revestimento duplo, laminado a frio, recozido com brilho com 0,033 cm de calibre final fo- ram como listadas na Tabela 1.

Tabela 1 Exemplo 5 Uma montagem soldada de escala de laminador foi construída de uma chapa de aço inoxidável T-316L de 9,52 cm como material de núcleo tendo comprimento de 335,28 cm e largura de 82,55 cm. A chapa de núcleo foi encaixada entre duas chapas de níquel UNS 022 01 com 1,90 cm de espessura tendo comprimento de 325,12 cm e largura de 72,39 cm. A cha- pa de núcleo foi usinada nos dois lados para fornecer regi- ões rebaixadas a fim de aceitar as chapas de níquel, que e- ram de dimensões de largura e comprimento menores. Como tal, uma margem da chapa de aço inoxidável T-316L circundou ou "limitou" a periferia das chapas de material de revestimento e desse modo forneceu uma armação integral para inibir ou evitar que o material de revestimento de níquel se espalhe além das dimensões do material de núcleo de aço inoxidável durante laminação a quente. As chapas de níquel foram solda- das à armação definida pelo material de núcleo genericamente como descrito nos exemplos acima. A montagem foi então aque- cida a 1121,1°C e laminada a quente até uma faixa laminada a quente de calibre intermediário em um laminador de tira quente de escala de laminador.

Micrografias de amostras da faixa laminada a quen- te foram examinadas e mostraram que a qualidade das ligações entre as camadas de revestimento e núcleo era muito boa. A superfície de faixa foi inspecionada e verificada como sendo aceitável, com a única falha significativa observada sendo uma bolha em um local próximo ao centro da tira. Um pouco de deslaminação/rebarba insignificante foi observado ao longo do limite de fusão entre o depósito de solda e a camada de revestimento de níquel. A faixa laminada a quente foi lami- nada a frio, recozido e preparada para nivelamento.

Exemplo 6 Uma montagem soldada em escala de laminador pode ser preparada de uma chapa de aço inoxidável T-316L de 335, 28 cm x 82,55 cm (comprimento x largura) como material de núcleo, e duas chapas de cobertura de níquel UNS 02001 de 325,12 cm x 72,39 cm como material de revestimento. A espes- sura da chapa de núcleo pode ser 9,52 cm, e a espessura de cada chapa de cobertura pode ser 1,90 cm, para uma espessura total de montagem de 13,33 cm. Um recesso moldado para acei- tar uma chapa de cobertura é usinada em cada superfície da chapa de núcleo, com três arestas usinadas em cada uma das extremidades de cada recesso. A figura 16 é uma vista supe- rior esquemática de uma face da chapa de núcleo 220, mos- trando o recesso 224, a margem de projeção 226 deixada na chapa de núcleo 220 e definindo paredes do recesso 224, e as seis arestas 225 se estendendo da superfície 227 do recesso 224. A superfície restante da chapa de núcleo 220 (não mos- trada na figura 16) terá um desenho substancialmente idênti- co. Cada chapa de cobertura de níquel é usinada para incluir seis furos em posições predeterminadas, e cada chapa de co- bertura é posicionada em um recesso da chapa de núcleo de modo que os seis arestas da chapa de núcleo se projetam a- través dos seis furos usinados na chapa de cobertura. A es- pessura da chapa de núcleo pode ser 9,52 cm, e a espessura de cada chapa de cobertura pode ser 01,90 cm, para uma es- pessura total de montagem de 13,33 cm. As chapas de cobertu- ra são soldadas na chapa de núcleo nas emendas entre as cha- pas de cobertura e a margem de projeção da chapa de núcleo, e nas emendas entre as pegas e os furos nas chapas de cober- tura. As arestas são fornecidas para inibir ainda mais o deslizamento das chapas de cobertura em relação à chapa de núcleo durante laminação a quente.

A montagem é aquecida até aproximadamente 1121,1°C e laminada a quente em um laminador de inversão até uma fai- xa laminada a quente de calibre intermediário. A faixa lami- nada a quente pode ser então aparada até uma largura deseja- da apropriada para laminação a frio. A faixa laminada a quente é então recozida em ar, por exemplo, a 1037,7°C por 1 minuto de tempo em temperatura, retirada incrustação, opcio- nalmente desoxidado e esmerilhada superficialmente, e então laminada a frio. 0 material laminado a frio é então recozido em ar, por exemplo, a 1037,7°C por 1 minuto tempo em tempe- ratura, retirado incrustação, opcionalmente desoxidado nova- mente e esmerilhado superficialmente e laminado. Esse mate- rial é recozido com brilho, laminado a frio até o calibre final, e então recozido com brilho novamente. O material po- de ser então nivelado por estirador, se desejado.

Será entendido que a presente descrição ilustra aqueles aspectos relevantes para um entendimento claro da invenção. Certos aspectos que seriam evidentes para aqueles de conhecimentos comuns na técnica e que, portanto, não fa- cilitariam uma melhor compreensão da invenção não foram a- presentados para simplificar a presente descrição. Embora modalidades da presente invenção tenham sido descritas, uma pessoa com conhecimentos comuns na técnica, após considerar a descrição supra, reconhecerá que muitas modificações e va- riações da invenção podem ser empregadas. Todas essas varia- ções e modificações da invenção pretendem ser abrangidas pe- la descrição supra e reivindicações que se seguem.

Claims (15)

1. Método para produzir um produto de revestimen- to, o método sendo CARACTERIZADO por compreender: fornecer uma montagem soldada compreendendo uma chapa de um matéria] de revestimento disposta em uma chapa de um material de substrato, tanto o material de substrato como o material de revestimento individualmente selecionados de ligas, onde na montagem soldada uma borda periférica da chapa do material de revestimento não se estende até uma borda periférica da chapa do material de substrato e desse modo provê uma margem entre as bordas periféricas, em que um material que é uma liga tendo resistência ao calor maior do que o material de revestimento está dentro da margem e está diretamente contra e circunda inteiramente a borda periféri- ca do material de revestimento, e define uma costura entre a placa do material de revestimento e o material na margem; e em que uma superfície do material que está dentro da margem é substancialmente coplanar com uma superfície da chapa do material de revestimento; soldar a montagem soldada inteiramente em torno da costura entre a placa do material de revestimento e o mate- rial na margem; e laminar à quente a montagem soldada para fornecer uma faixa laminada à quente, em que o material dentro da margem inibe que o material de revestimento se espalhe além da borda do material de substrato durante a laminação à quente.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o material dentro da margem tendo resistência à quente maior do que o material de reves- timento é o material de substrato.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a chapa do material de reves- timento é disposta em um recesso formado em uma superfície da chapa do material de substrato de modo que uma porção de projeção do material de substrato define pelo menos uma pa- rede do recesso e está dentro da margem e está diretamente contra pelo menos uma região da borda periférica da chapa do material de revestimento.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o recesso é fornecido na su- perfície da chapa do material de substrato por um entre fun- dição, forja, usinagem e um processo de remoção de material.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o material dentro da margem compreende pelo menos um elemento de armação e o método ain- da compreende a soldagem do elemento de armação ao substrato antes da soldagem da montagem soldada inteiramente em torno da costura entre a placa de material de revestimento e o ma- terial na margem.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o material de substrato é se- lecionado do grupo que consiste em aço inoxidável, aço ino- xidável T-316I,, aço Inoxidável T-316, aço inoxidável T-304L, aço inoxidável T-304 e aço de carbono.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o material de revestimento é selecionado do grupo que consiste em níquel, uma liga de ní- quel, níquel UNS N02200, níque] UNS NO2201, cobre, uma liga de cobre, e um aço inoxidável.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o material dentro da margem tendo uma resistência ao calor maior do que o material de re- vestimento é selecionado do grupo que consiste em aço inoxidá- vel, aço inoxidável T-316L, aço inoxidável T-304, uma superli- ga à base de níquel e uma superliga à base de cobalto.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o método compreende adicional- mente : opcionalmente recozer a faixa laminada à quente; e laminar à frio a faixa laminada à quente em uma tira de revestimento tendo um calibre desejado.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a laminação à frio da faixa la- minada à quente em uma tira de revestimento tendo um calibre desejado compreende duas ou mais etapas de laminação à frio, em que a tira laminada à frio é recozida intermediária a eta- pas sucessivas de laminação à frio.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que a tira laminada à frio é re- cozida com brilho intermediária a pelo menos duas etapas su- cessivas de laminação à frio.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o produto de revestimento é um produto de revestimento dual e a montagem soldada compreende duas chapas de material de revestimento, uma das chapas de material de revestimento sendo disposto em cada uma das superfícies opostas da chapa do material de substrato.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações 1, 9 ou 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o mate- rial de revestimento é níquel, níquel UNS NO2201, o material de substrato é aço inoxidável T-316L, e o material disposto na margem é selecionado de aço inoxidável T-316L e aço ino- xidável T-304.

14. Método para fabricar um artigo de manufatura, o método sendo CARACTERIZADO por compreender: fabricar um produto de revestimento pelo método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores; e fabricar o produto de revestimento no artigo de manufatura.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o artigo de manufatura é se- lecionado do grupo que consiste em uma cisterna, um cano de chaminé, uma batería, tubagem, um permutador de calor, um tubo, um tanque e um item de artigos de cozinha.