BRPI0806667B1 - Method for manufacturing an austentiary steel object - Google Patents

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Description

"MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DE ΌΜ OBJETO DE AÇO AUSTENÍTICO" A presente invenção se refere a um método para fabricação de um objeto de aço inoxidável austenítico, dúctil e de alta resistência, em cujo método as propriedades mecânicas do objeto são melhoradas em pelo menos um estágio de tratamento térmico. A alta deformação e o breve recozimento de aços inoxidáveis austeniticos possibilitam a formação de uma estrutura de grão martensitica e austenitica finamente granulada, que proporciona excelentes propriedades mecânicas com uma alta resistência e ductilidade. Esse fenômeno é descrito, por exemplo, por Somani M. C. e outros, no artigo "Microstructure and mechanical properties of reversion-annealed cold-rolled 17Cr-7Ni type austenitic steels, presented at Stainless Steel '05", apresentado no 5o. Congresso Europeu de Ciência e Mercado de Aço Inoxidável, Sevilha, Espanha, 27-30 de Setembro de 2005, páginas 37-42. De acordo com esse documento, tiras de aço austenítico são laminadas a frio e esta laminação a frio promove a formação da estrutura de martensita. 0 rápido tratamento de recozimento em linha sob temperatura acima de 700°C possibilita a formação da microestrutura de fase dupla de martensita dúctil e de austenita ultrafina. Mesmo com uma laminação a frio, é facilmente obtida uma redução de 35-45% de austenita ultrafina. Com a microestrutura de fase dupla, se observa a produção de uma força de 1000 MPa e um alongamento total de 36%. O Pedido de Patente do Japão, JP 04-063247 descreve um aço inoxidável de alta resistência e alta ductilidade, o qual é laminado a frio como um tratamento de transformação de fase em uma microestrutura de martensita de única fase. Após isso, o aço é submetido a um tratamento térmico na faixa de temperatura variando de 600 a 900°C, para formar a microestrutura em austenita de fase única ou em uma fase mista de austenita e martensita. Em seguida, o aço é novamente submetido ao tratamento de transformação de martensita, mediante tratamento térmico na faixa de temperatura de 600 a 900°C. Assim, é formada a microestrutura feita de uma única fase de austenita, a partir de uma fase mista de austenita e martensita, apresentando finos grãos, cujo tamanho de grão é no máximo de 1 micrômetro. 0 Pedido de Patente JP 07-216451 descreve uma produção de aço inoxidável tendo resistência à degeneração de soldagem, alta resistência e alta ductilidade. O aço apresenta uma microestrutura de fase dupla consistindo de uma fase martensitica e uma fase austenitica. Após proporcionar uma deformação de 3% ou menos, é realizado um tratamento térmico na faixa de temperatura de 400 - 600°C durante 30 minutos ou menos. Depois, o teste de esforço de prova a 0,2% é maior que 900 N/mm2.
As referências descrevem os resultados de testes para produtos planos, como, por exemplo, placas, lâminas ou tiras e, portanto, a distribuição de valores para as propriedades é essencialmente uniforme para todo o objeto tratado. O objetivo da presente invenção é de se obter um aperfeiçoado método de fabricação de um objeto de aço inoxidável austenitico, o qual apresenta um formato interno e/ou externo pelo menos parcialmente curvo, cujo objeto é manipulado em pelo menos um estágio de tratamento térmico, para obtenção de satisfatórias propriedades mecânicas de ductilidade e alta resistência. As características essenciais da presente invenção são relacionadas nas reivindicações anexas.
Em conformidade com a presente invenção, uma tira de aço inoxidável austenitico é primeiro trabalhada a frio, vantajosamente, mediante laminação, para promover a formação da fase martensita na microestrutura, cuja formação de martensita é conhecida como sendo benéfica para as desejadas propriedades mecânicas de ductilidade e alta resistência. Após trabalho a frio, a tira de aço é conformada na forma de um objeto desejado, o qual apresenta, pelo menos, uma área com um formato externo e/ou interno curvo ou arqueado. 0 objeto conformado é posteriormente recozido por reversão, com o objetivo de reverter a martensita de volta para austenita, a fim de se obter uma estrutura granular fina e dúctil, para, pelo menos, a área curva ou arqueada do objeto. Posteriormente, é obtido um efeito de endurecimento para o objeto durante o recozimento de reversão e/ou após o recozimento de reversão na forma de um estágio separado. 0 efeito de endurecimento é executado pelo processo de endurecimento e/ou pelo processo de endurecimento por calor. Quando é usado o endurecimento por calor, este procedimento intensifica a cura dos esforços ou tensão e aumenta a resistência do objeto também naquelas áreas onde o efeito do recozimento de reversão é menor. A matéria-prima para a tira a ser tratada em conformidade com o método da invenção é um aço inoxidável austenitico, contendo como componentes principais, além do ferro, 15-22% em peso de cromo, 1-10% em peso de níquel e 0,5-20% em peso de manganês, além de 0,01-0,1% em peso de carbono, vantajosamente, 0,01-0,05% em peso de carbono. A tira de aço inoxidável austenitico, vantajosamente, é formada por laminação em um desejado objeto, porém, o formato pode ser também proporcionado, por exemplo, mediante curvatura. O formato do objeto pode, quando visto a partir da seção transversal na direção longitudinal, ser circular, oval, quadrado, retangular ou uma combinação de pelo menos dois desses formatos ou alguma outra geometria, de modo que o formato seja, pelo menos, parcialmente curvo ou arqueado. Um formato tubular é um formato preferível do objeto, porém, outros formatos são também preferíveis. 0 formato fechado na direção longitudinal do objeto é preferivelmente obtido mediante soldagem, porém, quaisquer outros métodos de união mecânica podem também ser usados. 0 objeto também pode na sua direção longitudinal ser, pelo menos, parcialmente aberto. Além disso, o objeto pode apresentar pelo menos duas áreas parcialmente curvas ou arqueadas próximas entre si, na direção longitudinal ou adjacentes entre si na direção transversal, cujas áreas são conectadas entre si por uma porção essencialmente plana, numa posição horizontal, vertical ou inclinada das áreas conectadas.
Em conformidade com a invenção, a tira de aço inoxidável austenítico é primeiro laminada a frio, a fim de promover a formação da fase de martensita na microestrutura. 0 grau de redução de laminação se situa entre 5-50%, vantajosamente, entre 10-30%. Após a laminação, a porção de martensita na tira é entre 10-50%, vantajosamente, entre 15-35% e o restante se constitui da fase austenita deformada. A tira de aço de fase dupla laminada a frio é depois conformada na forma do objeto desejado, a qual, externamente e/ou internamente é pelo menos parcialmente curva ou arqueada. Durante a conformação do objeto, as diferentes áreas da tira são deformadas em diferentes graus de redução e o teor de martensita é proporcional ao grau de redução. Por exemplo, se o objeto conformado for um tubo, as áreas internas do tubo são mais deformadas do que as áreas externas, e no caso em que a seção transversal do objeto, quando vista na direção longitudinal, for quadrada, os cantos do objeto quadrado são mais deformados do que as áreas retas do objeto quadrado. As áreas mais deformadas do objeto tendo teor de martensita de 30-60%, vantajosamente, de 40-50%, são posteriormente endurecidas a frio. As áreas menos deformadas do objeto tendo teor de martensita inferior a 30% são submetidas a um processo de endurecimento por calor, durante o recozimento de reversão ou durante um tratamento por recozimento ao fogo separado, após o recozimento de reversão. No caso do tratamento por recozimento ao fogo separado ser realizado, o tratamento é obtido para todo o objeto em si. 0 recozimento por calor separado garante o endurecimento por calor e propriedades mecânicas essencialmente uniformes ao longo da seção transversal do objeto, quando necessário. 0 recozimento de reversão para o objeto conformado a partir do teor de martensita induzido de volta para austenita é realizada na faixa de temperatura de 500-900°C, vantajosamente, de 700-800°C, durante 5-60 segundos, vantajosamente, de 10-20 segundos. O tratamento por recozimento ao fogo separado, preferivelmente, é realizado no estágio de resfriamento do recozimento de reversão, na faixa de temperatura de 100-450°C durante 1-60 minutos, vantajosamente, na faixa de temperatura de 150-250°C durante 5-20 minutos e, mais vantajosamente, na faixa de temperatura de 160-200°C durante 10-15 minutos. 0 tratamento por recozimento ao fogo separado pode ser realizado também após a reversão recozida do objeto ser primeiro resfriado para a temperatura ambiente e, depois, aquecido para a desejada temperatura para proporcionar o endurecimento por calor.
Exemplo 1 Uma tira feita de aço inoxidável austenitico de grau 1.4318 (AISI 301 LN), contendo como componentes principais 17,7% em peso de cromo, 6,5% em peso de níquel e 0,02% em peso de carbono, além de ferro, foi trabalhada em conformidade com a invenção, para obtenção de uma aperfeiçoada ductilidade e alta resistência. A tira austenítica foi primeiro laminada a frio usando o grau de redução de 15%, a fim de formar a estrutura de martensita, de modo que a microestrutura da tira seja de fase dupla, contendo cerca de 30% de teor de martensita e o restante de austenita. A tira de fase dupla foi ainda laminada no formato de um tubo, de modo que bordas opostas da tira são conectadas entre si mediante soldagem. Assim, o tubo para posterior trabalho de acordo com a invenção, apresenta pelo menos uma área que, externamente e internamente, é curva ou arqueada. O tubo contendo uma microestrutura de fase dupla é transferido mediante reversão de cozimento, sob temperatura de 700°C, com um tempo de recozimento de 10 segundos. Após esse recozimento de reversão, as áreas mais deformadas do tubo apresentam uma microestrutura compacta e dúctil, finamente granulada, e o esforço de produção alcança o nivel de 1000 - 1200 MPa.
Opcionalmente, a reversão do tubo recozido é submetida a um recozimento por calor à temperatura de 170°C durante 10 minutos, a fim de melhorar as propriedades de áreas menos deformadas do tubo quando o esforço de produção alcança o nivel de 1000 - 1200 MPa.
Exemplo 2 Uma tira de aço inoxidável tendo uma composição química contendo 17,5% em peso de cromo, 6,5% em peso de níquel, 1,11% em peso de manganês, 0,14% em peso de nitrogênio e 0,026% em peso de carbono, o balanço de ferro e impurezas não especificadas, foi trabalhada a frio mediante laminação com uma redução de espessura de 9%. Nesse estágio, a força da produção original aumentou de 360 MPa para 650 MPa. O alongamento para fratura do material processado a frio foi de A50 = 32%. A tira trabalhada a frio foi conformada em uma seção vazada tendo uma seção transversal retangular na direção longitudinal e as deformações locais tornaram o objeto parcialmente martensitico. As frações de martensita medidas foram de 3-50%, dependendo da deformação local obtida. A deformação mais alta e frações de martensita estiveram presentes nos cantos da seção vazada. 0 rápido tratamento térmico sob a temperatura de 850 °C em 1 segundo foi suficiente para reversão de martensita/austenita, a fim de recuperar as propriedades mecânicas. O esforço de produção final de 980 MPa e alongamento para fratura Ai0 = 42%, foi obtido nos cantos mais deformados do objeto.
Mediante adequado ajuste do tratamento térmico, as partes menos deformadas da seção vazada foram recozidas sob calor simultaneamente com o recozimento de reversão. Essas partes do objeto apresentaram uma temperatura abaixo de 450°C e um aumento da resistência foi obtido. Nesse caso, um encruamento sob calor separado não foi considerado como necessário, mas quando são desejadas melhores propriedades mecânicas, pode ser usado um procedimento separado de endurecimento sob calor, à temperatura de 170 °C.
REIVINDICAÇÕES

Claims (14)

1. Método para fabricação de um objeto de aço inoxidável austenitico, a partir de uma tira de aço inoxidável austenitico, em cujo método a tira é trabalhada a frio com o objetivo de promover a formação de martensita dentro da microestrutura da tira, e a tira tendo uma microestrutura de fase dupla que é posteriormente trabalhada, caracterizado pelo fato de que a tira é conformada em um objeto desejado com pelo menos uma área curva ou arqueada e durante a conformação do objeto as diferentes áreas da tira são deformadas em diferentes graus, e o objeto desejado é recozido de reversão, a fim de reverter de volta a forma de martensita para austenita, e um efeito de endurecimento é obtido por trabalho de endurecimento para áreas tendo teor de martensita de 30-60%, e por um recozimento ao fogo para áreas tendo teor de martensita inferior a 30% a fim de se obter uma microestrutura na forma de finos grãos, pelo menos, na área curva ou arqueada do objeto.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o recozimento de reversão é realizado na faixa de temperatura de 500-9002C, durante o período de 5-60 segundos.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o recozimento de reversão é realizado na faixa de temperatura de 700-8002C, durante o período de 10-20 segundos.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o procedimento de recozimento ao fogo é realizado na faixa de temperatura de 100-4502C, durante o período de 1-60 minutos.
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o procedimento de recozimento ao fogo é realizado na faixa de temperatura de 150-2502C, durante o período de 5-20 minutos.
6. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o procedimento de recozimento ao fogo é realizado na faixa de temperatura de 160-2002C, durante o período de 10-15 minutos.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o efeito de endurecimento é obtido mediante recozimento ao fogo durante o procedimento de recozimento de reversão.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-6, caracterizado pelo fato de que o efeito de endurecimento é obtido mediante recozimento ao fogo após o procedimento de recozimento de reversão.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a seção transversal do objeto na direção longitudinal é circular.
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-8, caracterizado pelo fato de que a seção transversal do objeto na direção longitudinal é oval.
11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-8, caracterizado pelo fato de que a seção transversal do objeto na direção longitudinal é quadrada.
12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-8, caracterizado pelo fato de que a seção transversal do objeto na direção longitudinal é retangular.
13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-8, caracterizado pelo fato de que a seção transversal do objeto na direção longitudinal é uma combinação de pelo menos dois dentre os formatos do tipo circular, oval, quadrado ou retangular.
14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o material de tira compreende como componentes principais, além do ferro, 15-22% em peso de cromo, 1-10% em peso de níquel, 0,5-20% em peso de manganês e 0,01-0,1% em peso de carbono, vantajosamente, 0,01-0,05% em peso de carbono.
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