BRPI0904814A2

BRPI0904814A2 - Método de fabricação de um produto de aço, produto manufaturado de aço e tubo de aço soldado

Info

Publication number: BRPI0904814A2
Application number: BRPI0904814-6A
Authority: BR
Inventors: Martin Emiliano Valdez; Fernando Augusto Actis; Gerardo Puente Sireno
Original assignee: Maverick Tube Llc; Ternium Mexico S A De C V
Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2015-01-06
Also published as: CA2686301C; CA2686301A1; BRPI0904814B1; MX2009012811A; US8221562B2; US20100136363A1

Abstract

MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM PRODUTO DE AÇO, PRODUTO MANUFATURADO DE AÇO E TUBO DE AÇO SOLDADO. Um método para a fundição de carbono ligante, B/Ti produtos siderúrgicos usando processo de banda contínua compacta ou fusão de chapas finas. O método pode abranger o fornecimento de uma composição de aço, incluindo boro e titânio e fundindo a composição de aço em uma chapa com espessura entre 15 e 150mm. A chapa pode ter composição de fundição incluindo cerca de 0,23 a 0,30% em peso de carbono, cerca de 0,0010 a 0, 0050% em peso de boro, cerca de 0,010 a 0,050% em peso de titânio, cerca de 1,15 a 1,50% em peso de manganês, menos que 0,35% em peso de silício e razão Ti/N maior que 2,9. A quantidade de cada elemento é fornecida com base no peso total da composição do aço. A chapa de aço pode ser livre de fissuras e defeitos significativos. Além disso, a chapa de aço pode ser usada para produtos soldados de resistência elétrica (ERW).

Description

MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM PRODUTO DE AÇO, PRODUTO MANUFATURADO DE AÇO ? TUBO DE AÇO SOLDADO REMISSÃO RECÍPROCA A PEDIDOS DE PATENTES RELACIONADOS Este pedido de patente reivindica o benefício dos pedidos, de patentes provisórios U.S. 61/118.402, depositado em 26 de novembro de 2008, 61/118.396, depositado em 26 de novembro de 2008, 61/118.392, depositado em 26 de novembro de 2008, e 61/117.929, depositado em 25 de novembro de 2008, que são incorporados, nas suas totalidades, por referência ao presente relatório descritivo.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

CAMPO

As concretizações da presente invenção se referem a métodos de fundição de aços de boro / titânio de médio carbono, livres de fissuras e defeitos significativos, usando processamento de banda contínua compacta ou fusão de chapas finas. Outras concretizações se referem ,-a aços B/Ti, e, em particular, a aços B/Ti para produtos soldados de resistência elétrica (ERW).

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA ANTERIOR

Os aços contendo boro e titânio, também referidos, intercambiavelmente, como aços B/Ti, são desejáveis, porque o boro e o titânio resultam no aperfeiçoamento das propriedades mecânicas de aços tratados termicamente. Por exemplo, a combinação correta de boro, titânio em aços aperfeiçoa a capacidade de endurecimento. O aperfeiçoamento da capacidade de endurecimento é refletido na formação de teores elevados de martensita. No entanto, o boro pode também reagir com oxigênio, carbono e nitrogênio, para formar compostos indesejáveis contendo boro, incluindo, mas não limitados a óxido de boro e nitreto de boro. Quando o boro forma estes outros compostos, o efeito positivo do boro em aperfeiçoar a capacidade de endurecimento pode ser reduzido.

Os aços B/Ti podem ser usados em uma ampla gama de aplicações, tais como materiais resistentes a desgaste e materiais estruturais de alta resistência. Os exemplos específicos incluem, mas não são limitados a, facas, lâminas de serra, ferramentas de perfuração e tubos. Os aços B/Ti ^são frequentemente desejáveis para uso nestas aplicações, porque são frequentemente mais baratos do que os aços ligados de capacidade de endurecimento equivalente, e também a capacidade de endurecimento aperfeiçoada pode garantir um melhor controle de processo, bem como uma melhor qualidade de produto. Os aços B/Ti são frequentemente produzidos comercialmente usando máquinas de fundição contínuas convencionais (CCC), sem grandes problemas. No entanto, a moldagem de placas finas de aços B/Ti tem usualmente encontrado dificuldades, por exemplo, fissuras nas placas.

RESUMO

Em uma concretização, uma composição de aço carbono, tendo aditivos de boro e titânio, é provida. A composição de aço pode ser produzida empregando um ou mais fornos a arco elétrico para fusão de sucata e ferro pré-reduzido, um forno de concha para conduzir assim a denominada "metalurgia secundária" (por exemplo, manutenção da temperatura do aço líquido, remoção de enxofre, ajuste químico, tratamento de cálcio, remoção de inclusões, etc.), e um fundidor de placas finas para moldar o aço líquido em uma placa. Os parâmetros de fundição selecionados, incluindo, mas não limitados a, temperatura do aço na panela intermediária, nível de aço líquido no molde, taxa de fundição, resfriamento primário no molde e resfriamento secundário após o aço deixar o molde, incluindo o uso de névoa de ar, variação de temperatura na água do molde, atrito do molde, posição da haste do tampão ou do canal de alimentação corrediço, são monitorados e mantidos dentro de faixas selecionadas durante o processo de fundição. A composição em pó para moldagem pode ser também provida dentro de limites selecionados, para proteger o aço de reoxidação, isolar o aço líquido, capturar inclusões, lubrificar a parede do molde, regular a transferência térmica e inibir substanciais interações químicas entre o pó para moldagem e os constituintes do aço líquido, em particular aqueles com um potencial de oxidação elevado (por exemplo, alumínio, titânio, etc.). Desta maneira, a composição de ,aço pode ser fundida usando processamento de banda contínua compacta ou fundição de placas finas, com a composição de aço selecionada de modo que as placas de aço e as bobinas resultantes possam ser livres ou substancialmente livres de fissuras ou outros defeitos estruturais. Em certas concretizações, a composição de aço compreende um aço de médio carbono, tendo um teor de carbono dentro da faixa de cerca de 0,20 a 0,30% em peso, com base no peso total da composição.

Em uma concretização, um método de fabricação de um produto de aço inclui: proporcionar uma composição de aço compreendendo boro e titânio, e moldar a composição de aço em uma placa, tendo uma espessura entre cerca de 25 e 150 mm. A placa tem uma composição de fundição compreendendo cerca de 0,23 a 0,30% em peso de carbono, cerca de 0,0010 a 0,0050% em peso de boro, cerca de 0,010 a 0,050% em peso de titânio, cerca de 1,15 a 1,50% em peso de manganês, menos de ·. cerca de 0,35% em peso de silício, e uma razão Ti/N superior a cerca de 2,9. A proporção de cada elemento é provida com base no peso total da composição de fundição. A composição de fundição pode também compreender ainda cerca de 0,010 a 0,070% em peso de alumínio. Em algumas concretizações, a placa de aço tem uma espessura entre 3 0 e 100 mm. Em uma concretização, a composição é selecionada de modo que a placa de aço, após fundição, é substancialmente livre de fissuras,' ou defeitos significativos.

Em certas concretizações, a composição de aço de fundição compreende ou consiste essencialmente de cerca de 0,23 a 0,29% em peso de carbono, cerca de 0,001 a 0,005% em peso de boro, cerca de 0,010 a 0,045% em peso de titânio, cerca de 1,15 a 1,50% em peso de manganês, menos de 0,3 5% em peso de silício, menos de 0,025% em peso de fósforo, menos de 0,01% em peso de enxofre, cerca de 0,010 a 0,070% em peso de alumínio, menos d© 0,010% em peso de nitrogênio, menos de 0,2% em peso de níquel, menos de 0,2% em peso de cromo, menos de 0,11% em peso de molibdênio, menos de 0,01% em peso de vanádio, menos de 0,01% em peso de nióbio, menos de 0,005% em peso de cálcio, menos de 0,2 5% em peso de cobre, menos de 0,02% em peso de estanho e uma razão Ti/N superior a 2,9. A proporção de cada elemento é provida com base no peso total da composição de fundição.

Em outra concretização, a composição de aço de fundição consiste essencialmente de 0,23 a 0,30% em peso de carbono, cerca de 0,001 a 0,005% em peso de boro, cerca de 0,010 a 0,050% em peso de titânio, cerca de 1,15 a 1,50% em peso de manganês, menos de 0,35% em peso de silício e o restante sendo ferro e impurezas eventuais, com uma razão Ti/N superior a cerca de 2,9. A proporção de cada elemento é provida com base no peso total da composição de aço. Em outra concretização, a composição de aço de fundição consiste essencialmente de 0,23 a 0,30% em peso de carbono, cerca de 0,001 a 0,005% em peso de boro, cerca de 0,010 a 0,050% em peso de titânio, cerca de 1,15 a 1,50% em peso de manganês, cerca de 0,010 a 0,070% em peso de alumínio, menos de 0,35% - em peso de silício e o restante sendo ferro e impurezas eventuais, com uma razão Ti/N superior a cerca de 2,9.

Em certas concretizações, um método compreende a formação da placa em um tubo. A formação da placa em um tubo inclui uma operação de soldagem. Em outras concretizações, um tubo de aço soldado pode incluir uma composição de fundição, incluindo cerca de 0,23 a 0,3 0% em peso de carbono, ' cerca de 0,001 a 0,005% em peso de boro, cerca de 0,010 a 0,050% em peso de titânio, cerca de 1,15 a 1,50% em peso de manganês, menos de 0,35% em peso de silício e uma razão Ti/N superior a cerca de 2,9. A proporção de cada elemento é provida com base no peso total da composição de fundição.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 ilustra uma concretização de um método de produção de um tubo de aço B/Ti por processamento de banda contínua compacta. A Figura 2 ilustra uma concretização de um método de fundição de placas finas de um aço B/Ti. A Figura 3 é uma representação gráfica ilustrando a composição química de C, Mn e Si de uma concretização em função do processo de produção de aço Ti/B. A Figura 4 é uma representação gráfica ilustrando a composição química de Ti, N e B de uma concretização em função do processo de produção de aço Ti/B. A Figura 5 é uma representação gráfica ilustrando as variáveis de processo de taxa de fundição (decímetros / minuto), peso da concha (toneladas), nível do molde (milímetros para a parte de topo do molde), posição da haste de tampão (milímetros) , peso da panela intermediária (toneladas), largura da placa (centímetros) e temperatura da panela intermediária (aC) em função do tempo, durante as concretizações das operações de fundição de aço para aço Ti/B da presente descrição. A Figura 6 é uma representação gráfica de uma primeira sequência de fundição, ilustrando a extração de calor do molde em função do tempo, durante as concretizações das operações de fundição de aço para aço Ti/B da presente descrição. A Figura 7 é uma representação gráfica de uma segunda sequência de fundição, ilustrando a extração de calor do molde em função do tempo, durante as concretizações das operações de fundição de aço para aço Ti/B da presente descrição. A Figura 8 é uma representação gráfica ilustrando a extração de calor secundária em função do tempo, durante as concretizações de operações de fundição de aço para aço Tí/B da presente descrição. A Figura 9 é uma imagem fotográfica de uma concretização de uma seção de bocal de um fundidor de placas finas (TSC) , após fundição de aço B/Ti. A Figura 10 são imagens SEM de uma concretização da seção transversal de uma camada superficial de escória, extraída após condução de uma operação de fundição de aço B/Ti, de acordo com as concretizações da presente descrição. A Figura 11 são gráficos EDAX de uma concretização da seção transversal de uma camada superficial de escória, extraída após condução de uma operação de fundição de aço B/Ti, de acordo com as concretizações da presente descrição. DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS Comparadas com a fundição contínua convencional (CCC), outras técnicas de fundição, tais como processo de banda contínua compacta e fundidor de placas finas, espera-se encontrar dificuldades com a fundição de aços B/Ti. Por exemplo, os aços B/Ti podem tender a ser mais propensos à fissuração, devido aos precipitantes de nitreto de boro e nitreto de titânio ocorrendo nestes processos, uma maior capacidade de endurecimento que pode gerar condições de tensão, a presença de elementos que podem interagir com o pó para moldagem, etc. Além do mais, o processo de banda contínua compacta envolve, usualmente, a fundição de uma placa com uma espessura que é inferior àquela do CCC e fundição a uma taxa superior àquela da CCC. Portanto, os processos de banda contínua compacta podem ser mais sensíveis a problemas de transferência térmica no molde de fundição do que no processo CCC. Além disso, porque não há qualquer oportunidade para condicionamento da placa antes da laminação, os problemas de qualidade superficial, que se originam nos níveis do molde ou da placa, não podem ser fixados. Desse modo, uma vez que os aços B/Ti são mais propensos à fissuração, espera-se que os aços B/Ti produzidos de processo de banda contínua compacta tenham uma grave fissuração e, possivelmente, rompimentos durante a fundição. Os rompimentos acontecem quando aço líquido no núcleo da placa fundida vaza para fora por uma quebra na superfície solidificada da placa fundida. No entanto, se a fissuração e os rompimentos puderem ser reduzidos ou inibidos durante a fundição de processo de banda contínua compacta de aços B/Ti, o custo de produção destes aços pode ser reduzido significativamente, e aumenta a gama de possíveis produtos por fundição com processo de banda contínua compacta, em comparação com a fundição CCC.

As concretizações da presente descrição proporcionam composições e métodos de manufatura para a fabricação de aços B/Ti e tubos a partir destes. Em certas concretizações, estes aços B/Ti podem substituir aços que são atualmente usados para produtos tratados termicamente soldados de resistência elétrica (ERW). Estas composições químicas de aços B/Ti foram desenvolvidas para minimizar os defeitos associados com os aços, que incluem, por exemplo, maior teor de carbono ou de elementos de liga, para proporcionar uma capacidade de endurecimento suficiente, e aperfeiçoar a qualidade global de produtos tratados termicamente ERW.

Em certas concretizações das composições de aço e das placas ou artigos formados delas descritos no presente relatório descritivo, o nível de carbono do aço é mantido dentro da faixa de aços de médio carbono. Essa faixa de carbono pode ser adequada para as operações de processamento pós-fundição, tal como soldagem a arco elétrico. Em certas concretizações, o nível de carbono do aço pode variar entre cerca de 0,2 0 e 0,29% em peso, com base no peso total da composição de aço. Os fortes agentes formadores de nitretos e óxidos tais como titânio, alumínio e zircônio, podem ser adicionados à composição de aço, para impedir a formação de nitretos de boro e óxidos de boro. O benefício resultante da adição de titânio a aço contendo boro, pelo menos em parte, é uma capacidade de endurecimento aperfeiçoada. A Figura 1 ilustra uma concretização de um método 100 de produção de tubo de aço B/Ti. O método ilustrado na Figura 1 inclui operações de produção de aço nos blocos 111, 112 e 113, referidos coletivamente como operações de produção de aço 101, operações de formação de aço nos blocos 120, 121, referidas coletivamente como operações de formação de aço 102, e operações de tratamento térmico de aço nos blocos 13 0 e 131, referidas coletivamente como operações de tratamento térmico 103. Antes das operações de tratamento térmico 103, um tubo verde pode ser obtido com uma excelente qualidade superficial. Pode-se considerar que as etapas do método 100 podem ser conduzidas em uma diferente ordem do que aquela ilustrada na Figura 1, e etapas podem ser omitidas ou etapas adicionais podem ser adicionadas, caso necessário. O aço B/Ti é produzido usando as operações de produção de aço 101. A operação de produção de aço 101 pode incluir processos de produção de aço {por exemplo, desfosforização, descarbonização, dessulfurização e purificação) e de fundição, empregando um forno a arco elétrico (EAF) 111, um forno de concha (LF) e um fundidor de placas finas (113) . Outros processos de produção de aço podem- ser usados, tais como um conversor de oxigênio básico, um desgaseificador de tanque, etc.

Um EAF 111 é usado para fundir uma carga metálica, que pode incluir minério de ferro pré-reduzido e/ou reduzir o ferro de minério de ferro. Em algumas concretizações, a carga metálica inclui 100 a 70% de ferro-esponja e os remanescente 0 - 30% de sucata. Um forno elétrico entre os eletrodos é formado para gerar calor. Oxigênio, cal e outros materiais são adicionados para combinar com as impurezas no minério de ferro e formam uma escória. O ferro líquido resultante é separado da escória por vazamento para fora do ferro líquido por um furo de vazamento. O processo de EAF 111 pode ser repetido para diminuir ainda mais as impurezas.

Um LF 112 pode ser usado para manter a temperatura do aço líquido, após o aço líquido ser removido do EAF 111. Além disso, o LF 112 é benéfico para manter a temperatura do aço líquido, se um retardo ocorrer durante as operações de produção de aço 101. 0 LF 112 pode usar eletrodos para aquecimento a arco, para controlar a temperatura do aço líquido. Outras operações de produção de aço podem ser conduzidas no LF 112, tais como remoção de enxofre, ajuste químico, tratamento de cálcio, remoção de inclusões, etc. Para aços B/Ti, o aço líquido pode ser mantido entre aproximadamente 1.510 e 1.595aC.

Um fundidor de placas finas 113 pode ser usado para a moldagem contínua do aço líquido em uma placa. A Figura 2 ilustra uma concretização de um método 2 00 de fundição de aço B/Ti com um fundidor de placas finas. O aço líquido é despejado de uma concha 202 em uma panela intermediária 204. Em certas concretizações, a temperatura do aço na panela intermediária é de 1.510 a 1.595aC. Um pó cobrindo a panela intermediária pode ser colocado na parte de topo do aço na panela intermediária 2 04, que pode ser usado para isolar termicamente, impedir oxidação e/ou absorver as inclusões que se separam do aço. Por exemplo, aluminatos de cálcio podem ser usados como a cobertura de pó da panela intermediária. A panela intermediária 204 tem pelo menos um bocal 206 no fundo, no qual o aço líquido escoa para fora de um, e para um, molde 208. Em certas concretizações, o bocal 206 é um projeto do tipo funil. Uma haste de tampão ou um canal de alimentação corrediço pode ser usado para controlar a vazão pelo bocal 206. A haste de tampão ou o canal de alimentação corrediço pode ter um projeto que não entope. A temperatura do aço líquido pode ser cerca de 1.53 0 a 1.560aC, na medida em que entra no molde 208. O molde 208 pode ser cobre resfriado com água, com dimensões aproximadamente similares às dimensões desejadas de uma placa fundida. A temperatura do molde 208 pode ser cerca de 400 2C na zona de menisco. Um pó para moldagem pode ser colocado na parte de topo do aço líquido no molde, para impedir perda térmica, reduzir a reoxidação devido ao contato com o meio ambiente, reter inclusões e lubrificar entre o aço em solidificação e o molde. Quando a placa fundida 210 sai do molde, é suportada por uma grade (não mostrada na Figura 2) e depois com rolos 212. A espessura geral da placa de aço é entre cerca de 2 5 mm e 15 0 mm (cerca de 1 a 6 polegadas) e, particularmente, cerca de 30 a 100 mm. A largura da placa pode ser cerca de 915 a 1.37 0 mm. O nível de aço no molde pode ser controlado de modo que há substancialmente nenhuma instabilidade ou nenhuma instabilidade. Em certas concretizações, o nível de aço no molde tem uma variação média inferior a 1,5 mm.

As variáveis que são controladas durante o processo podem incluir, mas não são limitadas a, temperatura do aço, taxa de fundição, composição e propriedades do pó para moldagem, conicidade, desenho do molde, taxa de extração de calor do molde, resfriamento secundário, projeto de bocal de entrada submersa, etc. Em certas concretizações, a taxa de fundição é cerca de 4,3 m/min. Em outras concretizações, a taxa de fundição é cerca de 3,8 a 6 m/min. Em certas concretizações, a taxa de fundição é cerca de 15 a 3,5 t/min. O resfriamento secundário pode ser usado após a placa deixar o molde. Em certas concretizações, um resfriamento secundário de névoa de ar é usado. O controle deste grupo de variáveis pode permitir a produção de um aço B/Ti com a composição química desejada, bem como excelentes qualidades interna e externa. Além disso, a placa de aço pode passar em rolos redutores, para reduzir a espessura da placa fundida. Após a espessura da placa de aço ser reduzida, pode ser laminada em uma bobina.

Em uma concretização, o aço fundido compreende uma composição nas faixas ilustradas na Tabela I. Para as composições fornecidas ao longo deste relatório descritivo, vai-se considerar que as composições podem ter os valores exatos ou as faixas descritas, ou as composições podem ser aproximadamente ou em torno daqueles valores ou faixas proporcionados. Em algumas concretizações, os aços B/Ti podem incluir um aço de médio carbono (C) - manganês (Mn) , que inclui: 0,20 a 0,30% em peso C, 1,1 a 1,5% em peso ??, 0,010 a 0,050% em peso de titânio (Ti) e 0,001 a 0,005% em peso de boro (B) , com um teor de nitrogênio (N) limitado. Em certas concretizações, o teor de N é limitado a menos de 0,005% em peso. O teor de N é limitado de modo que o B vai ficar substancialmente quimicamente não ligado. O B não ligado pode ser referido intercambiavelmente como "boro livre". A presença de boro livre pode ser obtida por uso de Ti, para ligar quimicamente o N ao Ti. A presença de "boro livre", por exemplo, na faixa de 0,001 a 0,005% em peso pode ser obtida quando a razão de percentuais em peso entre Ti e N é selecionado para ser maior do que 2,9 ou em torno de 2,9. Os aços B/Ti também podem incluir outros elementos.

Como ilustrado na Tabela 1, a composição de aço de fundição compreende não apenas carbono (C) , boro (B) e titânio (Ti), mas também, de preferência, manganês (Mn), silício (Si) e alumínio (Al) . As impurezas de enxofre (S) , fósforo (P) e nitrogênio (N) podem estar presentes, embora, as concentrações destas impurezas, em uma concretização, estejam preferivelmente reduzidas a uma proporção mais baixa possível. Em uma concretização, a concentração-, de N deve ser limitada de modo que a razão de percentuais em peso entre Ti e N seja maior do que 2,9 ou em torno de 2,9. Geralmente, a composição de aço de fundição pode ser aproximadamente igual àquela da composição de aço líquido no molde. Em certas concretizações, a composição de aço de fundição consiste essencialmente das faixas gerais ou específicas (se mostradas) na Tabela I, com o restante sendo ferro e impurezas eventuais. C é um elemento cuja adição eleva de uma forma barata a resistência do aço. Se o teor de C for menor do que cerca de 0,2% em peso, pode ser em algumas concretizações dificil obter a resistência desejada no aço. Por outro lado, o teor de C máximo é limitado a 0,5%, para permitir que um laminadqr lamine o aço em bobinas, e propicie plasticidade a frio. A faixa geral de teores de C é, de preferência, em torno de 0,20 a 0,3 0% em peso. Uma faixa preferida para o teor de C é cerca de 0,20 a 0,29% em peso. B é um elemento cuja adição é efetiva para aumento da capacidade de endurecimento do aço. Se o teor de B for menor do que cerca de 0,001% em peso, pode ser difícil em algumas concretizações obter a capacidade de endurecimento desejada do aço. No entanto, em algumas concretizações, se o teor de B,for muito alto, a trabalhabilidade do aço diminui.

Consequentemente, a faixa geral de teores de B é cerca de 0,001 a 0,005% em peso.

Ti é um elemento cuja adição é efetiva em aumentar a eficiência do B no aço. Se o teor de B for muito baixo, pode ser difícil em algumas concretizações obter a capacidade de endurecimento desejada do aço. No entanto, em algumas concretizações, se o teor de Ti for muito alto, a trabalhabilidade do aço diminui. Consequentemente, a faixa geral de teores de Ti é de cerca de 0,010 a 0,050% em peso. No entanto, uma faixa de Ti preferida é cerca de 0,010 a 0,045% em peso. N é um elemento que provoca diminuição da tenacidade e da trabalhabilidade do aço. Consequentemente, o teor de N geral do aço é, em algumas concretizações·., limitado a um máximo de 0,010% em peso. O Ti diminui a formação de nitretos de boro e óxidos de boro. Portanto, a razão de percentuais em peso de Ti/N é superior a 2,9 ou cerca de 2,9 e é selecionada para minimizar a formação de nitreto de boro e/ou óxido de boro.

Mn é um elemento cuja adição é efetiva em aumentar a capacidade de endurecimento do aço, aumentar as resistência e tenacidade do aço. Se o teor de Mn for muito baixo, pode ser difícil em algumas concretizações obter a resistência desejada do aço. No entanto, se o teor de Mn for muito alto, em algumas concretizações as estruturas de formação de estrutura bandeada ficam marcadas e a tenacidade diminui. Consequentemente, a faixa geral dos teores de Mn é cerca de 1,15 a 1,50% em peso.

Si é um elemento cuja adição tem um efeito desoxidante, durante o processo de produção de aço, e também aumenta a resistência do aço. Se o teor de Si for muito baixo, o aço em algumas concretizações pode ser suscetível à oxidação, com um alto nível de microinclusões. Por outro lado, todavia, se o teor de Si do aço for muito alto, em algumas concretizações ambas a tenacidade e a plasticidade do aço diminuem. Portanto, a faixa geral de teores de Si é cerca de 0 a 0,35% em peso.

Al é um elemento cuja adição ao aço, durante o processo de produção de aço, remove oxigênio por formação de inclusões de óxido de alumínio, que são transportadas para uma parte de topo da escória e podem ser então removidas no LF 112. A faixa geral de teores de Al é cerca de 0,01 a 0,07% em peso. P é um elemento que provoca diminuição da tenacidade e da trabalhabilidade do aço. Consequentemente, o teor geral de P do aço em algumas concretizações é limitado a um máximo de cerca de 0,025% em peso. S é um elemento que provoca diminuição da tenacidade e da trabalhabilidade do aço. Consequentemente, o teor geral de S do aço em algumas concretizações é limitado a um máximo de cerca de 0,01% em peso.

Para examinar o processo de produção de aço, uma corrida de aproximadamente 100 - 120 toneladas foi produzida. As corridas de B/Ti foram programadas após corridas com um teor de carbono similar, para evitar uma variação desnecessária nas condições do pó para moldagem ou de fundição. Para avaliar as variações da composição química, amostras do tipo pirulito foram tiradas após vazamento, durante a metalurgia secundária e no fundidor de placas finas. A análise nas amostras do tipo pirulito incluiu a determinação espectrométrica da composição química, bem como de C por análise por combustão e N por um analisador LECO®, incluindo uma célula de condutividade térmica baseada em uma ponte de Wheatstone. Amostras de escória também foram removidas.

Amostras foram tiradas durante as operações de produção de aço, e a evolução da composição química durante as operações de produção de aço é ilustrada nas Figuras 3 e 4. A Figura 3 ilustra a evolução das concentrações de C, Mn, Si, P e S para as 10 amostras por corrida, enquanto a Figura 4 ilustra a evolução das concentrações de Ti, N e B em função das 10 amostras por corrida. A amostra 1 foi tirada quando do vazamento do EAF 111, as amostras 2 a 7 foram tiradas durante a operação do LF 112 e as amostras 8 a 10 foram tiradas durante a operação do fundidor de placas finas 113.

Pode-se observar nas Figuras 3 e 4 que as concentrações dos elementos de impurezas (S, P, N) diminuíram ou se mantiveram abaixo das proporções de concentração desejadas da Tabela I. Como ilustrado na Figura 3, o S sofreu uma diminuição significativa em concentração durante a dessulfurização no processo LF. Das amostras 1 a 4, a concentração de S caiu de cerca de 0,020 a cerca de 0,002% em peso, quando S estabilizou no equilíbrio em torno da amostra 5. Além disso, embora as concentrações de P e N fossem observadas como tendo aumentado, de cerca de 0,002 a 0,010% em peso e em torno de 0 a 0,005% em peso, respectivamente, pelas ·. amostras 1 - 10, não aumentaram acima da proporção máxima indicada ria Tabela I.

As concentrações de B, Ti, Mn, C e Si também foram observadas para aumentar dentro da faixa de concentrações ilustrada na Tabela I. Por exemplo, pelas amostras 1 - 10, aumentos pronunciados nas concentrações de Mn e Ti são observados, enquanto aumentos mais modestos nas de C, Si e B. A razão dos percentuais em peso de Ti/N foi cerca de 5, atingindo o alvo de? ficar acima de 2,9. O ferro-esponja, variando de aproximadamente 100% a 70%, foi usado como uma carga metálica para o EAF 111, para proporcionar um baixo teor de N. Um baixo teor de N diminui a formação de nitretos de boro, permitindo que o boro fique "livre", para aperfeiçoar a capacidade de endurecimento no produto final. A composição ficou dentro da faixa mostrada na Tabela I.

Em uma concretização, o pó para moldagem pode ser usado durante o processo de fundição do fundidor de placas finas 113. Um pó para moldagem pode compreender um material em pó ou granular, que seja adicionado à parte de topo do aço em fusão no molde de vazamento contínuo. O pó para moldagem pode fundir parcialmente, formando uma camada líquida próxima ao aço em fusão. Este pó para moldagem em fusão, também referido como um fundente de moldar, pode proteger o aço de reoxidação, absorver inclusões não metálicas, lubrificar a crosta do aço na medida em que ela passa pelo molde, e auxiliar em proporcionar controle na transferência térmica da crosta do aço solidificando para o molde. Significativamente, no entanto, o pó para moldagem e o aço podem reagir quimicamente e, consequentemente, as composições do aço e a do pó para moldagem podem ser modificadas em diferentes graus. Portanto, para evitar a transição do pó para moldagem, as concretizações do pó para moldagem usado durante o vazamento podem incluir aluminato de cálcio.

Durante a fundição no fundidor de placas finas 113, as variáveis de processamento do molde foram monitoradas: temperatura da panela intermediária, nível de aço líquido, ?? da água do molde e posição da haste de tampão. A Figura 5 é uma representação gráfica da taxa de fundição (decimetros / minuto), peso da concha (toneladas), nível do molde (milímetros para a parte de topo do molde) , posição da haste de tampão (milímetros), peso da panela intermediária (toneladas), largura da placa (centímetros) e temperatura da panela intermediária (aC) em função do tempo. O aço foi fundido sem rompimentos e sem indicações de problemas de transferência térmica, que poderiam provocar, eventualmente, a rompimentos ou defeitos de fundição significativos. As Figuras 6 e 7 ilustram o fluxo térmico, durante as concretizações do processo de fundição para as corridas B/Ti, e a Figura 8 ilustra o resfriamento secundário incluindo a vazão de água. Há uma relação de 80 a 110% para faces estreitas / faces largas do molde. O molde inclui duas faces estreitas e duas faces largas para constituir as paredes do molde. A extração térmica pode variar entre as faces estreitas e largas, porque a contração durante a solidificação pode ser mais intensa na direção da largura, aumentando a separação entre o aço e o molde ao longo das faces estreitas. Esta separação diminui a taxa de extração térmica. Ambas as Figuras 6 e 7 ilustram a transferência térmica nas faces largas e estreitas. A transferência térmica nas faces largas é relativamente estável, comparada com aquela nas faces estreitas. As diferenças podem ser atribuídas aos ajustes de conicidade durante a fundição. A instabilidade do fluxo térmico é da mesma ordem daquela observada para os aços de médio carbono, sem adições de B e Ti.

Beneficamente, a qualidade do aço B/Ti fundido deste modo foi observada como sendo alta. Em um aspecto, a inspeção visual das placas de aços B/Ti fundidas determinou1 que não havia qualquer indicação de possível problemas de aderência ou transferência térmica, que poderíam provocar eventualmente rompimentos ou fissuras. Uma inspeção visual adicional não observou quaisquer defeitos, tais como marcas de oscilação de desnivelamento, aderência, fissuras, etc. na superfície da placa, antes de entrar no processo de laminação 120. Em uma concretização, a fundição de aço é substancialmente livre de fissuras, ou defeitos significativos.

Em um outro aspecto, a oscilação promovida durante o processo de fundição não pareceu introduzir defeitos na placa fundida. Em uma concretização, as placas de aço fundidas podem ter marcas de oscilação na superfície. A oscilação periódica do molde ajuda a impedir a aderência da placa ao molde. Se a placa aderir ao molde, no entanto, podem ser formadas fissuras na superfície da placa de aço. As fissuras podem diminuir a qualidade superficial da placa de aço. O exame das marcas de oscilação na superfície das amostras de placa, fundidas de acordo com as concretizações do processo 100, não mostrou qualquer indicação de aderência, ou áreas com marcas não bem definidas. A inspeção visual e o monitoramento das variáveis do processo para determinação indireta foram usados para determinar que não havia quaisquer defeitos de fundição. O bocal do fundidor de placas finas 113 foi também examinado, para determinar se houve ocorrência de algum entupimento. O bocal para o processo do fundidor de placas finas 113 desejavelmente não entope durante a fundição da placa de aço, pois o entupimento é nocivo ao processo de produção de aço. Por exemplo, o entupimento pode reduzir a vazão de aço em fusão pelo sistema de fundição e pode resultar na interrupção do processo, ou em problemas de limpeza se o material de entupimento for liberado para o aço. Além disso, o material liberado de um entupimento pode ficar retido no pó para moldagem e provocar uma variação localizada na composição do pó para moldagem, o que pode provocar defeitos na placa, que são associados com os problemas de transferência térmica ou lubrificação. Uma concretização de uma seção transversal de um bocal de fundidor de placas finas, após condução do processo de produção de aço da presente descrição, é ilustrado na Figura 9. Pode-se observar da seção transversal que as paredes da passagem interna do bocal ficam relativamente livres de obstrução, indicando que os bocais não experimentaram qualquer entupimento significativo. O monitoramento da posição da haste de tampão também sustenta esta observação. Várias amostras de camada superficial de escória, formada durante fundição na parte superior do molde, foram também analisadas com um microscópio eletrônico de varredura (SEM) usando EDAX, para determinar a composição química da escória, e, por inferência, determinar se ocorreram quaisquer interações entre o pó para moldagem e o Ti no aço, durante o processo de produção de aço. A Figura 10 ilustra uma seção transversal de uma camada superficial de escória removida de uma corrida B/Ti, após cerca de 60 toneladas terem sido fundidas. Várias análises de espectroscopia de dispersão de energia (EDAX) foram feitas para identificar qualquer fase contendo Ti. O Ti foi analisado para determinar se o Ti no aço estava interagindo com o pó para moldagem. Se fases contendo Ti forem encontradas, na camada superficial de escória, esta descoberta pode indicar que o pó para moldagem tem o efeito de remover Ti do aço. As localizações de análise pontual são marcadas na Figura 10 e as análises das características principais destas análises pontuais são ilustradas na Figura 11.

Com a exceção de uma análise pontual, não foram identificados quaisquer traços de Ti ou partículas contendo Ti. A análise pontual, que apresentou um pequeno pico de Ti, não foi encontrada em qualquer outro local da amostra, e este pico não estava limitada a qualquer aspecto físico particular, tal como uma partícula, uma fissura, um vazio, ou etc. O percentual em peso de Ti na análise do pequeno pico de Ti foi de aproximadamente 1%. A busca por fases contendo Ti foi também estendida a uma amostra de camada superficial de escória da mesma corrida B/Ti, que foi extraída após cerca de 80 toneladas terem sido fundidas. Não se encontrou qualquer Ti.

Das análises da escória, pode-se concluir que a pequena concentração de Ti dos aços testados não é suficientemente alta para resultar em uma variação evidente na composição do pó para moldagem. Portanto, em certas concretizações, o pó para moldagem não remove substancialmente titânio da composição de aço.

Amostras também foram extraídas da placa de aço da corrida (aço B/Ti), para verificar se a composição química estava de acordo com aquela da Tabela I. As amostras foram testadas em três ensaios e as análises resultantes são ilustradas na Tabela II. Para o ensaio 3, a determinação de N não pôde ser feita. Pode-se observar que os elementos estão aproximadamente dentro da faixa das composições dos elementos especificadas pela Tabela I. Além do mais, a razão Ti/N estava acima dos valores desejados ilustrados na Tabela I. É vantajoso que a razão Ti/N seja suficientemente alta para impedir que o boro no aço forme nitretos de boro.

Em uma concretização, após as placas de aço terem sido produzidas das operações de produção de aço 1?1, as placas de aço podem passar pelas operações de formação de aço 102, antes de passarem pelas operações de tratamento térmico 103 . As operações de formação de aço 102 podem incluir, mas não são limitadas a, laminação 120 e formação de tubos 121.

Em uma concretização, a placa de aço fundida é laminada em bobinas, após homogeneização de temperatura em um forno intermediário. A placa fundida é laminada em bobinas. Em algumas concretizações, a espessura da bobina varia entre cerca de 0,3 8 e 1,27 centímetro (0,15 e 0,50 polegada) ., As bobinas são cortadas em bobinas menores. As bobinas menores são usadas para a formação de tubos de diferentes diâmetros. Em certas concretizações, a formação de tubo compreende uma operação de soldagem. O tubo pode ser tratado termicamente para obter as propriedades mecânicas desejadas. Por exemplo, antes de tratamento térmico, o limite convencional de elasticidade, o limite de resistência à tração e o alongamento na falha do tubo podem ser superior a 411,9 ou cerca de 411,9 MPa (60 ou cerca de 60 ksi), superior a 514,9 ou cerca de 514,9 MPa (75 ou cerca de 75 ksi) e superior a 25% ou cerca de 25%, respectivamente. O tubo pode ser temperado de uma temperatura inferior a cerca de cerca de 898,8 ± 1,11SC (1.650 ± 30aF). O tubo temperado pode ter uma dureza superior a 45 ou cerca de 45 HRC. O tubo temperado pode ser revenido a uma temperatura de cerca de 593,3 + 1,112C (1-,100 ± 3OaF) . O limite convencional de elasticidade, o limite de resistência à tração, o alongamento na falha do tubo, a dureza e a pressão de deformação do tubo revenido podem ser superior a 823,8 ou cerca de 823,8 MPa (120 ou cerca de 120 ksi), superior a 858,1 ou cerca de 858,1 MPa (125 ou cerca de 125 ksi), superior a 19% ou cerca de 19%, superior a 25 ou cerca de 25 HRC e superior a 58,3 ou cerca de 58,3 MPa (8.500 ou cerca de 8.500 psi), respectivamente. Alternativamente, o tubo temperado pode ser revenido a uma temperatura de cerca de 715,5 ± 1,112C (1.320 ± 302F). O limite convencional de elasticidade, o limite de resistência à tração, o alongamento na falha do tubo e a dureza do tubo revenido podem ser superior ou cerca de 652,2 ou cerca de 652,2 MPa (95 ou cerca de 95 ksi) , superior a cerca de 720,8 ou cerca de 720,8 MPa (105 ou cerca de 105 ksi), superior a 23% ou cerca de 23%, e superior a 16 ou cerca de 16 HRC, respectivamente.

Os aços B/Ti de um fundidor de placas finas foram previstos sofrer de fissuração, ou que vai resultar em baixa qualidade superficial e defeitos. No entanto, a proporção de tuboa rejeitados da corrida de ensaio, devido ao fundidor de placas finas, foi de apenas 0,8% ou 2 tubos de 245. Portanto, os aços B/Ti fundidos de um fundidor de placas finas eram substancialmente livres de fissuras, ou defeitos significativos.

Embora a descrição apresentada acima tenha sido mostrada, descrita e indicado os novos aspectos fundamentais dos presentes ensinamentos, deve-se entender que várias omissões, substituições, variações e/ou adições na forma do detalhe do aparelho, como ilustrado, bem como os seus usos, podem ser feitas por aqueles versados na técnica, sem que se afaste do âmbito dos presentes ensinamentos.

Claims

1. Método de fabricação de um produto de aço caracterizado por compreender: fornecer uma composição de aço contendo boro e titânio; moldar a composição de aço em uma chapa apresentando uma espessura entre 2 5 e 150 mm, onde a fundição da chapa compreende: cerca de 0,23 a 0,30% em peso de carbono; cerca de 0,001 a 0,005% em peso de boro; cerca de 0,010 a 0,050% em peso de titânio; cerca de 1,15 a 1,50% em peso de manganês; menos que cerca de 0,3 5% em peso de silício,-razão Ti/N maior que cerca de 2,9; e onde a quantidade de cada elemento é fornecida com base no peso total da composição da fundição.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a composição da fundição ainda compreender cerca de 0,010 a 0,070% em peso de alumínio.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a composição da fundição compreender cerca de 0,001 a 0,005% em peso de boro livre.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a composição da fundição consistir essencialmente de: cerca de 0,23 a 0,30% em peso de carbono; cerca de 0,001 a 0,005% em peso de boro; cerca de 0,010 a 0,050% em peso de titânio; cerca de 1,15 a 1,50% em peso de manganês; e o restante sendo de ferro e impurezas incidentals; e onde a quantidade de cada elemento é fornecida com base no peso total da composição da fundição; e onde a razão Ti/N é maior que cerca de 2,9.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a composição da fundição compreender: cerca de 0,23 a 0,29% em peso de carbono; cerca de 0,001 a 0,005% em peso de boro; cerca de 0,010 a 0,045% em peso de titânio; cerca de 1,15 a 1,50% em peso de manganês; menos que cerca de 0,35% em peso de silício,-menos que cerca de 0,025% em peso de fósforo; menos que cerca de 0,01% em peso de enxofre; cerca de 0,010 a 0,070% em peso de alumínio; menos que cerca de 0,010% em peso de nitrogênio; menos que cerca de 0,2% em peso de níquel; menos que cerca de 0,2% em peso de cromo; menos que cerca de 0,11% em peso de molibdênio; menos que cerca de 0,01% em peso de vanádio; menos que cerca de 0,01% em peso de nióbio; menos que cerca de 0,005% em peso de cálcio; menos que cerca de 0,25% em peso de cobre; menos que cerca de 0,02% em peso de estanho; razão Ti/N maior que cerca de 2,9; e onde a quantidade de cada elemento é fornecida com base no peso total da composição da fundição.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a espessura da chapa estar entre 30 e 100 mm.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a largura da chapa estar entre 915 e 1370 mm.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a composição da fundição de aço na chapa ser feita a uma taxa de até 4,3 m/min.

9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a composição da fundição de aço na chapa ser feita a uma taxa de cerca de 3,8 a 6 m/min.

10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a composição da fundição de aço na chapa ser feita a uma taxa de cerca de 1,5 a 3,5 ton/min.

11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a composição da fundição de aço compreender: transportar a composição de aço em um repartidor; manter a composição de aço a uma temperatura de cerca de 1510 a 1595°C em um repartidor; fluir a composição de aço do repartidor através de um bocal em um molde resfriado por água; e sair do molde a chapa.

12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a composição da fundição de aço incluir ainda a adição de um pó para moldar a composição de aço, onde este pó compreende a seguinte composição: cerca de 1,03 a 1,15% em peso de Ca0/Si02; cerca de 28,0 a 30,0% em peso de Si02; cerca de 30,5 a 32,5% em peso de CaO; cerca de 2,0 a 3,5% em peso de MgO; cerca de 5,0 a 6,5% em peso de Al203; cerca de 8,5 a 10,0% em peso de Na20+K20; menos que cerca de 1,5% em peso de Fe203 ,-cerca de 2,0 a 3,5% em peso de MnO; cerca de 2,0 a 3,5% em peso de Ciivre; cerca de 8,0 a 9,5% em peso de C02; cerca de 5,0 a 6,0% em peso de Ctotai; cerca de 7,0 a 8,5% em peso de F; menos que cerca de 1,0% em peso de H2Oeoo °c; onde a quantidade de cada elemento é fornecida com base no peso total da composição do pó molde.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de o pó molde, substancialmente, não remover titânio da composição de aço.

14. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda formar a chapa em tubo.

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de formar a chapa em tubo compreender uma operação de soldagem.

16. Produto manufaturado de aço caracterizado por estar de acordo com a reivindicação 1.

17. Tubo de aço soldado caracterizado pelo fato de a composição da fundição compreender: cerca de 0,23 a 0,30% em peso de carbono; cerca de 0,001 a 0,005% em peso de boro; cerca de 0,010 a 0,050% em peso de titânio; cerca de 1,15 a 1,50% em peso de manganês; menos que cerca de 0,35% em peso de silício; razão Ti/N maior que cerca de 2,9; e onde a quantidade de cada elemento é fornecida com base no peso total da composição da fundição onde o tubo de aço é formado a partir de uma chapa de fundição fina, tendo uma espessura entre cerca de 25 e 150 mm.

18. Tubo de aço soldado de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de a composição da fundição ainda compreender cerca de 0,010 a 0,070% em peso de alumínio.

19. Tubo de aço soldado de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de a composição da fundição consistir essencialmente de: cerca de 0,23 a 0,30% em peso de carbono; cerca de 0,001 a 0,005% em peso de boro; cerca de 0,010 a 0,050% em peso de titânio; cerca de 1,15 a 1,50% e peso de manganês; cerca de 0,010 a 0,070% em peso de alumínio; menos que cerca de 0,35% em peso de silício; e o restante ser de ferro e impurezas; onde a quantidade de cada elemento é fornecida com base no peso total da composição da fundição; e onde a razão de Ti/N é maior que cerca de 2,9.

20. Tubo de aço soldado de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de a composição da fundição compreender: cerca de 0,23 a 0,29% em peso de carbono; cerca de 0,001 a 0,005% em peso de boro; cerca de 0,010 a 0,045% em peso de titânio; cerca de 1,15 a 1,50% e peso de manganês; menos que 0,35% em peso de silício; menos que 0,025% em peso de fósforo; menos que 0,01% em peso de enxofre; cerca de 0,010 a 0,070% em peso de alumínio; menos que 0,010% em peso de nitrogênio; menos que 0,2% em peso de níquel; menos que 0,2% em peso de cromo; menos que 0,11% em peso de molibdênio; menos que 0,01% em peso de vanádio; menos que 0,01% em peso de nióbio; menos que 0,005% em peso de cálcio; menos que 0,25% em peso de cobre; menos que 0,02% em peso de estanho; onde a razão de Ti/N é maior que 2,9; e onde a quantidade de cada elemento é fornecida com base no peso total da composição da fundição.