PT838534E - PROCESS FOR OBTAINING AN AUSTENITIC ACOUSURE OF FINE GROWTH RESULFURIZED IMPROVED - Google Patents
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Abstract
Description
sS /? t'ss /? t '
DESCRIÇÃODESCRIPTION
PROCESSO PARA OBTER UM AÇO AUSTENÍTICO DE GRÃO FINO RE-SULFURIZADOPROCESS FOR OBTAINING AUSTENETIC STEEL OF REINFURIZED FINE GRAIN
MELHORADO A presente invenção tem por objecto um aço de grão austenitico fino, re-sulfurizado melhorado e um processo relevante para o obter. É bem conhecido que o sulfureto de ferro no aço gera uma fase eutética com o ferro metálico, que leva a um ponto de fusão a 988°C; por isso, a presença do sulfureto de ferro no aço é prejudicial porque faz com que o aço exiba deficiências a quente (isto é, fragilidade a alta temperatura) e as temperaturas de forja e de laminação do aço são normalmente superiores a 988°C.IMPROVED The present invention relates to an improved re-sulphurized fine austenitic steel and a method of obtaining it. It is well known that the iron sulphide in the steel generates a eutectic phase with the iron metal, which leads to a melting point at 988 ° C; therefore, the presence of the iron sulphide in the steel is detrimental because it causes the steel to exhibit hot defects (i.e., brittleness at high temperature) and the forging and rolling temperatures of the steel are normally above 988 ° C.
Adicionar manganês ao aço produz sulfuretos de manganês, que não produzem fases eutéticas com o ferro e têm temperaturas de fusão mais elevadas do que as temperaturas de forja e de laminação do aço.Adding manganese to the steel produces manganese sulphides, which do not produce eutectic phases with iron and have higher melting temperatures than the forging and rolling temperatures of the steel.
Da literatura técnica é bem conhecido que a quantidade mínima de manganês que se junta ao aço deve ser, quando expressa como percentagem, oito vezes mais elevada do que a percentagem de enxofre presente, de modo a assegurar que o aço não exibirá deficiências a quente.From the technical literature it is well known that the minimum amount of manganese which joins the steel should be, when expressed as a percentage, eight times higher than the percentage of sulfur present, so as to ensure that the steel will not exhibit hot defects.
Os sulfuretos de manganês podem estar presentes no aço em três formas características e são conhecidos como sulfuretos do Tipo 1, sulfuretos do Tipo 2 e sulfuretos do Tipo 3, respectivamente. 1Manganese sulphides may be present in the steel in three characteristic forms and are known as Type 1 sulphides, Type 2 sulphides and Type 3 sulphides, respectively. 1
Os sulfuretos do Tipo 1 exibem uma forma globular e obtêm-se na presença de níveis elevados de oxigénio (ver, por exemplo, aços não mortos, aços semi-mortos e aços sem maquinação) .Type 1 sulphides display a globular shape and are obtained in the presence of elevated oxygen levels (see, for example, undead steels, semi-dead steels and steels without machining).
Os sulfuretos do Tipo 2 exibem uma estrutura dendritica e precipitam nas fronteiras dos grãos de solidificação primária; aparecem nos aços mortos, com quantidades de alumínio que são suficientes para desoxidizar o aço.Type 2 sulphides exhibit a dendritic structure and precipitate at the boundaries of the primary solidification grains; appear in dead steel, with quantities of aluminum that are sufficient to deoxidize the steel.
Os sulfuretos do Tipo 3 formam-se à medida que se aumentam os níveis de alumínio ou de outros elementos exibindo uma elevada afinidade para o oxigénio (titânio ou vanádio), até que se atinjam os valores para regular o grão austenítico.Type 3 sulphides are formed as the levels of aluminum or other elements exhibiting a high affinity for oxygen (titanium or vanadium) are raised, until the values for regulating the austenitic grain are reached.
Presentemente, os aços que se usam na indústria dos veículos a motor em geral e, em particular, na indústria automóvel, são aços-carbono ou ligas de aço re-sulfurizados, de grão austenítico fino apropriados para tratamentos de têmpera e tempera de revestimentos, contendo mais alumínio e/ou titânio e/ou nióbio em quantidades que assegurem a presença de grãos austeníticos finos (sulfuretos do Tipo 3).At present, steels used in the motor vehicle industry in general and in particular in the automotive industry are re-sulphurized fine-grained carbon steels or steel alloys suitable for tempering and tempering treatments of coatings, containing more aluminum and / or titanium and / or niobium in quantities that ensure the presence of fine austenitic grains (Type 3 sulphides).
Contudo, demonstrou-se que as quantidades de elementos reguladores do grão necessárias para a desoxidação completa do aço e para o controlo da estrutura granular austenítica origina sulfuretos (sulfuretos do Tipo 3) que prejudicam as propriedades de maquinação do aço resultante.However, it has been shown that the quantities of grain regulators necessary for the complete deoxidation of the steel and for control of the austenitic granular structure give rise to sulphides (Type 3 sulphides) which impair the machining properties of the resulting steel.
Deste ponto de vista, os sulfuretos mais apropriados para melhorar a maquinação do aço são sulfuretos do Tipo 1 que, por outro lado, não se podem obter nas condições descritas no parágrafo precedente.From this point of view, the sulphides most suitable for improving the machining of steel are Type 1 sulphides which, on the other hand, can not be obtained under the conditions described in the preceding paragraph.
Consequentemente, há uma necessidade de estudos para o desenvolvimento de um produto que preencha os dois requisitos referidos antes.Consequently, there is a need for studies for the development of a product that meets the two requirements above.
Uma solução proposta consiste em adicionar ao aço que contem sulfuretos do Tipo 3, elementos metálicos como o chumbo ou o telúrio que são conhecidos por aumentar a capacidade de maquinação do aço, mas que são muito perigosos para a saúde dos que trabalham na produção do aço e, consequentemente, os que usam durante o tratamento do aço. 0 objecto da presente invenção consiste, por isso, num processo para obtenção de um aço de grão austenitico fino, re-sulfurizado, que obvie aos problemas referidos antes, em particular, um aço que possa ser usado na indústria dos veículos a motor em geral e na indústria automóvel em particular, porque o processo é tal que produz um aço completamente desoxidado , com uma estrutura de grão austenitico fino e em que se obtem uma melhor maquinação do aço, comparada com o estado da arte anterior.A proposed solution is to add to steel containing Type 3 sulphides, metallic elements such as lead or tellurium which are known to increase the machinability of steel but which are very dangerous to the health of those working in the production of steel and, consequently, those that use during the treatment of steel. The object of the present invention is therefore to provide a process for the production of a re-sulphurized fine austenitic steel which obviates the above-mentioned problems, in particular, a steel which can be used in the motor vehicle industry in general and in the automotive industry in particular because the process is such that it produces a completely deoxidized steel having a fine austenitic grain structure and in which a better machining of the steel is obtained compared to the prior art.
Um outro objecto da presente invenção consiste, por isso, num processo para obtenção de um aço de grão austenitico fino, re-sulfurizado que não seja perigoso para a saúde daqueles que o produzem na aciaria e o utilizam durante os processos seguintes.It is a further object of the present invention to provide a process for the production of a re-sulphurized fine austenitic steel which is not hazardous to the health of those who produce it in the steel plant and use it during the following processes.
Ainda um outro objecto da presente invenção consiste num processo, de baixo custo, para obtenção de um aço de grão austenitico fino, re-sulfurizado, sem usar tecnologias complexas e caras. 3 &Yet another object of the present invention is a low cost process for obtaining a refined, fine austenitic grain steel without using complex and expensive technologies. 3 &
Estes objectos são alcançados por um processo para a produção de um aço de grão austenitico fino, re-sulfurizado, de acordo com a reivindicação 1, fazendo-se aqui referência à reivindicação por motivo de brevidade.These objects are achieved by a process for the production of a re-sulphurized fine austenitic grain steel according to claim 1, with reference to the claim for brevity.
Vantajosamente, a adição de terras raras sob a forma de fio metálico plano ou como fio recoberto de metais, ligas metálicas e outros revestimentos depositados (por exemplo revestimentos cerâmicos) ao aço-carbono e às ligas de aço de grão austenitico fino, re-sulfurizado em moldes ou em tanques, torna possível uma boa difusão e homogeneização do produto e uma distribuição homogénea dos sulfuretos globulares através da secção do aço que se obtem.Advantageously, the addition of rare earths in the form of flat metallic wire or as wire coated with metals, metal alloys and other deposited coatings (eg ceramic coatings) to carbon steel and refined austenitic fine alloy steel alloys in molds or in tanks, makes possible a good diffusion and homogenization of the product and a homogenous distribution of the globular sulphides through the section of steel that is obtained.
Desta forma, os sulfuretos contidos no aço melhoram a maquinação do aço quando comparada com as técnicas tradicionais, enquanto, simultaneamente, assegura a ausência de defeitos a quente, a regulação do grau austenitico e a desoxidação completa do aço.Thus, the sulphides contained in the steel improve the machining of the steel when compared to the traditional techniques, while simultaneously ensuring the absence of hot defects, the regulation of the austenitic degree and the complete deoxidation of the steel.
De acordo com o discutido antes, adicionar manganês ao aço assegura a ausência de defeitos a quente; os sulfuretos de manganês do Tipo 1 originam uma estrutura globular e obtêm-se na presença de elevados níveis de oxigénio, enquanto os sulfuretos do Tipo 2 (que se formam nos aços que contêm quantidades mínimas de alumínio) originam uma estrutura dendrítica e precipitam nas fronteiras dos grãos de solidificação primária, com o inconveniente de que o aço resultante exibe um considerável número de defeitos a quente.As discussed above, adding manganese to the steel ensures the absence of hot defects; the Type 1 manganese sulphides give rise to a globular structure and are obtained in the presence of high levels of oxygen, while Type 2 sulphides (which form in steels containing minimal amounts of aluminum) give rise to a dendritic structure and precipitate at the boundaries of the primary solidification grains, with the drawback that the resulting steel exhibits a considerable number of hot defects.
Aumentando a quantidade de alumínio ou de outros elementos que exibem grande afinidade para o oxigénio (como o titânio ou o vanádio), para níveis tais que o grão austenitico seja facilmente 4 "7< Ρ / >"ν regulado (isto é, para valores de superiores a 0,015% em peso), os sulfuretos do Tipo 3 parecem distribuir-se de uma forma aleatória através do aço com formas angulares e irregulares.By increasing the amount of aluminum or other elements which exhibit high affinity for oxygen (such as titanium or vanadium), to levels such that the austenitic grain is easily 4 " (I.e., for values greater than 0.015% by weight), the Type 3 sulphides appear to randomly be distributed through the steel with angular and irregular shapes.
Dpois do rolamento a quente, os sulfuretos do Tipo 1 originam uma forma lenticular, enquanto os sulfuretos do Tipo 2 e do Tipo 3 se transformam em placas muito finas; este aspecto dos sulfuretos do Tipo 2 e do Tipo 3 contribui para melhorar a maquinação do aço. De facto, durante a maquinação, a lâmina das ferramentas aplica uma força na região do contacto com o aço que lhe causa microfissuras. É evidente que a presença de inclusões não metálicas reduz consideravelmente a força necessária para gerar microfissuras e a forma de aparas.After hot rolling, Type 1 sulphides give rise to a lenticular shape, while Type 2 and Type 3 sulphides turn into very thin plates; this aspect of Type 2 and Type 3 sulphides contributes to improved machining of the steel. In fact, during machining, the blade of the tools applies a force in the region of the contact with the steel that causes microcracks. It is clear that the presence of non-metallic inclusions considerably reduces the force required to generate microcracks and the form of chips.
Nestes casos, quando as microfissuras são tais que não causam o efeito das aparas se partirem em fragmentos, pode-se vir a ter problemas durante a maquinação mecânica (torno e furação) .In these cases, when the microcracks are such that they do not cause the chips to break up in fragments, problems may arise during mechanical machining (turning and drilling).
Quando, pelo contrário, as referidas microfissuras originam que as aparas se partam em fragmentos, a força necessária para criar as referidas microfissuras diminui e o aço exibe uma melhor maquinação.When, conversely, said microcracks cause the chips to break into fragments, the force required to create said microcracks decreases and the steel exhibits a better machining.
No caso vertente, os sulfuretos dos Tipos 2 e 3 não causam a fragmentação das aparas.In the present case, Type 2 and 3 sulphides do not cause the chip to fragment.
Pelo contrário, observou-se que, para os sulfuretos globulares do Tipo 1, que exibem uma morfologia grosseira, obtem-se uma considerável melhoria da maquinação do aço. 5On the contrary, it has been observed that for Type 1 globular sulphides which exhibit a coarse morphology, a considerable improvement in the machining of the steel is obtained. 5
Presentemente, a forma cristalográfica dos sulfuretos de manganês pode ser controlada por meio da adição de metais do grupo III (lantanídeos ou terras raras); essa adição resulta na formação de sulfuretos globulares, mas implica a formação de óxidos que obstruem os orifícios do tubo de descarga da fundição.Presently, the crystallographic form of manganese sulphides can be controlled by the addition of group III metals (lanthanides or rare earths); this addition results in the formation of globular sulphides, but implies the formation of oxides that clog the holes in the casting discharge tube.
De facto, as terras raras exibem uma elevada afinidade com o oxigénio (superior à do alumínio e do magnésio) e, se estão presentes em níveis elevados (0,03% - 0,04% em peso), as referidas terras raras sofrem uma oxidação simultâneamente quer com a alumina que está contida no aço sob a forma de inclusões quer com a alumina que compõe o material refractário das chapas, orifícios do tubo de descarga e ligações, sendo todos reduzidos a alumínio metálico.In fact, rare earths exhibit a high affinity for oxygen (higher than aluminum and magnesium), and if they are present at high levels (0.03% - 0.04% by weight), said rare earths suffer a oxidation process both with the alumina which is contained in the steel in the form of inclusions and with the alumina composing the refractory material of the plates, discharge pipe orifices and connections, all being reduced to metallic aluminum.
Assim, não se pode realizar a fundição contínua do aço se se quiser adicionar às pás uma quantidade tal de terras raras de modo a ligarem-se completamente ao enxofre, isto é, teoricamente, uma quantidade de 0,29 kg/t (quilogramas por tonelada de produto) por cada 0,01% em peso do enxofre contido no aço.Thus, continuous casting of the steel can not be achieved if such rare earths are to be added to the blades in order to bind completely to the sulfur, i.e. in theory, an amount of 0.29 kg / t (kg per tonne of product) per each 0.01% by weight of the sulfur contained in the steel.
De acordo com a presente invenção, pelo contrário, os sulfuretos do Tipo 3 pode transformar-se em sulfuretos globulares e pode-se fazer a fundição contínua do aço, obtendo-se assim uma melhor maquinação do que a dos aços correspondentes ao estado da arte anterior.In accordance with the present invention, in contrast, Type 3 sulphides can be transformed into globular sulphides and the continuous casting of the steel can be made, thus obtaining a better machining than that of steels corresponding to the state of the art previous.
Adicionam-se lantanídeos em quantidade suficiente para que os sulfuretos se transformem em sulfuretos globulares, sob a forma de fios metálicos planos ou fios metálicos recobertos por elementos metálicos, ligas metálicas ou outros materiais depositados (por exemplo, revestimentos cerâmicos). 6 r?Lanthanides are added in sufficient quantity so that sulphides become globular sulphides, in the form of flat metal wires or metal wires covered by metallic elements, metal alloys or other deposited materials (eg ceramic coatings). 6 r?
Em particular, o aço produzido de acordo com a presente invenção contem niveis de lantanideos que são suficientes para se obter de 20% a 100% de sulfuretos globulares no aço solidificado.In particular, the steel produced in accordance with the present invention contains lanthanide levels which are sufficient to obtain from 20% to 100% globular sulphides in the solidified steel.
Mede-se a quantidade desejada de fio metálico para o molde ou os tanques com, neste último caso, materiais refractários particulares que têm a propriedade de não reagir quimicamente com os lantanideos, sendo usados para fazer as chapas de produção ou os orifícios dos tubos de descarga.The desired amount of metal wire to the mold or tanks is measured, in the latter case, particular refractory materials which have the property of not chemically reacting with the lanthanides, being used to make the production plates or the holes of the download.
Assim, obtêm-se sulfuretos globulares para tratamentos de têmpera e têmpera de revestimentos de aços-carbono e/ou ligas de aço com uma estrutura de grão fino austenítico que contem quantidades de enxofre iguais ou superiores a 0,02% em peso, produzidos por fundição contínua, para uso na indústria mecânica em geral e na indústria automóvel em particular.Thus, globular sulphides are obtained for quenching and quenching treatments of coatings of carbon steels and / or steel alloys having a fine austenitic grain structure containing amounts of sulfur equal to or greater than 0.02% by weight produced by continuous casting, for use in the mechanical industry in general and in the automotive industry in particular.
Os aços referidos antes exibem uma estrutura de grão austenítico fino e obtêm-se por meio da adição desses níveis de elementos metálicos, tais como alumínio, titânio, nióbio, vanádio ou ligas destes elementos, de tal forma que o nível final destes elementos no aço seja superior a 0,015% em peso. A presença dos elementos metálicos referidos antes em quantidades superiores a 0,015% em peso no aço causa a formação de sulfuretos (do Tipo 3), como já foi referido, cujas formas têm uma influência negligenciável nas caraterísticas de maquinação do aço. A quantidade de terras raras que se deve adicionar aos sulfuretos, sob a forma de fio metálico de qualquer formato (com secção transversal circular, quadrada, hexagonal, etc.) para 7 adicionar aos tanques ou aos moldes, está compreendida no intervalo de 0,05 kg/t a 0,35 kg/t por cada 0,01% em peso de enxofre. A adição de terras raras como elementos individuais ou como ligas, sob a forma de fio metálico ao molde, torna possível que os lantanídeos se difundam perfeitamente de uma forma homogeneizada no produto e também permite uma distribuição homogénea dos sulfuretos globulares através da secção fundida.The steels referred to above exhibit a fine austenitic grain structure and are obtained by adding such levels of metal elements, such as aluminum, titanium, niobium, vanadium or alloys thereof, such that the final level of these elements in the steel is greater than 0.015% by weight. The presence of the aforementioned metal elements in quantities of greater than 0.015% by weight in the steel causes the formation of sulphides (Type 3), as already mentioned, which forms have a negligible influence on the machining characteristics of the steel. The amount of rare earths to be added to the sulphides in the form of metallic wire of any shape (circular, square, hexagonal, etc.) to be added to tanks or molds is in the range of 0, 05 kg / t 0.35 kg / t per each 0.01% by weight of sulfur. The addition of rare earths as individual elements or as alloys in the form of metal wire to the mold makes it possible for the lanthanides to diffuse perfectly homogenously into the product and also allows a homogenous distribution of the globular sulphides through the melt section.
Por maioria de razão obtêm-se esta homogeneidade de distribuição se a adição se faz nos tanques.This homogeneity of distribution is obtained for the most part if the addition is made in the tanks.
Da descrição anterior resulta clara a melhoria das características do aço de grão austenítico fino re-sulfurizado e do seu processo de obtenção, processo esse que é o tema principal da presente invenção, assim como são claras as suas vantagens.From the foregoing description it is clear that the characteristics of the re-sulphurized fine austenitic grain steel and the method of obtaining it are clear, which is the main subject of the present invention, as are the advantages thereof.
Em particular, as referidas vantagens podem sistematizar-se no seguinte: - possibilidade de obtenção simultânea de aços-carbono e ligas de aço re-sulfurizados, de grão austenítico fino, para tratamentos de têmpera e têmpera de revestimentos que exibem uma característica de maquinação suficientemente elevada para serem usados na indústria mecânica e, em particular, na indústria automóvel; - custos reduzidos, quando comparados com o estado da arte anterior, considerando as vantagens obtidas.In particular, the said advantages can be systematised in the following: - possibility of obtaining simultaneously carbon steels and re-sulphurized fine-grained steel alloys for tempering and tempering treatments of coatings which exhibit a sufficient machining characteristic for use in the mechanical industry and in particular in the automotive industry; - reduced costs, when compared with the prior art, considering the advantages obtained.
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