WO2016074057A1 - Produto laminado a quente em aços longos e uso do mesmo - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an interstitial free ultra-low carbon steel (UBC) long steel (wire rod and bar) hot-rolled product for application to wire and drawn bars.
- UBC interstitial free ultra-low carbon steel
- the product obtained by the hot-rolling process of long steels using IF-type ultra-low carbon steel exhibits differentiated mechanical characteristics, such as: high cold forming capacity, high area reduction capacity in the test. traction (87-94%), strength limit and yield strength and high drawing capacity.
- Non-flat or long steels are the various profiles, namely, structural profiles type I, U, T, angles, round bars, square bars, flat bars, wires, wire rod, etc.
- To manufacture steel in steel mills several metallurgical processes are required until the final product to be sold is obtained, be it a plate, a tube, a round bar, a profile, etc. After refining Gusa by processes such as Bessemer, Siemens-Martin, LD oxygen converters or Electric Furnaces (Scrap Reflow), the appropriate amounts of elements that will form the final alloy are added. Once the steel alloy is hit in the proper proportions, the liquid metal is cast into conventional ingot molds or by the (more modern) sequential method known as continuous casting.
- the main hot-rolled products are pipes, profiles, rails, bars, rebar and wire rod.
- the wire rod is the main product that undergoes processing processes before its final application, generating products such as drawn wires, screws, nuts, rivets, sieves, artifacts and many other applications.
- IF interstitial-free steels
- IF interstitial-free steels
- low carbon steels besides their poor surface quality, were difficult to presence of interstitial elements in its structure.
- the abbreviation "IF" expresses the absence of carbon and nitrogen elements in the interstices of the ferritic matrix of steels, which are removed from the solid solution state and may precipitate by the addition of carbide and nitride forming elements such as titanium and niobium, thus leaving, in its name, the steel free of interstitial elements.
- IF steels are a class of steels that are distinguished from conventional steels by the following properties: low yield strength, high surface quality and high overall elongation. Such properties are made possible by the control of interstitials such as carbon and nitrogen.
- IF steels require steps that minimize the presence of carbon and nitrogen in solution.
- vacuum degassing techniques which have enabled the steel mill to produce steels with increasingly low carbon and nitrogen contents - less than 25-30 ppm or 0.0025 to 0.0030% each - the industrial development of IF steels were due to the evolution of two development lines in the steel industry: forming steels, with the optimization of the fixation of interstitial elements in precipitated carbides and nitrides, and that of microalloyed steels, with the use of titanium and niobium in the formation. of phases that can precipitate in these steels and remove to the maximum extent possible the interstitial elements of the solid solution.
- IF steels have high conformability and stamping, because without the interstitial elements these steels are malleable and soft.
- IF steel is widely used in cold rolled flat products for the automotive segment.
- International Patent Application No. WO / 2010/049950 filed October 27, 2009, under the heading "Production of ultra-fine grains in interstitial free (if) steels by equal channel angular extrusion (ECAE)" describes steels. free interstitial (IF) with high strength and ductility, as well as a process for production of said steel.
- the invention relates to a process for producing ultra-fine grains in angle channel extrusion interstitial free steels (ECAE) to produce large-scale long products.
- ECAE angle channel extrusion interstitial free steels
- the ultra-low carbon steel wire for electrical conduction has the following chemical composition: 0.002-0.005% C, 0.004-0.010% Si, 0.05-0.15% Mn, less than or equal to at 0.015% P less than or equal to 0.010% S 0.0050-0.0080% total oxygen less than or equal to 0.0050% total aluminum
- the electrical conductivity of the wire rod disclosed by the invention is greater than or equal to 15%, the breaking strength is less than or equal to 300 MPa, and the area reduction index is greater than or equal to 80%, and the wire rod produced can partially replace the materials.
- Korean Patent Application No. KR20040091281 filed April 21, 2003, under the title "Method for manufacturing ultra-low carbon steel sheet by electric field heat treatment", discloses a method for the manufacture of ultra high carbon steel sheets. Low carbon by heat treatment of the electric field in order to increase malleability and reduce the manufacturing cost through a final annealing process under an electric field imposed when producing the ultra low carbon steel sheet.
- the method for the manufacture of ultra low carbon steel sheets is by cold rolling process and a heat treatment of casting, the method comprises a cold rolling step and an electric field heat treatment step, wherein The annealing process is carried out at 650-800 ° C for 10 to 20 minutes.
- This is a flat steel patent application for a method and process of heat treatment and cold processing of an IF steel.
- ultra-low carbon interstitial-free the steel being stabilized by titanium and niobium, and comprising the following weight percent ranges: 0.0010-0.0055% C, 0.0020-0.0060% N, 0.0040-0.025% S, 0.010-0.060% Ti and 0.010-0.050% Ni.
- Figure 1 illustrates proven results by hot rolling metallographic testing comparing the UBC / IF steel of the present invention with a high quality low carbon steel (SAE 1005) derived from LD steelmaking and refining process. vacuum in wire drawing process.
- SAE 1005 high quality low carbon steel
- Figure 2 illustrates the evolution of tensile strength obtained at each drawing pass and its reduction value per drawing pass.
- Figure 3 illustrates the evolution of tensile strength obtained in each drawing pass and its respective area reduction value recorded in the tensile test.
- Figure 4 shows that hot rolled IF steel applied in the production of long steels has superior conformability compared to commercially available steels.
- Figure 5 shows the processing flow of materials.
- the main approach of this invention is related to an interstitial free (UBC) ultra-low carbon steel (UBC) long steel hot rolled product (wire rod and rod) for application on drawn wires having different mechanical characteristics, such as cold forming capacity, high area reduction capacity in the tensile test and strength limit and yield strength.
- UBC interstitial free
- ULC ultra-low carbon steel
- wire rod and rod for application on drawn wires having different mechanical characteristics, such as cold forming capacity, high area reduction capacity in the tensile test and strength limit and yield strength.
- the long-steel hot-rolled product comprises interstitial-free ultra-low carbon steel, the steel being titanium stabilized, and comprising the following weight percent ranges: 0.0010- 0.0055% C, 0.0020-0.0060% N, 0.0040-0.025% S, and 0.040-0.100% Ti.
- the long-steel hot-rolled product comprises interstitial-free ultra-low carbon steel, the steel being titanium and niobium stabilized, and comprising the following weight percent ranges: 0, 0010-0.0055% C, 0.0020-0.0060% N, 0.0040-0.025% S, 0.010-0.060% Ti and 0.010-0.050% Ni.
- the steel being titanium and niobium stabilized, and comprising the following weight percent ranges: 0, 0010-0.0055% C, 0.0020-0.0060% N, 0.0040-0.025% S, 0.010-0.060% Ti and 0.010-0.050% Ni.
- C, N and S the smallest possible amount present in steel is better, as these elements make it difficult to obtain IF steel.
- said long steel hot rolled product is applied to: a) drawn wires; (b) hot rolled into bars and wire rods of any size and geometry of cross section; and c) wires and drawn bars of any size and geometry of cross section.
- Said long steel hot rolled product may further be applied to products derived from the above related products, such as pins, rods and fasteners selected from the group consisting of screws, nuts, nails, clamps and rivets.
- the long-rolled hot-rolled product of the present invention has a uniaxial tensile strength (coefficient of stress) area reduction value of between 87% and 94%, ie range that cannot be guaranteed by conventional ultra-low carbon steel. .
- the obtained area reduction values in the IF steel uniaxial tensile strength test of the present invention denote a material with a cold plastic deformation capability not available in the long steel segment. With this steel technology, cold reductions not yet achieved can be achieved with currently available steels. Performance tests revealed 99.4% cold drawn IF steel cold drawing capacity.
- IF steel enables the cold production of complex parts with a high degree of plastic deformation.
- the material of the present invention has characteristics of low electrical resistivity, where measurements point to about 0.130 ⁇ . ⁇ / ⁇ (20 ° C).
- the mechanical properties values obtained for IF steel indicate the possibility of operation with higher strain rates by wire drawing when compared to SAE 1005 steel.
- the IF steel of the present invention has demonstrated excellent characteristics for market applications requiring severe cold deformation. And so, due to the large capacity The cold deformation observed for IF steel indicates that it can be applied instead of some steels requiring intermediate heat treatment to ensure further reductions.
- the hot-rolled product production process of the present invention eliminates annealing steps, thereby reducing the final production cost.
- Currently available steels do not have the cold deformation capability of the present invention and intermediate heat treatment processes are required in some cases to continue the cold forming process.
- the proposed solution uses a steel with a differentiated steelmaking process with LD converter and the use of RH type vacuum degasser, producing an ultra low carbon steel with elements to stabilize the remaining carbon and nitrogen content, to obtain a Interstitial Free Steel (IF-Interstitial Free).
- IF-Interstitial Free Interstitial Free Steel
- An interstitial-free ultra-low carbon steel (IF) and a low carbon steel (SAE 1005) were adopted, both supplied by Companhia Sider ⁇ rgica Nacional (CSN).
- the manufacturing route for steel production includes LD steelmaking and vacuum degassing, with UBC steel stabilized to Ti. Table 2 shows the chemical compositions of the steels that were used in the present study.
- the materials were made available in the form of plates from continuous casting, which were cut into 250 mm square section blocks. The blocks were rolled into 12.70 mm circular section bars to allow the subsequent drawing process.
- the drawing equipment used to perform the tests was a vertical one-piece drawing, containing a reduction pass, where the input material may be in the form of a bar or roll, passed through a box containing solid soap (calcium stearate). which has a tungsten carbide spinner coupled to the outlet thereof, which is then wound around the tractor block. After each drawing pass, a sample approximately 1 m in length was taken, allowing up to 3 uniaxial tensile tests, hardness measurements, cutting and preparation of samples for metallographic analysis. At each sample withdrawal, the previously drawn material was again pointed and then the die box tooling was replaced for the next pass. Table 3 indicates the pass plan used to obtain the 5.50 mm gauge from the 12.70 mm gauge. Table 4 presents the pass plan used to obtain the 1.25 mm gauge from the 5.50 mm gauge.
- microstructural characterization the same samples prepared for the Vickers microhardness test were used, where the polished surfaces were chemically etched with 3% Nital solution for 10 s and Klemms etching (1 g potassium metabisulphite and 50 ml sodium thiosulphate for about 2 to 3 minutes for BC and UBC steels respectively.
- Figure 2 shows this relationship for each subsequent drawing pass.
- the hardening rate for a drawn wire is defined as the increase in the tensile strength limit given by the amount of area reduction after cold working.
- UBC steel has lower hardness values than BC steel, presenting an average hardness difference in each pass of the order of 45 HV; 5) it was possible to establish a prediction model of the resistance of the drawn wire as a function of the drawing plan;
- UBC steel can be applied to thin wire drawing and eliminate intermediate annealing steps in applications where higher strength steels are used.
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Abstract
A presente invenção se refere a um produto laminado a quente em aços longos (fio máquina e barra) de aço ultra- baixo carbono (UBC), livre de intersticiais, para aplicação em arames e barras trefilados. Dessa forma, o produto obtido através do processo de laminação a quente de aços longos de utilizando aço ultra-baixo carbono do tipo IF apresenta características mecânicas diferenciadas, tais como: elevada capacidade de conformação a frio, elevada capacidade de redução de área no ensaio de tração (87-94 %), limite de resistência e limite de escoamento aperfeiçoados e elevada capacidade de trefilação.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: "PRODUTO LAMINADO A QUENTE EM AÇOS LONGOS E USO DO MESMO" .
Campo da Invenção
A presente invenção se refere a um produto laminado a quente em aços longos (fio máquina e barra) de aço ultra- baixo carbono (UBC) , livre de intersticiais, para aplicação em arames e barras trefilados. Dessa forma, o produto obtido através do processo de laminação a quente de aços longos de utilizando aço ultra-baixo carbono do tipo IF apresenta características mecânicas diferenciadas, tais como: elevada capacidade de conformação a frio, elevada capacidade de redução de área no ensaio de tração (87-94%), limite de resistência e limite de escoamento aperfeiçoados e elevada capacidade de trefilação.
Antecedentes da Invenção
Aços não planos ou longos são os diversos perfis, quais sejam, perfis estruturais tipo I, U, T, cantoneiras, barras redondas, quadradas, chatas, tubos, arames, fio máquina, etc. Para fabricação do aço nas siderúrgicas, são necessários diversos processos metalúrgicos até a obtenção do produto final que será comercializado sejam ele uma chapa, um tubo, uma barra redonda, um perfil, etc. Após o refino do Gusa por processos como o Bessemer, Siemens-Martin, conversores de oxigénio LD ou em Fornos Elétricos (Refusão da Sucata) , são acrescidas as quantidades adequadas de elementos que irão formar a liga final. Uma vez acertada a liga do aço nas devidas proporções, o metal líquido é vazado em lingoteiras convencionais ou pelo método sequencial (mais moderno) conhecido como lingotamento contínuo.
Diante da necessidade de acompanhar os novos processos de fabricação, onde os equipamentos cada vez mais submetem os
aços a maiores deformações associadas a elevadas taxas de deformações, a siderurgia voltada para o segmento de aços longos vem estudando alternativas no desenvolvimento de aços para atendimento a essas demandas continuas da indústria de processamento de aços.
Na siderurgia de aços longos, os principais produtos laminados a quente são os tubos, perfis, trilhos, barras, vergalhões e fio máquina. 0 fio máquina, por sua vez, é o principal produto que é submetido a processos de beneficiamento antes de sua aplicação final, gerando produtos tais como arames trefilados, parafusos, porcas, rebites, peneiras, artefatos além de diversas outras aplicações.
Aços com baixos percentuais de elementos intersticiais são utilizados em aplicações de alta conformabilidade em estampagem profunda. Os primeiros aços usados para atender tais exigências de conformabilidade eram aços baixo carbono e de baixo teor de impurezas. No entanto, com o desafio de produzir formas cada vez mais complexas por conformação a frio, teve inicio nos anos 70 a pesquisa e o desenvolvimento de aços mais maleáveis e macios que os aços convencionais, sendo assim de maior conformabilidade e estampabilidade . Nessas pesquisas houve o entendimento de que elementos residuais em solução na estrutura de corpo centrado (CCC) da ferrita atuariam sobre a textura cristalográfica, que por sua vez se reflete macroscopicamente na estampabilidade dos aços.
Ainda descobriu-se que outros elementos de liga influenciariam a recristalização e a segregação para os contornos de grão. Surgiram então os aços IF (do inglês "interstitial-free" : livre de elementos intersticiais), uma vez que os aços baixo carbono, além da baixa qualidade superficial, eram de difícil conformação, em função da
presença de elementos intersticiais na sua estrutura. A sigla "IF" expressa a ausência dos elementos carbono e nitrogénio nos interstícios da matriz ferrítica dos aços, os quais são retirados do estado de solução sólida podendo formar precipitados pela adição de elementos formadores de carbeto e nitreto tais como o titânio e o nióbio, deixando assim, em juz ao nome, o aço livre de elementos intersticiais.
Os aços IF são uma classe de aços que se distingue dos aços convencionais pelas seguintes propriedades: baixo limite de escoamento, alta qualidade superficial e grande alongamento total. Tais propriedades são possibilitadas pelo controle de intersticiais, como o carbono e nitrogénio.
Logo, a produção e processamento dos aços IF necessita de etapas que minimizem a presença de carbono e nitrogénio em solução. Além dos avanços tecnológicos nas técnicas de desgaseificação a vácuo, que permitiram à aciaria produzir aços com teores cada vez mais baixos de carbono e nitrogénio - menores que 25-30 ppm ou 0, 0025 a 0, 0030% cada -, o desenvolvimento industrial dos aços IF se deu graças à evolução de duas linhas de desenvolvimento na siderurgia: a de aços para conformação, com a otimização da fixação de elementos intersticiais em precipitados carbetos e nitretos, e a de aços microligados , com o uso de titânio e nióbio na formação de fases que podem se precipitar nesses aços e remover em extensão máxima possível os elementos intersticiais da solução sólida.
Mecanicamente, os aços IF possuem alta conformabilidade e estampabilidade, pois sem os elementos intersticiais estes aços são maleáveis e macios.
O aço IF é largamente empregado em produtos planos laminados a frio, destinados ao segmento automobilístico.
0 pedido de patente internacional n° WO/2010/049950 , depositado em 27 de outubro de 2009, sob o titulo "Production of ultra-fine grains in interstitial free (if) steels by equal channel angular extrusion (ECAE)", descreve aços livres de intersticiais (IF) apresentando alta resistência e ductibilidade, além de um processo para produção do referido aço. Particularmente, a invenção se refere a um processo para a produção de grãos ultra finos em aços livres de intersticiais por extrusão em canal angular (ECAE) para produzir produtos longos em larga escala. Trata-se de um documento onde um aço IF (estabilizado ao Ti) é utilizado, porém em um processo de extrusão, denominado ECAE, objetivando a produção de grãos ultra finos e alta resistência mecânica. É desconhecida a produção em larga escala através desse dispositivo de extrusão utilizado (ECAE) e, assim, entende-se que foram realizados apenas experimentos em corpos de prova de aço IF. Ainda, não foi citado em que tipo de processamento de aços longos poderia ser aplicado. E, por fim, este trabalho indica que todo o processamento foi realizado a frio e, consequentemente, as propriedades mecânicas obtidas serão muito distintas de produtos laminados a quente.
0 pedido de patente brasileiro n° PI 0605810-8, depositado em 22 de dezembro de 2006, sob o titulo "Composição de aço de baixo carbono para fins de condução elétrica e aço de baixo carbono resultante que pode ser conformado por laminação de planos ou não-planos", descreve uma composição de aço de baixo carbono para fins de condução elétrica que pode ser conformado por laminação de planos ou não-planos. Mais particularmente, trata-se de um aço de baixo carbono passível de ser laminado a quente ou a frio, cuja
composição química traz os principais elementos químicos encontrados em produtos siderúrgicos comuns: carbono, manganês, silício, enxofre, fósforo e alumínio com o seguinte limite máximo (expresso em partes por milhão e porcentagem em peso) dos elementos químicos principais: C < 0,08%; Mn < 0,3%; S < 0,05%; P <0,04%; e Al < 0,04%. Trata-se de um pedido de patente para um aço de baixo teor de carbono com características de baixa resistividade elétrica, apresentando características de propriedades mecânicas bastante diferentes daquelas da presente invenção.
O pedido de patente chinês n° CN103469061, depositado em 6 de setembro de 2013, sob o título "Ultra-low carbon steel wire rod for electric conduction and production method thereof, descreve um fio máquina de aço ultra baixo carbono para condução elétrica e método de produção do mesmo. 0 fio máquina de aço ultra baixo carbono para condução elétrica apresenta a seguinte composição química: 0,002-0,005% de C, 0,004-0,010% de Si, 0,05-0,15% de Mn, inferior ou igual a 0,015% de P, menor que ou igual a 0,010% de S, 0,0050-0,0080% de oxigénio total, inferior ou igual a 0,0050% do total de alumínio. A condutividade elétrica do fio máquina divulgado pela invenção é maior do que ou igual a 15%, a resistência à ruptura é menor do que ou igual a 300 MPa, e o índice de redução da área é maior que ou igual a 80%, e o fio máquina produzido pode substituir parcialmente os materiais condutores de cobre, reduzindo assim o custo de produção. Trata-se de um pedido de patente para um aço de ultra baixo carbono com características de baixa resistividade elétrica, em que as propriedades mecânicas do aço IF da presente invenção são bastante diferenciadas.
0 pedido de patente coreano n° KR20040091281, depositado em 21 de abril de 2003, sob o titulo "Method for manufacturing ultra-low carbon steel sheet by electric field heat treatment", revela um método para a fabricação de folhas de aço de ultra-baixo teor de carbono, por tratamento térmico do campo elétrico, a fim de aumentar a maleabilidade e reduzir o custo de fabricação através de um processo de recozimento final sob um campo elétrico imposto ao se produzir a folha de aço ultra-baixo carbono. 0 método para a fabricação de folhas de aço de ultra-baixo carbono se dá pelo processo de laminação a frio e um tratamento térmico de fundição, o método compreende uma etapa de laminação a frio e uma etapa de tratamento térmico do campo elétrico, em que o processo de recozimento é realizado à temperatura de 650-800 °C, durante 10 a 20 minutos. Assim, trata-se de um pedido de patente em aços planos, para um método/processo de tratamento térmico e processamento a frio de um aço IF.
Dessa forma, como pode ser observado, nenhum documento do estado da técnica descreve ou sugere um produto laminado a quente em aços longos (fio máquina e barra) de aço ultra- baixo carbono, livre de intersticiais, para aplicação em arames trefilados.
Sumário da Invenção
É um objeto da presente invenção proporcionar um produto laminado a quente em aços longos compreendendo aço ultra- baixo carbono do tipo, livre de intersticiais, sendo o aço estabilizado por titânio, e compreendendo as seguintes faixas de percentual em peso: 0,0010-0,0055% C, 0,0020-0,0060% N, 0,0040-0,025% S e 0,040-0,100% Ti.
É também um objeto da presente invenção proporcionar um produto laminado a quente em aços longos compreendendo aço
ultra-baixo carbono do tipo, livre de intersticiais, sendo o aço estabilizado por titânio e nióbio, e compreendendo as seguintes faixas de percentual em peso: 0,0010-0,0055% C, 0,0020-0,0060% N, 0,0040-0,025% S, 0,010-0,060% Ti e 0,010 - 0, 050% Ni .
É ainda um objeto da presente invenção proporcionar o uso do referido produto laminado a quente em aços longos para aplicação em arames trefilados, parafusos, porcas, rebites, pinos, hastes, peneiras e artefatos.
Breve Descrição dos Desenhos
A estrutura e operação do sistema da presente invenção, juntamente com vantagens adicionais da mesma poderão ser melhor entendidas mediante referência aos desenhos em anexo e às seguintes descrições:
A figura 1 ilustra resultados comprovados por ensaio metalográfico da laminação a quente, comparando-se o aço UBC/IF da presente invenção com um aço de baixo teor de carbono (SAE 1005) de alta qualidade, oriundo de aciaria LD e processo de refino à vácuo em processo de trefilação de arames .
A figura 2 ilustra a evolução da resistência a tração obtida em cada passe de trefilação e seu respectivo valor de redução por passe de trefilação.
A figura 3 ilustra a evolução da resistência a tração obtida em cada passe de trefilação e seu respectivo valor de redução de área registrado no ensaio de tração.
A figura 4 mostra que o aço IF laminado a quente, aplicado na produção de aços longos, apresenta característica superior de conformabilidade em comparação com os aços disponíveis no mercado.
A figura 5 mostra o fluxo de processamento dos materiais .
Descrição Detalhada da Invenção
Embora a presente invenção possa ser suscetivel a diferentes modalidades, são mostradas nos desenhos e na seguinte discussão detalhada, modalidades preferidas com o entendimento de que a presente descrição deve ser considerada uma exemplificação dos princípios da invenção e não pretende limitar a presente invenção ao que foi ilustrado e descrito aqui .
A principal abordagem dessa invenção está relacionada a um produto laminado a quente em aços longos (fio máquina e barra) de aço ultra-baixo carbono (UBC) , livre de intersticiais ( I F ) , para aplicação em arames trefilados, apresentando características mecânicas diferenciadas, tais como capacidade de conformação a frio, capacidade de redução de área elevada no ensaio de tração e limite de resistência e limite de escoamento aperfeiçoados.
Em uma concretização preferencial da presente invenção, o produto laminado a quente em aços longos compreende aço ultra-baixo carbono do tipo, livre de intersticiais, sendo o aço estabilizado por titânio, e compreendendo as seguintes faixas de percentual em peso: 0,0010-0,0055% C, 0,0020- 0,0060% N, 0,0040-0,025% S,e 0,040-0,100% Ti.
Em outra concretização preferencial da presente invenção, o produto laminado a quente em aços longos compreende aço ultra-baixo carbono do tipo, livre de intersticiais, sendo o aço estabilizado por titânio e nióbio, e compreendendo as seguintes faixas de percentual em peso: 0,0010-0,0055% C, 0,0020-0,0060% N, 0,0040-0,025% S,, 0,010- 0,060% Ti e 0,010 - 0,050% Ni.
A esse respeito, cabe ressaltar que para os elementos C,N e S, a menor quantidade possível presente no aço é melhor, pois estes elementos dificultam a obtenção do aço IF.
Em outra concretização preferencial da presente invenção, o referido produto laminado a quente em aços longos é aplicado em: a) arames trefilados; b) laminados a quente em barras e fios máquina de qualquer dimensão e geometria de seção transversal; e c) arames e barras trefiladas de qualquer dimensão e geometria de seção transversal.
0 referido produto laminado a quente em aços longos pode ainda ser aplicado em produtos derivados dos produtos relacionados acima, tais como pinos, hastes e fixadores selecionados do grupo consistindo em parafusos, porcas, pregos, grampos e rebites.
0 produto laminado a quente em aços longos da presente invenção apresenta um valor de redução de área em ensaio de tração uniaxial (coeficiente de estricção) entre 87 % e 94%, ou seja, intervalo que não pode ser garantido por aço ultra baixo carbono convencional.
Os valores obtidos de redução de área em ensaio de tração uniaxial do aço IF da presente invenção denotam um material com uma capacidade de deformação plástica a frio não disponível no segmento de aços longos. Com essa tecnologia de aço, podem-se obter reduções a frio ainda não alcançadas com os aços disponíveis atualmente. Testes de desempenho revelaram capacidade de redução a frio do aço IF, em processo de trefilação, de 99,4%.
Com esta capacidade de deformação a frio do fio máquina em aço IF, arames que hoje necessitam de processos de tratamento térmico intermediário, passam a não ser mais necessários em alguns casos, contribuindo para redução de
custo na cadeia produtiva do arame.
Ainda, além da superior capacidade de trefilação, o aço IF permite a produção a frio de peças complexas e com alto grau de deformação plástica.
Cabe ainda ressaltar que o material da presente invenção possui características de baixa resistividade elétrica, em que as medições apontam para cerca de 0,130 Ω.Γηηώ/πι (20 °C) .
Comparando-se as propriedades mecânicas do aço UBC/IF com um aço de baixo teor de carbono (SAE 1005) em processo de trefilação de arames, após processo de laminação a quente, foram observados os resultados como descritos na Tabela 1 a seguir :
Tabela 1
Além disso, os resultados de redução de área registrados nos ensaios de tração após cada passe de trefilação indicam que o aço IF da presente invenção possui capacidade adicional de deformação em processo de trefilação quando comparado ao aço SAE 1005.
Ainda, os valores de propriedades mecânicas obtidos para o aço IF sinalizam a possibilidade de operação com maiores taxas de deformação por passe de trefilação, quando comparado ao aço SAE 1005.
Como se pode observar através dos resultados dos ensaios apresentados nas Figuras 1 a 4, o aço IF da presente invenção demonstrou excelentes características para aplicações em segmentos de mercado que exigem severas deformações a frio. E, assim, em função da grande capacidade
de deformação a frio observada para o aço IF, indica que este pode ser aplicado em substituição a alguns aços que necessitam de tratamento térmico intermediário para garantir reduções adicionais.
Por fim, cabe ressaltar que o processo de produção do produto laminado a quente da presente invenção elimina etapas de recozimento, proporcionando redução do custo de produção final. Os aços disponíveis atualmente não possuem a capacidade de deformação a frio que a presente invenção apresenta, sendo necessários em alguns casos, processamentos intermediários de tratamento térmico para dar continuidade ao processo de conformação a frio.
A solução proposta utiliza um aço com rota de processamento diferenciada em aciaria com convertedor LD e utilização de desgaseificador a vácuo do tipo RH, produzindo um aço ultra baixo carbono com adição de elementos para estabilização do teor de carbono e nitrogénio remanescente, para obtenção de um aço livre de elementos intersticiais (IF -Interstitial Free) . Assim, este aço alcança propriedades de conformação a frio superiores aos aços existentes/disponíveis para as aplicações citadas.
Exemplo
Foram adotados um aço ultra-baixo carbono livre de intersticiais (IF) e um aço baixo carbono ( SAE 1005), ambos fornecidos pela Companhia Siderúrgica Nacional (CSN) . A rota de fabricação para a produção dos aços contempla aciaria LD e desgaseificador a vácuo, sendo o aço UBC estabilizado ao Ti. Na Tabela 2 estão apresentadas as composições químicas dos aços que foram empregados no presente estudo.
Tabela 2. Composição química dos materiais adotados (% em peso) .
AÇO %C %Mn %P %s %Si %Cu %Ni %Cr %A1 %N %Ti
SAE 1005 0, 0530 0,31 0, 011 0, 016 0,008 0,008 0,003 0,008 0, 052 0, 0034 0, 001
IF 0, 0022 0,11 0,007 0,007 0,010 0,014 0,017 0,018 0, 045 0, 0038 0, 064
Os materiais foram disponibilizados em forma de placas provenientes de lingotamento continuo, as quais foram cortadas em blocos de seção quadrada de 250 mm. Os blocos foram laminados em barras de seção circular de 12,70 mm para permitir o posterior processo de trefilação.
Os procedimentos experimentais e metodologias foram divididos conforme a sequência a seguir, na qual, foram realizados: (1) experimentos de trefilação da bitola de 12,70 mm para a bitola de 5,50 mm, (2) tratamento térmico de recozimento, (3) trefilação da bitola de 5,50 mm para a bitola de 1,25 mm, (4) ensaios para caracterização experimental e (5) análises metalográficas .
Tendo como referência os processos de laminação a quente para produção de fio máquina, usualmente, a menor bitola disponível no mercado brasileiro é de 5,50 mm, sendo a bitola mais demandada para processos de trefilação de arames finos. Para manter a referência nesta bitola, as barras laminadas a quente obtidas na seção de 12,70 mm foram trefiladas em arames de 5,50 mm em 6 passes de trefilação para ambos os aços em estudo e posteriormente em 10 passes para bitola de 1,25 mm, conforme sequência apresentada na Figura 5.
O equipamento de trefilação utilizado para realização dos ensaios foi uma trefila do tipo monobloco vertical, contendo um passe de redução, onde o material de entrada pode se apresentar na forma de barra ou rolo, passado por uma caixa contendo sabão sólido (estearato de cálcio) que possui uma fieira de carboneto de tungsténio acoplada na saída da mesma, sendo na sequencia enrolado no bloco tracionador.
Após cada passe de trefilação, retirou-se uma amostra com aproximadamente 1 m de comprimento, possibilitando a realização de até 3 ensaios de tração uniaxial, medições de dureza, corte e preparação de amostras para análises metalográficas . A cada retirada de amostra, o material previamente trefilado foi novamente apontado e, em seguida, o ferramental da caixa de fieira foi substituído para realização do próximo passe. A Tabela 3 indica o plano de passes utilizado para obtenção da bitola de 5,50 mm a partir da bitola de 12,70 mm. A Tabela 4 apresenta o plano de passes utilizado para obtenção da bitola de 1,25 mm a partir da bitola de 5,50 mm.
Tabela 3. Plano de passes da primeira etapa de trefilação.
Tabela 4. Plano de passes da segunda etapa de trefilação.
Tratamento térmico
Para atender a proposta do estudo, foram realizados tratamentos térmicos na bitola de 5,50 mm de ambos os aços, com o objetivo de restauração das propriedades mecânicas dos materiais deformados a frio para as condições do estado laminado a quente. Para realização dos ensaios foi utilizado um forno de aquecimento por resistência elétrica do fabricante Brasimet, os tratamentos térmicos consistiram de recozimento isotérmico dos corpos de prova nas temperaturas de 800 e 820 °C durante 5 minutos para os aços BC e UBC, respectivamente .
Os corpos de prova utilizados para o ensaio de recozimento foram endireitados manualmente com auxilio de madeiras e martelo de borracha, bem como cortados com comprimento adequado, para possibilitar posterior ensaio de tração, medição de dureza e caracterização microestrutural.
Para o estudo do comportamento mecânico dos materiais submetidos aos passes de trefilação, foram realizados ensaios de tração uniaxial e ensaios de microdureza entre os passes de trefilação, considerando uma amostra para cada passe de trefilação. Para realização dos ensaios foi utilizada uma máquina universal de ensaios com capacidade de carga de 250 kN, do fabricante INSTRON, modelo 5585H com sistema de vídeo extensometria, onde o registro do deslocamento das marcações da base de medida é realizado por uma câmera, ou seja, sem contato com a amostra. A célula de carga utilizada possui capacidade de 30 kN e precisão de 10 N. Para caracterização da evolução da dureza em função do encruamento provocado pelos passes de trefilação, foram realizados ensaios de microdureza entre os passes de trefilação, considerando uma amostra para cada passe.
Na caracterização microestrutural foram utilizadas as mesmas amostras preparadas para realização do ensaio de microdureza Vickers, onde as superfícies polidas sofreram ataque químico com solução de Nital 3% durante 10 s e ataque de Klemms (1 g de metabisulfito de potássio e 50 ml de tiossulfato de sódio saturado) durante cerca de 2 a 3 minutos, para os aços BC e UBC, respectivamente.
O recozimento isotérmico realizado nas amostras previamente trefiladas na bitola de 5,50 mm apresentaram resultados satisfatórios em relação ao objetivo do ensaio, uma vez que as propriedades mecânicas e condições de
microestrutura apresentaram valores próximos ao do material que iniciou o processo de trefilação na bitola de 12,70 mm. Os resultados das propriedades mecânicas obtidas nas amostras após o tratamento térmico de recozimento estão indicados na Tabela 7.
Tabela 7. Propriedades mecânicas após recozimento.
Considerando os valores de limite de resistência a tração, obtidos a cada passe de trefilação e relacionando o respectivo valor de redução de área devido ao passe de trefilação, a Figura 2 mostra essa relação para cada passe de trefilação subsequente. A taxa de endurecimento para um arame trefilado é definida como o aumento no limite de resistência a tração dado pela quantidade de redução de área após o trabalho a frio.
Com base nos experimentos de trefilação e nos ensaios de tração uniaxial, medidas de dureza e análises metalográficas realizadas em amostras de aços UBC e BC, foi possível estabelecer as seguintes conclusões:
1) para atingir uma mesma resistência, o aço UBC deve sofrer mais encruamento ;
2) a relação entre a redução de área observada no ensaio de tração e a resistência do material possui uma relação linear ;
3) o aço UBC apresentou maior capacidade de deformação a frio em comparação ao aço BC;
4) o aço UBC possui menores valores de dureza que o aço BC, apresentando uma diferença média de dureza em cada passe da ordem de 45 HV;
5) foi possível estabelecer um modelo de previsão de resistência do arame trefilado em função do plano de trefilação;
6) o aço UBC pode ser aplicado em trefilação de arames finos e eliminar etapas de recozimento intermediário em aplicações onde se utilizam aços com resistência superior.
Dessa forma, embora tenham sido mostradas apenas algumas modalidades da presente invenção, será entendido que várias omissões, substituições e alterações podem ser feitas por um técnico versado no assunto, sem se afastar do espírito e escopo da presente invenção. As modalidades descritas devem ser consideradas em todos os aspectos somente como ilustrativas e não restritivas.
É expressamente previsto que todas as combinações dos elementos que desempenham a mesma função substancialmente da mesma forma para alcançar os mesmos resultados estão dentro do escopo da invenção. Substituições de elementos de uma modalidade descrita para outra são também totalmente pretendidas e contempladas.
Também é preciso entender que os desenhos não estão necessariamente em escala, mas que eles são apenas de natureza conceituai. A intenção é, portanto, ser limitada, tal como indicado pelo escopo das reivindicações anexas.
Claims
1. Produto laminado a quente em aços longos caracterizado pelo fato de que compreende aço ultra-baixo carbono, livre de intersticiais, em que o referido aço ultra- baixo carbono é estabilizado por titânio, e em que a composição do referido aço compreende as seguintes faixas de percentual em peso: 0,0010-0,0055% C, 0,0020-0,0060% N, 0,0040-0,025% S e 0,040-0,100% Ti.
2. Produto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que apresenta um valor de redução de área em ensaio de tração uniaxial entre 87 % e 94%.
3. Produto laminado a quente em aços longos caracterizado pelo fato de que compreende aço ultra-baixo carbono, livre de intersticiais, em que o referido aço ultra- baixo carbono é estabilizado por titânio e nióbio, e em que a composição do referido aço compreende as seguintes faixas de percentual em peso: 0,0010-0,0055% C, 0,0020-0,0060% N, 0,0040-0,025% S, 0,010-0,060% Ti e 0,010 - 0,050% Ni.
4. Produto, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que apresenta um valor de redução de área em ensaio de tração uniaxial entre 87 % e 94%.
5. Uso de um produto laminado a quente em aços longos como definido na reivindicação 1 ou 3 caracterizado pelo fato de que é para aplicação em arames trefilados.
6. Uso, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que é para aplicação em barras e fios máquina.
7. Uso, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que é para aplicação em arames e barras trefiladas .
8. Uso, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que é para aplicação em pinos, hastes e
fixadores selecionados do grupo consistindo em parafusos, porcas, pregos, grampos e rebites.
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