Possibilidade de produção de grão ultrafino na laminação de tubos sem costura R. N. Carvalho,...

Possibilidade de produção de grão

ultrafino na laminação de tubos sem costura

R. N. Carvalho, M. A. C. FerreiraV&M do Brasil

D. B. Santos, R. BarbosaUFMG

O PROCESSO

Hollow reducing mill(HRM)

Rotary furnace Piercer

Continuous mandrel mill(CMM)

Reheating furnace Stretch reducing mill(SRM)

Cooling bed I

Cooling bed II

and Saw lines

Hollow reducing mill(HRM)

Rotary furnace Piercer

Continuous mandrel mill(CMM)

Reheating furnace Stretch reducing mill(SRM)

Cooling bed I

Cooling bed II

and Saw lines

Descaling

Laminação contínua com mandril na V & M do Brasil

T >1000oC

T <900oC

Comparação entre ciclos termomecânicos nos processos de tubo sem costura e no de

tiras a quente

O PROCESSO

Passes T(°C)

total

ddt(s-1)

tip

(s)

Piercer 1 ~1220 0,90 – 2,25 0,8 – 2,9 -

Hollow reducing mill (HRM) 6 1150 – 1200 0,03 – 0,43 ~ 0,10 0,3 – 0,5

Continuous mandrel mill (CMM) 8 1000 - 1150 0,39 – 1,38 5 - 20 0,3 – 0,5

Stretch reducing mill (SRM) Finishing till 24 800 - 950 0,03 – 1,68 1 – 10 0,1 - 0,3

Reversible mill Roughing 3 - 7 1000 - 1200 ~ 2,5 1 - 30 8 – 20

Hot strip mill Finishing 6 - 7 850 - 1050 2,5 – 3,3 10 - 100 0,4 – 4

Roughing

Equipment

Hot rolling ofseamless tubes

Hot strip rolling

PROCESSAMENTO TERMOMECÂNICO

REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA

200

400

600

800

1000

1200

1400

TIME

TE

MP

ER

AT

UR

E (

°C)

Hot charging

Cold charging

Reheatingfurnace

CB I

CMM

Ar3

Ar1

Ac3

HRM

Piercer

SRM

CB II

Rotaryfurnace

Route # 1

Route # 2

LAMINAÇÃO CONTROLADA

Vários artigos no assunto mas…

Algumas características da laminação de tubos sem costura faz com que os conhecimentos existentes sobre a laminação controlada sejam mais difíceis de serem aplicados:

• pouca flexibilidade no projeto de passes;• aquecimento intermediário antes do acabamento;• pequena deformação no acabamento; • ausência de resfriamento acelerado

TRABALHOS ANTERIORES

SIMULAÇÃO VIA TESTES DE TORÇÃO

Alguns artigos no começo da década de 90(Pussegoda et al).

Trabalhos importantes e fundamentais

entretanto…

Nenhuma comparação direta entre os resultados obtidos na simulação com dados advindos da produção industrial

TRABALHOS ANTERIORES

COMO OBTER MELHORIAS DE LIMITE DE ESCOAMENTO E DE DUTILIDADE (PROPRIEDADES MECÂNICAS) EM PRODUTOS LAMINADOS A QUENTE, SEM A NECESSIDADE DE TÊMPERA E REVENIMENTO POSTERIOR ??

Na ausência das ferramentas usuais da lamianção controlada...

Especialmente, na ausência de encruamento da austenita antes da transformação de fases.

O PROBLEMA A SER ABORDADO

OBJETIVO # 1Descrever o processo em termos de suas variáveis principais: T, deformação, taxa de deformação e tempos entre deformações;

OBJETIVO # 2Simular processo via planilha Excel tentanto avaliar pontos críticos na produção;

OBJETIVO # 3Realizar ensaios de torção simulando a seqüência de passes industriais, introduzindo algumas simplificações;

OBJETIVO # 4Avaliar possibilidades, via torção, de melhorias a serem introduzidas na linha visando aumento de propriedades mecânicas.

ESTE TRABALHO

Uma dessas melhorias... É a posibilidade de se obter grãos

ultrafinos no processo, mediante sua alteração;

Como e onde se realizarem essas alterações ????

COMPOSIÇÃO QUÍMICA (%PESO)

Procedimento experimental

Steel C Mn P S Si Cr V Nb Ti Al N

St52 0,20 1,44 0,012 0,004 0,24 0,12 0,00 0,000 0,001 0,026 0,0072

CALIBRE LAMINADO

127mm x 19.9mm (diâmetro externo x espessura)

ENSAIOS MECÂNICOS

• Equipamento servo-hidráulico controlado por computador + forno de radiação infravermelha (DEMET-UFMG)

MICROESTRUTURA

• Avaliada após transformação de fases após resfriamento compatível com o obtido na linha de laminação

• Medidas de tamanho de grão ferrítico

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,60

100

200

300

400TE

NS

ÃO

, MP

a

DEFORMAÇÃO

Resultados: curvas de fluxo

Ensaio a 915oC (como na laminação)

Recristalização dinâmica incipiente

Resultados: Microestrutura

Ensaio a 915oC (como na laminação)

0 5 10 15 200

10

20

30

FR

EQ

ÜÊ

NC

IA, %

TAMANHO DE GRÃO, m

Distribuição bi-modal. ~ 5 e 10µm

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,60

100

200

300

400TE

NS

ÃO

, MP

a

DEFORMAÇÃO


Ensaio a 750oC (próximo de Ar3)

Recristalização dinâmica? TID (SIT), mais provável.



0 5 10 15 200

10

20

30

FR

EQ

ÜÊ

NC

IA, %

TAMANHO DE GRÃO, m

Distribuição normal. ~ 2 e 3µm

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,60

100

200

300

400

DEFORMAÇÃO

TE

NS

ÃO

, MP

a



Deformação contínua: seria possível reduzir mais dα?



Distribuição normal. ~ 5µm

0 5 10 15 200

10

20

30

FR

EQ

ÜÊ

NC

IA, %

TAMANHO DE GRÃO, m

1) Simulação de acabamento de calibres médios no laminador redutor estirador, após re-aquecimento em forno intermediário deve produzir recristalização dinâmica incipiente no passe;

2) Essa recristalização dinâmica resulta na produção de grãos de ferrita com grãos mistos. Medição de tamanhos de grãos indica uma distribuição bi-modal com grãos em torno de duas médias de aproximadamente 5 e 10 µm.

CONCLUSÕES PRELIMINARES

3) Deformação em temperatura próxima de Ar3 leva à ocorrência de TID;

4) Essa transformação refina tamanho de grão ferrítico e faz com que a distribuição do tamanho desses grão se concentre em torno de uma média numa distribuição log-normal;

5) Foram produzidos pelo método descrito acima, grãos de ferrita com valores médios em torno de 2 a 3 µm.


6) Aplicação de deformação contínua próxima a Ar3 resultou, aparentemente, na indução de TID, como no caso das deformações aplicadas com um intervalo entre elas, entretanto...

7) A microestrutura obtida mostrou-se mais grosseira do que a produzida com deformações sucessivas;

8) O tamanho de grão médio da ferrita, neste caso, foi avaliado como sendo aproximadamente 5 µm.


Os autores agradecem a V&M do Brasil pelo apoio dado durante a pesquisa.

RB e DBS são também gratos ao CNPq pelo financiamento desta pesquisa através do projeto FVA 01/2003.

AGRADECIMENTOS

MUITO OBRIGADO PELA ATENÇÃO DE TODOS !!!

0,0 0,3 0,5 0,8 1,0 1,3 1,5 1,8 2,0 2,3 2,50

40

80

120

160

SR

W -

1 a

8

KW

W -

3 a

8

KW

W -

2

KW

W -

1

HR

W -

1 a

6SWW

(M

Pa)

Piercer

HR

M –

1 t

o

6 CM

M –

3 t

o 8

CM

M –

1

CM

M –

2

SR

M –

1 t

o 8

RESULTS AND DISCUSSION

TORSION SIMULATION RESULTS (STRESS-STRAIN CURVES)

Measurement of critical deformation for dynamic recrystallization, c

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,60

20

40

60

80

c

(M

Pa)

St52 - SWW

St52 - Piercer

57 58 59 60 61 62 630

20

40

60

80

100

c

d/

d (

MP

a)

(MPa)

St52 - SWW

St52 - Piercer

57 58 59 60 61 62 630

10

20

30

c

-d/d

(MPa)

St52 - SWW

St52 - Piercer

Mill / Pass Measured c Calculated c

Piercer 0.23 0.18

HRM - 1 to 6 0.11 0.15

CMM - 1 0.17 0.19

CMM - 2 0.18 0.16

CMM - 3 to 8 0.14 0.15


Metallographic examination

Measured and calculated microstructure evolution

Measured (a) Calculated

After Rotary furnace 244 18,5 -After CMM 65 5,2 53 (b)

After TF 62 3,8 60After SRM 45 4,5 40 (c)

After CB II (ferrite) 21 1,1 18(a) 95% confidence interval(b) considering full recrystalization and growing during 10s after pass,(c) considering full recrystalization.

Grain size(m)


(a) Hot torsion simulation (d=21m)

100m 100m

Metallographic examinationFinal microstructure (nital)

(b) Industrial scale rolling (d=16m)


TORSION versus INDUSTRY TRIAL RESULTS (GOAL # 4)

Possibilidade de produção de grão ultrafino na laminação de tubos sem costura R. N. Carvalho,...

Documents

Transcript of Possibilidade de produção de grão ultrafino na laminação de tubos sem costura R. N. Carvalho,...