BR112020008112B1 - Substrato de aço revestido, método para a fabricação de um substrato de aço revestido e método para a fabricação de um produto de aço laminado a quente - Google Patents
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Abstract
a invenção refere-se a um substrato de aço revestido que compreende um revestimento, que compreende nanografite, que tem um tamanho lateral entre 1 e 60 µm e um ligante, em que o substrato de aço tem as seguintes composições em porcentagem em peso: 0,31 = c = 1,2%, 0,1 = si = 1,7%, 0,7 = mn = 3,0%, p = 0,01%, s = 0,1%, cr = 0,5%, ni = 0,5%, mo = 0,1%, e a título puramente opcional, um ou mais elementos, como nb = 0,05 %, b = 0,003%, ti = 0,06%, cu = 0,1%, co = 0,1%, n = 0,01%, v = 0,05%, sendo que o restante da composição é feito de ferro e impurezas inevitáveis que resultam da elaboração, e um método para a fabricação do substrato de aço revestido.
Description
[001] A presente invenção refere-se a um substrato de aço revestido com um revestimento, que inclui nanografite, que tem um tamanho lateral específico, e um ligante, um método para a fabricação desse substrato de aço revestido. O mesmo é particularmente bem adequado para a indústria siderúrgica.
[002] Na produção da rota de aço, após a etapa de fabricação do aço, o aço é fundido em fundição contínua. Os semiprodutos, como placas, palanquilhas ou tarugos são obtidos dessa forma. Geralmente, os semiprodutos são reaquecidos com temperatura alta em um forno de reaquecimento para dissolver os precipitados formados durante a fundição contínua e obter uma capacidade de trabalho a quente. Os mesmos são, em seguida, descarepados e laminados a quente. No entanto, durante a etapa de reaquecimento, os semiprodutos que, especialmente, têm alto teor de carbono, que resultam em uma mudança das propriedades mecânicas, são descarbonetados. De fato, durante a etapa de reaquecimento, o semiproduto pode perder um grande teor de carbono. Por exemplo, os aços dos trilhos descarbonetados que levam a uma diminuição da dureza do aço. Consequentemente, as propriedades mecânicas no boleto do trilho são baixas e as propriedades mecânicas do boleto do trilho inteiro são heterogêneas. Dessa forma, é necessário encontrar uma maneira de evitar a descarbonetação de um substrato de aço durante o reaquecimento.
[003] O pedido de patente n° CN101696328 revela um revestimento de proteção para uma superfície de uma peça de aço para evitar a oxidação e a descarbonetação da superfície com temperatura alta e melhorar a dureza e a resistência à abrasão, e, finalmente, aumentar a vida útil geral da peça de trabalho de aço, para o caso de oxidação e descarbonetação de uma superfície (substrato) de uma peça de trabalho de aço com temperatura alta, e a descarbonetação da oxidação da superfície sob a atmosfera oxidante durante o tratamento térmico, forjamento, laminação a quente, aquecimento durante a perfilagem, particularmente para o caso em que a peça de trabalho de aço é facilmente oxidada e descarbonetada com temperatura alta em um tratamento térmico, o que leva à redução de átomos de carbono e teor de carbono, e a mudança na microestrutura da superfície (substrato) resulta em uma dureza reduzida, uma resistência à abrasão reduzida e uma vida útil geral curta.
[004] Nessa patente, o revestimento tem uma composição de: grafite, vidro de água e penetrante de superfície, em que uma razão de volume do grafite para o silicato de sódio é de 1: 3 a 1: 7, e o penetrante de superfície constitui 0,05% a 0,15% em volume do revestimento. Entretanto, os testes foram realizados com aços de baixo carbono, que incluem 25 (aço carbono) e HT300 (ferro fundido), e com aços de liga muito alta, que incluem 32CrMo e Mn13.
[005] Dessa forma, a finalidade da invenção é fornecer um produto de aço a quente que tem uma composição de aço específica, em que a descarbonetação é, significativamente, reduzida durante a etapa de reaquecimento.
[006] Isso é alcançado fornecendo-se um substrato de aço revestido de acordo com a reivindicação 1. O substrato de aço revestido também pode compreender qualquer característica das reivindicações 2 a 8.
[007] A invenção também inclui um método para a fabricação do substrato de aço revestido de acordo com as reivindicações 9 a 19.
[008] A invenção também inclui um método para a fabricação de um produto de aço laminado a quente de acordo com as reivindicações 20 a 23.
[009] Finalmente, a invenção inclui o uso de um produto de aço laminado a quente de acordo com a reivindicação 24.
[010] Para ilustrar a invenção, as várias realizações e experiências dos exemplos, sem limitação, serão descritas, particularmente, em referência à figura seguinte: a Figura 1 ilustra um exemplo de substrato de aço revestido de acordo com a presente invenção; e a Figura 2 ilustra um exemplo de um revestimento de nanografite sobre um substrato de aço de acordo com a presente invenção.
[011] Outras características e vantagens da invenção se tornarão evidentes a partir da seguinte descrição detalhada da invenção.
[012] A invenção refere-se a um substrato de aço revestido que compreende um revestimento, que compreende nanografite, que tem um tamanho lateral entre 1 e 60 μm e um ligante, em que o substrato de aço tem as seguintes composições em porcentagem em peso: 0,31 ≤ C ≤ 1,2%, 0,1 ≤ Si ≤ 1,7%, 0,7 ≤ Mn ≤ 3,0%, P ≤ 0,01%, S ≤ 0,1%, Cr ≤ 0,5%, Ni ≤ 0,5%, Mo ≤ 0,1%, e a título puramente opcional, um ou mais elementos, como Nb ≤ 0,05 %, B ≤ 0,003%, Ti ≤ 0,06%, Cu ≤ 0,1%, Co ≤ 0,1%, N ≤ 0,01%, V ≤ 0,05%, sendo que o restante da composição é feito de ferro e impurezas inevitáveis que resultam da elaboração.
[013] Sem pretensão de ser limitado por qualquer teoria, parece que um revestimento que compreende nanografite, que tem um tamanho lateral entre 1 e 60 μm e um ligante em um substrato de aço, que tem a composição de aço especificada acima, reduz a descarbonetação durante o reaquecimento do substrato de aço revestido. Os inventores constataram que não apenas a composição do aço, mas também a natureza do revestimento desempenha um papel importante na redução ou na eliminação da descarbonetação do aço durante o tratamento térmico.
[014] De fato, parece que há uma competição entre a cinética de oxidação e descarbonetação durante o reaquecimento. Para o substrato de aço (5) especificado acima, a formação de ferro do aço em carepa reduz a camada descarbonetada. Adicionalmente, conforme ilustrado na Figura 1, acredita-se que no revestimento (1), os flocos de nanografite (2), que têm um tamanho lateral específico, são bem dispersos no ligante (3), que forma uma trajetória tortuosa (4), que permite uma carbonetação das áreas descarbonetadas. De fato, parece que há uma restauração de carbono devido à presença de nanografite, que tem um tamanho lateral específico no revestimento.
[015] Em relação à composição química do aço, preferencialmente, a quantidade de C está entre 0,31 e 1,0%, em peso.
[016] Preferencialmente, a quantidade de Mn está entre 0,9 e 2,5%, e preferencialmente, entre 1,1 e 2,0%, em peso.
[017] Vantajosamente, a quantidade de Cr é menor ou igual a 0,3%, em peso.
[018] Preferencialmente, a quantidade de Ni é menor ou igual a 0,1%, em peso.
[019] Vantajosamente, a quantidade de Mo é menor ou igual a 0,1%.
[020] A Figura 2 ilustra um exemplo de floco e nanografite de acordo com a presente invenção. Nesse exemplo, o tamanho da lateral significa o comprimento mais alto da nanoplaqueta através do eixo geométrico X e a espessura significa a altura da nanoplaqueta através do eixo geométrico Z. A largura da nanoplaqueta é ilustrada através do eixo geométrico Y.
[021] Preferencialmente, o tamanho lateral das nanopartículas está entre 20 e 55 μm, e mais preferencialmente, entre 30 e 55 μm.
[022] Preferencialmente, a espessura do revestimento está entre 10 e 250 μm. Por exemplo, a espessura do revestimento está entre 10 e 100 μm ou entre 100 e 250 μm.
[023] Vantajosamente, o substrato do aço é uma placa, uma palanquilha ou um tarugo.
[024] Preferencialmente, o ligante é o silicato de sódio ou o ligante inclui sulfato de alumínio, e um aditivo é a alumina. Nesse caso, sem pretensão de ser limitado por qualquer teoria, parece que o revestimento, de acordo com a presente invenção, adere melhor ao substrato de aço, visto que o substrato de aço fica ainda mais protegido. Dessa forma, o risco de rachaduras do revestimento e de descolamento do revestimento, que expõe o substrato de aço à descarbonetação, é mais evitado.
[025] Preferencialmente, o revestimento compreende, adicionalmente, um composto organometálico. Por exemplo, o composto organometálico inclui o éter monometílico de dipropileno glicol (CH3OC3H6OC3H6OH), 1,2-etanodiol (HOCH2CH2OH) e ácido 2-etilexanoico, sal de manganês (C8H16MnO2). De fato, sem pretensão de ser limitado por qualquer teoria, acredita-se que o composto organometálico permite uma cura rápida do revestimento, que evita uma etapa de secagem com temperatura alta.
[026] A invenção também se refere a um método para a fabricação do substrato de aço revestido, de acordo com a presente invenção, que compreende as seguintes etapas sucessivas: A. A provisão de um substrato de aço que tem a composição de aço acima, B. A deposição de revestimento com o uso de uma mistura aquosa para formar o revestimento e C. Opcionalmente, a secagem do substrato de aço revestido obtido na etapa B).
[027] Preferencialmente, na etapa B), a deposição do revestimento é realizada por revestimento por spin, revestimento por pulverização, revestimento por imersão ou revestimento por escovação.
[028] Vantajosamente, na etapa B), a mistura aquosa compreende de 1 a 60 g/l de nanografite e de 150 a 250 g/L de ligante. Mais preferencialmente, a mistura aquosa compreende de 1 a 35 g/L de nanografite.
[029] Preferencialmente, na etapa B), em que a mistura aquosa compreende nanografite, que compreende acima de 95%, e vantajosamente, 99% em peso de C.
[030] Vantajosamente, na etapa B), a razão, em peso, do nanografite em relação ao ligante é menor ou igual a 0,3.
[031] Preferencialmente, na etapa B), a mistura aquosa compreende um composto organometálico. Mais preferencialmente, a concentração do composto organometálico é menor ou igual a 0,12%, em peso. De fato, sem pretensão de ser limitado por qualquer teoria, acredita-se que a concentração permite um revestimento otimizado sem nenhuma cura ou com uma cura em temperatura ambiente.
[032] Em uma realização preferencial, o revestimento é seco em uma etapa C). Sem pretensão de ser limitado por qualquer teoria, acredita-se que a etapa de secagem permite um melhoramento da adesão do revestimento. De fato, visto que a água evapora, o ligante se torna mais pegajoso e mais viscoso, o que leva a um estado endurecido. Em uma realização preferencial, na etapa C), a secagem é realizada em temperatura ambiente ou em uma temperatura entre 50 e 150 °C, e preferencialmente, entre 80 e 120 °C.
[033] Em outra realização preferencial, nenhuma etapa de secagem é realizada.
[034] Preferencialmente, na etapa C), quando uma secagem é aplicada, a etapa de secagem é realizada com ar quente.
[035] Vantajosamente, na etapa C), quando uma secagem é aplicada, a secagem é realizada durante 5 a 60 minutos e, por exemplo, entre 15 e 45 minutos.
[036] A invenção também se refere a um método para a fabricação de um produto de aço laminado a quente que compreende as seguintes etapas sucessivas: I. a provisão do substrato de aço revestido, de acordo com a presente invenção, II. o reaquecimento do substrato de aço revestido em um forno de reaquecimento em uma temperatura entre 750 e 1.300 °C, III. a descarepação da chapa de aço revestida reaquecida obtida na etapa II e IV. a laminação a quente do produto de aço descarepado.
[037] Preferencialmente, na etapa I, o reaquecimento é realizado em uma temperatura entre 800 e 1.300 °C, mais preferencialmente, entre 900 e 1.300 °C, e vantajosamente, entre 1.100 e 1.300 °C.
[038] Vantajosamente, na etapa III, a descarepação é realizada com o uso de água sob pressão. Por exemplo, a pressão da água está entre 10 e 15 MPa (100 e 150 bar). Em outra realização, a descarepação é realizada mecanicamente, por exemplo, arranhando-se ou escovando-se a camada de carepa.
[039] Com o método, de acordo com a presente invenção, obtém- se um produto de aço laminado a quente, em que a superfície, sobretudo, não é descarbonetada.
[040] Por exemplo, após a laminação a quente, o produto quente pode ser espiralado, laminado a frio, recozido em um forno de recozimento e, também, revestido com um revestimento metálico.
[041] Finalmente, a invenção refere-se ao uso de um produto de aço laminado a quente obtido a partir do método, de acordo com a presente invenção, para a fabricação de uma peça de um veículo automotivo, um trilho, um arame ou uma mola.
[042] A invenção será, agora, explicada em experiências realizadas apenas para informações. As mesmas não são limitantes.
[043] Nos exemplos, são usados substratos de aços que têm a seguinte composição de aço em porcentagem em peso:
[044] A Experiência 1 foi fundida na forma de placa e as Experiências 2 e 3 foram fundidas na forma de tarugo.
[045] Para algumas experiências, os aços foram revestidos pulverizando-se uma mistura aquosa que compreende 30 g/L de nanografite, que tem um tamanho lateral entre 35 e 50 μm, e um ligante que é o Na2SiO3 (silicato de sódio) e, opcionalmente, um composto organometálico DriCAT® sobre o aço. Em seguida, opcionalmente, o revestimento foi seco em temperatura ambiente ou durante 30 minutos a 100 °C.
[046] Em seguida, os aços não revestidos e os aços revestidos foram reaquecidos a 1.250 °C. Após o reaquecimento, as experiências foram analisadas por meio de microscopia óptica (MO). 0 significa que quase nenhuma área descarbonetada está presente na superfície da experiência, isto é, quase nenhuma descarbonetação ocorreu durante o reaquecimento, e 1 significa que muitas áreas descarbonetadas estão presentes na superfície da experiência.
[047] Os resultados estão na seguinte Tabela 1: *: de acordo com a presente invenção.
[048] Para as experiências de acordo com a presente invenção, uma quantidade muito baixa de carbono foi removida na superfície da experiência. Inversamente, para as experiências comparativas, muitas áreas descarbonetadas estavam presentes, o que permite uma mudança na microestrutura e, portanto, nas propriedades mecânicas. De fato, em áreas em que há muito esgotamento de carbono, isto é, áreas descarbonetadas, há a formação de ferrita em vez de perlita.
[049] Nesse caso, após o reaquecimento a 1.250 °C, algumas experiências foram arrefecidas bruscamente em água para formar martensita, e a evolução da microdureza, a partir da superfície do produto de aço quente até uma profundidade de 1.500 μm, foi determinada por meio de medições de microdureza. De fato, quando a martensita é formada, o teor de carbono da martensita é diretamente proporcional à quantidade de carbono da microestrutura. Portanto, quanto maior a microdureza, maior o teor de carbono.
[050] Os resultados estão na seguinte Tabela 2: *: de acordo com a presente invenção.
[051] A microdureza das Experiências 4 e 8 mostram claramente que a descarbonetação foi significativamente reduzida com o substrato de aço revestido, de acordo com a presente invenção, em comparação com as Experiências 9 e 10.
Claims (22)
1. SUBSTRATO DE AÇO REVESTIDO (5), caracterizado por compreender um revestimento (1), consistindo em flocos de nanografite (2), que tem um tamanho lateral entre 1 e 60 μm, um ligante (3) selecionado a partir de silicato de sódio e uma mistura de sulfato de alumínio e alumina, e opcionalmente, um composto organometálico, em que o substrato de aço (5) tem as seguintes composições em porcentagem em peso: 0,31 ≤ C ≤ 1,2%, 0,1 ≤ Si ≤ 1,7%, 1,1 ≤ Mn ≤ 3,0%, P ≤ 0,01%, S ≤ 0,1%, Cr ≤ 0,5%, Ni ≤ 0,5%, Mo ≤ 0,1%, e a título puramente opcional, um ou mais elementos, como Nb ≤ 0,05 %, B ≤ 0,003%, Ti ≤ 0,06%, Cu ≤ 0,1%, Co ≤ 0,1%, N ≤ 0,01%, V ≤ 0,05%, sendo que o restante da composição é feito de ferro e impurezas inevitáveis que resultam da elaboração.
2. SUBSTRATO DE AÇO REVESTIDO (5), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo tamanho lateral das nanopartículas (2) estar entre 20 e 55 μm.
3. SUBSTRATO DE AÇO REVESTIDO (5), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo tamanho lateral das nanopartículas (2) estar entre 30 e 55 μm.
4. SUBSTRATO DE AÇO REVESTIDO (5), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela espessura do revestimento (1) estar entre 10 e 250 μm.
5. SUBSTRATO DE AÇO REVESTIDO (5), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo substrato de aço (5) ser uma placa, uma palanquilha ou um tarugo.
6. SUBSTRATO DE AÇO REVESTIDO (5), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo revestimento (1), adicionalmente, compreender um composto organometálico.
7. SUBSTRATO DE AÇO REVESTIDO (5), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo composto organometálico incluir éter monometílico de dipropileno glicol (CH3OC3H6OC3H6OH), 1,2-etanodiol (HOCH2CH2OH) e ácido 2-etilexanoico, sal de manganês (C8H16MnO2).
8. MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE UM SUBSTRATO DE AÇO REVESTIDO (5), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por compreender as seguintes etapas sucessivas: A) provisão de um substrato de aço (5), conforme definido na reivindicação 1, B) deposição de revestimento (1) com o uso de uma mistura aquosa para formar o revestimento (1), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, C) opcionalmente, secagem do substrato de aço revestido (5) obtido na etapa B).
9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por, na etapa B), a deposição do revestimento (1) ser realizada por revestimento por spin, revestimento por pulverização, revestimento por imersão ou revestimento por escovação.
10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 9, caracterizado por, na etapa B), a mistura aquosa compreender de 1 a 60 g/L de nanografite (2) e de 150 a 250 g/L de ligante (3).
11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado por, na etapa B), a mistura aquosa compreender nanografite (2), que compreende acima de 95% em peso de carbono.
12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por, na etapa B), a mistura aquosa compreender nanografite (2), que compreende uma quantidade de C maior ou igual a 99% em peso.
13. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado por, na etapa B), a razão, em peso, do nanografite (2) em relação ao ligante (3) ser menor ou igual a 0,3.
14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 13, caracterizado por, na etapa B), a mistura aquosa compreender um composto organometálico.
15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por, na etapa B), a concentração do composto organometálico ser menor ou igual a 0,12%, em peso.
16. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 15, caracterizado por, na etapa C), quando uma secagem é aplicada, a secagem ser realizada em uma temperatura entre 50 e 150 °C ou em temperatura ambiente.
17. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 16, caracterizado por, na etapa C), quando uma secagem é aplicada, a etapa de secagem ser realizada com ar quente.
18. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 17, caracterizado por, na etapa C), quando uma secagem é aplicada, a secagem ser realizada durante 5 a 60 minutos.
19. MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE UM PRODUTO DE AÇO LAMINADO A QUENTE, caracterizado por compreender as seguintes etapas sucessivas: I) provisão do substrato de aço revestido (5), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, ou obtenível a partir do método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 8 a 18, II) reaquecimento do substrato de aço revestido (5) em um forno de reaquecimento em uma temperatura entre 750 e 1300 °C, III) descarepação da chapa de aço revestida reaquecida obtida na etapa II), e IV) laminação a quente do produto de aço descarepado.
20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por, na etapa II), o reaquecimento ser realizado em uma temperatura entre 800 e 1300°C.
21. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 20, caracterizado por, na etapa III), a descarepação ser realizada com o uso de água sob pressão ou a descarepação ser realizada mecanicamente.
22. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado por, na etapa III), a pressão da água estar entre 10 e 15 MPa.
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