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

Resultados: curvas de fluxo

Ensaio a 750oC (próximo de Ar3)

Recristalização dinâmica? TID (SIT), mais provável.

Resultados: Microestrutura

Ensaio a 750oC (próximo de Ar3)

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

Resultados: curvas de fluxo

Ensaio a 750oC (próximo de Ar3)

Deformação contínua: seria possível reduzir mais dα?

Resultados: Microestrutura

Ensaio a 750oC (próximo de Ar3)

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.

CONCLUSÕES PRELIMINARES

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.

CONCLUSÕES PRELIMINARES

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

RESULTS AND DISCUSSION

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)

RESULTS AND DISCUSSION

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

100m 100m

Metallographic examinationFinal microstructure (nital)

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

RESULTS AND DISCUSSION

TORSION versus INDUSTRY TRIAL RESULTS (GOAL # 4)