Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/37880
Type: Dissertação
Title: Influência da composição química de gás de proteção do tipo DX no acabamento superficial de tubos de aço sem costura normalizados em fornos de atmosfera controlada
Authors: Felipe Augusto Prado da Silveira
First Advisor: Roberto Parreiras Tavares
First Co-advisor: Ronaldo de Faria Antunes
First Referee: Leandro Rocha Lemos
Abstract: A Vallourec Soluções Tubulares do Brasil S.A (VSB) possui diversos fornos do tipo túnel, com atmosfera controlada, destinados a tratamentos térmicos do tipo: normalização, esferoidização, alívio de tensões, etc. Esses fornos utilizam gás protetivo exotérmico do tipo DX, o qual é composto de CO, CO2, H2, H2O, O2 (residual), CH4 e N2 (balanço). Neste trabalho foi avaliado o acabamento superficial de tubos trefilados a frio sem costura submetidos a tratamento térmico de normalização sob atmosfera controlada com gás de proteção redutor do tipo DX e nitrogênio. A partir da realização de experimento em escala industrial foi avaliado, sobretudo, se a atmosfera de tratamento térmico adotada seria a mais adequada visando-se evitar a formação de carepa durante processamento térmico e também permitiria um acabamento superficial homogêneo com relação à coloração do material. Foram adotadas vazões combinadas de nitrogênio e gás DX, tais que a quantidade de trocas de atmosfera do forno fosse de pelo menos duas a cada hora, conforme boas práticas comumente adotadas para fornos cuja entrada e saída ficam parcialmente abertas(1). Não foi adotada purga inicial da atmosfera, uma vez que o lote foi tratado quando a mesma já estava estabilizada. A purga da atmosfera é feita apenas no início de campanha de tratamento térmico, e o critério adotado para aprovação da mesma é o valor do %O2 no interior do forno estar menor ou igual ao valor máximo estabelecido em padrão técnico. A composição química de equilíbrio do gás DX (CO, CO2, H2 e H2O) adotado na experiência foi calculada, bem como aquelas atreladas às composições mínimas e máximas de cada uma das geradoras de gás de proteção. Verificou-se que todas essas composições de equilíbrio se localizaram em uma região de estabilidade do ferro no diagrama Fe-C-H-O para situações em que o O2 está ausente. Observou-se que os tubos tratados termicamente não apresentaram carepa, todavia, a coloração dos mesmos foi heterogênea (clara e escura). Amostras foram submetidas à análise em MEV, onde não foi possível detectar uma diferença significativa na concentração de oxigênio entre as regiões distintas. Contudo, a análise via difratometria de raios-X revelou a presença de óxidos de ferro do tipo Fe2O3 e Fe3O4 em ambas as amostras. Demonstrando que a atmosfera adotada, em termos de composição química e vazões, apesar de ter evitado a formação de carepa visível, que é o caso mais crítico para a qualidade de fornecimento aos clientes, não evitou a ocorrência da oxidação do ferro mesmo na região clara dos tubos.
Abstract: Vallourec Soluções Tubulares do Brasil S.A (VSB) has different tunnel furnaces, with controlled atmosphere, intended to heat treatments such as: normalizing, spheroidizing, stress relief, etc. These furnaces use an exothermal protective gas (DX type), which is composed by: CO, CO2, H2, H2O, O2 (residual), CH4 e N2 (balance). In the present study, the superficial finishing of seamless cold drawn tubes submitted to a normalizing heat treatment under controlled atmosphere with a reductive protective DX gas combined with nitrogen was analyzed. By means of an industrial scale experiment, it was assessed if the adopted atmosphere was the most adequate in order to avoid scale formation and to obtain an homogeneous superficial finishing in terms of material color. The nitrogen and DX gases flow rates used complied with the minimum atmospheres changes, two changes per hour, according to good practices established for furnaces that have entrance and exit doors partially open(1) . The initial purge was not adopted considering that the atmosphere was already stabilized. The purge is used only before the first batch heat treated each week, based on the maximum admissible value established on the technical procedure. The DX gas (CO, CO2, H2 e H2O) equilibrium chemical composition was calculated, as wells as, those ones concerning the minimum and maximum compositions of each protective gas generator. One verifies that all equilibrium chemical compositions reached an iron stability region on the Fe-C-H-O diagram, for situations free for oxygen. It was observed that the heat treated tubes do not exhibit scale, nevertheless, their colors were heterogeneous (light and dark). Samples were submitted to a SEM analysis, in which it was not possible to detect a significant oxygen concentration difference between the previous heterogeneous regions. However, the X-ray diffractometry revealed the presence of iron oxides (Fe2O3 and Fe3O4) on both samples. Demonstrating that even though the scale formation was avoided, which is the most critical for customer quality, the iron oxidation was not avoided.
Subject: Engenharia metalúrgica
Metalurgia extrativa
Carepa (Aço)
Fornos
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica, Materiais e de Minas - Mestrado Profissional
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/37880
Issue Date: 14-May-2021
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