Simulação numérica do crescimento de diâmetro externo de tubos de aço sem costura durante a têmpera em tanque na Vallourec soluções tubulares do Brasil S.A. (VSB)
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Alisson Duarte da Silva
Paulo Roberto Cetlin
Lis Nunes Soares
Cesar Afonso Weis Olea
Paulo Roberto Cetlin
Lis Nunes Soares
Cesar Afonso Weis Olea
Resumo
O tratamento térmico é uma importante etapa do processo de produção de tubos de aço
sem costura para garantir a qualidade final do produto em relação à resistência
mecânica, dureza e atendimento de requisitos dimensionais. A têmpera é uma das etapas
do tratamento térmico que contribui para obter uma combinação desejada entre a
microestrutura e as dimensões especificadas e consiste no resfriamento rápido do tubo
previamente austenitizado de forma a obter a martensita com dureza adequada. Esse
estágio é considerado crítico, pois também é responsável por distorções geométricas,
dentre elas o crescimento de diâmetro externo dos tubos. A predição do tamanho final
da peça em função dos parâmetros de têmpera pode melhorar o desempenho do
processo de resfriamento de modo a garantir o produto final dentro da especificação. O
objetivo desse estudo é aplicar a simulação numérica através do método de elementos
finitos para estimar o crescimento de diâmetro dos tubos de aço sem costura durante a
têmpera por imersão em água. Esse trabalho desenvolveu uma metodologia para estimar
o diâmetro externo médio dos tubos de aço baixo carbono após a têmpera e foi dividido
nas seguintes etapas: medição das curvas de resfriamento dos tubos, cálculo do
coeficiente de transferência de calor e simulação do crescimento de diâmetro externo do
tubo. Através das simulações foi possível compreender a influência das deformações
térmicas e da transformação de fases nas alterações dimensionais durante a têmpera. Os
resultados das simulações foram comparados com medições industriais de crescimento
de diâmetro e ficaram muito similares, o que possibilitou a validação da metodologia
aplicada.
Abstract
Heat treatment is an important seamless pipe production step, utilized to enhance the
properties of the final product such as mechanical strength, hardness and dimensional
accuracy. Quenching is a common step in this heat treatment, involving the fast cooling of
previously austenitized parts and leading to a phase transformation from austenite to hard
martensite in the material. Quenching is a critical stage because it can be also responsible
for geometric distortions in steel pipes, such as outside diameter growth. The final size
prediction becomes key to assure the quality and dimensional requirements of the
product. The objective of this study was to use simulations, based on the Finite Element
Method (FEM), for tube water quenching in tanks in order to estimate the final outside
diameter of a seamless low carbon steel pipe. This work was a first approach to develop
a methodology for predicting quenched pipes distortion and it was developed in three
stages: temperature measuring in the pipe during the quenching process; heat transfer
coefficient (HTC) calculation, and distortion calculation. Finally, pipe distortion was
predicted taking phase transformation and deformation into account. The results of the
simulations were similar to industrial results for as quenched pipes.
Assunto
Engenharia metalúrgica, Metalurgia de transformação, Têmpera, Método dos elementos finitos, Simulação (Computadores)
Palavras-chave
Têmpera, Tubos de aço sem costura, Crescimento de diâmetro externo, Distorção, Elementos finitos, Simulação numérica