BRPI0922581B1

BRPI0922581B1 - Método e instalação para resfriamento ou aquecimento contínuo controlado de um arame de aço carbono

Info

Publication number: BRPI0922581B1
Application number: BRPI0922581-1A
Authority: BR
Inventors: Mesplont Christophe
Original assignee: Nv Bekaert Sa
Priority date: 2008-12-09
Filing date: 2009-12-08
Publication date: 2018-01-23
Also published as: BRPI0922581A2; WO2010066708A1; BRPI0922581A8; CN102203304B; CN102203304A; EP2364373A1

Description

(72) Inventor(es): CHRISTOPHE MESPLONT

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO E INSTALAÇÃO PARA RESFRIAMENTO OU AQUECIMENTO CONTÍNUO CONTROLADO DE UM ARAME DE AÇO CARBONO. Campo Técnico [001] A invenção refere-se a um processo para patentear isotermicamente um arame de aço. Mais especificamente, de acordo com um primeiro aspecto, a invenção se refere ao processo de patenteamento ou recozimento de um arame de aço em um processo isento de chumbo, isto é, a invenção se refere ao resfriamento controlado de um filamento de aço carbono.

[002] De acordo com o segundo aspecto, a invenção refere-se a um arame de aço carbono resultante de tal processo e a um filamento de aço estirado a frio a partir de tal arame de aço carbono.

[003] De acordo com um terceiro aspecto, a invenção se refere a uma instalação para resfriamento controlado contínuo de um arame de aço carbono.

Antecedentes da Técnica [004] Filamentos de aço carbono estirados a frio são conhecidos na técnica. O uso de tais filamentos de aço é ubíquo: cabos de aço em elevadores, cordão de aço para pneus, arames para serrar materiais duros e frágeis, e assim por diante. Tipicamente, o diâmetro final desses arames de aço carbono estirados a frio varia de 0,02 mm até 1,5 mm. O estiramento a frio é aplicado para se obter o diâmetro final e para aumentar a resistência à tração do filamento de aço. O grau de estiramento é, entretanto, limitado. Quanto maior o grau de estiramento, mais frágil se torna o filamento de aço e mais difícil reduzir também o diâmetro do filamento de aço sem provocar muitas fraturas no filamento. Filamentos muito estirados se quebram como vidro. Os diâmetros dos fios-máquina disponibilizados comercialmente são tipicamente 5,50 mm ou 6,50 mm. Não é possível o estiramento direto dos diâme2/19 tros dos fios-máquina para diâmetros muito finos.

[005] O grau de estiramento limitado acima mencionado é a razão porque as várias etapas de estiramento foram alternadas com um ou mais tratamentos térmicos intermediários. Esses tratamentos térmicos restauram a estrutura metálica interna dos filamentos de aço para a estrutura original de modo que outra deformação seja possível sem aumento na frequência de fraturas de filamento ou aumento na fragilidade do arame. O tratamento térmico é principalmente um tratamento de patenteamento, isto é, aquecimento até acima da temperatura de austenitização (cerca de 1000Ό) seguido pelo resfriamento do filamento de aço até entre 500Ό e 680Ό permitindo ass im a transformação da austenita em perlita. Nota-se que pó termo técnico patenteamento é tipicamente reservado para arames de aço que sofram esse tratamento térmico específico.

[006] A fase austenita do aço é a fase onde o carbono é dissolvido nas células cúbicas de face centrada do ferro. A perlita é a mistura de cementita - carboneto de ferro Fe₃C - na forma de lâminas muito finas que são separadas por uma fase ferrítica. A perlita se forma durante o resfriamento da fase austenita quando o carbono é expelido das células cúbicas do ferro. Há outros tratamentos térmicos possíveis em arames de aço que induzem diferentes propriedades ao arame de aço. O alívio de tensões, por exemplo, é usado para aumentar a ductilidade total do arame. Nesse processo o arame é aquecido da temperatura ambiente até cerca de 400Ό a 500Ό durante o que ocorre uma recristalização dos grãos que leva a propriedades favoráveis.

[007] A técnica anterior forneceu várias formas de impor rapidamente e com precisão uma temperatura específica em um arame de aço. Por razões econômicas, tais processos têm que ser feitos de forma contínua: de bobina em bobina, Em tais processos a troca de calor entre o arame e sua vizinhança deve ser rápida e intensa. O mais im3/19 portante é que a temperatura seja mantida constante durante a transformação de fase. Isto não é tão óbvio como parece, pelo fato de que a transformação de fase em si pode gerar calor. A transição de austenita para fase perlita, por exemplo, é exotérmica.

[008] Os parâmetros que determinam o resfriamento de um arame podem ser descritos simplesmente. A variação de calor 'AQ' (em J) de uma peça de arame de aço tendo um diâmetro 'd' (em m) com calor específico 'C_p' (em J K¹kg¹) à temperatura T (em K) submerso por um comprimento (em m) em um ambiente (com grande capacidade térmica) a T_flnai é:

AQ — C_aço Paço (^d L/4) (T—Tfj_na|) [009] A taxa de perda de calor por unidade de tempo através da superfície do mesmo arame é:

(dAQ/dt) = -g frd L) (T-T_finai) em que 'g' é o coeficiente de transferência de calor (W m² K¹) entre o arame de aço e o meio que o circunda (perdas radiativas não são consideradas). Como resultado, a temperatura da seção do arame de aço diminuirá de forma exponencial com um declínio constante.

T — C_açoPaço d! (4g) [0010] Em 3xT segundos a temperatura do arame estará próxima da temperatura final T_finai, isto é, a temperatura do meio de resfriamento (desde que o arame permaneça por tempo suficiente nesse meio). Daí os parâmetros controláveis mais importantes no processo de patenteamento são claros: o diâmetro do arame 'd', o coeficiente de transferência de calor 'g' e a T_finai do meio.

[0011] A fase de resfriamento ou fase de transformação pode ser executada em um banho de chumbo ou de liga de chumbo, tal como descrito na GB-B-1011972 (data de registro: 14 de novembro de 1961). Do ponto de vista metalúrgico, esta é a melhor forma para se obter uma estrutura metálica adequada para permitir também o esti4/19 ramento do arame de aço. A razão é que tendo relação com a boa transferência de calor entre o chumbo fundido e o arame de aço (alto 'g') e a temperatura do banho de chumbo (Tf_inai) que pode ser controlado entre 400 e 600Ό o chumbo funde a 600,5 X, 327 Ό), a transformação de austenita para perlita é rápida e completamente isotérmica para todos os diâmetros de arame práticos 'd'. Isto dá um pequeno tamanho dos grãos do arame de aço assim transformado, uma estrutura metalográfica muito homogênea e uma baixa propagação na resistência à tração intermediária do arame patenteado. Um banho de chumbo, entretanto, pode provocar problemas ambientais consideráveis. Mais e mais a legislação é tal que o chumbo é proibido por causa de seu impacto negativo no ambiente. Em adição, o chumbo pode ser removido com o arame de aço causando problemas de qualidade nas etapas de processamento posteriores do arame de aço. Então, há alguns anos, tem havido uma necessidade crescente de evitar o chumbo no processamento de arames de aço e ter uma transformação ou métodos de resfriamento alternativos.

[0012] Foram sugeridas alternativas ao chumbo puro na US 4944174 e na US 1916407, onde o uso de ligas de chumbo em misturas eutéticas ou próximas da eutética com pontos de fusão diminuídos são sugeridos tal como 80 a 90%de chumbo, 5 a 10% de estanho e 10 a 5% de cádmio ou com uma liga de 33% de chumbo, 15,5% de estanho e 51,5% de bismuto. Essas são composições em peso. Com essas ligas o problema ambiental naturalmente não é resolvido uma vez que as ligas ainda contêm uma quantidade considerável de chumbo. [0013] Em Austenite transformation and strucutre formation during patenting of carbon - and cobalt steel wires por Grachev, S.V. e outros, que apareceu em Fizika Metallov I mettalovodiene, Vol. 52, n° 1, 1981, páginas 172-177, é descrito como peças curtas de 50 mm de arame de carbono foram gotejada bruscamente em um tanque de es5/19 tanho líquido. Não é dada nenhuma consideração sobre a composição do estanho ou como implementar de forma contínua. Esse método claramente não é adequado para processamento contínuo de arame de aço especialmente se eles tiverem que ser processados posteriormente.

[0014] A EP-A-0 181 653 (data de concessão 19 de outubro de 1964) e a EP-B1-0 410 501 descrevem o uso de um leito fluidizado para a transformação de austenita para perlita. Um gás que pode ser uma combinação de ar e gás de combustão torna fluido um leito de partículas. Essas partículas cuidam do resfriamento dos arames de aço. A tecnologia dos leitos fluidizados pode dar ao arame de aço patenteado uma estrutura metálica adequada com tamanhos de grão finos e uma estrutura metalográfica relativamente homogênea. Em adição, um leito fluidizado evita o uso de chumbo. Um leito fluidizado, entretanto, requer custos de investimento para a instalação e operação ou custos de manutenção. Além disso, o tempo de resfriamento T é mais longo que o do patenteamento com chumbo devido à condutividade térmica do gás fluidizante que não é tão intensa quanto a do banho de chumbo Çg' é cerca de um terço do patenteamento com chumbo).

[0015] A transformação de austenita para perlita pode também ser feita em um banho de água tal com descrito na EP-A-0 216 434 (data de concessão 27 de setembro de 1985). Em contraste com a tecnologia do leito fluidizado, o patenteamento com água tem a vantagem do baixo custo de investimento e dos baixos custos de operação. O patenteamento a água, entretanto, pode dar problemas para diâmetros de arame menores que 2,8 mm. O arame resfria rapidamente (T pequeno devido ao 'd' pequeno) e rapidamente se aproxima da temperatura Tfinai que é de cerca de 120Ό. A consequência é que os arames de aço finos são resfriados muito rapidamente para temperaturas mui6/19 to baixas em comparação com arames grossos. Como consequência, estruturas frágeis de bainita ou martensita se formarão.

[0016] A EP-0 524 689 (data de concessão 22 de julho de 1991) descreve uma solução para o problema acima mencionado com patenteamento com água. O resfriamento é feito por dois ou mais períodos de resfriamento à água alternados com um ou mais períodos de resfriamentos a ar. A velocidade de resfriamento no ar não é tão alta quanto na água. Alternando-se resfriamento à água com resfriamento a ar a formação de bainita ou martensita é evitada para arames de aço com um diâmetro maior que cerca de 1,10 mm. Como com o patenteamento à água, esse patenteamento à água / ar / água é de investimento barato e de custo de manutenção barato. Entretanto, um método de patenteamento à água / ar / água também tem limitações inerentes. Uma primeira limitação é que para arames de diâmetros muito finos, o menor banho de água pode também provocar risco de formação de bainita ou martensita. Uma segunda limitação é que o patenteamento à água / ar / água resulta em uma estrutura metálica que é muito macia, isto é, com tamanhos de grão que são maiores que os tamanhos de grão alcançáveis com patenteamento com chumbo ou patenteamento com leito fluidizado. Essa estrutura macia é caracterizada por uma resistência reduzida à tração. Em adição, a estrutura metalográfica não é tão homogênea e a difusão da resistência à tração do arame patenteado pode ser alta.

[0017] Cancelaram-se todos os banhos de água e usar-se apenas patenteamento a ar é uma opção com a vantagem de que o risco de formação de bainita ou martensita não existe ou é muito limitado. Entretanto, o patenteamento a ar leva a estruturas metálicas ainda mais macias e não-homogêneas que o patenteamento a água ou o patenteamento à água / ar / água.

[0018] A técnica anterior acima ilustrou que há a necessidade de

7/19 uma forma ambientalmente amigável de resfriamento contínuo e controlado ou de aquecimento dos arames de aço que dá os arames de aço intermediários com um nível intermediário ótimo de resistência à tração do arame patenteado, um pequeno tamanho de grão e uma estrutura metalográfica homogênea.

Descrição da Invenção [0019] É um objetivo geral da presente invenção evitar as desvantagens da técnica anterior. É um primeiro objetivo da presente invenção fornecer um método de resfriamento ou de aquecimento e uma instalação que não seja prejudicial ao ambiente. É um segundo objetivo da presente invenção fornecer um método de patenteamento e uma instalação que dê uma estrutura metálica para o arame de aço comparável à estrutura metálica obtida pelo patenteamento com chumbo ou pelo patenteamento com leito fluidizado. É um terceiro objetivo da presente invenção evitar problemas de qualidade no processamento do arame de aço após o patenteamento. É um quarto objetivo da presente invenção fornecer um método de resfriamento controlado e contínuo de um arame de aço, independente do diâmetro do arame de aço. [0020] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é fornecido um método contínuo controlado de resfriamento ou de aquecimento de um arame de aço carbono. O resfriamento do arame de aço carbono é, por exemplo, necessário em um processo de patenteamento de arame de aço carbono. O aquecimento do arame de aço carbono é, por exemplo, necessário em uma operação de alívio de tensões tal como em alívio de tensões de rebordo de arame para aumentar seu alongamento na fratura. O método compreende as etapas de fazer o contato do arame de aço com estanho metálico fundido ou liga de estanho fundida durante a fase de resfriamento ou aquecimento.

[0021] O termo arame de aço carbono se refere a um arame de

8/19 aço com uma composição de aço carbono simples onde o teor de carbono varia entre 0,10% e 1,20%, preferivelmente entre 0,45% e 1,10%. A composição do aço pode também compreender manganês entre 0,30% e 1,50% e silício entre 0,10% e 0,60%. As quantidades de enxofre e de fósforo são ambas limitadas a 0,05% cada. A composição do aço pode também compreender outros elementos tais como cromo, níquel, vanádio, boro, alumínio, cobre, molibdênio, titânio. O restante da composição do aço é ferro. As porcentagens acima mencionadas são todas porcentagens em peso.

[0022] O estanho metálico fundido significa o metal estanho em seu estado fundido sem quaisquer outros metais intencionais adicionados. Em particular, nenhum chumbo ou pouco chumbo, deve estar presente no estanho metálico: no máximo 1,3% atômico (ou 2,25% em peso), mas mais preferivelmente é menor que 0,7% atômico ou até mesmo menor que 0,1% atômico.

[0023] Uma liga de estanho fundido significa uma liga que compreenda pelo menos 47% atômico de estanho, o restante sendo um metal adicionado intencionalmente que está também presente no estado fundido. Novamente o chumbo é explicitamente excluído: no máximo 1,3% atômico, mas mais preferivelmente é menor que 0,7% atômico ou até mesmo menor que 0,1% atômico. É estimado que é possível, sob circunstâncias regulares de produção. Manter-se o teor de chumbo menor que 0,05% atômico. Isto corresponde a cerca de 0,55 litro de chumbo em um banho de 1000 litros.

[0024] A presença limitada - ou ainda melhor - a completa exclusão de chumbo é dada pela sua nocividade à saúde e ao ambiente. [0025] O estanho é um metal prateado, cinza lustroso, com baixa temperatura de fusão (231,93*0). Uma comparação das propriedades do chumbo contra as do estanho é dada na tabela 1.

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Tabela 1

Propriedade	Chumbo Sb	Estanho Sn
Densidade (kg/dm³)	11,36	7,30
Calor específico (kJ/(kg.K)) a 2660 K	0,14	0,24
Temperatura de fusão (K)	601	505
Calor de fusão específico (kJ/kg)	25	59

[0026] Embora seja um metal pesado, o estanho é reconhecido como um dos elementos mais seguros do ponto de vista ambiental e de saúde. O estanho é não-cancerigeno e não-tóxico. Portanto, usarse o estanho evita os problemas ambientais típicos que ocorrem quando se usa o chumbo. Ilustrativo a isso é o uso abundante de banhos de estanho para a produção de vidro flutuante.

[0027] Além do estanho, diferentes ligas de estanho podem também ser usadas para aquecer ou resfriar o arame de aço carbono. São particularmente consideradas as seguintes:

- ligas estanho-prata: a composição eutética é 96% atômico de estanho com uma temperatura de fusão de 22113. Qualquer liga Sn-Ag com mais de 96,1% atômico de estanho é adequada.

- ligas estanho-bismuto: a composição eutética é 56% atômico de estanho com uma temperatura de fusão de 13913. Qualquer liga Sn-Bi com mais de 56% atômico de estanho é adequada. Essa composição é menos preferida uma vez que ela molha muito bem os metais.

- ligas estanho-índio: a composição eutética é 47,2% atômico de estanho com uma temperatura de fusão de 11713. Qualquer liga Sn-ln com mais de 47,2% atômico de estanho é adequada. Embora a temperatura de fusão seja extremamente baixa, a liga é menos preferida devido ao custo do índio.

- ligas estanho-zinco: a composição eutética é 85,1% atômico de estanho com uma temperatura de fusão de 19813. Qualquer

10/19 liga Sn-Zn com mais de 85,1% atômico de estanho é adequada. Essa composição é mais preferida uma vez que ela molha pobremente os metais. Entretanto, ela tende a formar escória no banho.

- ligas estanho-magnésio: a composição eutética é 90,4% atômico de estanho com uma temperatura de fusão de 203Ό. Qualquer liga Sn-Mg com mais de 90,4% atômico de estanho é adequada.

- outras ligas binárias de estanho com antimônio ou cobre também podem ser usadas. Como elas geralmente não conterão muito do elemento de ligação (uma vez que o ponto de fusão aumenta com um teor aumentado do elemento de ligação) elas são menos preferidas.

[0028] Ligas ternárias tais como Sn-Zn-Bi também podem, naturalmente, ser consideradas.

[0029] Usar-se estanho metálico ou uma liga de estanho ao invés de chumbo para patentear um arame de aço resulta em uma transformação isotérmica comparável de austenita para perlita. Então, as propriedades favoráveis tais como tamanho pequeno de grão (devido à taxa de resfriamento), uma estrutura metalográfica muito homogênea e uma resistência à tração intermediária do arame patenteado são também reencontradas quando é usado o resfriamento ou aquecimento do estanho metálico ou da liga de estanho. Além disso, o patenteamento do estanho pode ser feito a diâmetros de arame intermediários finos. Então, diâmetros finais de filamento muito finos e as respectivas resistências à tração finais podem ser obtidos após o estiramento final do arame.

[0030] É bastante surpreendente que o estanho metálico fundido ou a liga de estanho metálico fundido possa ser usado para conduzir continuamente um arame de aço, uma vez que o estanho metálico ou as ligas de estanho são conhecidos principalmente como materiais de soldagem devido à sua capacidade de molhabilidade muito boa a me11/19 tais. O inventor descobriu, para sua surpresa, que um banho de estanho fundido ou um banho de liga de estanho fundida pode ainda ser usado para patentear sem excessiva remoção por arraste do fundido. Tomando-se as medidas adicionais e adequadas, como será explicado mais adiante, a remoção por arraste do estanho ou da liga de estanho pode ser limitado a quantidades muito pequenas. Como resultado, não há efeitos desvantajosos do estanho nas etapas de processamento posteriores do arame de aço.

[0031] A remoção por arraste do estanho pode ser evitada de várias maneiras.

[0032] Retendo-se resíduos de estiramento de etapas anteriores no arame. Esses resíduos contêm substâncias orgânicas que queimam no forno e formam uma camada de carbono que não é facilmente umedecida pelo estanho.

[0033] 2; Altemativamente, o arame pode ser revestido com um composto contendo carbono (por exemplo, um óleo) que é subsequentemente queimado no forno, Como a atmosfera no forno é uma atmosfera redutora, o carbono não escapará como dióxido de carbono, mas formará uma camada de carbono na superfície do arame de aço.

[0034] Fazendo-se crescer intencionalmente uma camada de óxido no arame. Isso pode ser feito expondo-se brevemente o arame quente à atmosfera na saída do forno antes de entrar no banho de estanho metálico ou de liga de estanho.

[0035] Evitando-se o desgaste da camada protetora. Qualquer ponto de fricção entre o arame em movimento e a peça guia deve ser evitado uma vez que danificará a camada protetora. A camada protetora danificada resulta na molhabilidade imediata pelo estanho e na remoção por arraste do estanho.

[0036] Limpando-se adequadamente o estanho metálico fundido ou a liga de estanho fundida na saída do banho. Uma atmosfera de

12/19 gás redutor pode ajudar a evitar a formação de uma pele de óxido de estanho. Foi descoberto que passar o arame através de carvão fino é muito bem aproveitável a esse respeito. Os seixos de carvão retiram gentilmente os meniscos de estanho e o gás de carvão isola os arames do oxigênio atmosférico.

[0037] Nem todas as medidas 1 a 5 devem ser usadas ao mesmo tempo: combinações são possíveis. Em particular, descobriu-se que a medida preventiva 3 é muito prática.

[0038] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é fornecido um arame de aço carbono tendo em sua superfície vestígios de estanho. O termo em sua superfície se refere às monocamadas superiores 1 - 3. O termo vestígios significa que as quantidades estão lá, mas são tão limitadas que elas não têm função a não ser um lembrete de uma operação prévia de resfriamento ou de aquecimento em um banho de estanho metálico fundido ou de liga de estanho fundida. Como tal, aos vestígios de estanho são um indicador, uma impressão digital para o processo usado para aquecer ou resfriar o arame de aço. A presença de vestígios de estanho é um forte indicador de que estanho metálico fundido ou liga de estanho metálico fundida foi usado para resfriar ou aquecer o arame.

[0039] Por exemplo, um arame de conta, com alívio de tensões pelo seu aquecimento em estanho metálico fundido ou liga de estanho metálico mostrará tais traços antes do revestimento com bronze.

[0040] Pelo estiramento a frio de um arame de aço carbono patenteado (isto é, resfriado) em um banho de estanho metálico fundido ou de liga de estanho metálico, pode ser obtido um filamento com uma maior resistência à tração. Novamente, vestígios de estanho são detectáveis na superfície do filamento estirado, indicativo para o uso de um banho de estanho metálico fundido ou de liga de estanho fundida antes do processamento. O estiramento a frio do arame não eliminará

13/19 esses vestígios. Como uma questão de um primeiro exemplo, tal filamento de aço carbono estirado a frio pode ser usado como uma serra de arame para serrar materiais duros e frágeis.

[0041] Como uma questão de um segundo exemplo, tal filamento de aço carbono estirado a frio pode ser usado em cabos de aço para reforço de produtos de borracha ou produtos poliméricos.

[0042] Em ambas as aplicações, como serra de arame ou como filamento de aço em um cabo de aço, os filamentos de aço podem ser revestidos com um revestimento metálico fornecendo resistência à corrosão ou com um revestimento metálico levando a uma adesão melhorada com borracha ou com polímeros.

[0043] De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção, é fornecida uma instalação para resfriamento ou aquecimento contínuo e controlado de um filamento de aço carbono. A instalação compreende um banho capaz de conter estanho metálico fundido ou liga de estanho fundida. O arame de aço entra em contato com o estanho metálico fundido ou com a liga de estanho metálico no banho durante a fase de resfriamento ou aquecimento. Por preferência o banho é feito de ferro fundido cinzento.

[0044] O ferro fundido cinzento tem uma microestrutura grafítica, que causa fratura do material para ter uma aparência cinzenta, daí o nome. A maioria dos ferros fundidos tem uma composição química de 2,5 a 4,0% de carbono, 1 a 3% de silício, o restante sendo ferro. O ferro fundido cinzento tem uma excelente resistência a ligas fundidas ricas em estanho. Isto é atribuído à formação de uma camada de grafite na interface. O ferro fundido cinza é também relativamente barato. Alternativamente, um banho revestido de cerâmica pode também ser usado, mas isto é mais caro. Um banho de ferro puro não é recomendado uma vez que o estanho metálico fundido ou a liga de estanho fundida se dissolve gradativamente no ferro.

14/19 [0045] Em uma configuração preferida da invenção, o banho de imersão tem duas ou mais zonas que permitem o monitoramento e/ou controle de temperaturas separadas. Como banho de entrada - onde o arame quente entra primeiro no banho - recebe muito calor, nenhum ou pouco aquecimento é necessário. Em uma segunda fase - quando ocorre a fase de transição exotérmica de austenita para perlita - pouco ou nenhum aquecimento será necessário também. O aquecimento será necessário mais tarde para controlar a temperatura do banho até a saída.

[0046] Em outra configuração preferida da invenção, são feitos esforços para reduzir a quantidade de estanho metálico fundido ou de liga de estanho fundida na instalação. A razão é que, em comparação com o chumbo, o estanho é relativamente caro. Uma das maneiras de reduzir o volume de estanho é introduzir os assim chamados corpos mortos no banho. O termo corpos mortos se refere a corpos que não têm outra função a não ser reduzir a quantidade de estanho. Por preferência esses corpos afundam no estanho metálico fundido ou na liga de estanho fundido, caso contrário eles têm que ser anexados ao fundo do banho. Corpos de ferro puro são preferidos para isso, mas então eles têm que ser revestidos com uma camada de grafite para evitar ataque pelo estanho metálico fundido ou pela liga de estanho fundida. Corpos afundados de ferro fundido cinzento são um pouco menos preferidos aqui uma vez que a densidade está ao par com a do estanho metálico fundido ou da liga de estanho fundida. Outros metais ou ligas metálicas (latão, cobre, níquel) podem ser considerados fornecidos eles têm uma maior densidade que a do estanho metálico fundido ou da liga de estanho metálico e são adequadamente protegidos contra o ataque pelo estanho.

Breve Descrição das Figuras nos Desenhos [0047] A figura 1 mostra uma seção longitudinal de uma configura15/19 ção de um banho de estanho.

[0048] A figura 2 mostra uma seção transversal de outra configuração de um banho de estanho.

Modo(s) de Execução da Invenção [0049] A figura 1 ilustra a etapa de resfriamento no tratamento de patenteamento de um arame de aço 10. Uma vara de aço carbono foi inicialmente estirada a frio até um arame de aço intermediário a um diâmetro intermediário do arame de aço. Esse diâmetro intermediário do arame de aço pode variar dentro de uma ampla faixa (0,50 a 3,00 mm) desde o resfriamento do estanho metálico fundido ou da liga de estanho fundida:

- está na temperatura correta uma vez que o banho de estanho pode ser mantido na temperatura desejada de entre 500 e 680Ό; e

- trazer o arame muito rapidamente até a temperatura desejada uma vez que a velocidade de resfriamento é muito maior comparado, por exemplo, ao leito fluidizado ou patenteamento a água-ar devido ao alto coeficiente de transferência de calor 'g' entre o arame e o estanho metálico fundido ou a liga de estanho fundida que torna o processo mais flexível.

[0050] O diâmetro intermediário do arame de aço pode ser menor que ou igual a 0,70 mm, que torna o processo particularmente adequado para produzir arames finos de alta tração.

[0051] O arame de aço intermediário 10 é inicialmente aquecido em um forno (não mostrado) até acima da temperatura de austenitização, por exemplo, a cerca de 900Ό para um aço carb ono 0,80% em peso. Imediatamente, após deixar o forno o arame de aço 10 é guiado em um banho 12 de estanho metálico fundido ou de liga de estanho metálico 14.

[0052] Infelizmente, o estanho dissolve muitos metais e os banhos

16/19 de chumbo existentes não podem ser usados como banho de estanho. Um refratário revestido deve ser introduzido na concha do banho de aço, ou o banho tem que ser substituído com um banho de ferro fundido cinzento.

[0053] O banho 12 de estanho metálico fundido ou de liga de estanho metálico 14 pode compreender corpos mortos tais como blocos de ferro 16 revestidos com grafite. A função desses corpos mortos é nada mais que reduzir a quantidade necessária de metal fundido.

[0054] A figura 2 ilustra outra configuração de uma instalação 20 onde foram feitos esforços para reduzir a quantidade necessária de estanho 14. Um número de arames de aço paralelos 10 corre em um pequeno banho de estanho metálico fundido ou liga de estanho fundida 14 que é posicionado por meio de elementos de apoio 24 em um banho maior de um sal fundido ou de chumbo 22.

[0055] O comprimento do banho de estanho 12 pode ser dividido em duas ou mais zonas com monitoramento individual e separado e/ou controle da temperatura. Como uma questão de exemplo apenas, o banho pode ser dividido em duas zonas. Uma primeira zona contém meios para aquecimento e resfriamento. A segunda zona contém meios para aquecimento apenas, uma vez que os arames de aço 10 já foram resfriados em uma grande extensão.

[0056] O aquecimento do banho de estanho pode ser feito por meio de maçaricos externos, por meio de imersão de bobinas elétricas ou por indução. O resfriamento local do banho de estanho pode ser feito por meio de ar ou gás que corre nos tubos e em torno do banho. [0057] Para evitar a oxidação da superfície do estanho metálico fundido ou da liga de estanho metálico algumas medidas podem ser consideradas:

- Ou uma atmosfera de nitrogênio com 5 a 8% de hidrogênio é mantida acima do banho para evitar a oxidação, ou

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- O banho é coberto com um tipo de grão de material cerâmico ou antracita ou mesmo com fragmentos de alumínio para evitar a oxidação da superfície.

[0058] Em uma série de tentativas, um arame de aço com 0,80% de carbono, estirado a frio de 5,5 mm até 2,3 mm foi patenteado na instalação acima descrita. A velocidade da linha foi tal para obter um vxd (velocidade vezes o diâmetro) de 50 mm m/min. O arame foi aquecido enxaguado a 995Ό convertendo assim o aço na fase austenita, Um banho pequeno alongado foi mantido imerso em um banho de chumbo existente (conforme descrito na FIGURA 2). O pequeno banho foi preenchido com estanho de alta pureza (isto é, mais de 99,7% em peso de estanho). A temperatura do banho de chumbo foi mantida a 500, 540, 580 e 620Ό em uma série de tentativas. A s tentativas foram executadas.

- sob gás protetor de 75%N₂/25%H₂ no forno e

- sem qualquer gás protetor no forno.

[0059] Antes de entrar no forno de austenitização, o arame não foi limpo para deixar para deixar o máximo possível de resíduos de sabão orgânico (contendo carbono). Em adição, antes da submersão no estanho metálico fundido, o arame foi brevemente exposto ao ar (20 cm). Na saída do banho de patenteamento o arame foi levado através do carvão antracita para manter o estanho no banho e para evitar a formação de uma pele de óxido de estanho. Amostras de arame foram tomadas em diferentes temperaturas de patenteamento que estão resumidas na Tabela II.

[0060] Pode ser concluído que:

- Contrariando as expectativas, a remoção por arraste do estanho permaneceu controlável deixando apenas vestígios menores de estanho nas etapas subsequentes. Os óxidos de ferro - que são uma mistura de FeO, Fe₂O₃ e Fe₃O₄ - são suficientes para evitar a re18/19 ação de estanho com ferro.

- Entretanto, o dano á película de óxido resulta na formação de uma liga Fe-Sn. Então, a película de óxido deve ser fechada.

- Um tamanho pequeno de grão uma estrutura metálica homogênea podem ser obtidos dessa forma em comparação com as obtidas com patenteamento com chumbo quando se faz o patenteamento em estanho metálico fundido a cerca de 600Ό, Isto é um indicativo para um verdadeiro patenteamento isotérmico, [0061] Os vestígios menores de estanho podem ser detectados no arame de aço patenteado mesmo quando não ocorre nenhuma remoção por arraste de estanho. Se o arame de aço for também estirado, os vestígios serão ainda detectáveis pelas técnicas avançadas de análise da superfície tais como Espetroscopia do Tempo de Vôo da Massa de íon Secundária (ToF-SIMS). A ToF-SIMS fornece informações das composições atômica e molecular da mais alta para as três mono camadas com sensibilidade a nível de ppm e resolução lateral até 100 nm. ToF SIMS não é uma quantidade inerentemente técnica porque as intensidades detectadas dependem da composição química do material ambiente (há um efeito matriz). Uma informação semiquantitativa pode ser obtida se os ambientes químicos das amostras comparadas forem similares.

Tabela II

	Com gás protetor no forno
T banho		Resistência à Tra-	Striction	Remoção oor arraste de esta-
(Έ)	Estrutura metalográfica	ção fN/mm)	Tí%)	nho
500	Completamente bainítica	1282	59,95	muito alta
540	Bainítica com alguma perlita fina	1309	60,5	alta
580	Perlítica fina com vestígios de bai- nita superior	1329	58,1	alta
600	Perlita fina com grãos de 18 pm	1276	50,2	média

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620	Perlita fina (grãos de 18 pm) com alguma bainita superior	1254	48,2	alta
	Sem gás protetor no forno
500	Estrutura bainítica muito fina	1312	61,8	média
540	Perlita ultra fina (8 pm) com carbonetos (pontilhado)	1222	62,2	baixa
580	Perlita ultra fina (8 pm) com mais carbonetos (pontilhado)	1141	59,7	baixa
620	Perlita muito fina (11 pm) com alguns carbonetos	1159	59,4	baixa

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de resfriamento ou aquecimento contínuo controlado de um arame de aço carbono, o mencionado método compreendendo a etapa de conduzir o mencionado arame de aço carbono através de um banho contendo estanho metálico fundido ou uma liga de estanho fundida contendo pelo menos 47% atômico de estanho, em que o estanho metálico ou liga de estanho compreende menos de 1,3% atômico de chumbo, caracterizado pelo fato de que o referido arame de aço carbono tem a superfície carbonizada antes de ser resfriado ou aquecido para evitar a molhabilidade do mencionado arame de aço carbono pelo mencionado estanho metálico fundido ou pela liga de estanho fundida.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mencionado estanho metálico ou a mencionada liga de estanho compreende menos de 0,7% atômico de chumbo.
3. Método de acordo com qualquer a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a mencionada liga de estanho compreende estanho e um ou mais dos metais escolhidos do grupo consistindo de bismuto, antimônio, magnésio, zinco, índio, cobre e prata.
4. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o mencionado arame de aço carbono é oxidado antes de ser resfriado ou aquecido para evitar a molhabilidade do mencionado arame de aço carbono pelo mencionado estanho metálico fundido ou liga de estanho fundida.
5. Instalação para resfriamento ou aquecimento contínuo controlado de um arame de aço carbono, a mencionada instalação compreendendo um banho capaz de conter estanho metálico fundido ou liga de estanho fundida compreendendo pelo menos 47% de estanho atômico e menos de 1,3 porcento atômico de chumbo, no qual o

2/2 mencionado arame de aço entra em contato com o mencionado estanho fundido ou liga de estanho fundida, caracterizada pelo fato de que o referido banho é feito de ferro fundido cinzento.
6. Instalação de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o referido banho tem duas ou mais zonas permitindo o monitoramento e o controle separados da temperatura.
7. Instalação de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizada pelo fato de que o mencionado banho compreende corpos para reduzir o volume necessário do estanho metálico fundido ou da liga de estanho fundida.

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