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Tubos de aço inoxidável ferrítico são amplamente utilizados em sistemas de exaustão automotivos, trocadores de calor e eletrodomésticos devido à sua excelente resistência à corrosão sob tensão (SCC), baixo coeficiente de expansão térmica e vantagens de custo. Seus processos de fabricação são categorizados principalmente em tubos sem costura e soldados. Esses processos diferem significativamente, mas ambos são cruciais para as propriedades mecânicas e a resistência à corrosão do produto final.
Processo de fabricação de tubos de aço inoxidável ferrítico sem costura
A chave para a fabricação de tubos sem costura reside em alcançar alta uniformidade na estrutura e propriedades do material em toda a parede do tubo através de perfuração a quente e trabalho a frio de precisão, evitando assim a introdução de quaisquer defeitos de soldagem.
1. Preparação e Piercing
Seleção de matéria-prima: São utilizados tarugos redondos de aço inoxidável ferrítico de alta pureza. Como os graus ferríticos (como 430, 439 e 444) geralmente apresentam menor ductilidade que os aços austeníticos, a qualidade metalúrgica dos tarugos é extremamente alta, com controle rigoroso de inclusões e segregação.
Aquecimento: O tarugo é aquecido até a temperatura de perfuração. O controle preciso da temperatura garante ductilidade, evitando o engrossamento dos grãos ou a oxidação da superfície.
Perfuração: Um perfurador rotativo é usado para perfurar um tarugo de aço sólido em uma casca oca. Esta é a etapa mais crítica na fabricação de tubos sem costura, pois a qualidade da perfuração determina diretamente a dificuldade dos processos subsequentes e a qualidade das superfícies internas e externas do tubo.
2. Rolamento e desenho
Laminação/Extrusão a Quente: A carcaça então entra em um laminador de tubos (como um moinho Pilger) para laminação a quente adicional para reduzir o diâmetro externo e a espessura da parede, melhorando a qualidade da superfície interna e externa e a precisão dimensional, resultando em um tubo áspero. Para certas classes de alta liga, a extrusão pode ser utilizada.
Preparação para trabalho a frio: O tubo áspero é decapado para remover incrustações de óxido e prepará-lo para trabalho a frio.
Trabalho a frio: Este é um passo fundamental para obter tubos sem costura de alta precisão. Inclui principalmente laminação a frio e trefilação a frio. A trefilação a frio puxa o tubo através de uma matriz, reduzindo suas dimensões e melhorando o acabamento superficial. O trabalho a frio aumenta significativamente a resistência do tubo, mas também causa endurecimento e reduz o alongamento.
3. Tratamento Térmico e Acabamento
Recozimento: Após o trabalho a frio, o tubo deve passar por recozimento em solução (ou recozimento intermediário) para eliminar o endurecimento e as tensões residuais, restaurar a ductilidade do aço inoxidável ferrítico e otimizar sua resistência à corrosão. A temperatura de recozimento e o tempo de retenção afetam significativamente o tamanho do grão dos tubos ferríticos.
Endireitamento: Elimina as dobras introduzidas durante o tratamento térmico.
Acabamento e inspeção: Isso inclui corte, chanframento, decapagem, polimento e, principalmente, testes não destrutivos (NDT), como testes de correntes parasitas e testes ultrassônicos, para garantir que o tubo esteja livre de defeitos internos, como rachaduras ou camadas intermediárias.
Processo de fabricação de tubos de aço inoxidável ferríticos soldados
A fabricação de tubos soldados é baseada em tiras (bobinas), oferecendo as vantagens de alta eficiência de produção e precisão dimensional. Contudo, a estrutura metalográfica na área de solda deve ser consistente com a do material de base e a corrosão intergranular deve ser evitada.
1. Preparação e Formação
Preparação da matéria-prima: É usada bobina laminada a frio de aço inoxidável ferrítico acabado (bobina laminada a frio) ou bobina laminada a quente. A qualidade da borda e a tolerância da espessura da tira são críticas, afetando diretamente a estabilidade da soldagem subsequente.
Corte: A bobina é cortada longitudinalmente em tiras de largura específica, correspondendo precisamente à circunferência do tubo desejado.
Conformação Contínua: A tira passa por uma série de rolos, dobrando-a gradualmente em um formato de tubo redondo e aberto, conhecido como tubo vazio. Este processo deve ser uniforme e contínuo para evitar concentrações de tensão.
2. Soldagem
Soldagem por indução de alta frequência (HFIW) ou soldagem por arco de plasma (PAW): Este é o método de soldagem mais comumente usado para tubos de aço inoxidável ferrítico.
HFIW usa uma corrente elétrica de alta frequência para gerar calor, fundindo as bordas do tubo vazio. Como os aços inoxidáveis ferríticos (particularmente os estabilizados) geralmente apresentam excelente soldabilidade, o HFIW pode obter soldagem autógena rápida e de alta qualidade (sem a adição de metal de adição).
A chave para o processo de soldagem é o controle preciso da entrada de calor e da extrusão para garantir o refinamento do grão na área de solda, evitar a formação de fases frágeis, como a martensita, e minimizar a oxidação da solda.
Corte do cordão: Após a soldagem, os cordões de solda salientes dentro e fora da solda devem ser removidos imediatamente para atender aos requisitos dimensionais e de resistência a fluidos.
3. Dimensionamento e Acabamento
Recozimento brilhante em linha: Para aço inoxidável ferrítico, o recozimento brilhante contínuo em linha é normalmente realizado imediatamente após a soldagem. O tratamento térmico em atmosfera protetora (como hidrogênio ou mistura nitrogênio-hidrogênio) visa restaurar a microestrutura da solda e sua zona termicamente afetada (ZTA), eliminar tensões residuais e manter o acabamento superficial do tubo, eliminando a necessidade de decapagem adicional.
Dimensionamento e Endireitamento: Após o recozimento, o tubo passa por um laminador de dimensionamento para dimensionamento final e correção de arredondamento, seguido de endireitamento.
Teste de correntes parasitas: O teste de correntes parasitas da área de solda é uma etapa chave do controle de qualidade, garantindo que a solda esteja livre de defeitos como penetração incompleta, porosidade e rachaduras.
