Inovações da Baosteel em aço resistente ao desgaste: avançando em resistência e sustentabilidade

O desgaste de materiais é um problema comum em várias indústrias, com estimativa de 2 a 3 milhões de toneladas de materiais de aço consumidos anualmente devido ao desgaste. As restrições de recursos e energia tornam-se cada vez mais evidentes, e as questões de proteção ambiental tornam-se mais severas. O mercado global de aço resistente ao desgaste de primeira linha há muito é dominado por empresas estrangeiras, como a sueca SSAB (incluindo a finlandesa RUUKI) e a japonesa JFE. Com o rápido desenvolvimento da indústria da China, os equipamentos mecânicos tornam-se mais complexos, de grande porte, leves e diversificados nos ambientes de serviço. Há demanda crescente por materiais de aço resistente ao desgaste de alta resistência, tenazes, de forma complexa, de baixa perda e ecologicamente corretos, que estão sendo rapidamente adotados em várias indústrias. A Baosteel, maior e mais avançada siderúrgica da China, avança rapidamente no campo do aço resistente ao desgaste, lançando continuamente produtos que atendem aos padrões líderes internacionais.

Inovações tecnológicas

Superamos a tecnologia de controle conjunto do refino da subestrutura da martensita em lamelas e da precipitação de ε-carbonetos, desenvolvendo aço resistente ao desgaste de alta resistência com controle preciso sobre a subestrutura da martensita, precipitação multiescala e fase bainítica. Pela primeira vez, alcançamos a produção em massa do produto de grau NM600F, que ostenta a maior resistência de 2000 MPa. Aproveitando os efeitos sinérgicos de micro-ligas e elementos de liga, garantimos a temperabilidade enquanto minimizamos a adição de ligas, aprimorando o acoplamento resistência-tenacidade e reduzindo a tensão de têmpera. O grau-alvo é o aço resistente ao desgaste de 2000 MPa NM600, caracterizado por uma microestrutura de martensita de baixo carbono em lamelas. As unidades de controle da microestrutura consistem em grãos de austenita original, pacotes, blocos e lamelas. A largura do bloco é uma unidade de controle eficaz para a resistência, enquanto o tamanho do pacote é para a tenacidade. Controlando os blocos e pacotes dentro da microestrutura da martensita, podemos gerenciar a resistência e a tenacidade do aço resistente ao desgaste martensítico. Após a industrialização do aço resistente ao desgaste de grau F de resistências variadas, a tenacidade a -60 °C é bem acoplada à sua resistência e ao desgaste, marcando o primeiro desenvolvimento de aço resistente ao desgaste de graus E e F de ultra-alta resistência de 2000 MPa. Isso resolve os desafios de controle de tenacidade impostos pela alta dureza e supera o limite de tenacidade ao impacto em baixa temperatura de -40 °C da SSAB.

Tecnologia de controle de qualidade

Desenvolvemos uma tecnologia de controle de qualidade de lingotamento de aço resistente ao desgaste martensítico de nível gigapascal "carbono médio + boro + nióbio + cromo + molibdênio".

(1) Criamos um método de ajuste dinâmico para o controle de pressão do blank recém-solidificado (red billet) da máquina de lingotamento contínuo para aprimorar a qualidade interna do blank de aço resistente ao desgaste martensítico. Utilizando um modelo secundário de transferência de calor de solidificação para calcular a espessura em cada setor do blank, alcançamos estabilidade dinâmica com espessuras variáveis. Controlando com precisão o ajuste dinâmico da pressão do blank recém-solidificado, alcançamos transição suave autoadaptativa sob diferentes condições de vazamento, aprimorando assim a qualidade interna dos blanks de aço resistente ao desgaste. Após a classificação de qualidade do blank, a proporção de segregação central C0,5 e porosidade central 0,5 aumentou de 75% para 93,4%, especialmente para produtos de grau NM500 a NM600, cuja proporção aumentou de 61% para 93,4%.

(2) Somos pioneiros em um método para reduzir trincas superficiais na cabeça e cauda de blanks de aço resistente ao desgaste em lingotamento contínuo, controlando a resfriamento secundário. Rastreando a cabeça e a cauda do blank durante as fases de abertura e fechamento do lingotamento contínuo de produtos de aço resistente ao desgaste de alto padrão, ajustamos a água de resfriamento secundário em tempo real para alcançar resfriamento fraco da cabeça e cauda do blank, aumentando autoadaptativamente a temperatura superficial das cabeças e caudas dos blanks, reduzindo a ocorrência de trincas transversais superficiais e melhorando significativamente a qualidade dos produtos de aço resistente ao desgaste. Essa tecnologia é a primeira de seu tipo no processo de lingotamento contínuo de blanks de aço resistente ao desgaste de alto padrão, rompendo a barreira técnica de alcançar boa qualidade interna e superficial para blanks de aço resistente ao desgaste martensítico de "carbono médio + boro + nióbio + cromo + molibdênio". Também desenvolvemos um método de controle de composição estreita e tecnologia de fundição de aço limpo para aprimorar a estabilidade do desempenho do aço acabado.

Sistema de controle de tratamento térmico

Propomos um sistema de composição Nb-V-Mo-Ti e processo de tratamento térmico controlado que dispersa partículas em baixas temperaturas para prevenir a ocorrência e expansão de trincas durante desgaste severo, bem como para prevenir a migração de contornos de grãos M em ambientes ácido-base e de alta temperatura, aprimorando a estabilidade da martensita. Sob condições especiais como frio extremo, permafrost arenoso, ácido-base e alta temperatura, a resistência ao desgaste aumenta de 1,18 a 1,53 vezes, alcançando desenvolvimento de alta resistência ao desgaste, baixa perda e baixo impacto ambiental.

(1) No desenvolvimento de aço resistente ao desgaste de alta temperatura com bom desempenho de desgaste por erosão, adicionamos elementos de estabilização de solução sólida da martensita, como Nb, V, Mo e Ti, para aumentar o grau de resistência à deformação e o encruamento por trabalho, bem como a estabilidade do revenimento, alcançando reforço em alta temperatura. Isso garante que a resistência à tração e a dureza Brinell do aço resistente ao desgaste martensítico não diminuam demais com o aumento da temperatura, atendendo aos requisitos de boa resistência ao desgaste sob condições de serviço em alta temperatura. ② Ao adotar um processo de tratamento térmico de têmpera controlada em temperatura e velocidade, promovemos a precipitação de compostos de C e N de elementos de micro-liga finos e dispersos de Nb, Mo, V e outros durante o processo de resfriamento de têmpera. Os Nb(C,N), Mo(C,N), V(C,N) finos e dispersos impedem a migração de contornos de grãos e aumentam a temperatura de crescimento de grãos, alcançando uma chapa de aço temperada com tamanho de grão fino e efeitos duplos de reforço por grão fino e reforço por precipitação. Em última instância, durante o serviço a 100~500 °C, a chapa de aço ainda mantém efeitos duplos de reforço por grão fino e reforço por precipitação, estabilizando a resistência à tração e a dureza Brinell da chapa de aço em altas temperaturas e melhorando a resistência ao desgaste em alta temperatura. A resistência ao desgaste do NM500-tuf é 1,7 vez maior que a do NM500 comum.

(2) Na pesquisa e desenvolvimento da tecnologia central de chapa de aço de baixa perda e alta resistência ao desgaste, durante o processo de aquecimento de têmpera da chapa de aço, a organização deformada original fina e um grande número de precipitados finamente dispersos na chapa de aço resistente ao desgaste com Ti ou V aceleram o processo de difusão uniforme dos compostos de carbono e nitrogênio do Ti ou V, encurtando o tempo de aquecimento e manutenção. Durante o processo de resfriamento de têmpera, a precipitação uniforme dos compostos de carbono e nitrogênio do Ti ou V é instantaneamente congelada, evitando a agregação de carbonetos e de fases de reforço como as micro-ligas, resultando em dureza Brinell uniforme, boa resistência ao desgaste e excelente acoplamento de resistência e tenacidade do aço resistente ao desgaste de grau alto.

Usando esse processo, a microestrutura do aço resistente ao desgaste é martensita de lamelas finas, com a porcentagem de "feixe de lamelas" da martensita variando de 60% a 90% e tamanho médio de 0,6021 a 1,7453 μm, e a porcentagem de "bloco de lamelas" da martensita variando de 10% a 40%. Isso alcança controle flexível da morfologia da martensita em aço resistente ao desgaste de grau alto, com resistência ao desgaste de 1,18 a 1,53 vez maior que a de aço resistente ao desgaste do mesmo nível de dureza.

Aço resistente ao desgaste especial

Introduzimos de forma inovadora nano TiC e austenita residual em aço resistente ao desgaste martensítico de lamelas de alta resistência e tenacidade, desenvolvendo com sucesso uma série de chapas de aço resistente ao desgaste de forma complexa. Pela primeira vez internacionalmente, alcançamos conformação pós-solda de 180° e fadiga sob grande carga sem propagação de trinca na solda, aplicado à fabricação de equipamentos extremos, como compactadores de superfície de rocha dura ultragrandes. Os indicadores de soldagem, conformação e desgaste por fadiga da chapa de aço atingiram nível líder internacional. Uma nova abordagem de pré-precipitação das partículas da segunda fase e controle de seu crescimento, introduzindo partículas ultraduras de nano TiC na matriz de martensita e controlando o processo de tratamento térmico para retê-las e dispersá-las na matriz de martensita, alcançando 5% a 15% da organização de austenita metastável em forma de filme, aumentando assim o desempenho de soldagem e a tenacidade da chapa de aço sem aumentar o teor de carbono e os elementos de liga. Foi lançada a primeira roda de compactador de conformação por rolos de 360 graus de alta resistência de 1100 MPa resistente ao desgaste NM360-YLJ, resolvendo o problema de controle de dispersão uniforme de nano TiC e austenita metastável na matriz de martensita e, pela primeira vez internacionalmente, alcançando dobra de conformação pós-solda de 180° em chapa de aço resistente ao desgaste e fadiga sob grande carga sem propagação de trinca na solda, aplicado à fabricação de equipamentos extremos, como compactadores de superfície de rocha dura ultragrandes. Os indicadores de soldagem, conformação e desgaste por fadiga da chapa de aço atingiram nível líder internacional.

Fomos pioneiros na tecnologia de controle de baixa tensão interna de chapas de aço resistente ao desgaste por "têmpera com temperatura restringida + revenimento em ultra-baixa temperatura de alta precisão com circulação de ar quente", resolvendo o problema internacional de controle de baixa tensão residual e alta uniformidade para chapas largas e grossas de aço resistente ao desgaste de ultra-alta resistência de 1100~2000 MPa, atendendo aos requisitos de soldagem longa, estampagem, estampagem profunda, dobra multissetorial de grande ângulo, conformação por rolos (roll pressing) e conformação circular por rolos. Desenvolvemos com sucesso o primeiro conjunto mundial de têmpera com temperatura restringida de chapas de aço, equipamento de têmpera por rolos de chapas de aço e tecnologia de têmpera de alta planicidade, com espessura de 4 mm e largura de 3000 mm, dessuniformidade de têmpera de chapa inteira ≤3 mm/2 m, e, pela primeira vez internacionalmente, a produção de têmpera em lote foi alcançada. Desenvolvemos com sucesso uma série de mecanismos de deformação de têmpera restringida de chapas de aço resistente ao desgaste e métodos de têmpera de baixa tensão residual, inventamos sistemas centrais como sistema de rolos servo-controlado de alta rigidez multistand, faca de jato d'água em arranjo (array jet water knife), detecção inteligente de forma de chapa e autodesenvolvimento, e desenvolvemos tecnologia de controle de transmissão de grande relação de velocidade e alto torque, tecnologia de controle sincronizado multicilindro hidráulico, tecnologia de têmpera por alongamento diferencial, tecnologia de têmpera assimétrica, tecnologia de controle otimizado de vão de rolos multistand, tecnologia de controle de forma de chapa de cabeça e cauda, etc., conjunto completo de tecnologia de têmpera por rolos de chapas de aço ultrafinas, têmpera de chapas de aço sem defeitos de forma como ressalto de cabeça e cauda, ondas de meio/borda, lançando a fundação de tecnologia de equipamentos para a produção e pesquisa e desenvolvimento de chapas de aço resistente ao desgaste de alta qualidade.

Desenvolvemos com sucesso a tecnologia de revenimento com circulação forçada de convecção de ar quente de alta precisão a 150~750 °C, com uniformidade de ±3 °C durante o revenimento, e uniformidade em baixa temperatura atingindo nível líder internacional. Estudamos o mecanismo de interação de campo de combustão-campo de temperatura-campo de fluxo sob aquecimento por jato pulsado multifonte, analisamos o mecanismo de controle de transferência de calor acoplada convecção-radiação-condução em regime não estacionário e esclarecemos os fatores e leis de influência do campo de temperatura e do campo de fluxo. Com base no controle ordenado de arranjo de escoamento rotacional (swirl array) para melhorar a uniformidade da temperatura do forno, desenvolvemos tecnologia de controle de transferência de calor de alta precisão e alta uniformidade baseada em jato de ar quente de circulação de alta intensidade.

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Baosteel Group e Baohui Steel Limited

A inovação contínua da Baosteel e seus avanços no campo do aço resistente ao desgaste levaram ao desenvolvimento de novos materiais, como NM500 tuf e NM600, com excelente desempenho em dureza, resistência ao desgaste e resistência ao impacto em baixa temperatura. Esses produtos foram reconhecidos por indústrias no país e no exterior, incluindo empresas de renome mundial, como SANY e China Shipbuilding. A Baohui Steel Limited, como distribuidora de aço profundamente envolvida com a Baosteel há mais de vinte anos, tem compreensão abrangente dos produtos da Baosteel e mantém estoque suficiente de longo prazo. Ao mesmo tempo, participa ativamente do desenvolvimento da série de novos produtos de aço resistente ao desgaste da Baosteel, possui rica reserva técnica e pode fornecer aos clientes os mais recentes produtos de aço resistente ao desgaste, além de suporte técnico completo. Se tiver qualquer dúvida relacionada a produtos e tecnologia, fale conosco e teremos especialistas em aço profissionais para responder a você.