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)

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.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