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Cadernos UniFOAEdição Especial do Curso de Mestrado Profissional em Materiais - junho/
Desenvolvimento de microestrutura ferrítica-martensítica em aço baixo
carbono durante a laminação a quente em escala piloto
Development of ferritic-martensitic microstructure on low carbon steel during
hot rolling in pilot scale
Regis Antônio Albertassi Tavares^1 Luiz Heleno Pereira Gaio^1 Affonso Henrique Ferreira Lobo de Almeida^1 Andersan dos Santos Paula 2 Priscila Rodrigues^3 Maria Ismenia Sodero Toledo Faria^4 Geovani Rodrigues^5
1 – Graduando do Curso de Engenharia de Produção - UniFOA 2- Docente da Universidade Federal Fluminense – UFF-EEIMVR 3- Universidade Nacional de Rosário - Argentina 4- Docente MEMAT/UniFOA 5- Docente da Universidade Federal de Itajubá - UniFEI
Palavras-chave :
Aços ferríticos martensíticos
Aço baixo carbono
Laminação a quente
Resumo: Neste trabalho foi estudado os aços baixo carbono contendo Mn elaborados na escala industrial. O objetivo do trabalho é determinar o procedimento para a laminação a quente em escala piloto, a temperatura de aquecimento durante resfriamento controlado no campo intercrítico, durante o tratamento térmico (temperatura de 1000ºC por 360s e taxa de resfriamento de 1ºC/s) foram executados no dilatômetro (Adhamel, DT1000). O aço foi laminado a quente em escala piloto no campo austenítico com oito passes de redução de espessura e resfriado em ar até a temperatura intercrítica (Ac3 and Ac1), com subsequente resfriamento em água até a temperatura ambiente, a fim de obter microestrutura ferrítica-martensítica. A evolução microestrutural após o processamento foi analisada via microscopia (microscopia óptica e eletrô- nica) e ensaio de dureza. A modificação microestrutural nos grãos austení- ticos após o oitavo passe de redução na laminação a quente, permite discutir sobre fenômenos permitiu discutir o fenômeno da recristalização dinâmica e estática ou não recristalização, associada com a composição química, du- rante o processamento termomecânico aplicado no estudo realizado.
Key words:
Ferritic-Martensitic
Low Carbon Steel
Hot Rolled
Abstract: A low carbon steel alloy, containing Mn, elaborated in industrial scale, was studied in this work. In order to define the procedure for hot rolling at pilot scale, related to the reheating temperature and the minimum finish temperature in austenite field, one thermal treatments (soaking temperature at 1000ºC for 360s and heating/cooling rate of 1ºC/s) was executed in a quenching dilatometer (Adhamel, DT1000). This steel was hot-rolled on pilot scale on austenitic field with eight thickness reduction steps and cooling in air up to inter-critical field (Ac3 and Ac1) with subsequent water cooling up to room temperature, in order to obtain ferritic-martensitic microstructure� the microstructural evolution after the processing was assessed by microscopy (optical and scanning electronic) and hardness testing� the morphological microstructural changes in the austenitic grains after 8th hot rolling step allow to discuss possible active
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1. Introdução
Os aços C-Mn tem grande aplicação para estruturas no aço automotivo, e são muito importantes como materiais estruturais de bai- xo custo. Estes materiais permanecem como objeto de intenso estudo e desenvolvimento [1] Na prática a deformação a quente, alcan- çando as propriedades mecânicas desejadas do produto é de primordial importância para a engenharia [2]. As transformações de fase du- rante o processamento de aços permitem uma variação grande de microestruturas, e as dife- rentes possibilidades sobre microconstituintes e propriedades mecânicas podem ser transfor- mados em novos produtos [3]. Um dos recursos disponíveis para se maximizar simultaneamente a ductilidade e resistência mecânica dos aços consiste no uso de microestruturas mais complexas do que ferríticas ou ferrítica-perlíticas normalmente presentes nas ligas comuns de baixo C. A ob- tenção desta microestrutura nestes aços advém do resfriamento controlado a partir da região intercrítica, conferindo elevada resistência mecânica, boa tenacidade a estes aços. Os cha- mados aços bifásicos podem apresentar, além das fases ferrítica e martensítica, frações volu- métricas de bainita e austenita retida. [4,-7]. Para entendermos os aços bifásicos é im- portante um perfeito entendimento dos meca- nismos de transformação de fase atuantes nas temperaturas intercrítica e isotérmicas, a fim de estabelecer uma correlação entre o processa-
mento térmico realizado, a microestrutura for- mada (frações volumétricas das fases presentes) e as propriedades mecânicas finais do material (resistência à tração, limite de escoamento e alongamento) [7-10]. Desta forma, o presen- te trabalho busca verificar o efeito da taxa de resfriamento sob condições controladas com o intuito de obter-se ferrita e martensita na micro- estrutura, sem a presença de perlita. A amos- tra foi laminada a quente em escala piloto no campo austenítico com oito passes de redução de espessura e resfriado em ar até a temperatura intercrítica (Ac3 and Ac1), com subsequente res- friamento em água até a temperatura ambiente, a fim de obter microestrutura ferrítica-martensí- tica. A evolução microestrutural após o proces- samento foi analisada via microscopia (micros- copia óptica e eletrônica) e ensaio de dureza.
2. Materiais e Métodos
2.1. Materiais
O material utilizado para o desenvolvi- mento do trabalho foi cedido pela Companhia Siderúrgica Nacional (CSN).. As Amostras de teses foram originados a partir de chapa de desbaste moído retirado do processo de la- minação a quente, pouco antes de terminar a etapa de laminação, e neste trabalho são de- nominados “como recebido” (AR). A Tabela 1 mostra a composição química do aço baixo carbono contendo Mn.
phenomena (recovery and/or recrystallization dynamically and statically, or non-recrystallization) associated with the chemical composition, during thermomechanical processing applied for the studied steel� Based on the literature, it’s expected that Mn developed an austenitic deformed grain that affect the ferritic and martensitic grains nucleation after transformation on controlled cooling at inter-critical field.
Tabela 1. Composição química do aço baixo carbono contendo manganês em estudo.
C Mn P S Si Nb Ti Al N
0,132 0,786 0,016 0,008 0,0010 <0,0001 0,001 0,034 0, Fonte: CSN Centro de pesquisa.
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Tabela 3 - Análise via dilatometria o material na condição como recebida, taxa de aquecimen- to/resfriamento de 1ºC/s. [13] Temperaturas de transformação de fase (oC) Aquecimento Resfriamento A 1 A 3 A (^) r3 A (^) r 732,5 868,5 784,0 661, Fonte: Centro de Pesquisa da CSN
Tabela 4 – Taxas de Resfriamento Taxas de Resfriamento (°C/s) Resfriamento ao Ar Condição 1 Condição 2 Condição 3 2,63 326,25 249,16 298, Fonte: Centro de Pesquisa da CSN
Figura 9 - Etapa de resfriamento após a laminação a quente: (a) Curva do resfriamento ao ar até à temperatura ambiente, e (b) Curvas do resfriamento controlado no campo intercrítico (Condições 1, 2 e 3 - Tabela 2)
As temperaturas Ar3 e Ar1 que corres- pondem, respectivamente, às temperaturas de início de transformação da austenita em fer- rita pró-eutetóide e a temperatura de fim de transformação desta transformação, na qual se tem finalmente a transformação eutetóide, sob influencia do processamento termomecânico no campo austenítica, apresentam valores de 718°C e 706°C (Figura 9a), respectivamente, as quais apresentam diferenças significativas daquelas avaliadas pelo ensaio de dilatome- tria, apresentadas na Tabela 3. Esta diferença deve estar associada a evolução microestrutu- ral na austenita devido a componente mecâ- nica durante a laminação a quente em escala piloto, componente esta não se fez presente no ensaio de dilatometria. A figura 9b apresenta a evolução do res- friamento em relação ao tempo para as amos- tras que foram laminadas a quente em escala piloto e posteriormente submetidas a resfria- mento controlado para obtenção da microes- trutura ferrítica-martensítica. A mudança do comportamento linear indica as temperatu- ras de fim do resfriamento ao ar e início do resfriamento em água, onde se pretendia ini-
cialmente submeter o material a uma taxa de resfriamento lenta para promover a formação da ferrita pró-eutetóide e enriquecimento da austenita em elementos de liga que se encon- tram acima do limite de solubilidade na ferrita formada. E posteriormente submeter o mate- rial a uma taxa de resfriamento mais acelerada para tentar-se inibir qualquer transformação difusional ou mista na austenita remanescen- te, transformando-a assim em martensita. De modo a atingir-se este objetivo três amostras distintas foram submetidas a este procedi- mento de resfriamento controlado com tempe- ratura, T1, de troca de meio resfriamento no campo intercrítico definido pelas condições 1, 2 e 3 (descritas na Tabela 2). As temperaturas T1 obtidas para as três condições foram mo- nitoradas, verificando-se os seguintes valores: 753°C para a condição 1, 722°C para a condi- ção 2 e 691ºC para a condição 3. Revelando assim uma grande dificuldade de controle deste parâmetro durante os testes em escala piloto, para que os mesmo se situam-se entre os valores de Ar3 e Ar1 verificados durante a monitoração do resfriamento ao ar até a tem- peratura ambiente (Figura 9a).
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A Figura 10b mostra a evolução da ten- são aplicada e conseqüente resistência a de- formação a quente durante as oito etapas de redução na espessura na laminação a quente e a evolução microestrutural do mesmo, tendo como base a microestrutura na condição como recebida (Figura 10a) associada ao (i) conge- lamento de alguns aspectos microestruturais de alta temperatura após o oitavo passe de re- dução (resfriamento em água – Figura 10c,d); e (ii) produtos de transformação de fase após o resfriamento final ao ar (Figura 10e,f) Na figura 10c podemos verificar a evi- dencia de recristalização estática nas etapas finais de redução da laminação piloto, pela
presença de grão ferríticos (grãos claros na Figura 10c, e indicado pela letra F na figura 10d) ao redor das bandas de deformação as- sociada grão martensíticos alongados (grãos escuros na figura 10c, indicado pela letra M na Figura 10d). Devido a esta evidência na evolução microestrutural da austenita, possi- velmente o processamento termomecânico a qual o material foi submetido não foi eficiente para o refinamento da microestrutura final dos produtos de transformação obtidos por resfria- mento ao ar até a temperatura ambiente após o oitavo passe de redução na espessura (Figura 10e - grão claros ferrita e grão escuros perlita, indicados pelas letras F e P na figura 10f).
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f) Figura 10 - Evolução Estrutural do aço em estudo: (a) Microestrutura na condição como recebida, aumento 200X; (b) Applied stress versus Hot Rolling Steps for the Low Carbon Steel with Mn Addition. (c,d) em água e (e,f) ao ar, MO 400X e MEV 3000X e 5000X; � M – Martensita, F – Ferrita e P – Perlita.
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4. Conclusão
Com base no estudo proposto, nos resul- tados e discussões apresentadas neste projeto, pode-se concluir que:
- A alteração na linha de produção, refe- rente a etapa de resfriamento, pode-se produzir a partir de um aço de composi- ção simples (baixo carbono com adição de manganês), que possui uma aplicação restrita (aço ferrítico-perlítico) em um aço dual-phase (ferrítica-martensítica), que possui um valor agregado maior, tem uma aplicação mais ampla e mais valori- zada pela indústria em geral;
- Foi possível obter martensita com o res- friamento controlado imposto, porém verifica-se a presença de perlita além da ferrita na microestrutura;
- As taxas impostas nos testes dificilmen- te poderão ser aplicadas em equipamen- tos industriais para materiais laminados a quente e bobinados, sendo assim mais adequadas para chapas não bobinadas.
5. Agradecimentos
Os autores agradecem ao Centro Universitário de Volta Redonda – UNIFOA.
6. Referências Bibliográficas
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