Figura 2- Montagem experimental utilizada nos ensaios dilatométricos. Fonte: Autor.

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1 Título do Projeto: Estudo da Recristalização da Ferrita após Laminação de Acabamento à Morno em Aço Ultrabaixo Carbono Microligado ao Ti Linha de Pesquisa: Metalurgia Física Processamento Termomecânico e Químico de Metais Justificativa/motivação para realização do projeto: Ampliar o conhecimento técnico referente ao processo de laminação em fase ferrítica e do mecanismo de recristalização da ferrita após laminação de acabamento, em um aço ultrabaixo carbono. Fornecer subsídios para o desenvolvimento da prática de laminação em fase ferrítica na linha de tiras a quente da empresa, com potencial de redução de consumo de combustíveis nos fornos de reaquecimento, redução de retrabalhos e recusas internas por problemas dimensionais e de forma. Objetivo: Estudar a influência da temperatura e do tempo entre passes sobre o fenômeno de recristalização da ferrita logo após deformação de acabamento, bem como seu efeito na microestrutura e propriedades mecânicas do produto final. Estratégia experimental planejada para se alcançar os objetivos: O processo de laminação será simulado em escala de laboratório, usando o Dilatômetro Bähr DIL805 do Centro de Pesquisa e Desenvolvimento da Empresa. Os ensaios serão realizados em um aço ultrabaixo carbono microligado ao titânio, sendo as amostras provenientes de bobinas na condição de laminada a quente. As amostras já se encontram disponíveis para as análises. A parte experimental será dividida nas seguintes etapas: 1. Levantamento de dados do processo industrial para definição dos parâmetros a serem aplicados durante os ensaios. 2. Simulações no dilatômetro para obtenção das curvas de dilatação em função da temperatura e definição das temperaturas críticas de transformação de fases. 3. Uma vez mapeado a faixa de temperaturas com predominância de fase ferrítica no material, serão realizados ensaios de dupla compressão no dilatômetro, em diferentes temperaturas de acabamento e diferentes tempos entre passes na região mapeada, para estudo do fenômeno de recristalização nestas condições. 4. Os corpos de prova após as simulações serão submetidos a análises metalográficas (micrografia e MEV) e ensaio de dureza para avaliação do fenômeno de recristalização da ferrita nas temperaturas e condições ensaiadas. Principais referências consultadas: 1) BARNETT M.R., JONAS J.J. Distinctive Aspects of the Physical Metallurgy of Warm Rolling, ISIJ Int., 1999, 39, p ) DONG H. et al. Investigation on Static Softening Behaviors of a Low Carbon Steel Under Ferritic Rolling Condition, JMEPEG, 2010, 19, p ) CHUN Y.B., HWANG S.K. Static Recrystallization of Warm-Rolled Pure Ti Influenced by Microstructural Inhomogeneity, Acta Materialia, 2008, 56, p ) OKUDA K., SETO K. Recrystallization Behavior of IF Steel Sheets Immediately after Hot-rolling in Ferrite Region. ISIJ International, 2013, 53, No. 1, p ) PAULO C.S. Análise dos Parâmetros de Laminação e das Propriedades de Aços IF Laminados em Fase Ferrítica no Laminador de Tiras a Quente da Usiminas. Belo Horizonte: Escola de Engenharia da UFMG, pp. (Mestrado). 1

2 1. Introdução Atualmente um dos principais produtos de aços planos é o aço livre de intersticiais, mais comumente denominado como aço IF ( Interstitial Free ). Aços livres de intersticiais foram desenvolvidos como alternativa para melhoria da conformabilidade de produtos planos, com aplicação principalmente na indústria automobilística. Estes aços são geralmente possuidores de elevada ductilidade (alto alongamento sob tração) e baixo limite de escoamento. Com os avanços no refino secundário do aço nas ultimas décadas, foi possível alcançar teores ultrabaixos de carbono e nitrogênio (<30 ppm) antes da adição dos elementos estabilizadores destes intersticiais, Ti e/ou Nb. Uma importante etapa na fabricação destes aços é a laminação de tiras a quente, responsável por prover aos produtos a dimensão, a forma em geral, o aspecto superficial e as propriedades mecânicas finais ou intermediárias, se laminado a frio. Entretanto, os controles do processo no laminador acabador não são eficazes quando há mudanças repentinas nas características mecânicas do material durante o processo, principalmente nas últimas cadeiras do laminador de acabamento. Um dos exemplos deste tipo de fenômeno ocorre quando o material apresenta transformação de fases (austenita ferrita) dentro do laminador (comum em aços ultrabaixo carbono). Os aços IF comuns geralmente possuem elevada temperatura Ar 3 e Ar 1 (temperaturas de início e fim de transformação austenita-ferrita durante o resfriamento). Nestes aços geralmente visa-se uma temperatura de processo no laminador de acabamento imediatamente acima a Ar3, possibilitando assim uma laminação na fase austenítica. Entretanto, em alguns casos o material se processa na região intercrítica, gerando instabilidades dimensionais e de forma. No laminador contínuo trem acabador, o controle de forma geralmente é feito de maneira automática utilizando o feedback de medição de planicidade na saída da última cadeira do trem contínuo. A Figura 1a demonstra um exemplo de variação na planicidade de uma bobina produzida pela empresa, onde ocorreu transformação de fases austenita-ferrita durante a laminação, gerando instabilidade no controle de forma e um alongamento heterogêneo ao longo da bobina. Observa-se uma variação de temperatura de processo (Fig.1b) nas regiões onde ocorreram as ondulações na planicidade. As regiões com vales de temperatura apresentam picos de planicidade. (a) (b) Figura 1. Exemplo de dificuldade de controle de planicidade quando o aço sofre transformação de fases austenita-ferrita dentro do laminador de acabamento. Observam-se picos de ondulação central em regiões onde houve vales de temperatura O termo laminação a quente geralmente descreve processos realizados acima da Ar 3. Uma prática que teve início nas últimas décadas foi de diminuir a temperatura de entrada no laminador acabador e consequentemente realizar a laminação a quente com a austenita 2

3 completamente transformada, ou seja, abaixo da Ar 1. Daí o nome laminação ferrítica ou laminação em fase ferrítica ou laminação a morno. Os aços IF são particularmente adequados para tal propósito, devido seus teores ultrabaixos de carbono e nitrogênio, e devido à alta temperatura Ar 1 destes aços. A laminação em fase ferrítica já foi desenvolvida e colocada em operação em várias plantas de laminação de aços planos, demonstrando benefícios operacionais e no produto final. As menores temperaturas de laminação permitem redução da temperatura de reaquecimento das placas, proporcionando redução do consumo de combustíveis além da queda na geração de carepa no forno de reaquecimento. Além disso, a intensidade do desgaste de cilindros é menor, resultando em campanhas mais prolongadas. Pode-se também obter maiores tamanhos de grãos, resultando em cargas mais baixas na laminação de tiras a frio. Finalmente, a laminação ferrítica pode maximizar a textura cristalográfica favorável à estampabilidade do material, em certos casos pode-se até suprimir a laminação a frio do material. Para o desenvolvimento da prática deste tratamento termomecânico, é extremamente importante entender os fenômenos metalúrgicos envolvidos e mapear quais são as temperaturas de processos adequadas para se obter a microestrutura e propriedades visadas, atendendo plenamente a aplicação do produto final. Testes já foram realizados na empresa em laminação de aço IF em fase ferrítica, porém a microestrutura encruada obtida gerou propriedades mecânicas mais elevadas quando comparadas com as propriedades de materiais provenientes da laminação convencional. Os parâmetros de processo adequados para a prática de laminação ferrítica não são ainda totalmente conhecidos pela empresa. Visando identificar quais parâmetros gerariam uma microestrutura mais recristalizada possível em material IF microligado ao Ti após laminado em fase ferrítica, propõe-se um mapeamento das temperaturas de transformação de fases austenita-ferrita neste aço e um estudo da recristalização da ferrita através de ensaios de dupla compressão usando um Dilatômetro Bähr DIL Materiais e Métodos O aço livre de intersticiais utilizado neste estudo possui seguinte composição química: 0,001%C; 0,061%Ti; 0,017%Si; 0,096%Mn; 0,042%Al; 0,008%S; 0,011%P; 0,002%N (% em peso). A amostra é proveniente de uma bobina produzida na laminação a quente. Os corpos-de-prova serão usinados a partir da amostra da bobina, com dimensões de 5 mm de diâmetro e 10mm de altura. Um esquema da montagem experimental dos ensaios realizados no Dilatômetro DIL805 é mostrado na Figura 2. Com esse equipamento é possível aplicar perfis de aquecimento e resfriamento controlados de forma precisa através de um termopar de Pt-Pt/Rh fixado na metade do comprimento do cp. Figura 2- Montagem experimental utilizada nos ensaios dilatométricos. Fonte: Autor. 3

4 O processo de laminação será simulado em escala de laboratório, usando o Dilatômetro Bähr DIL805 do Centro de Tecnologia da Empresa, sendo a parte experimental do projeto dividida nas seguintes etapas: I. Levantamento de dados do processo industrial para definição dos parâmetros a serem aplicados durante os ensaios. Nesta etapa serão definidos taxas de deformação, taxas de resfriamento e temperaturas de ensaio. II. Simulações no dilatômetro para obtenção das curvas de dilatação em função da temperatura. Os pontos de inflexão nestas curvas determinarão as temperaturas de inicio (Ar 3 ) e fim (Ar 1 ) de transformação de austenita para ferrita durante o resfriamento, conforme Figura 3 abaixo. III. Figura 3. Exemplo da metodologia de identificação das temperaturas críticas de transformação de fases durante o resfriamento Ar 3 e Ar 1. Fonte: Autor. Uma vez mapeado a faixa de temperaturas com predominância de fase ferrítica no material, serão realizados n ensaios de dupla compressão no dilatômetro, variandose as temperaturas de ensaio na região abaixo da Ar 1, e os tempos entre passes, conforme Figura 4 abaixo, para estudo do fenômeno de recristalização nestas condições. Figura 4. Planejamento do processamento termomecânico para o ensaio de dupla compressão no dilatômetro. Fonte: Autor. 4

5 IV. Os corpos de prova após as simulações serão submetidos a análises microestruturais por meio de microscopia óptica e por microscopia eletrônica de varredura (MEV), e ensaios de dureza para avaliação do mecanismo de recristalização da ferrita nas temperaturas e condições ensaiadas. 3. Infraestrutura e Recursos Necessários A pesquisa será executada utilizando o material de bobinas na condição de laminadas a quente, produzidas pela empresa. As amostras foram retiradas na tesoura do Hot Skin Pass (HSP) no setor de Acabamento da Laminação a Quente da Empresa. Os corpos-de-prova serão usinados na infraestrutura do Centro de Pesquisas e Desenvolvimento da Empresa. Os ensaios com as amostras serão conduzidos com os recursos e equipamentos disponíveis nos laboratórios do Centro de Pesquisa e Desenvolvimento da Empresa, sendo eles: Microscópio Zeiss AXIO Imager M2M. (ótico). Microscópio Zeiss EVO 50. (MEV). Durômetro Micro-Vickers FM ARS9000. Dilatômetro Bähr DIL805. É importante ressaltar que toda a infraestrutura e recursos necessários já foram negociados com a alta direção da empresa e que as experiências já se iniciaram. 4. Cronograma de Execução Atividades Revisão Bibliográfica Elaboração e defesa da proposta Retirada da amostra Usinagem de corpos de prova Ensaios de Dilatometria Análises Microestruturais e de Dureza Elaboração da dissertação Produção acadêmica e participação em eventos Defesa da dissertação Bimestre º 6º

6 5. Referências 1) BARNETT M.R., JONAS J.J. Distinctive Aspects of the Physical Metallurgy of Warm Rolling, ISIJ Int., 1999, 39, p ) DONG H., et al. Investigation on Static Softening Behaviors of a Low Carbon Steel Under Ferritic Rolling Condition, JMEPEG, 2010, 19, p ) CHUN Y.B., HWANG S.K. Static recrystallization of warm-rolled pure Ti influenced by microstructural inhomogeneity, Acta Materialia, 2008, 56, p ) OKUDA K., SETO K. Recrystallization Behavior of IF Steel Sheets Immediately after Hot-rolling in Ferrite Region. ISIJ International, 2013, 53, No. 1, p ) PAULO C.S. Análise dos parâmetros de laminação e das propriedades de aços IF laminados em fase ferrítica no laminador de tiras a quente da Usiminas. Belo Horizonte: Escola de Engenharia da UFMG, pp. (Mestrado). 6) SANCHEZ-ARAIZA M. et al. Texture Evolution During the Recrystallization of a Warm- Rolled Low-Carbon Steel, Acta Materialia, 2006, 54, p ) PERELOMA E.V., TIMOKHINA I.B., JONAS J.J., MILLER M.K. Microstructural Characterization of Warm Rolled Cr-Containing Low Carbon Steel, Scripta Materialia, 2007, 56, p ) HUMPHREYS A.O et al. Warm Rolling Behaviour of Low Carbon Steels, Materials Science and Technology, 2003, 19, p ) THYSSENKRUPP STEEL USA, LLC, Calvert, AL (US), Chris John Paul Samuel. Process For Manufacturing Ferritic Hot Rolled Steel Strip. C.I C21D8/02. USPC 148/ nov maio Patent Application Publication, n. US 2014/ A1, 22 may ) ATAKE M. et al. Warm Deformation And Annealing Behaviour of Iron Silicon (Carbon) Steel Sheets, Acta Materialia, 2015, 96, p ) WANG Z. et al. Effect of Coiling Temperature on the Evolution of Texture in Ferritic Rolled Ti-IF Steel, J. Mater. Sci. Technol., 2007, 23, No.3, p ) OREND J. et al. A New Unified Approach for Modeling Recrystallization During Hot Rolling of Steel, Materials Science & Engineering, 2015, A647, p ) VILELA J.J., CARNEIRO J.R.G., BARBOSA R. Modelagem de Curvas de Fluxo para Aço Livre-De-Intersticial e Muito Baixo Carbono na Região Ferrítica. In: SEMINÁRIO DE LAMINAÇÃO, 42, 2005, Santos (SP), Brasil. 14) AZDIAR A. et al. Evolution of Recrystallization Texture in a 0.78 wt.% Cr Extra-Low- Carbon Steel after Warm And Cold Rolling, Acta Materialia, 2011, 59, p ) QUADIR M.Z., DUGGAN B.J. A Microstructural Study of the Origins of γ Recrystallization Textures in 75% Warm Rolled IF Steel, Acta Materialia, 2006, p ) GORNI A.A., SILVA M.R,S., SILVEIRA J.,H.,D. Laminação Ferrítica de Tiras a Quente. In: SEMINÁRIO DE LAMINAÇÃO, 41, 2004, Joinville (SC), Brasil. 17) BARBOSA J.V., DADOMI E.F., DIAS P.B. Melhoria de Qualidade do Aço Elétrico Ligado ao Silício Através da Laminação em Fase Ferrítica na Linha de Tiras a Quente. In: SEMINÁRIO DE LAMINAÇÃO ABM WEEK, 52, 2015, Rio De Janeiro, RJ, Brasil. 18) KUBOTA M., et al. Analysis of Recrystallization Behavior of Hot-Deformed Austenite Reconstructed From Electron Backscattering Diffraction Orientation maps of lath martensite, Scripta Materialia, 2015,112, p