DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DE AÇO AO NIÓBIO EM LAMINAÇÃO CONTROLADA ATRAVÉS DE MODELO MATEMÁTICO*

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1 DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DE AÇO AO NIÓBIO EM LAMINAÇÃO CONTROLADA ATRAVÉS DE MODELO MATEMÁTICO* Emanuelle Garcia Reis 1 José Herbert Dolabela a Silveira 2 Resumo O trabalho aresenta a revisão as rorieaes mecânicas e um aço C-Mn com aição e Nb laminao elo rocesso TMCP, utilizano equações matemáticas que correlacionam os arâmetros oeracionais e eformação e as temeraturas e rocesso obtios em uma simulação laboratorial. Foram consieraos os fenômenos metalúrgicos e solubilização, reciitação, recristalização e crescimento e grão. Os resultaos finais revistos ela simulação mostraram-se satisfatórios, ermitino uma boa revisibiliae a resistência mecânica o laminao a quente. Palavras-chave: Laminação controlaa; Moelos matemáticos; Prorieaes mecânicas. DETERMINATION OF MECHANICAL PROPERTIES OF A NIOBIUM STEEL IN CONTROLLED ROLLING THROUGH MATHEMATICAL MODELING Abstract This aer resents the reiction of the mechanical roerties of a C-Mn steel with aition of Nb rolle by TMCP rocess, using mathematical equations that correlate the oerating arameters of strain an the rocess temeratures obtaine in a laboratory simulation. Metallurgical solubilization henomena, reciitation, recrystallization an grain growth were consiere. The final results were satisfactory, allowing a goo reictability of the mechanical strength of the hot rolle. Keywors: Controlle rolling; Mathematical moels; Mechanical roerties. 1 Engenheira civil, M.Sc, facilitaora e melhoria a laminação e chaas grossas, Gerau Ouro Branco, MG, Brasil. 2 Membro a ABM, engenheiro metalurgista, M.Sc, gerente a laminação e chaas grossas, Gerau Ouro Branco, MG, Brasil. 529

2 1 INTRODUÇÃO O rocesso e laminação controlaa tem or objetivo aumentar a resistência mecânica os laminaos, melhorano a tenaciae sem egraação a solabiliae. A figura abaixo reresenta esquematicamente o esquema e eformações e e temeraturas nos asses e as transformações e fases que ocorrem no rocesso e laminação a quente. Aquecimento Austenita Recristalizaa Austenita Deformaa Temeratura Resfriamento Acelerao Ferrita + Perlita 1% Martensita Ferrita + Bainita Têmera Direta Temo Figura 1: Desenho esquemático o rocesso e laminação controlaa [1]. Os rinciais arâmetros e controle no rocesso urante a laminação a quente são: - temeratura e aquecimento, - temeratura e início a fase e acabamento, - temeratura e fim a fase e acabamento, - reução na fase e esboçamento, - reução na fase e acabamento. Os aços utilizaos no rocesso e laminação controlaa tem microligantes em sua comosição química com a intenção e romover o enurecimento a microestrutura em sua lenitue através o controle o refino e grão, a transformação e fases, a reciitação os carbonitretos, a solução sólia e em conjunto com a laminação, o encruamento [2,3]. Para melhor aroveitar toos estes mecanismos e enurecimento, três temeraturas imortantes evem ser consieraas, reviamente, ara efinir as variáveis que evem ser seguias na laminação: - temeratura e solubilização - temeratura e não recristalização: TNR - temeratura a transformação austenita-ferrita: Ar3 53

3 No rocesso e laminação a quente, a fase e acabamento eve semre ser realizaa abaixo a TNR, ara que não ocorra a recristalização os grãos austeníticos, gerano a riving force ara a transformação austenita-ferrita e com isto aumenta-se o arâmetro Sv (ontos ara nucleação a ferrita) [3]. As curvas abaixo reresentam o fenômeno e recristalização clássica em um rocesso one as temeraturas e eformação ocorrem abaixo a TNR, semre com o asse subsequente em uma temeratura mais baixa que no anterior. Aço microligao ao Nb Sequência e Alargamento Baixas reuções < 1% Fase e esera Temeratura e Não Recristalização Temeratura méia Temeratura Suerfície Esquemática Temeratura e Não Recristalização Temo [s] TG [m] Sequência e Refino e Grão Para 1% e recristalização Temo [s] Sequência e Panquecamento Acúmulo a eformação resiual (% recristalização) alta ensiae e iscorâncias refino e grão aós a transformação e fases Temo [s] Figura 2: Ocorrência e recristalização e refino e grãos no rocesso e laminação [4]. Foi feito um teste a quente num laminaor iloto, utilizano conições iferentes e temeratura e esera, temeratura e acabamento e taxas e resfriamento. Foram mantias as eformações e a temeratura e aquecimento. 2 MODELO MATEMÁTICO DO PROCESSO As equações utilizaas nas simulações estão escritas na Tabela 1 [5-7]. As temeraturas e não recristalização e e transformação austenita ferrita são calculaas através as equações 1 e 2. As rinciais eformações que ocorrem urante a laminação são eterminaas elas equações 3, 4, 5 e 6. Os temos ara que ocorra 5% e recristalização estática ou metainâmica são calculaos elas equações 7 e 8 resectivamente. Os tamanhos e grão estáticos ou metainâmicos são aos elas equações 9 e 1 e crescimento os grãos austeníticos é aos ela equação 11. O tamanho e grão ferrítico na ausência e eformação retia é ao ela equação 12 e quano existe eformação retia na austenita é aa ela equação 13. Os valores e limites e escoamento e resistência são calculaos elas equações 14 e 15, e a contribuição a reciitação ao ar é aa ela equação 16 e com resfriamento acelerao ela equação 17. Se a< ocorre o fenômeno a recristalização estática e são utilizaas as equações 7 e 9 ara eterminar o tamanho e grão (RX). Se a > ocorre o fenômeno a recristalização inâmica e são utilizaas as equações 8 e 1 ara eterminar o tamanho e grão (RX). 531

4 Tabela 1: Equações usaas na simulação [5-7] Variável Equação Tnr Tnr C 6445.Nb 644. Nb 732.V 23. V 89.Ti 363.Al 357. Si (1) Ar3 Ar C 8.Mn 2.Cu 15.Cr 55.Ni 8.Mo,35. t 8 (2) ; c c 1 2. Nb.2,8.1 1,78 eff 4.,5, ex (3) R. T Nb 2,8 13.Nb 112. (4) Nb eff (5) Mn Si Nb eff a a i1 i1 (1 X ). i i (6) t,5 RX after ti α LE LR t t SRX,5 MDRX,5 SRX MDRX 4,5 4,42.1,67 7, ex (8) R.T,67 1,1.. ara T>95 C (9), ex (1) R.T 4,5 4, t.ex i R.T 2,5 3,.T 1/ ex 1,5.1. (12) 18 ( 477.[Nb]) 2 5,24 55.[Nb].1...ex.1,45. r 33 R.T LE 62,6 26,1.[Mn] 6,2.[Si] 759.[P] 212,9.[Cu] 3286.[N] 19,7. (14) LR 164,9 634,7.[C] 53,6.[Mn] 99,7.[Si] 651,9.[P] 472,6.[Ni] 3339,4.[N] 11. (15) P P,5,5 (7) (11) (13) P =25 MPa/%Nb (16) PRA Legena: - C, Mn, Si, P, Ni, N, Nb, Ti, Al, Si, Mo, Cu= elementos químicos o laminao [%] - Tnr= Temeratura e não recristalização [ C] - Ar3= Temeratura e transformação austenita ferrita [ C] - T= temeratura no asse [ C] - = eformação e ico - = eformação crítica c = eformação acumulaa - a - = taxa e eformação [s-1] - R= constante os gases [KJ/mol.K] Legena: - ti= temo entre asses [s] - t,5= temo ara 5% e recristalização (SRX= recristalização estática e MDRX= recristalização metainâmica) [s] - RX= tamanho e grão recristalizao (SRX= recristalização estática e MDRX= recristalização metainâmica) [m] - after ti= tamanho e grão em crescimento [m] - = tamanho e grão austenítico no asse [m] - = tamanho final ferrítico na ausência e eformação [m] - α= tamanho e grão ferrítico final [m] - LE= limite e escoamento [MPa] - LR= limite e resistência [MPa] - = contribuição a reciitação [MPa] P 532

5 3 MATERIAIS E MÉTODOS O estuo a simulação foi realizao com um aço com,17% e C, 1,45% e Mn e,22% e Nb. A laminação ocorreu em um laminaor laboratorial com meição igital e temeratura nos asses através e irômetro e contato. O coro e rova tinha uma esessura inicial e 1 mm e foi laminao até uma esessura final e 25 mm. Os coros e rova foram aquecio em forno o tio mufla à 1.16ºC e a temeratura e início e laminação foi 1.1 C. A laminação controlaa ocorreu com 5mm e esessura e esera e a temeratura e esera variou e 96 C a 77 C. A temeratura e acabamento variou e 9 C a 7 C. Os coros e rova que sofreram resfriamento acelerao tiveram uma temeratura e início e resfriamento e 78 C a 68 C, temeratura final e resfriamento e 5 C e taxas e resfriamento e 19 C/s a 26 C/s. 4 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Os resultaos o moelo matemático e resultaos reais o rocesso e laminação controlaa encontraos estão mostraos nas tabelas 2. Tabela 2: Resultaos o moelo microestrutural e microestruturas ara os coros e rova. 533

6 Poe-se erceber na Tabela 2 que a meia que a taxa e resfriamento aumenta as microestruturas tornam-se mais refinaas. O tamanho e grão assa e 7 m ara 6 m. Na fase e esbaste as equações utilizaas mostram que houve recristalização e que na fase e acabamento houve reciitação. Isso emonstra que as equações utilizaas reresentam bem os fenômenos metalúrgicos quano ocorre resfriamento ao ar e no resfriamento acelerao. A tabela 3 e Figura 3 mostram os resultaos as rorieaes mecânicas reais e calculaas elas equações e revisão. Tabela 3: Resultaos as rorieaes mecânicas reais e calculaas elas equações e revisão. Limite e Escoamento [Ma] Diferença Limite e Resistência [Ma] Diferença Amostra Calculao Real [%] Calculao Real [%] A ,7% ,1% B ,4% ,3% ISSN C % % D % % Figura 3: Resultaos os ensaios e tração. A iferença méia encontraa entre os valores e limite e escoamento e limite e resistência está consistente ara uma rimeira aboragem ara a revisibiliae as rorieaes mecânicas. Houve um aumento os limites reais e escoamento e resistência nas amostras C e D que sofreram resfriamento acelerao. Percebe-se que a iferença é maior ara os casos one a taxa e resfriamento é maior. Isto oeria ser exlicao elo efeito a reciitação e também ela formação e uma microestrutura martensítica e acicular, one as equações e revisão utilizaas não tem recisão aequaa. 4 CONCLUSÃO O moelo esenvolvio neste trabalho fornece uma revisão aequaa os valores e limite e escoamento e limite e resistência ara laminação controlaa com resfriamento ao ar. Para o rocesso e laminação controlaa com resfriamento 534

7 acelerao o moelo necessita e um ajuste na contribuição a reciitação e a transformação e fases. Além isso, o moelo, aina que muito simlificao, fornece uma orientação quanto aos mecanismos e amaciamento envolvios ao longo o rocesso termomecânico. Entretanto, quano ocorre a reciitação e a resença e microestruturas aciculares, aatações recisam ser feitas nas equações. Agraecimentos Agraecemos ao Antônio Augusto Gorni elos valiosos ensinamentos aquirios urante o curso sobre laminação controlaa e moelos matemáticos ministrao com o aoio a ABM. REFERÊNCIA ISSN S. Vervynckt, K. Verbeken, B. Loez an J. J. Jonas, Moern HSLA steels an role of non-recrystallisation temerature, International Materials Reviews 212, vol. 57, nº 4 2 Anthony J. DeAro; Future Challenges an Oortunities for Steel an Steel Research, Steel Forum 29 3 Gorni A.A., Moelos Matemáticos ara a Laminação e Proutos Planos, Curso ABM, Treinamento SVAI, Englan, REIS E.G., Dissertação e Mestrao, Moelo Matemático ara Previsão as Prorieaes Mecânicas na Laminação e Perfis Estruturais, UFMG Pietrzyk, Cser e Lenar, Mathematical An Physical Simulation Of The Proerties Of Hot Rolle Proucts, Elsevier Science, Hoson, P. D. & GIBBS, R. K., A Mathematical Moel to Preict Proerties of Hot Rolle C-Mn an Microalloye Steels. ISIJ International, 32:12, December 1992,