Corporate social responsibility 2017
HUMAN RESOURCES AND WORKING ENVIRONMENT
Com o aumento da participação do lingotamento contínuo na produção de aços, inclusive microligados, houve a necessidade de se conhecer melhor a influência de elementos de liga e residuais, tais como o carbono, manganês, silício, nióbio, titânio, vanádio, fósforo, enxofre e nitrogênio, na ductilidade a quente.
Os primeiros trabalhos sobre a influência da composição química na ductilidade a quente analisaram basicamente o efeito da relação Mn/S e do teor de carbono. A Figura 3.30 indica claramente que uma maior relação Mn/S no aço melhora consideravelmente a sua ductilidade a quente.
Figura 3.30 - Influência da relação Mn/S na ductilidade a quente de aços, segundo Maehara et al.[38].
a presença de filmes líquidos nos contornos de grão. Segundo o autor, uma razão de Mn/S de 1,7 é necessária para prevenir a formação de FeS. Contudo, devido à acentuada tendência de o enxofre segregar, valores mais altos de Mn/S são requeridos na prática industrial.
O efeito prejudicial dos sulfetos nos contornos de grão aumenta quando a distribuição de tamanho dos precipitados é menor. Um menor espaçamento entre as partículas favorece a união e a propagação das trincas[9].
Para temperaturas entre 600°C e 1000ºC, a influência do carbono foi analisada em alguns estudos. Ouchi e Matsumoto[39] mostraram que a variação do teor de carbono de 0,08% a 0,20% teve pouca influência na ductilidade a quente de um aço com 0,03% de Nb (Figura 3.31).
Figura 3.31 - Efeito do carbono (a) e do fósforo (b) na ductilidade a quente de um aço com 0,03% de Nb, segundo Ouchi e Matsumoto[39].
Medidas da ductilidade a quente em aços com diferentes teores de carbono mostram que aços com teor de carbono a partir de 0,12% apresentam mudanças abruptas na ZDT[40]. Acima de 0,12% de carbono a diferença entre a temperatura liquidus e a temperatura solidus se torna
mais acentuada, conforme apresentado na Figura 3.32, aumentando a região da coexistência das fases sólida e líquida. Tal fato resulta na perda de ductilidade associada à zona de alta temperatura, elevando a probabilidade da ocorrência de trincas associadas a essa zona[41].
Figura 3.32 - Diagrama de fases Fe-C adaptado, apresentando o distanciamento das linhas
liquidus e solidus em teores de carbono superiores a 0,12%[41].
Faixas de carbono entre 0,10% e 0,15% apresentam maior susceptibilidade à ocorrência de trincas transversais[41], promovendo, assim, o crescimento dos grãos austeníticos que surgem a partir da reação peritética[42].
A Figura 3.33 apresenta a ocorrência de trincas superficiais e o tamanho de grão de acordo com o teor de carbono do aço.
Figura 3.33 - Influência do teor de carbono na ocorrência de trinca superficial (a) e no tamanho de grão (b)[42].
A contração sofrida durante a reação peritética apresenta-se como fator preponderante para a ocorrência de trincas superficiais em aços produzidos via lingotamento contínuo, visto que, durante o processo de contração, a pele sólida do aço se afasta das paredes do molde de cobre refrigerado, criando, dessa forma, gradientes térmicos[30], que, por sua vez, resultarão em tensões térmicas, conforme explanado anteriormente.
Quanto ao efeito do silício e do manganês na ductilidade dos aços, existem poucos resultados publicados na literatura. Lankford[32], em um estudo estatístico, observou que o silício influenciou muito pouco e só uma variação muito grande do teor de manganês chega a afetar a ductilidade. Ouchi e Matsumoto[39] afirmam que a variação no teor de manganês de 0,65% a 1,50% ou a de silício de 0,04% a 1,5% tem pouca influência na ductilidade a quente para temperaturas acima de 800ºC, embora o aumento dos teores desses elementos possa diminuir um pouco a ductilidade dos aços abaixo de 750ºC.
Mintz e Arrowsmith[43] reportam que o aumento do teor de fósforo implica em uma melhoria pequena na ductilidade a quente em aços ao Nb, conforme pode ser visto na Figura 3.34.
Figura 3.34 - Influência do teor de fósforo sobre a ductilidade de aços ao Nb, segundo Mintz e Arrowsmith[43].
O aumento do teor de fósforo reduz significativamente a ductilidade a quente dos aços em temperaturas em torno de 1000ºC. Valores superiores a 0,03% fazem com que a ductilidade seja extremamente baixa desde a temperatura de fusão até aproximadamente 900ºC[54]. A Figura 3.35 apresenta o efeito dos teores de carbono e fósforo na ductilidade.
Na Figura 3.36 observa-se que teores de fósforo na faixa de 0,004% a 0,017% possuem pouca influência na fragilização do aço na região de alta temperatura (zona I), entretanto, acima de 0,039%, apresentam forte redução da ductilidade a quente e resistência do aço nessa região. Tal fragilização está associada à segregação de fósforo ao longo das interfaces dendríticas durante a solidificação[44].
Todos os pesquisadores concordam que a adição de Nb torna o aço mais frágil, entre as temperaturas de 600°C a 1000ºC[14,9,45]. Além disso, a presença desse elemento provoca um alargamento e também um aprofundamento do poço de ductilidade existente nessa faixa de temperatura, conforme pode ser observado na Figura 3.36.
Figura 3.36 - Influência do Nb sobre a ductilidade de aços microligados de alta resistência, segundo Bernard[45].
Mintz e Abushosha[46,47] avaliaram a influência do vanádio e do nitrogênio na ductilidade a quente de aços peritéticos. Os referidos autores também compararam os resultados obtidos para os aços ao vanádio com os levantados para o aço ao nióbio (Figura 3.37). Observa-se, a partir das Figuras 3.37 e 3.38, que os aços ao vanádio apresentaram melhores resultados de ductilidade a quente do que o aço ao nióbio e, aumentando os teores de vanádio e de nitrogênio no aço, o poço de ductilidade torna-se mais largo e fundo, o que pode ser explicado devido ao aumento da precipitação de VN.
Figura 3.37 - Influência do vanádio, nióbio e nitrogênio na ductilidade a quente de aços peritéticos, segundo Mintz e Abushosha[46].
Figura 3.38 - Influência do vanádio, nióbio e nitrogênio na ductilidade a quente de aços peritéticos, segundo Mintz e Abushosha[47].
Temperatura % R A Temperatura % R A Temperatura % R A Temperatura % R A
A queda de ductilidade a quente, na faixa de temperatura entre 700ºC e 950ºC, é proporcional ao teor de V do aço. Entretanto, quando limitado a teores menores que 0,007%, o impacto na ductilidade a quente é pequeno, sendo, em algumas vezes, irrelevante[48].
A adição de V em aços ligados ao boro com teores de nitrogênio da ordem de 0,005% melhora a ductilidade a quente na faixa de temperatura entre 800ºC e 900ºC[49].
Em teste de laboratório em que se utilizam amostras refundidas, o titânio aparece como elemento microligante mais efetivo na redução de área, uma vez que o nitreto de titânio (TiN) precipita a altas temperaturas e tende a ser grosseiro e aleatoriamente distribuído (Figura 3.39). Parte do benefício da adição de titânio origina-se do refinamento do tamanho de grão e parte, de sua habilidade para combinar preferencialmente com o nitrogênio e prevenir a formação de AlN e de carbonitretos de nióbio[9].
Figura 3.39 - Influência de pequenas adições de Ti (0,02% – 0,03%) na ductilidade a quente do aço C-Mn-Al[9].
De acordo com Mintz e Abushosha[47], a influência do titânio na ductilidade a quente dos aços é interessante. Segundo os autores, a adição desse elemento melhora a ductilidade dos aços microligados com C-Mn-V-Al para temperaturas entre 700°C e 950ºC. Por outro lado, a sua adição aos aços C-Mn-Nb-Al influencia muito pouco a ductilidade destes para temperaturas entre 850°C – 950ºC, mas melhora entre 750°C – 800ºC (ver Figura 3.40). Já Ouchi e
Temperatura de Teste Temperatura de Teste
Matsumoto[39] mostram que a adição de titânio em aços microligados ao Nb melhora a ductilidade, especialmente abaixo de 900ºC (ver Figura 3.41).
Figura 3.41 - Efeito do teor de N (a) e da adição de Ti (b) na ductilidade a quente de aços microligados ao Nb, segundo Ouchi e Matsumoto[39].
Figura 3.40 - Influência do titânio na ductilidade a quente de aços C-Mn-Nb-Al e C-Mn-V-Al, segundo Mintz e Abushosha[47].
O titânio é o único elemento cujo comportamento é inquestionável quanto à minimização da perda de ductilidade a quente[27]. O efeito benéfico desse elemento à ductilidade a quente é associado à precipitação preferencial do TiN, prevenindo a formação de nitreto de alumínio. Os precipitados de TiN ocorrem uniformemente na matriz austenítica, sendo menos prejudiciais que a precipitação de AlN que acontece preferencialmente nos contornos de grão[27].
A adição de Ti em ferro puro dopado com enxofre e isento de nitrogênio aumenta significativamente a ductilidade a quente devido à formação de sulfetos de titânio, impedindo a segregação do enxofre[37].
Em relação ao boro, análises estatísticas mostram efeitos benéficos sobre a qualidade superficial dos produtos gerados via lingotamento contínuo quando adicionado em pequenas quantidades[48]. Resultados de tração a quente em aços com adição desse elemento apresentam aumento da ductilidade na zona III. Esse comportamento pode ser atribuído a diversos fatores, tais como: precipitação preferencial de nitreto de boro (BN), retardamento da transformação austenita/ferrita que presumivelmente evita a formação do filme de ferrita nos contornos de grãos austeníticos e consequentemente aumenta a resistência ao deslizamento do contorno de grão[48]. Mas, apesar desses benefícios, tal elemento pode favorecer a ocorrência de trincas internas, pois ele contribui fortemente para a redução da temperatura de ductilidade nula (ZDT) devido à sua grande tendência de segregação na região interdendrítica[14].
Outro elemento que não influencia negativamente na qualidade da placa é o molibdênio. Quando adicionado em nível de aproximadamente 0,6%, ele tem mostrado melhora na ductilidade[48].