Curso Online de Inclusões não-metálicas

Inclusões não-metálicas

Inclusões não-metálicas

Os produtos siderúrgicos possuem, além de C e de elementos de liga, uma série de impurezas de natureza metálica ou não.
Os principais responsáveis pela formação de inclusões não-metálicas são S, Mn, Si e Al.
Na Engenharia de Inclusões, busca-se aços com propriedades adequadas às suas aplicações, considerando a quantidade, tamanho, forma, e distribuição das inclusões.
Aplicações onde a caracterização de inclusões pode ser crítica: conformação mecânica, falha por fadiga.

Inclusões não-metálicas

Tipos de inclusões:
Endógenas: surgem de reações durante a elaboração de aço ou durante sua solidificação, geradas pela precipitação do enxofre e do oxigênio sob a forma de sulfetos, óxidos, silicatos e aluminatos.

Exógenas: surgem de fontes externas, tais como arraste de escória, erosão de refratários de reatores ou canais de vazamento, etc. São geralmente de silicatos, aluminatos e diversos óxidos, e se caracterizam por dimensões maiores, forma irregular e constituição complexa.

Inclusões não-metálicas

Uma inclusão pode ser caracterizada por ser nociva ou não-nociva dependendo de seu comportamento durante conformação mecânica.
Algumas podem se alongar na direção de laminação, outras não.
Silicatos e sulfetos forma estrias alongadas; mas estrias de silicatos possuem arestas mais vivas do que de sulfetos, mais favoráveis à concentração de tensões e iniciação de micro-fissuras.
Com alumina são formadas partículas duras indeformáveis.

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Principais causas da formação de inclusões:
(i) precipitação durante a solidificação do aço de óxidos e sulfetos cuja solubilidade no aço líquido ou sólido diminui à medida que cai a temperatura;
(ii) separação deficiente dos produtos de oxidação e dessulfuração resultantes da adição de desoxidantes e dessulfurantes;
(iii) arraste de escória nos reatores
(iv) ferro-ligas não totalmente dissolvidos no banho metálico

Inclusões não-metálicas

1 tonelada de aço-carbono possui cerca de 1012 a 1013 inclusões somente de óxidos, sendo que cerca de 98% tem tamanho menor do que 0,2 micrometros.
Dessa forma, somente cerca de 2% são visíveis ao microscópio ótico.
As inclusões de sulfetos são da mesma ordem de grandeza (em quantidade).
Para aços efervescentes, as inclusões de óxidos podem atingir dimensões superiores a 30 micrometros – FeO, MnO, Al2O3 e SiO2, provocando defeitos superficiais nos laminados a frio.
FeS – fragilidade a quente na conformação mecânica.

Inclusões não-metálicas

O Al é desoxidante mais eficiente do que Si e Mn.
O Mn, o Si e o Al agem como desoxidantes. São benéficos por um lado, e prejudiciais por outro, pelas inclusões que formam de sulfetos, silicatos e aluminatos.
O conceito “aço limpo” ou isento de inclusões é relativo, pois é impossível produzir um aço totalmente isento de inclusões.
A necessidade mundial crescente de aços de melhor qualidade envolve uma série de providências por parte dos produtores, desde as práticas do refino do aço líquido até sua transferência para os moldes: tratamento a vácuo do aço na panela (reduzir oxigênio), injeção de cálcio na panela, melhor seleção de refratários, aumento da viscosidade de escórias de molde.

Inclusões não-metálicas

O controle do tipo, forma, tamanho e distribuição de inclusões é primordial para a obtenção de aços de alta qualidade.
O estudo de inclusões não-metálicas resulta em maior conhecimento para a produção de aços destinados ao segmento automotivo, componentes de plataformas petrolíferas, linhas de distribuições de óleo e gás e para a indústria de mineração, entre outras áreas estratégicas.

Inclusões não-metálicas

Estudo de caso – aços SAE 1141 e SAE 8620 tratados com Ca
Busca-se melhorar a limpeza interna.
Ao se empregar Al para desoxidar e S para melhorar a usinabilidade, formam-se inclusões não-metálicas sólidas que podem causar problemas de obstrução de válvulas durante o lingotamento contínuo de aço, bem como a necessidade do controle da forma, tamanho e distribuição de inclusões no produto solidificado.
Para minimizar esses problemas, adicionam-se ligas de cálcio ao aço, modificando-se as inclusões de óxidos e sulfetos.
Um método especial – injeção de fios – é utilizado.

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Estudo de caso – aços SAE 1141 e SAE 8620 tratados com Ca
Os mecanismos termodinâmicos e cinéticos da modificação de inclusões ainda não são completamente entendidos, pois são fortemente influenciados pela composição química do aço e pela temperatura.
É necessário realizar estudos específicos, dependendo do tipo de aço a ser produzido.

Inclusões não-metálicas

Estudo de caso – aços SAE 1141 e SAE 8620 tratados com Ca