Análise de parâmetros de recozimento ultra-rápido em chapas de aço elétrico de grão não-orientado totalmente processado

Abstract

O presente trabalho consiste de uma análise da influência de parâmetros empregados na etapa de recozimento ultra-rápido contínuo em chapas de aço elétrico de grão nãoorientado totalmente processado, sobre as propriedades magnéticas e metalúrgicas. Os parâmetros estudados foram: taxa de aquecimento e resfriamento, bem como tempo e temperatura de encharque. Foram utilizados três tipos de materiais, com diferentes porcentagens em peso de silício e em duas espessuras distintas de chapas. Corpos-de-prova foram confeccionados para ensaios de simulação de recozimento ultra-rápido contínuo em um simulador termomecânico Gleeble. Os ensaios foram separados em oito grupos para facilitar a análise dos resultados. Para cada grupo, apenas um único parâmetro era variado, mantendo os demais constantes com o objetivo de avaliar a influência de cada parâmetro individualmente no comportamento dos resultados. A caracterização das propriedades consistiu em análise de perdas magnéticas, análise metalográfica e de textura. Por fim, foi realizado um modelamento estatístico para chapas de mesmo material e espessura, no caso 3,22 % de silício e 0,35 mm. As simulações foram realizadas com êxito, onde os ciclos térmicos propostos foram devidamente reproduzidos pelo simulador. As chapas apresentaram microestrutura ferrítica com grãos totalmente recristalizados e de tamanho heterogêneo. A temperatura de encharque foi o parâmetro que exerceu maior influência no tamanho de grão, com grãos crescendo acentuadamente com o aumento da temperatura. Quando ensaiadas com taxas de aquecimento mais rápidas e/ ou tempos de encharque mais longos, as chapas também apresentaram grãos crescentes, porém de maneira menos acentuada. Para taxas de resfriamento de 1 até 25 °C/s, as amostras apresentaram grãos ligeiramente maiores que o tamanho médio encontrado para as resfriadas mais rapidamente. Para os três tipos de aços utilizados, as perdas magnéticas apresentaram comportamento semelhante em relação ao parâmetro temperatura de encharque, com a presença de um valor ótimo para temperaturas em torno de 1040 °C, para as chapas 3,22 % Si e acima de 1060 °C para os demais (2,9 e 3,19 % Si). Tal comportamento foi observado para o material 3,22 % Si em relação ao tempo de encharque, com o valor mínimo de perda magnética quando as chapas foram encharcadas entre 80 e 120 s. Ainda para o mesmo material, a taxa de aquecimento que apresentou menor valor de perda magnética foi a de 400 °C/s, porém seu comportamento não é decisivo. Para taxas de resfriamento inferiores a 25 °C/s, observaram-se os menores valores de perdas magnéticas. Os resultados de textura encontrados nesse trabalho não foram conclusivos. As Funções Orientação Distribuição obtidas (apenas para as chapas de 3,22 % Si e 0,5 mm) indicam texturas de recristalização com a presença de componentes das fibras θ e γ conforme esperado, porém em baixas intensidades. Tal comportamento indica que estes aços possuem a orientação de seus cristais praticamente de maneira aleatória, não exercendo forte relação com as perdas magnéticas encontradas. Finalmente, o modelamento estatístico proposto apresentou resultado satisfatório para o tamanho de grão, porém não para as perdas magnéticas. De acordo com a regressão linear encontrada para o diâmetro médio dos grãos, a temperatura de encharque é o parâmetro mais influente, no entanto ambos tempo e temperatura acarretam no crescimento do grão à medida que aumentam.

The present work is an analysis of ultra-rapid annealing parameters influence on nonoriented fully processed electrical steel sheets in terms of magnetic and metallurgical properties. The experimental parameters were: heating and cooling rate as well as soaking time and temperature. Three materials grade were utilized with different silicon weight percent and sheet thickness. Samples have been made to ultra-rapid continuous annealing simulation tests using a Gleeble thermo mechanical simulator. Tests were separated into eight groups to facilitate the interpretation of the results. In each group, only one parameter has been changed to evaluate the influence of each parameter individually on the results behavior. The properties characterization consisted on magnetic losses, metallographic and texture analysis. Finally a statistics modeling was performed for samples from same material and thickness, in this case 3.22 % silicon content material 0.35 mm thick. Annealing simulations have been successfully carried out, which proposed thermal cycles were properly reproduced by the simulator. Sheets have shown ferritic microstructure with heterogeneous size fully recrystallized grains. Soaking temperature was the most influent parameter in terms of grain size, with increasement in grain size while soaking temperature raises. When samples were tested using higher heating rates and/or longer soaking times, sheets presented again increasing grain size, however less parameters influence was observed. For cooling rates from 1 up to 25 °C/s tests, samples presented grains slightly bigger than the medium size found from samples more rapid cooled. All steel grades presented similar magnetic loss behavior as function of soaking temperature, showing an optimal (minimum) value for temperatures around 1040 °C for 3.22 % Si material samples and above 1060 °C for 2,9 and 3.19 % Si. Such behavior was observed for 3.22 % Si material as function also of soaking time presenting optimum magnetic loss value for samples soaked between 80 and 120 seconds. Still concerning about 3.22 % Si electrical steel, the lowest magnetic loss values were observed for 400 °C/s as heating rate, however its behavior was not decisive, as well as for cooling rates lower than 25 °C/s. The acquired texture results in this work were not conclusive. The obtained Orientation Distributions Functions (only for 3.22 % Si 0.5 mm thick sheets) show recrystallization texture with the presence of θ and γ fibers as expected, but in low intensities. Such behavior leads to conclude that crystals of these steels are practically randomly oriented; and because of that, there was not strong relation to magnetic losses. Finally, the proposed statistics modeling presented satisfactory result for grain size, however not for magnetic losses. According to found linear regression of medium grains diameter, soaking temperature is the most influent parameter, although increasing both soaking time and temperature lead to grain growth.