Tratamento de inclusões não-metálicas com cálcio nos aços SAE 1141 e SAE 8620

Abstract

No desenvolvimento de aços de superior usinabilidade e propriedades mecânicas existe a necessidade de aprofundar o entendimento dos fenômenos de formação de inclusões não-metálicas. As inclusões, quando não controladas, deterioram as propriedades mecânicas e metalúrgicas dos aços. O presente trabalho tem como objetivo geral o estudo experimental e termodinâmico da modificação de inclusões durante o tratamento com cálcio para os aços SAE 1141 e SAE 8620. A metodologia consistiu de: a) realizar a caracterização do aço e inclusões não-metálicas em amostras coletadas em um distribuidor de LC de uma aciaria elétrica; b) estudo termodinâmico computacional; c) experimentos em forno resistivo de laboratório. Foram utilizadas duas abordagens no estudo termodinâmico. A combinação delas permitiu um estudo mais completo da formação das inclusões de óxidos e sulfetos. No geral, pode-se observar uma boa concordância entre os resultados simulados via FactSage e aqueles obtidos por análise de MEV/EDS, principalmente para os experimentos com teores de Al2O3 mais elevados nas inclusões. Quanto aos objetivos propostos, pode-se concluir que: 1) Adaptaram-se com sucesso as metodologias apresentadas pela literatura no estudo de formação e modificação de inclusões pelo cálcio para os aços SAE 1141 e SAE 8620. 2) Obteve-se o perfil inclusionário para os aços SAE 1141 e SAE 8620 tratados com cálcio, tanto de amostras obtidas na planta quanto de amostras obtidas em laboratório. Além disso, os resultados obtidos através de termodinâmica computacional foram validados com os resultados via MEV/EDS. 3) Foi possível estabelecer um estudo termodinâmico para fornecer o equilíbrio de fases formadas nas inclusões, para as condições de tempo de processo, composição química e temperatura dos aços SAE 1141 e SAE 8620. 4) Foi possível verificar que o sistema atinge o equilíbrio termodinâmico em até 01 minuto após a adição de CaSi nos experimentos em laboratório dos aços SAE 1141 e SAE 8620. Para as condições experimentais adotadas, não se observou a influência de mecanismos cinéticos na formação e modificação de inclusões.

In the development of steels of superior machinability and mechanical properties there is a need to deepen the understanding of the phenomena of non-metallic inclusion formation. The inclusions, when not controlled, are detrimental for the mechanical and metallurgical properties of steels. The present work aims at the experimental and thermodynamic study of inclusion modification during calcium treatment for SAE 1141 and SAE 8620 steels. The methodology consisted of: a) to carry out characterization of steel and non-metallic inclusions in samples collected in a continuous casting tundish of electric steelmaking; b) a computational thermodynamic study; c) experiments in laboratory resistive furnace. Two approaches were used in the thermodynamic study. The combination of these approaches allowed a more complete study of the oxide and sulphide inclusion formation. In general, a good agreement can be seen between the results simulated by FactSage and those obtained by SEM/EDX analysis, mainly for the experiments with higher Al2O3 contents in inclusions. Concerning the proposed aims, it can be concluded that: 1) The methodologies presented by the literature adapted successfully to the study of formation and modification of inclusions by calcium for the SAE 1141 and SAE 8620 steels. 2) The inclusionary profile for the SAE 1141 and SAE 8620 steels treated by calcium was obtained, considering samples in laboratory and steelmaking facilities. Furthermore, the obtained results through computational thermodynamics were validated with the results by SEM/EDX. 3) It was possible to establish a thermodynamic study to provide the equilibrium of phases formed in the inclusions, to the process time conditions, chemical composition and temperature of SAE 1141 and SAE 8620 steels. 4) It was possible to verify that the system reached the thermodynamic equilibrium in about 01 min after CaSi alloying in laboratory experiments of SAE 1141 and SAE 8620 steels. For the adopted experimental conditions, the influence of kinetics mechanisms in inclusion formation and modification was not observed.