Estudo da morfologia, tamanho, distribuição e precipitação sobre óxidos de inclusões de sulfetos de manganês em aços ressulfurados SAE 1141 acalmados ao alumínio

Abstract

Aços ressulfurados possuem diversas aplicações na indústria devido às propriedades mecânicas, sua boa usinabilidade e tenacidade média na elaboração de peças metálicas. Assim, os teores de manganês e enxofre são mais elevados para atender estas propriedades, pois a formação de sulfetos de manganês previne a formação de FeS, controla o crescimento do grão e facilita a usinagem, aumentando a vida útil das ferramentas de corte. Entretanto, estas inclusões prejudicam a qualidade dos aços em geral, provocando problemas como redução na ductibilidade e na tenacidade, podendo ainda nuclear trincas durante a conformação. Devido a problemas de acabamentos superficiais pelo alinhamento de sulfetos de manganês em chapas laminadas a quente, este trabalho foi elaborado para analisar fatores de morfologia, tamanho e distribuição destas inclusões, assim como, a precipitação destas sobre óxidos. O objetivo é entender a formação do MnS e a influência destes fatores no lingote. Para isso, foram retiradas quatro amostras de tarugos da aciaria na região de meio raio e núcleo. Os métodos de análise utilizados foram: microscopia eletrônica de varredura com EDS, mapeamento químico, contagem através de análise de imagens. Também foram realizadas análises termodinâmicas computacionais para previsão da temperatura de precipitação, quantidade de MnS formado e a variação desta quantidade pelo teor de enxofre. Os resultados mostraram que as morfologias mais encontradas foram sulfetos de manganês do tipo angular e irregular na região de meio raio e do tipo eutético no núcleo. O tamanho das inclusões diminuiu em direção ao núcleo, partindo de um diâmetro 13,37 μm para 12,88 μm, enquanto se esperava um aumento do tamanho. A quantidade ao contrário, aumentou nestas mesmas regiões, passando de 73/mm2 para 130/mm2, isto pode explicar a redução no tamanho médio dos MnS. Quanto à precipitação sobre óxidos, os mais encontrados foram do sistema CaO-Al2O3-SiO2, principalmente alumina. A Análise termodinâmica mostrou que os MnS começam a precipitar a uma temperatura de 1420 °C e que o aumento do teor de enxofre aumentou a quantidade de MnS formado nas quatro corridas analisadas, concordando com a revisão da literatura.

Resulfurized steels have several applications in the industry due to their mechanical properties, good machinability and medium toughness in the production of metal parts. Thus, manganese and sulfur contents are higher to meet these properties, as manganese sulfide formation prevents FeS formation, controls grain growth and facilitates machining, extending the life of cutting tools. However, these inclusions affect the quality of steels in general; causing problems such as reduced ductility, toughness and may even crack during hot rolled. In order to prevent surface finish problems due to the alignment of manganese sulphides in hot rolled sheets, this work was designed to analyze factors like the morphology, size and distribution of these inclusions, as well as their precipitation on oxides. The goal is to understand the formation of MnS and the presentation of these factors in the ingot. For this, four samples were taken from the steelworks billets in the region of half radius and nucleus. The analysis methods used were: scanning electron microscopy with EDS, chemical mapping, counting through image analysis. Computational thermodynamic analyzes were also performed to predict precipitation temperature, amount of MnS formed and the variation of this amount by sulfur content. The results showed that the most found morphologies were angular and irregular manganese sulphides in the half radius region and the eutectic nucleus type. The size of the inclusions decreased towards the nucleus, from a diameter of 13.37 μm to 12.88 μm, while an increase in size was expected. The amount in contrast increased in these same regions, from 73/mm2 to 130/mm2, this may explain the reduction in the average size of MnS. As for precipitation over oxides, the most found were from the CaO-Al2O2-SiO2 system, mainly alumina. Thermodynamic analysis showed that MnS begins to precipitate at a temperature of 1420 °C and that increasing sulfur content increased the amount of MnS formed in the four runs analyzed, in agreement with the literature review.