Desenvolvimento de aço baixo carbono em aciaria elétrica para produção de arames galvanizados

Abstract

As empresas siderúrgicas estão procurando, cada vez mais, atingir os melhores padrões de qualidade de seus produtos, aliados ao menor custo de produção e à alta produtividade. Nas trefilarias de aços de usinas semi-integradas, em particular, uma forma de reduzir os custos do processo é viabilizar a produção do aço a ser trefilado na própria usina. Em usinas integradas, o aço é produzido em uma aciaria à oxigênio a partir do ferro-gusa obtido em um alto-forno. Enquanto em usinas semi-integrada, tipicamente, o aço é produzido em uma aciaria elétrica, o que implica em algumas diferenças, i.e. maior teor de nitrogênio e de elementos residuais. Estas diferenças influenciam nas propriedades mecânicas dos produtos, dificultando a produção de arames galvanizados a partir de aços baixo carbono em aciarias elétricas que atendam as normas técnicas ou internas. O objetivo geral deste estudo foi viabilizar a produção de um aço baixo carbono em aciaria elétrica para fabricação de arames galvanizados com propriedades mecânicas similares aos produzidos por aços de aciaria a oxigênio. Para este fim, foram produzidos seis aços baseados no aço SAE 1005: um aço em aciaria a oxigênio de usina integrada (1005 BOF), um aço em aciaria a oxigênio de usina integrada com adição de boro (1005 BOF-B), um aço em aciaria elétrica (1005 FEA) e três aços com diferentes níveis de adição de boro em aciaria elétrica (1005 FEA-BB, 1005 FEA-MB e 1005 FEA-AB). Estes aços foram empregados na produção de arames galvanizados BWG 12. A caracterização dos aços e arames galvanizados visou determinar composição química, resistência mecânica (ensaio de tração), microestrutura e comportamento frente ao envelhecimento estático. Além disso, buscou-se avaliar a influência dos parâmetros do processo de recozimento nas propriedades mecânicas do arame galvanizado 1005 FEA. Os resultados obtidos indicam que a adição de boro na produção de aço em aciaria elétrica permite reduzir consideravelmente o limite de resistência a tração e aumentar o alongamento máximo de arames galvanizados produzidos em aciaria elétrica, tornando-os similares aos produzidos em usinas integradas. Estas observações são maximizadas para o aço com teor de boro intermediário estudado (1005 FEA-MB). Não foram verificadas mudanças significativas no tamanho de grão ferrítico dos arames galvanizados com a adição de boro nos aços de aciaria elétrica e no aço de aciaria a oxigênio. Com a adição de boro se esperava uma diminuição dos efeitos do envelhecimento estático por deformação em função da fixação de nitrogênio livre em nitretos, o que foi observado para os aços produzidos em aciaria a oxigênio. Já os aços microligados ao boro produzidos em aciaria elétrica apresentaram maior aumento no limite de resistência a tração com o passar do tempo do que o aço 1005 FEA. No15 entanto, mesmo após longos períodos de envelhecimento, os limites de resistência a tração dos aços microligados ao boro foram significativamente menores do que o observado no aço 1005 FEA. A alteração de parâmetros do processo de recozimento, mesmo nas condições extremas testadas (velocidade de 30 m/min ou temperatura de 746 ºC), foi menos efetiva que a adição de boro na diminuição do limite de resistência a tração dos arames galvanizados. Nas condições em que o estudo foi realizado, observou-se que a produção de um aço baixo carbono em aciaria elétrica para fabricação de arames galvanizados, com propriedades mecânicas similares aos de aciaria a oxigênio, pode ser realizada com adições adequadas de boro na composição dos aços.

Steelmaking companies are increasingly seeking to achieve the best quality standards for their products, combined with low production costs and high productivity. In steel drawing mills of semi-integrated mills one way to reduce process costs is to produce the steel to be drawn in the mill itself. In integrated plants, steel is produced in an oxygen steel shop from hot metal obtained in a blast furnace. While in semi-integrated plants, steel is typically produced in an electric steel shop, which implies some differences, i.e. higher nitrogen and residual elements content. These differences influence the mechanical properties of the steel products, making it difficult to produce galvanized wires from low carbon steels in electrical steel shops that meet technical or internal standards. The main objective of this study was to make feasible the production of low carbon steel in an electric steel shop for galvanized wires manufacturing with similar mechanichal strength of those produced by oxygen steel shops. For this purpose, six steels were produced based on SAE 1005 steel: a steel produced in an oxygen steel shop (1005 BOF), a steel with boron addition produced in an oxygen steel shop (1005 BOF-B), a steel produced in an electric steel shop (1005 FEA) and three steels with different levels of boron addition produced in an electric steel shop (1005 FEA-BB, 1005 FEA-MB and 1005 FEA-AB). These steels were used to produce BWG 12 galvanized wires. Steels and galvanized wires characterization included chemical composition, mechanical strength (tensile test), microstructure and static strain ageing behavior. In addition, it was evaluated the influence of the continuous annealing process parameters on the mechanical properties of the 1005 FEA galvanized wire. The results indicate that the boron addition in steels produced in an electric steel shop considerably reduces the ultimate tensile strength and increases the maximum elongation of galvanized wires, making them similar to those produced in oxygen steel shops. These observations are specially true for the studied steel with intermediate boron content (1005 FEA-MB). No significant change in the ferritic grain size of the galvanized wires with the addition of boron was observed. With the addition of boron, it was expected a decrease of the effects of static strain ageing due to partial fixation of free nitrogen in nitrides, which was observed for steels produced in oxygen steel shop. However, steels produced in electric steel shop with boron addition had a greater increase in the ultimate tensile strength over time than the 1005 FEA steel. On the other hand, even after long periods of strain ageing, the ultimate tensile strength of steels with boron addition were significantly lower than the 1005 FEA steel. Changing parameters of the annealing process, even in the extreme conditions tested (speed of 30 m/min or temperature of 746 ºC), was less effective than the17 addition of boron to decrease the ultimate tensile strength of the galvanized wires. Under the conditions that the study was held, it was observed that the production of low carbon steel in an electric steel shop for galvanized wires manufacture with mechanical properties similar to those produced in oxygen steel shop is feasible with appropriate boron additions in the composition of the steels.