Análise e caracterização de inclusões não metálicas em aço médio carbono para rolamentos

Abstract

A necessidade de aplicação de produtos mais eficientes e seguros pela cadeia de produção automotiva impulsiona o ramo siderúrgico a desenvolver aços que atendam especificações cada vez mais restritas. Dessa forma, estudos sobre aços “limpos” fazem-se necessários. O presente estudo teve como objetivo analisar o aço médio carbono SAE 1055 modificado a fim de caracterizar as inclusões não metálicas verificadas quanto aos tipos de inclusões encontradas, diâmetro médio de partículas, densidade de inclusões nas amostras e distribuição de tamanhos. Para isso, foram avaliadas três corridas fabricadas em uma usina de aços especiais no sul do país. Cinco grupos de amostras do aço foram extraídos de cada corrida, denominados S1, S2, S3, S4 e S5, os quais foram retirados ao longo dos processos de aciaria e de laminação e usados para a realização de ensaios laboratoriais. Ensaios de composição química do aço, oxigênio total, microscopia ótica, ultrassom e Microscopia eletrônica de varredura e Espectrometria de energia dispersiva (MEV/EDS) foram aplicados às amostras A análise química do aço apresentou valores coerentes com as faixas de composição química esperadas, embora variações de alguns elementos entre as corridas foram identificadas, tais como alumínio, manganês, carbono e cálcio. A avaliação de presença de macroinclusões feita no ultrassom por imersão indicou níveis de severidade (mm/dm3 ) acima do esperado para todas as corridas avaliadas. Análises metalográficas para avaliação de microinclusões apontaram a presença de partículas de sulfetos e óxidos globulares em todas as corridas. Os resultados de MEV/EDS mostraram a presença majoritária de inclusões não metálicas dos tipos espinélio, cálcio aluminatos, aluminas e óxidos. A corrida H2 apresentou o maior número absoluto de inclusões não metálicas na amostra do produto final, com uma densidade de partículas de 6,57 inclusões/mm2 , com distribuição de tamanho entre 0,5 e 15 μm. Observou-se uma concentração de inclusões não metálicas nas faixas de diâmetros entre 0,5 e 5 μm em todos os produtos finais, além da presença de fases de espinélios, aluminas, cálcio aluminatos e óxidos

The need for more efficient and safer products in the automotive production chain is driving the steel industry to develop steels that meet increasingly stringent specifications. Studies into clean steels are therefore necessary. The aim of this study was to analyze the modified SAE 1055 medium carbon steel, characterizing the non metallic inclusions in terms of the types of inclusions found, average particle diameter, density of inclusions in the samples and size distribution. To this end, three heats manufactured at a specialty steel plant in the south of the Brazil were evaluated. Five groups of steel samples were extracted from each heat, called S1, S2, S3, S4 and S5, which were taken during the steelmaking and rolling processes and used to carry out laboratory experiments. Tests on the chemical composition of the steel, total oxygen, optical microscopy, ultrasound and Scanning Electron Microscopy and Energy Dispersive Spectrometry (SEM/EDS) were applied to the samples The chemical analysis of the steel showed values consistent with the expected chemical composition ranges, although variations in some elements between the heats were identified, such as aluminum, manganese, carbon and calcium. The assessment of the presence of macro-inclusions carried out using immersion ultrasound, indicated severity levels (mm/dm3 ) higher than expected for all the heats assessed. Metallographic analysis to assess micro-inclusions indicated the presence of sulphide particles and globular oxides in all the heats. SEM/EDS results showed the majority presence of non-metallic inclusions of the spinel, calcium aluminate, alumina and oxide types. Heat H2 showed the highest absolute number of non-metallic inclusions in the final product sample, with a particle density of 6.57 inclusions/mm2 , with a size distribution between 0.5 and 15 μm. A concentration of non-metallic inclusions was observed in the diameter ranges between 0.5 and 5 μm in all final products samples, in addition to the presence of spinel, alumina, calcium aluminate and oxide phases