Temperaturas de laminação de resfriamento e acabamento para vários tipos de aço

No processo de trabalho a quente, a temperatura de acabamento influencia muito a microestrutura do aço. Temperaturas de acabamento mais altas aumentam a tendência de coalescência e crescimento dos grãos, resultando em grãos austeníticos mais grossos.

Portanto, é crucial minimizar a temperatura de acabamento durante a produção, normalmente não caindo abaixo do ponto Ar3. Isto pode ser conseguido através de métodos controlados de laminação e resfriamento para refinar o tamanho do grão e melhorar a qualidade do produto.

Para aços de baixo carbono, a temperatura de acabamento deve ser mantida próxima de 800°C, e não deve cair abaixo de 750°C.

No caso dos aços de alto carbono, para evitar a formação de uma rede de cementita, a temperatura de acabamento durante a produção deve ser controlada em torno de 850°C.

Combinar isso com o resfriamento rápido após a laminação pode suprimir efetivamente a precipitação da cementita proeutetóide, evitando a formação de uma rede de cementita, ou pelo menos garantindo que ela seja fina e facilmente eliminável sem etapas adicionais de processamento.

Em aços carbono hipereutetóides e aços-liga, o excesso de cementita forma uma rede ao longo dos limites dos grãos após a laminação. Aços com uma rede de cementita apresentam reduzida capacidade de conformação a frio e maior tendência a trincas durante a têmpera.

Para eliminar esta rede são necessários tratamentos térmicos complexos, que nem sempre são eficazes.

Portanto, devem ser criadas condições para evitar a formação de uma rede de cementita após a laminação. O acabamento em baixas temperaturas e o resfriamento rápido após a laminação podem atingir esse objetivo.

Por exemplo, o aço GCr15 é resfriado com água antes do laminador de acabamento para diminuir a temperatura antes da laminação final. O rápido resfriamento pós-laminação é obtido por jateamento de ar comprimido, seguido de resfriamento lento em um poço.

O resfriamento lento após a laminação resulta em grãos ferríticos grossos, um ponto de escoamento mais baixo e uma temperatura de transição frágil aumentada. A taxa de resfriamento depende do tamanho da seção transversal do aço; seções maiores são mais difíceis de resfriar rapidamente e, portanto, geralmente apresentam propriedades mecânicas mais baixas.

Em países estrangeiros, os aços redondos são geralmente resfriados a ar após a laminação, devido ao menor teor de gás em seu aço. O uso de resfriamento a água on-line pode ser mais eficaz, mas está limitado a aços redondos com diâmetros abaixo de 75 mm. Embora o resfriamento rápido ajude a reduzir a formação de bandas, em aços com alto teor de manganês e grãos austeníticos grossos, pode levar à formação de ferrita de Widmanstätten.

Portanto, o resfriamento rápido pós-laminação deve ser combinado com uma baixa temperatura de acabamento. Quando o tamanho do grão austenítico é pequeno, mesmo o resfriamento rápido não levará à formação de ferrita de Widmanstätten.

Para aços estruturais ligados laminados em laminadores de médio porte, aqueles com diâmetros abaixo de 60 mm são resfriados em pilhas ao ar, enquanto aqueles com diâmetros superiores a 60 mm são resfriados em poços não aquecidos. O aço deve esfriar na cava a 100-150°C por pelo menos 30 horas.

O aço para rolamentos é propenso a manchas brancas, portanto deve ser resfriado lentamente após a laminação ou tratado termicamente conforme especificado. Durante o carregamento, a temperatura não deve ser inferior a 700°C. Os tarugos são colocados na cava até que a temperatura não ultrapasse 100-200°C, em média 72 horas.

Mesmo em temperaturas de acabamento mais baixas, o resfriamento lento pode levar à formação de uma rede de cementita no aço.

Para evitar isso, cada barra deve ser resfriada individualmente o mais rápido possível para menos de 650°C.

A taxa de resfriamento para aços para rolamentos sem rede de cementita depende da temperatura final de laminação; a 900-950°C, a taxa deve ser de pelo menos 45-50°C/min, o que pode ser reduzido à medida que a temperatura de acabamento diminui.

Controlar a temperatura de acabamento final apropriada (perto do ponto Ac3) e combiná-la com uma taxa de redução adequada (cerca de 40%) pode alcançar estruturas metalúrgicas ideais e propriedades mecânicas ideais em aços de baixo e médio carbono, bem como em aços-liga, aços para molas e aços para rolamentos.

Para isso, são instaladas caixas de resfriamento de água antes das duas últimas bancadas do laminador de acabamento de barras. Para garantir temperaturas internas e externas uniformes nas peças laminadas resfriadas rapidamente, uma seção de equalização de temperatura é instalada antes do grupo de laminação de acabamento.

Os métodos de resfriamento de aço pós-laminação incluem:

• No ar.
• Em materiais com baixa condutividade térmica.
• Em caixas isolantes.
• Em poços isolantes não aquecidos.
• Em fossas e fornos isolantes pré-aquecidos.
• Em fossas e fornos isolantes aquecidos.
• Na água.

Os tipos de aço representativos e seus métodos controlados de laminação e resfriamento incluem:

1. Aços para rolamentos e molas

Estes requerem acabamento em baixas temperaturas, seguido de resfriamento lento isolado. Para evitar a precipitação de carbonetos de rede, os aços para rolamentos são resfriados rapidamente após a laminação e, em seguida, resfriados lentamente.

A temperatura de acabamento do aço para rolamentos é estritamente controlada entre 800-850°C para ajudar a quebrar os carbonetos de rede.

Quando a temperatura de acabamento excede 900°C, o aço pode ser pulverizado com água para esfriar rapidamente até 600-650°C (para evitar maior precipitação de carbonetos de rede) e depois resfriado lentamente. Caixas de água de resfriamento são instaladas antes do laminador de acabamento para controlar a temperatura das peças que entram no laminador.

2. Aços temperados e revenidos

Esses aços possuem estrutura de sorbita temperada e são usados ​​em peças de alta resistência, impacto ou carga alternada, como bielas e eixos. Eles oferecem alto desempenho mecânico abrangente devido à sua alta resistência e limites de escoamento, além de ductilidade e tenacidade suficientes.

O esquema de produção inclui 225.000 toneladas de aço estrutural de carbono de qualidade e 225.000 toneladas de aço estrutural de liga, representando 90% da produção total. Controlar a temperatura de um volume tão grande de aço proporciona uma vantagem competitiva.

3. Aços estruturais de carbono de qualidade e aços estruturais de liga

Ambos são aços hipoeutetóides com temperatura de têmpera cerca de 30-50°C acima de AC3. Para aços redondos menores que 40 mm de diâmetro, caixas de água de resfriamento são instaladas antes do laminador de acabamento para refinar o tamanho do grão e obter uma estrutura martensítica pós-têmpera.

Em seguida, os aços são revenidos a altas temperaturas abaixo de A1 para fazer a transição para uma estrutura revenida estável. Para aços redondos de diâmetro maior, o controle de temperatura on-line é praticado por fabricantes como a fábrica ABS LUNA em Udine, Itália, que produz aços redondos com diâmetro de 20 a 100 mm, incluindo aço carbono, aço temperado superficialmente, aço temperado e revenido, aço micro -aço ligado, aço para rolamentos, aço para molas e aço inoxidável. Eles controlam online a temperatura de aços de 20 a 90 mm de diâmetro.

Dado o posicionamento do produto da Shigang (Shi Steel) e as crescentes necessidades dos usuários de aço, fornecer aços automotivos e avançar para mercados de alta qualidade tornou-se essencial.

Oferecer estruturas metalúrgicas ideais e propriedades mecânicas ideais proporciona uma vantagem competitiva. Ao considerar regimes de resfriamento, caixas de resfriamento de água devem ser instaladas antes e depois do laminador de acabamento, visando principalmente aços redondos menores que 40 mm, para controle de temperatura online.

A instalação de caixas de resfriamento de água após o laminador de acabamento é debatida internacionalmente. Para aços redondos de grande diâmetro, considera-se que apenas remove incrustações e melhora a qualidade da superfície, tendo pouco efeito no refinamento do grão e potencialmente causando tamanho de grão interno irregular.

O controle de temperatura on-line sem dúvida prolongaria a linha de laminação e aumentaria o investimento. O comprimento da caixa de refrigeração a água a ser instalada após a usinagem de acabamento não é amplamente aconselhado, sendo a fábrica da ABS LUNA na Itália uma referência, possuindo uma caixa de 55 metros de comprimento.

Considerando os requisitos de desenvolvimento e qualidade a longo prazo, o controle de temperatura online deve ser considerado. A instalação inicial de caixas de resfriamento de água após o acabamento pode pelo menos remover incrustações e melhorar a qualidade da superfície. Os regimes de aquecimento, laminação final e resfriamento para vários aços são detalhados na Tabela 1.

Tabela 1: Temperaturas de aquecimento, laminação de acabamento e resfriamento de vários tipos de aço.

Rolamento Controlado

Teoria do Rolamento Controlado

No processo de laminação a quente, o controle razoável do aquecimento, deformação e regimes de temperatura do metal permite a combinação de transformação de fase de estado sólido e deformação termoplástica para obter estruturas de granulação fina, melhorando assim as propriedades mecânicas abrangentes do aço.

Para aços de baixo carbono e baixa liga, a laminação controlada refina principalmente os grãos austeníticos deformados, levando a grãos ferríticos finos e colônias de perlita menores após a transformação de austenita em ferrita e perlita. Isso aumenta a resistência, tenacidade e soldabilidade do aço.

Para aços com alto teor de carbono e hipereutetóides, a laminação com temperatura controlada refina os grãos austeníticos deformados e termina a laminação próximo ao ponto de transformação da austenita.

1. Laminação Termomecânica

Atualmente, a laminação termomecânica de aços redondos está limitada a diâmetros inferiores a 40mm, principalmente em aços de baixo carbono e baixa liga, visando o refino de grãos ferríticos. A temperatura de laminação de acabamento está entre 750°C e 790°C.

Antes e depois de terminar a laminação, é necessário resfriamento com água. Para aços redondos de diâmetro maior, temperaturas irregulares entre a superfície e o núcleo após o resfriamento com água podem causar microfissuras superficiais e tamanhos de grãos inconsistentes entre o núcleo e a superfície durante a recristalização, levando a uma integridade estrutural irregular em toda a seção transversal.

2. Laminação Normalizada

Para aços redondos entre 40mm e 80mm, utiliza-se laminação normalizada, com os últimos quatro passes totalizando 50-60% de deformação. O aço é equilibrado antes de entrar no laminador de acabamento, com temperatura de acabamento de 800°C a 850°C, seguido de resfriamento rápido.

3. Laminação com temperatura controlada

A temperatura de acabamento varia de 850°C a 900°C, seguida de resfriamento controlado para melhorar a qualidade da superfície.

Para aços com alto teor de carbono, esse processo produz colônias de perlita mais finas; para aços hipereutetóides, reduz a precipitação de carbonetos de rede.

Processos de laminação da Shi Steel

Para classes de aço como 20#, 45#, 20CrMo, 20CrMnTi, 40Cr, 40MnB, produzindo aços redondos de 50 mm a 80 mm de diâmetro, é usada laminação normalizada.

Entretanto, o equilíbrio é necessário antes da usinagem de acabamento, aumentando a distância do processo e reduzindo a produção. A deformação nos últimos quatro passes é aumentada para garantir maior precisão do produto e deformação uniforme em toda a seção transversal, sugerindo a adição de um laminador de calibragem, o que aumenta o investimento. Para diâmetros acima de 80mm é necessária laminação com temperatura controlada.

Para a produção de aço plano para molas, utiliza-se a laminação termomecânica. O acabamento na zona bifásica ferrita-austenita refina os grãos austeníticos deformados, resultando em grãos ferríticos finos e colônias de perlita menores, aumentando assim a resistência e a tenacidade do aço.

No entanto, isso requer resfriamento a água antes e depois do acabamento da laminação, aumentando o investimento e ampliando a zona de laminação.

Para aço para rolamentos, a laminação com temperatura controlada é necessária para evitar a precipitação de carbonetos de rede e melhorar a qualidade da superfície.

Considerando o investimento e a localização do processo, a Shi Steel emprega laminação com temperatura controlada, reduzindo a temperatura inicial de laminação, controlando a temperatura de acabamento e implementando resfriamento controlado após a laminação para obter boa qualidade de superfície e estrutura interna.

Tabela 2: Processo de laminação para diferentes tipos e especificações de aço