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Análise de falha de cilindro de aço rápido para laminação de tiras à quente - LTQ

Jovanio Oliveira Santos

Prof. Dr. Amilton Sinatora

Dr. Mário Boccalini Jr.

Introdução

Objetivo

Materiais e métodos

Resultados e discussões

Conclusões

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Laminador de tiras a quente

R1R1

R2R2

R3R3R4R4

F1 - F7F1 - F7

Fornos de reaquecimento

Desbastadores

Acabadores

Bobinadoras

Quebra do cilindro de aço rápido

Aspeto geral das faces de fratura

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O objetivo deste trabalho é investigar a causa da falha

(Quebra) de cilindro de aço rápido, e analisar os mecanismos

de desgaste, como abrasão, oxidação, fadiga térmica e de

fratura.

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Microscópia Óptica

Microscópia Eletrônica de Varredura (BSE e SE)

Ensaio de dureza HRc e macrodureza Vickers

Ensaio de microdureza Vickers

Caracterização microestrutural

Cilindro de aço rápido

Fração volumétrica de carboneto

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Desgaste

Caracterização fractográfica longitudinal

Caracterização fractográfica transversal

Fadiga Térmica

Caracterização Microestrutural

Oxidação

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C Cr W Mo V Si Ni Mn Cu P S1-2% 4-8% 1-5% 1-5% 2-8% 0,2-0,8% 0,2-1,5% 0,2-1,8% 0,1-0,8% 0,02-0,03% 0,02-0,03%

Faixa de composição química

HRc Macrovickers(150kg) (30kgf) Matriz (100gf) Carboneto(50gf

)57 676 693 1393

DurezaMicrovickers Medidas Aumento Média

35 100x 25,6%

Fração volumétrica de carbonetoInt.Confiança 95%

1,1

Carbonetos Fração volumétrica de carbonetos

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Martensita revenida e carbonetos M7C3, M3C, M2C, MC e secundários

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Desgaste por microssulcamento

Desgaste abrasivo

Malha de fadiga térmica Propagação da trinca Matriz/carboneto

Malha de fadiga térmica no filme de óxido

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3

4

1

2

Superfície do cilindro

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1

Carboneto M2C e/ou M6C

WMo Fe

V

Cr/V

WFe

2

Matriz

Fe

Cr/V Fe

4

Óxido

Fe

Fe

Cr/V

O

V

3

Carboneto M3C

Fe

Fe

W

Cr/V

MoCrV

Filme de óxido 2-5 m

Óxido

Fadiga térmica

Óxido

Descascamento Banding

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Clivagem MC Dimple

Clivagem MCClivagem MC Dimple

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Clivagem

DimpleClivagemDimple

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-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Observou-se após a limpeza por ultrasom, da amostra retirada do cilindro, remoção parcial da camada de óxido, desaparecendo com os riscos mais finos a 60º em relação à direção de laminação, este fenômeno não esta bem esclarecido por falta de mais informações, o que ocorreu de fato com o cilindro no laminador.

As trincas térmicas nucleiam e se propagam ao longo dos carbonetos eutéticos do tipo M7C3, M3C, M2C

e MC, a presença destas trincas, ocasionada por fadiga térmica na superfície do cilindro, associado à oxidação, contribui para a decoesão da matriz/carboneto, formando o fenômeno superficial banding.

Não foi possível caracterizar o tipo de óxido formado na superfície do cilindro, no entanto, pode se determinar a sua espessura, na ordem de 2 a 5 m.

O desgaste é do tipo abrasivo por microssulcamento gerado por desprendimento de partículas duras que rolam na interface cilindro/chapa.

Os mecanismos de fratura foram caracterizados de clivagem dos carbonetos M7C3, M3C, M2C e MC,

típicas de fratura frágil e dimple na matriz, típicas de fratura dúctil.

A cada início ou retomada de campanhas, devem ter cuidados para que o cilindro não sofra um aquecimento brusco, possibilitando grande tensão de tração nos núcleos dos cilindros, podendo causar quebras, a mesma atenção deve ocorrer em acidentes do tipo parada de chapa, a quebra desse tipo de cilindro pode ser evitada a partir de cuidados operacionais, principalmente na cadeira F1.

Núcleos mais tenazes e resistentes e com menores tensões residuais propiciam cilindros mais adequados a suportarem os eventuais acidentes da laminação.