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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.
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