![Page 1: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/1.jpg)
1© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Controle de inclusões não-metálicas em açosPassado, presente e futuro
André Luiz V. da Costa e Silva
IBQN e EEIMVR-UFF
Congresso Annual da ABM – 2005
Belo Horizonte, MG
![Page 2: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/2.jpg)
2© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Roteiro
• Introdução• O que são inclusões e quais seus efeitos?• Origens das inclusões não-metálicas• Ferramentas para controle• Evolução do controle e engenharia de inclusões• Quantificação e caracterização• Os desafios
![Page 3: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/3.jpg)
3© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Inclusões não-metálicas
• Partículas não-metálicas, no interior do metal, resultantes de reações que ocorrem durante o processo de elaboração e refino do aço.
• Quais reações?
• Como diferem de outras partículas de segunda fase?
• Qual efeito sobre o aço?
![Page 4: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/4.jpg)
4© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Inclusões não-metálicas
• Partículas não-metálicas, no interior do metal, resultantes Partículas não-metálicas, no interior do metal, resultantes de reações que ocorrem durante o processo de elaboração de reações que ocorrem durante o processo de elaboração e refino do aço.e refino do aço.
• Quais reações?– Redução da solubilidade de O, S e N associada a solidificação
– Eliminação e controle de O, S e N, principalmente
![Page 5: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/5.jpg)
5© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Fe-O
C porosidade e efervescência
Al controle da porosidade e fragilidade
Mn e Si
![Page 6: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/6.jpg)
6© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Fe-S
FeS
+Liq
+FeS
+Liq
![Page 7: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/7.jpg)
7© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Sauveur, 1912
![Page 8: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/8.jpg)
8© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Fe-P
![Page 9: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/9.jpg)
9© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Fe-N
![Page 10: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/10.jpg)
10© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Estratégias possíveis
Reduzir a quantidade do elemento presente: Quanto?
Até que a quantidade do elemento em solução seja inferior ao limite de solubilidade no Ferro.
Até que a quantidade total do elemento seja inferior ao limite de solubilidade no Ferro.
Onde estará a diferença entre o teor total e o teor em solução?
Refino primário? RefratáriosRefusão!
![Page 11: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/11.jpg)
11© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Inclusões Não-Metálicas- Classificação
Fonte
Exógenas
Endógenas
Quando se formamPrimárias
Secondárias
Composição
Sulfetos
Óxidos
Mistas
Controlar & Eliminar
Engenharia
![Page 12: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/12.jpg)
12© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Inclusões não-metálicas
• Partículas não-metálicas, no interior do metal, resultantes Partículas não-metálicas, no interior do metal, resultantes de reações que ocorrem durante o processo de elaboração de reações que ocorrem durante o processo de elaboração e refino do aço.e refino do aço.
• Quais reações?Quais reações?
• Como diferem de outras partículas de segunda fase?– Tamanho
– Fração volumétrica
– Tipo de interface
![Page 13: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/13.jpg)
13© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Tamanho e Fração Volumétrica
Precipitação a partir do líquido define forma, tamanho e distribuição no lingote ou placa
![Page 14: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/14.jpg)
14© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Tamanho e formaP
last
icid
ade
Rel
ativ
a
Kiessling 1960
A plasticidade relativa e a conformação definem a forma e distribuição no produto.
![Page 15: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/15.jpg)
15© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
0,001
0,01
0,1
1
10
0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1
Fração volumétrica
Ta
ma
nh
o (
mic
ron
)“T
aman
ho
” (
m)
Tamanho e Fração Volumétrica
“MnTiO” emsoldas
MnS aço “comum”
Al2O3
D&IAl2O3 52100
AlN em
Nb(CN) ARBL
Al2 O
3
in-situ
MnS AF1410
![Page 16: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/16.jpg)
16© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Efeito sobre o aço- Macro vs. Microinclusões (Kiessling)
Macroinclusões – Conduzem à falha do material na fabricação ou início da aplicação
Microinclusões – Influenciam no comportamento do material (avaliado através de diferentes propriedades)
Al2O3 inclusions
Onde ocorrem? Como localizar, como eliminar?!!
![Page 17: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/17.jpg)
17© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Efeitos sobre o aço - Propriedades
• Fenômenos associados a fratura dúctil– Ductilidade, Alongamento, Redução de área, Tenacidade
– “Processabilidade”
• Resistência a Fadiga • Resistência a Corrosão
• Capacidade de receber polimento
• Anisotropia destas propriedades
![Page 18: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/18.jpg)
18© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Fratura Dúctil
![Page 19: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/19.jpg)
19© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Fratura Dúctil- Anisotropia
![Page 20: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/20.jpg)
20© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Fratura Dúctil- Anisotropia (Spitzig 1983)
![Page 21: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/21.jpg)
21© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Quantificando os efeitos na fratura dúctil
Nucleação de vazios é influenciada pelo tipo de partícula:AF1410 S=0.001%
Modelamento da fratura dúctil HY 100
![Page 22: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/22.jpg)
22© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Tenacidade vs % Frágil?
E Charpy (J) E Charpy (J)
E Charpy (J)% Frágil % Frágil
% Frágil
Aços “anos” 1960 anos 1970
anos 1980
![Page 23: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/23.jpg)
23© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Efeito dos Sulfetos na Corrosão Ryan 2002
Alterar os sulfetos?
Hydrogen cracking vs sulfetos
![Page 24: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/24.jpg)
24© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Fadiga
Murakami, 1986
![Page 25: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/25.jpg)
25© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Engenharia de inclusões na fadiga
![Page 26: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/26.jpg)
26© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Fadiga
Trilhos heavy haul, Shur 2005
![Page 27: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/27.jpg)
27© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Demanda sobre aços de alta qualidade
![Page 28: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/28.jpg)
28© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Aços Planos
![Page 29: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/29.jpg)
29© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Requisitos de Limpeza
Product/ Application
Purity Cleanliness Remarks
Deep drawing steel for car bodies
C<20ppmN<30ppm
Ototal<20 ppm<100m
Tire cord <20m Low melting, highly
formable
No alumina
Linepipe for sour service
S<10ppm <100m Aluminates/ globular
High S solubility?
Engine valve spring S<20ppm <20m Low melting, highly
formable
No alumina
Bearings S<20ppm Ototal<10 ppmAltotal<5 ppm
Alumina
![Page 30: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/30.jpg)
30© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Controle das Inclusões- Estratégias e Ações
Fonte
Exógenas
Endógenas
Quando se formamPrimárias
Secondárias
Engenharia de Inclusões
Controlar e Eliminar:-Refratários e escórias-Escoamento de Flúidos
Zero Inclusion $teel
![Page 31: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/31.jpg)
31© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions t
Inclusões primárias- controle e eliminação (Processo)
Steel
Oi=600 ppm
Al
Al O
Steel
Of=6ppm
54
48
Aladd
Oi
Alf
Of
“Flutuação”
Reoxidação eEscória
Limpidez
![Page 32: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/32.jpg)
32© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Equilíbrios na Panela
![Page 33: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/33.jpg)
33© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Estabilidade do refratário- Importante?
![Page 34: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/34.jpg)
34© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Tratamento no RH
%O
%C
1atm
1mmHg
Aim Cf
Cconv.
The Carbon Issue
Converter
RH- Degas.
![Page 35: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/35.jpg)
35© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Efeito do tempo para eliminação de inclusões primárias
![Page 36: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/36.jpg)
36© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Tempo de flotação X quantidade, distribuição por tamanho das inclusões e teor de oxigênio total
142
46
2233
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
2 min. 5 min. 10 min. 15 min.Tempo de flotação
Inc
lus
õe
s /
2 c
m²
0
20
40
60
80
100
120
140
160
T[O
] (p
pm
)
maiores que 100 microns
entre 50 e 100 microns
entre 20 e 50 microns
entre 10 e 20 microns
Oxigênio total
Tempo de flotação X quantidade, distribuição por tamanho das inclusões e teor de oxigênio total
142
46
2233
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
2 min. 5 min. 10 min. 15 min.Tempo de flotação
Inc
lus
õe
s /
2 c
m²
0
20
40
60
80
100
120
140
160
T[O
] (p
pm
)
maiores que 100 microns
entre 50 e 100 microns
entre 20 e 50 microns
entre 10 e 20 microns
Oxigênio total
Ou não? (CSN, COAÇO 2001)
![Page 37: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/37.jpg)
37© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Injeção de gás ajuda?
Quanto menor a bolhaMais efetiva!
Bolhas pequenas não escapam do aço!
![Page 38: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/38.jpg)
38© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Onde é possível ter bolhas pequenas?
Submerged entry nozzle!
![Page 39: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/39.jpg)
39© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Fontes de Inclusões no Lingotamento Contínuo
![Page 40: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/40.jpg)
40© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Valve clogging in Continuous Casting
CaS+Fe+Liq
Fe+Liq
A+CA6+Fe
CA2+CA6+Fe
CA2+E+Fe
Data from PellicaniS=50ppm Al=0.04%T=1600 oC;
![Page 41: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/41.jpg)
41© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Abertura da panela vs Limpidez
![Page 42: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/42.jpg)
42© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Instabilidade no escoamento acelera a reoxidação
Al+[FeO]=Al2O3+Fe
![Page 43: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/43.jpg)
43© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Troca de panela vs Limpidez
Importância do escoamento no disribuidor
![Page 44: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/44.jpg)
44© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Estragando tudo no fim
•Velocidade de lingotamento.•Caracterísiticas do fluxante.•O tubo submerso.
![Page 45: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/45.jpg)
45© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Processo- Sumário
• Fluido-dinâmica (Panela, RH, Distribuidor, molde)• Controle dos refratários• Controle de reoxidação• Propriedades das escórias (tensão superficial, etc.)
• Como fazer pequenas bolhas?
![Page 46: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/46.jpg)
46© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Engenharia de Inclusões
Propriedade Desejada
Presença de óxidos limita “Zero Inclusion Steel”
Inclusões mais favoráveis (ou menos desfavoráveis)
Composição química desejada para o aço
Controle das adiçõesManipulação através de equilíbrio com escória
![Page 47: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/47.jpg)
47© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Aço para molas de válvulas
C (%) Si (%) Mn (%) Cr (%) V(%)AISI 6150 0.65 0.20 0.7 0.5 0.15AISI 9254 0.55 1.45 0.7 0.7 -
Stringent fatigue requirements
Absence of macro inclusionsHighly formable inclusions
Low melting point oxides
![Page 48: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/48.jpg)
48© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
% li
feNúmero de ciclos
Inclusions vs. Fatigue
• SAE 9254 - Oshiro et al. 1989
![Page 49: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/49.jpg)
49© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Aço C(%) Si(%) Mn(%) S(%) Ni(%) Cr(%) Al(%) O
(ppm)
N
(ppm)
9254 0,56 1,47 0,71 0,009 0,02 0,71 0,002 18 60
9254V 0,56 1,47 0,71 0,009 0,02 0,71 0,001 19 66
9254K 0,56 1,46 0,70 0,008 0,02 0,71 0,033 7 43
Como obter as inclusões “certas”?
![Page 50: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/50.jpg)
50© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Ladle slag contol (AISI 9254)
Effect of basicity at %Al2O3=5 Effect of %Al2O3 at V=1.2
![Page 51: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/51.jpg)
51© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Controle de Inclusões não-metálicas- Evitando Al2O3
Aço C=0,8%, Mn=0.6%, Si=0,3%
50 m
Effect of slag basicity %Al2O3=5
Effect of slag Al2O3 content V=1.2
![Page 52: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/52.jpg)
52© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Como varia a plasticidade?
![Page 53: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/53.jpg)
53© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Al e O extra baixos- Fadiga
Steel
Slag
Slag metal equilibrium- Slag is CaO, MgO, SiO2, Al2O3, mostly
0
2
4
6
8
10
0 2 4 6 8 10
ppm Al e O (Analisado)
pp
m A
l e
O
(Cal
cula
do
)C1 Al
C2 Al
C3 Al
C1 O
C3 O
C2 O
![Page 54: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/54.jpg)
54© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Fadiga – Zero inclusion steel
![Page 55: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/55.jpg)
55© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Controle da Morfologia (sulfetos?)
Corte fácilIsotropiaetc.
![Page 56: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/56.jpg)
56© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Inclusões para afetar
• A experiência do metal de solda depositado– Alto O
– Titânio forma óxidos favoráveis a nucleação
• Aplicação em lingotamento contínuo de tiras
![Page 57: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/57.jpg)
57© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Como selecionar a inclusão?
![Page 58: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/58.jpg)
58© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Oxide Metallurgy- Phase transformation
How can the microstructure of steels subjected to very little hot working be controlled? (e.g. Strip-casting, Thin Slab casting...)?
Fine oxide dispersion (0.1-10m)
Sulfides (or carbonitrides) are nucleated on oxides
Ferrite nucleates on these particles.
(SiO2)(MnO)
(SiO2)(MnO)
MnS
Mn
(SiO2)(MnO)
MnS
![Page 59: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/59.jpg)
59© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
MnO-TiO2 (continued from CALPHAD 2003)
![Page 60: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/60.jpg)
60© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Mn-Ti-Al-Si-O in steel
![Page 61: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/61.jpg)
61© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Modificação da composição química
• É possível “engenheirar” as inclusões que ficam• Quais as inclusões ideais
– Coeficiente de Expansão (tensões residuais)
– Plasticidade versus Temperatura
– Tensão superficial• Liquido (escória- inclusão)• Sólido (nucleação)
• Modelamento quantitativo do efeito
• Zero inclusion (limitado por $?)
![Page 62: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/62.jpg)
62© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
O problema da caracterização
• O que estamos procurando?
• O “normal”, resultado de uma distribuição “típica”, responsáveis pelo efeito geral sobre as propriedades (ductilidade, alongamento, etc.(antigamente chamadas de microinclusões, por Kiessling)
• As “anomalias”, inclusões grandes, agrupamentos, origem potenciais de defeitos(antigamente chamadas de macroinclusões, por Kiessling)
• Em um mundo onde 10 em 1.000.000 de latas rejeitadas é o limite, o que procurar?
• AMBOS!!
![Page 63: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/63.jpg)
63© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Técnicas para caracterizar limpeza interna
• Metalografia quantitativa– Produto
– Placa em posição especial (Hoogovens)
• Alt vs Als e Ot vs Os
• Dissolução (“Slime”)• M.I.D.A.S.• Partículas magnéticas em produto (produtos “finos”)• Electron Beam Melting• LIBS
![Page 64: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/64.jpg)
64© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Alguns problemas do aço limpo
Qual é um volume representativo?
-Para ensaios.-Para caracterizar a população inclusionária.
![Page 65: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/65.jpg)
65© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
É possível prever qual a maior inclusão presente?
![Page 66: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/66.jpg)
66© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Técnicas avaliadas USINOR- NSC
![Page 67: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/67.jpg)
67© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Previsão e Medição do tamanho máximo
![Page 68: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/68.jpg)
68© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Algumas técnicas
![Page 69: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/69.jpg)
69© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Sumário da comparação NSC-Usinor
$
![Page 70: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/70.jpg)
70© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Medida e Caracterização
• Tendência a volume amostrado cada vez maior
• Necessidade de técnicas rápidas para avaliar estes grandes volumes– LIBS
– OES
– ?
• Outras?
![Page 71: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/71.jpg)
71© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
O Futuro- Desafios
• Para muitas aplicações importantes de aços, o limite tecnológico está associado a inclusões.
• É necessário conhecer melhor o efeito de cada tipo de inclusão sobre o desempenho/ características/ propriedades dos aços para saber qual a inclusão “mais favorável” em cada caso.
• Para progredir na engenharia de inclusões é necessário conhecer melhor:
– As características das interfaces inclusão-metal (líquido e sólido).– As transformações que as inclusões sofrem/ podem sofrer.– As propriedades físicas e mecânicas das inclusões.
• A caracterização da população inclusionária é um importante desafio.
• Aço Zero Inclusões ainda está distante para a maior parte das aplicações.
![Page 72: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/72.jpg)
72© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Agradecimentos
• ABM
• CNPq, FAPERJ, CAPES pelo apoio em vários projetos
• CSN, CST, V&M, Villares, CS Barra Mansa
• Colegas em diversos trabalhos: F Beneduce, RR Avillez
![Page 73: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/73.jpg)
73© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Microsegregation in C-Mn steel (ACS)
Microstructure scale is input to calculations
![Page 74: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/74.jpg)
74© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
MIDAS
![Page 75: 7/05 keynote abm 2005 inclusions 1 © 2005 André Luiz V. da Costa e Silva Controle de inclusões não-metálicas em aços Passado, presente e futuro André Luiz](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022051400/552fc15f497959413d8e7513/html5/thumbnails/75.jpg)
75© 2005 André Luiz V. da Costa e Silva7/05 keynote abm 2005 inclusions
Técnicas para “inclusões pequenas”