Utilização de nióbio e titânio não estequiométrico como elemento ligante na produção de bobinas de aço de alta resistência mecânica processadas termomecanicamente em um laminador do tipo Steckel.

dc.contributor.advisorFaria, Geraldo Lúcio dept_BR
dc.contributor.authorMartins, Cleiton Arlindo
dc.contributor.refereeFaria, Geraldo Lúcio dept_BR
dc.contributor.refereeSilva, André Luiz Vasconcellos da Costa ept_BR
dc.contributor.refereeQueiroz, Rhelman Rossano Urzedopt_BR
dc.contributor.refereePorcaro, Rodrigo Rangelpt_BR
dc.date.accessioned2023-11-10T17:58:20Z
dc.date.available2023-11-10T17:58:20Z
dc.date.issued2023pt_BR
dc.descriptionPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.pt_BR
dc.description.abstractOs aços ARBL (Alta Resistência Baixa Liga) são ligas que proporcionam maiores valores de propriedades mecânicas em relação aos aços carbono devido a pequenas adições (menores que 2 % em massa) de elementos microligantes, como o nióbio e o titânio. A presença desses elementos nos aços oferece a possibilidade da ativação de diferentes mecanismos de endurecimento, tais como refino de grão, precipitação, subestrutura de discordâncias e solução sólida, desde que aplicados processos específicos e bem planejados de conformação mecânica. Uma das opções de processamento é a laminação controlada (laminação termomecânica), seguido de resfriamento acelerado. A aplicação desses processos visam o refinamento do grão ferrítico final e também proporcionar o máximo de precipitação dos diferentes compostos formados a partir dos elementos microligantes presentes no aço. Estudos recentes mostram a possibilidade de obtenção de valores de limite de escoamento acima de 600 MPa em aços ARBL, sendo necessário, porém, a observação de dois fatores: teor de titânio efetivo presente na liga da ordem de 0,1 % - faixa de concentração acima da relação estequiométrica com nitrogênio - e utilização de processamento termomecânico. É nesse contexto que ocorreu o desenvolvimento dessa tese, onde foi proposto a obtenção de aço com limite de escoamento acima de 600 MPa a partir de uma liga contendo titânio acima do estequiométrico, produzido a partir de laminação controlada e resfriamento acelerado no laminador Steckel da empresa Gerdau Ouro Branco. A produção nesse laminador ainda traz várias lacunas de conhecimento, principalmente em relação aos parâmetros de processamento (temperaturas a serem utilizadas ao longo da laminação, nível e taxa de redução, curva de resfriamento acelerado) e teor de titânio proposto, que é muito acima do habitualmente utilizado na indústria. O planejamento para determinação dos parâmetros contou com simulações da evolução microestrutural durante a laminação a partir de software desenvolvido exclusivamente para o laminador Steckel – MicroSim-HSM®. Foram experimentalmente determinados a temperatura de não recristalização (Tnr) e o diagrama TRC da liga. A partir do conhecimento proporcionado nas primeiras etapas, foram laminadas placas no laminador Steckel da Gerdau Ouro Branco e uma completa caracterização mecânica e microestrutural foi realizada no produto laminado. Análises via microscopia eletrônica de varredura (EBSD) mostraram alto refinamento microestrutural no produto final. Por meio de ensaio de tração foi determinado o limite de escoamento acima de 600 MPa em amostra que apresentaram elevado volume de precipitação fina, conforme análise conduzida via microscopia eletrônica de transmissão. Análises complementares demostraram que, mesmo com a presença generalizada de inclusões de TiN, o elevado nível de refinamento microestrutural obtido proporcionou resultados satisfatório em relação à tenacidade ao impacto. Diante de todos os resultados obtidos, foi possível concluir sobre a assertividade do processo de planejamento e produção das tiras no laminador Steckel.pt_BR
dc.description.abstractenThe High-Strength Low-Alloy (HSLA) steels are alloys that provide higher values of mechanical properties compared to carbon steels due to small additions (less than 2 % by weight) of microalloying elements, such as niobium and titanium. The presence of these elements in steels offers the possibility of activating different strengthening mechanisms, such as grain refining, precipitation, solid solution and dislocation density. However, the activation of these mechanisms is conditioned to the application of specific and well-planned processes of mechanical forming. One of the processing options is controlled rolling (thermomechanical rolling), followed by accelerated cooling. Controlled rolling aims to refine the final ferritic grain. Accelerated cooling, on the other hand, seeks to provide maximum precipitation for the different compounds formed from the micro-alloying elements present in steel, increasing precipitation hardening. Recent studies show the possibility of obtaining yield strength values above 600 MPa, using steels with titanium content of 0.1 % - content range above the stoichiometric relationship with nitrogen - and use of thermomechanical processing. It is in this context that the this thesis was developed, where it was proposed to obtain steel with a yield strength values above 600 MPa from an alloy containing hyper stoichiometric titanium, produced with controlled rolling and accelerated cooling in the Steckel rolling mill from Gerdau Ouro Branco’s company. The production of these steels in Steckel mills still brings several knowledge gaps, mainly in relation to the processing parameters (temperatures to be used throughout the rolling, reduction level and rate, accelerated cooling curves) and the proposed titanium content, which it is far above that used in industries. The planning for determining the parameters included simulations of the microstructural evolution during rolling using software developed exclusively for the Steckel rolling mill – MicroSim-HSM®. The non- recrystallization temperature (Tnr) and the TRC diagram of the alloy were experimentally determined. Based on the knowledge provided in the first stages, plates were rolled in the Steckel mill at Gerdau Ouro Branco, and a complete mechanical and microstructural characterization was carried out on the rolled product. Analysis via scanning electron microscopy (EBSD) showed high microstructural refinement in the final product. The achievement of yield strength in a sample that presented a high volume of fine precipitation was possible to be verified using a tensile test and evaluation via transmission electronic microscopy. Complementary analyzes showed that, even with the widespread presence of TiN inclusions, the high level of microstructural refinement obtained provided satisfactory results in terms of impact toughness. With all results obtained, it was possible to conclude on the assertiveness of the planning and production process of the strips in the Steckel rolling mill.pt_BR
dc.identifier.citationMARTINS, Cleiton Arlindo. Utilização de nióbio e titânio não estequiométrico como elemento ligante na produção de bobinas de aço de alta resistência mecânica processadas termomecanicamente em um laminador do tipo Steckel. 2023. 177 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2023.pt_BR
dc.identifier.urihttp://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/17721
dc.language.isopt_BRpt_BR
dc.rightsabertopt_BR
dc.rights.licenseAutorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 13/10/2023 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.pt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/*
dc.subjectLaminação - metalurgiapt_BR
dc.subjectMetais - tratamento térmicopt_BR
dc.subjectMinérios de titâniopt_BR
dc.subjectLaminação - metalurgia - laminador Steckelpt_BR
dc.subjectEvolução microestruturalpt_BR
dc.titleUtilização de nióbio e titânio não estequiométrico como elemento ligante na produção de bobinas de aço de alta resistência mecânica processadas termomecanicamente em um laminador do tipo Steckel.pt_BR
dc.typeTesept_BR

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