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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.
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Introdução
 Objetivo
 Materiais e métodos
 Resultados e discussões
 Conclusões
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Laminador de tiras a quente
R1
Fornos de
reaquecimento
R2
R3
R4
F1 - F7
Acabadores
Bobinadoras
Desbastadores
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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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Cilindro de aço rápido
Microscópia Óptica
Microscópia Eletrônica de Varredura (BSE e SE)
Caracterização microestrutural
Fração volumétrica de carboneto
Ensaio de dureza HRc e macrodureza Vickers
Ensaio de microdureza Vickers
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 Caracterização Microestrutural
 Desgaste
 Fadiga Térmica
 Oxidação
 Caracterização fractográfica transversal
 Caracterização fractográfica longitudinal
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Faixa de composição química
C
Cr
W
Mo
V
Si
Ni
Mn
Cu
P
S
1-2% 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%
Martensita revenida e carbonetos
M7C3, M3C, M2C, MC e secundários
Carbonetos
Dureza
HRc Macrovickers
Microvickers
(150kg)
(30kgf)
Matriz (100gf) Carboneto(50gf
)
57
676
693
1393
Fração volumétrica de carbonetos
Fração volumétrica de carboneto
Medidas Aumento Média Int.Confiança 95%
35
100x 25,6%
1,1
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Desgaste abrasivo
Desgaste por microssulcamento
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Malha de fadiga térmica
Propagação da trinca Matriz/carboneto
Malha de fadiga térmica no filme de óxido
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1
Fe
Mo
3
Fe
W
Cr/V
V
Cr/V
Fe
W Mo
W
4
Carboneto M2C e/ou M6C
V
Cr
Fe
Carboneto M3C
1
2
2
Fe
3
4
Fe
O
Superfície do cilindro
V
Cr/V
Matriz
Fe
Cr/V
Óxido
Fe
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Filme de óxido 2-5 mm
Óxido
Óxido
Fadiga
térmica
Descascamento
Banding
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Clivagem MC
Clivagem MC
Dimple
Dimple
Clivagem MC
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Clivagem
Dimple
Clivagem
Dimple
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------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 mm.
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.