Identificação de inclusões
não-metálicas em rodas guias de aço
Resumo
Marcolino Fernandes Neto
Um dos grandes problemas encontrados no processo de fabricação
de rodas guias de aço é a presença de inclusões não metálicas.
Neste sentido, este trabalho buscou determinar a composição
química elementar e a origem das inclusões, não metálicas,
presentes em rodas guias de aço, utilizando a técnica de
Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), acoplado a um sistema
de análise por energia dispersiva (EDS), e também a técnica de
Microscopia Óptica. Para identificar a origem das inclusões, foram
analisados os resultados de composição química de inclusões,
observadas em amostras coletadas em um filtro de retenção de
inclusões, no produto acabado (rodas guias de aço) e em alguns
materiais envolvidos na fabricação do mesmo. Após esta etapa, os
resultados de composição química elementar das amostras de
inclusões foram analisados e comparados com os resultados de
composição química dos materiais envolvidos no processo de
fabricação, possibilitando a caracterização das inclusões não
metálicas, presentes nas rodas guias e a identificação da origem
das mesmas.
Autor
Palavras-chave
Aço, Inclusões Não Metálicas, MEV/EDS
Marcolino Fernandes Neto
Graduação em Engenharia Metalúrgica pela
Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP)
- 1989, mestrado em Engenharia Metalúrgica
e de Minas pela Universidade Federal de
Minas Gerais (UFMG) – 1993, doutorado
em Engenharia Mecânica pela Universidade
Estadual de Campinas – UNICAMP – 2001
e pós-doutorado em Engenharia Mecânica
pela Faculdade de Engenharia Mecânica
(FEM) – UNICAMP em parceria com a Faculdade de engenharia Química de Lorena
(FAENQUIL) – 2002. Atualmente é professor adjunto do Centro Universitário das Faculdades Associadas de Ensino - FAE e professor adjunto III da Pontifícia Universidade
Católica de Minas Gerais.
E-mail:
[email protected]
Recebido em 30/abril/2008
Aprovado em 03/junho/2008
Pensamento Plural: Revista Científica do
, São João da Boa Vista, v.2, n.1, 2008
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FERNANDES NETO, M.
1. Introdução
As rodas guias de aço são peças utilizadas nos tratores e
que têm a função de conduzir e alinhar as esteiras. Um dos
grandes problemas encontrados no processo de fabricação
de tais rodas é a presença de inclusões não metálicas.
Conforme Felix (1991) e Marcolino Neto (2001), as inclusões não metálicas encontradas nos aços são, basicamente, classificadas em dois grupos: óxidos e sulfetos. As
inclusões de óxidos podem ser simplesmente puras (um único tipo de óxido), ou mistas (mais de um tipo de óxido). As
inclusões de sulfetos formam dois tipos: os sulfetos propriamente ditos, e as inclusões dúplex ou oxissulfetos, geralmente muito complexos e de natureza endógena. Ocorrem ainda, em menor proporção, os nitretos, carbonetos e
carbonitretos.
De acordo com Furusadi (1992), Gatellier (1977) e
Tanaka (1994), as inclusões não metálicas, encontradas nos
aços são classificadas de acordo com a origem, o tamanho,
a morfologia e a composição química.
Quanto à origem, as inclusões são classificadas em dois
tipos. O primeiro tipo são as inclusões endógenas, originadas de reações no interior do aço, resultantes do produto de
reações químicas que ocorrem a partir das práticas de
desoxidação, de oxidação do aço líquido, ou precipitação
durante o resfriamento e a solidificação do banho líquido.
Exemplos: formação de óxidos, na etapa de desoxidação, e
sulfetos, na etapa de solidificação. O segundo tipo são as
inclusões exógenas, de origem externa, resultantes de incorporação mecânica de escórias, refratários, coberturas e pinturas de refratários que ficam presos no metal e outros materiais com os quais o aço líquido entra em contato. Exemplos:
interação do aço com o refratário e com a atmosfera.
Quanto ao tamanho, as inclusões são divididas em três
classes. A primeira classe são as inclusões submicroscópicas,
de diâmetro inferior a 1mm. A influência destas inclusões nas
propriedades do aço não está completamente esclarecida,
por causa das dificuldades experimentais. Entretanto, é geralmente aceito que sua presença não é tão importante quanto as micro e macroinclusões. A segunda classe são as inclusões microscópicas, de diâmetros entre 1 a 100 mm. São
geralmente provenientes de produtos de desoxidação e têm
significativo efeito prejudicial nas propriedades mecânicas
do aço. A terceira classe são as inclusões macroscópicas ou
macroinclusões, de diâmetro superior a 100 mm. A quantidade dessas inclusões no aço nem sempre são proporcionais ao seu estado de oxidação e, normalmente, ocupam
uma pequena fração do volume total de inclusões, sendo,
entretanto, bastante prejudiciais às propriedades do produto
acabado.
Portanto, as siderúrgicas devem se preocupar essencialmente em obter um produto com nível mais baixo possível de
inclusões indesejáveis. Para alcançar este objetivo é necessário que se entenda a origem das inclusões e as condições
para controlá-las. Neste intuito uma Empresa Nacional de
Fundição juntamente com as instituições: UNICAMP – Campinas-SP e UNIFAE / IPEFAE São João da Boa Vista-SP realizaram um estudo sobre caracterização de macroinclusões
presentes em rodas guias de aço. Amostras de macroinclusões
presentes nas rodas guias de aço (produto acabado), e amostras de vários materiais envolvidos na fabricação das rodas
foram coletadas no processo industrial. Tais amostras foram
analisadas, utilizando um Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV), acoplado a um sistema de análise por energia
dispersiva (EDS). A partir dos resultados dessa análise foi
possível identificar a origem das macroinclusões presentes
nas rodas guias de aço e propor soluções para minimizar a
ocorrência das macroinclusões no produto final, visando a
obter um produto acabado de melhor qualidade.
2. Materiais e Métodos
Foram analisadas no MEV/EDS amostras de inclusões
retiradas do filtro de retenção de inclusões, das rodas guias
e de alguns materiais envolvidos na fabricação das mesmas.
Após esta etapa, os resultados de composição química elementar das amostras de inclusões foram analisados e comparados com os resultados de composição química dos materiais envolvidos no processo de fabricação. Foram realizadas um total de 10 análises, conforme Tabela 1.
As análises foram realizadas no Laboratório de Caracterização de Materiais da Faculdade de Engenharia Mecânica
(FEM) da Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP.
2.1 Resultados
As Figuras de 1 a 2 apresentam as fotografias e as composições químicas de inclusões observadas no filtro de retenção de inclusões. Tais inclusões foram analisadas com o
auxílio do MEV/EDS1.
As Figuras de 3 a 4 mostram as fotografias e as composições químicas de inclusões observadas em amostras, de
roda guia, retiradas na região onde é realizado o ensaio de
líquido penetrante para observar fissuras. As Figuras de 5 a 6
mostram as fotografias e as composições químicas de inclusões retiradas (na forma de pó), diretamente, das rodas guias. As referidas inclusões foram analisadas com o auxílio do
MEV/EDS. As Figuras de 7 a 10 mostram as fotografias e as
composições químicas de materiais de possíveis fontes de
origens de inclusões presentes em rodas guias. Tais materiais foram analisados com o auxílio do MEV/EDS.
Tabela 1 – Tipos de amostras e quantidades de análises realizadas
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Identificação de inclusões não-metálicas em rodas guias de aço
Al 2 O 3 = 26 %
Si O 2 = 2 %
C aO = 1 %
Mn O = 7 %
FeO = 48 %
Z r O 2 = 16 %
Figura 1 - Inclusões presentes no filtro
Al 2 O 3 = 1 2 %
Si O 2 = 8 %
CaO = 9 %
Mn O = 6 %
FeO = 64 %
Z r O 2 = 1%
Figura 2 - Inclusões presentes no filtro
Al 2 O 3 = 26 %
C aO = 2 %
Mn O = 1 0 %
FeO = 9 %
Z rO 2 = 53 %
Figura 3 - Inclusões presentes na região onde é realizado ensaio de líquido penetrante para observar fissuras na roda guia.
Al 2 O 3 = 5 %
Si O 2 = 1 3 %
CaO = 3 %
Mn O = 13 %
FeO = 48 %
Z rO 2 = 1 8 %
Figura 4 - Inclusões presentes na região onde é realizado ensaio de liquido penetrante para observar fissuras na roda guia.
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, São João da Boa Vista, v.2, n.1, 2008
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FERNANDES NETO, M.
Al 2 O 3 = 30 %
SiO 2 = 5 8 %
C aO = 3 %
Mn O = 7 %
FeO = 2 %
Figura 5 – Inclusão na forma de pó retirada na roda guia
Al 2 O 3 = 11 %
SiO 2 = 4 5 %
C aO = 2 %
Mn O = 1 7 %
Mg O = 2 %
FeO = 15 %
Z r O 2 = 8%
Figura 6 – Inclusão na forma de pó retirada na roda guia
Al 2 O 3 = 2 7 %
SiO 2 = 2 5 %
Mn O = 10 %
FeO = 2 %
CaO = 1 4 %
Mg O = 22 %
Figura 7 – Amostra de escória do forno panela
Al 2 O 3 = 4 4 %
SiO 2 = 4 1 %
Mn O = 14 %
FeO = 1 %
Figura 8 – Amostra da luva (material escuro e fibroso)
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Identificação de inclusões não-metálicas em rodas guias de aço
Al 2 O 3 = 5 6 %
Si O 2 = 3 9 %
FeO = 3 %
Ti O 2 = 2 %
Figura 9 – Amostra da manilha de vazamento
Al 2 O 3 = 6 9 %
Si O 2 = 2 5 %
FeO = 2 %
Ti O 2 = 4 %
Figura 10 – Amostra de refratário do forno panela
4. Considerações FFinais
inais
Comparando as composições químicas das amostras de
inclusões, com as amostras dos materiais envolvidos no processo de fabricação das rodas guias, pode-se verificar que:
1) As inclusões mostradas nas Figuras 1, 2, 3, 4 e 6 possuem fonte de origem da escória da panela (Figura 7). O teor
elevado de óxido de ferro (FeO), na composição química das
inclusões, é devido a influência da matriz ferrítica. A evidência
do óxido de manganês (MnO) e do óxido de zircônio na composição de tais inclusões é um fator determinante da origem das
mesmas.
2) A inclusão mostrada na Figura 5 fica perfeitamente evidenciada que sua fonte de origem é a luva, pois este fato pode
ser comprovado pela comparação das composições químicas
e, também, pela comparação das imagens das Figuras 5 e 8.
A análise de amostras de inclusões presentes em rodas
guias e dos materiais envolvidos na fabricação das mesmas, permite que sejam extraídas as seguintes conclusões:
1 – A coleta e análise da composição química de inclusões presentes em rodas guias, analisadas neste trabalho,
permitiu conhecer melhor as inclusões presentes em rodas
guias e identificar as possíveis fontes de origem das mesmas.
2 – Conforme analisado, as inclusões apresentaram
duas fontes de origens (escória da panela – Figura 7 e luva
– Figura 8) sendo que os esforços para redução das mesmas nas rodas guias devem ser direcionados para o controle de arraste da escória da panela que apresentou maior
ocorrência.
Notas
3. Discussão
(1) O autor agradece ao UNIFAE – Centro Universitário
das Faculdades Associadas de Ensino – FAE, IPEFAE –
Instituto de Pesquisa Econômicas e UNICAMP – Universidade Estadual de Campinas pelo apoio fornecido ao longo deste trabalho.
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Referências
FERNANDES NETO, M.
-Metálicas em Aços
FELIX, A. M. Inclusões Não
Não-Metálicas
Aços. Trabalho Apresentado no Curso de Solidificação de Metais CPGM – Curso de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica e Minas. Belo Horizonte-MG, 1991. p. 1-50.
FERNANDES NETO, M. Análise de Inclusões Não
Não-Metálicas
-Metálicas em Aço de Baixo Carbono Desoxidado ao
Alumínio Produzido por Lingotamento Contínuo Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade
Estadual de Campinas, pp. 216, Tese (Doutorado), 2001.
FURUSADI, Y.; KAWASAKI, S.; KANAZUKA, Y.; TAKEB, T.; HATA, H. Production of Clean Steel by Bloom
Caster, Steelmaking Conference Proceedings, 1992. p. 397-403.
Caster
GATELLIER, C.; JACQUEMOT, A.; HENRY, J. M.; OLETTE, M. H. R. Controle da Morfologia das Inclusões nos Aços
Desoxidados pelo Alumínio, Metalurgia
Metalurgia-ABM, Vol. 33, no 234, p. 275-283, 1977.
Abstract
TANAKA, H.; NISHIHARA, R.; MIURA, R.; TSUJINO, R.; KIMURA, T.; NISHI, T.; IMOTO, T. Technology for Cleaning of
Molten Steel in Tundish, ISIJ International
International, Vol. 34, NO 11, p. 868-875, 1994.
The inclusions are undesirable in steel products because during the production process they are incorporated in the ascast structure. Such inclusions cause damages to the mechanical properties of the products. In order to minimize this
problem it was necessary to understand the production process. by determining the characterization of inclusions
present in steel guide wheels. Samples of inclusions in the steel guide wheels (finished product) and samples of several
materials involved in its production were collected at the industrial plant. These samples were analyzed with the aid of
a scanning electron microscope (SEM) connected to an energy-dispersive spectrometer system (EDS) and optical
microscopy technique. The results of the analyses allowed the identification of the source of the macroinclusions in the
guide wheels, thus making possible the proposition of solutions in order to minimize the occurrence of these imperfections
on the finished product (better quality).
Key words
Steel, Inclusions Non-Metallic, SEM/EDS
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