Modelamento da transformação de fases de aços de alta resistência microligados ao Nb durante resfriamento após laminação em tiras a quente

• Main Author: Antonio Adel dos Santos
• Other Authors: Ronaldo Antonio Neves Marques Barbosa
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Minas Gerais 2007
• Online Access: http://hdl.handle.net/1843/MAPO-7REHWM

=== Although equipments used in the steel industry are very large, specifications of shape, dimensions and mechanical properties of flat hot rolled products are very strict. An useful tool to help meet such specifications is the mathematical modelling of process, which can be used for either off line simulation or on line control. In hot strip rolling,the steel strip, after leaving the last rolling stand, is subjected first to a fast cooling on the run-out table and then to a slow cooling after coiling. During the cooling period, austenite decomposition takes place, this phenomenon playing an important role in the final mechanical properties as well as in the coiling temperature control, as this reaction is exothermic. Models for predicting the austenite transformation can be found in the literature, but they are usually limited to specific chemical compositions, often CMn steels, and none of such models takes into account the fact that the cooling rate is changed during the course of transformation. Thus, in this work, an integrated mathematical model for predicting the phase transformation of a commercial CMn steelmicroalloyed with Nb,V,Ti to meet the API-5L-X65 grade, has been developed. Intensive laboratory experiments using a Gleeble 3500 thermomechanical simulator were carried out to raise a database for the model development. The following variables influencing transformation were investigated: strain above and below the nonrecrystallizationtemperature; cooling rate down to coiling, and coiling temperature. Theintegrated model has the following submodels: (i) a model to predict the transformation start temperature, based on empirical formulae; (ii) a transformation kinetics model formulated by the Avrami equation conjugated with the additivity rule; (iii) prediction of volumetric phase fractions of ferrite and pearlite by using a mathematical procedure,in which pearlite formation starts when the carbon content of enriched austenite reaches the extrapolated Acm line under paraequilibrium conditions. The Avrami equation together with the additivity rule was able to describe the transformation even when two distinct cooling regimes were employed. This implies that the model can be applied to any cooling profile in industrial process. Besides, the application of the integrated model to processing conditions of the investigated steel has led to satisfactory predictions of microstructure and hardness observed in the coil. It has also been shown that the two cooling regimes must be considered in the model in order to predict the transformation properly, since the transformation of microalloyed steels advances overthe coiling process, different for the case of CMn steels. === Apesar da extraordinária dimensão e peso dos equipamentos utilizados, as especificações de forma, dimensões e propriedades mecânicas são muito restritas na indústria siderúrgica de laminados planos. Uma ferramenta muito útil na obtenção e controle de tais especificações é o modelamento matemático de processos, usado parasimulação off line, ou para controle on line do processo. Na laminação de tiras a quente, após a saída da última cadeira do trem acabador, a tira passa por uma mesa de resfriamento a altas taxas, sendo bobinada posteriormente, quando o resfriamento torna-se muito lento. Durante este percurso ocorre a decomposição da austenita, fenômeno de grande importância tanto para as propriedades mecânicas finais quanto para o próprio controle do processo. Encontram-se na literatura alguns modelos para prever essa transformação, porém são para aços específicos, normalmente CMn, e nenhum deles considera o fato da taxa de resfriamento ser alterada durante o percurso da transformação. Portanto, neste trabalho foram desenvolvidas formulações matemáticas,baseadas em resultados de ensaios laboratoriais no simulador Gleeble 3500, para previsão da transformação da austenita de um aço CMn microligado ao Nb, V e Ti, produzido industrialmente na Linha de Tiras a Quente da Usiminas. Foi considerada a condição de resfriamento em duas taxas: uma alta até o bobinamento, e outra lenta posteriormente. Foi estudado o efeito sobre a transformação das variáveis: deformaçõesdo material em temperaturas acima e abaixo da temperatura de não-recristalização, taxa de resfriamento rápido e temperatura de bobinamento. Foram desenvolvidos modelos para prever: (i) a temperatura de início de transformação, através de uma equaçãoempírica; (ii) a cinética de transformação, conjugando-se a equação de Avrami com a regra da aditividade; (iii) as frações volumétricas das fases ferrita e perlita, através de um procedimento em que o início de formação da perlita ocorre quando o teor de C da austenita enriquecida intercepta a linha Acm, calculada em condições de paraequilíbrio, e extrapolada abaixo de Ae1. A equação de Avrami conjugada com a regra da ditividade mostrou-se adequada para prever a decomposição da austenita mesmo com mudança da taxa de resfriamento, o que indica a aplicabilidade do método quando o perfil de resfriamento for variável. A aplicação do modelo integrado para as condições de processamento industrial do aço estudado permitiu prever com satisfatória aproximaçãoa microestrutura e a dureza obtidas em amostra da bobina laminada. Mostrou-se, também, que é fundamental no modelo se levar em conta os dois regimes de resfriamento, antes e após o bobinamento, pois a decomposição da austenita não se completa até o bobinamento em aços microligados, ao contrário do que ocorre com osaços CMn comuns.