Avaliação da influência de injeção de argônio sobre a ocorrência de inclusões não metálicas no refino secundário do aço ASTM A148 grau 90-60

Abstract

Inclusões não metálicas interferem negativamente nas propriedades mecânicas dos aços quando inseridas em sua microestrutura. Portanto, com a exigência de aços com mais qualidade microestrutural, há diversos estudos que foram realizados visando a remoção dessas inclusões e a análise dos efeitos que elas possuem sob os aços. Dentre esses estudos, inclui-se o borbulhamento de gás inerte após o vazamento do metal líquido do forno para a panela. Durante o refino do aço, gases inertes são frequentemente injetados no sistema refratário, com o objetivo de homogeneizar a temperatura do sistema e a composição do banho, além de facilitar à flotação de inclusões endógenas e exógenas. Os efeitos da aplicação do gás são explicados por diversos fatores, entre eles, a vazão e tempo de inserção. Desta maneira, o presente trabalho teve por objetivo avaliar a influência da injeção de argônio, quanto a pressão e o tempo de injeção, na flotação de inclusões não metálicas durante o processo de refino secundário de aços carbono e ligados (ASTM A148 Gr 90-60). Para isso, variou-se a pressão do gás em 2, 4 e 6 bar e o tempo de injeção em 240, 180, 120 e 60 segundos. A determinação da influência da injeção do gás argônio foi por meio da fabricação de blocos de prova (BP) e por meio da retirada de amostras do aço líquido da panela durante o processo de vazamento do aço. Em seguida, após a fusão, os blocos de prova foram desmoldados e submetidos aos tratamentos térmicos de têmpera e revenido visando correlacionar a evolução microestrutural da liga no que diz respeito as transformações de fase com as propriedades mecânicas. Por último, ensaios de tração, impacto e ensaios metalográficos foram realizados para quantificação das inclusões e avaliação da atuação destas nas propriedades do aço. Constatou-se que não há um tempo padrão de tratamento, mas sim um tempo ótimo para cada pressão de gás e quanto maior a pressão, menor é esse tempo, o que pode ser explicado pelo efeito de reversão das partículas. Além disso, o trabalho também mostrou que em baixas pressões foram obtidos melhores resultados. Portanto, constatou-se que a pressão e o tempo de injeção de argônio são parâmetros que influenciam na porcentagem das inclusões encontradas e, por consequência, nas propriedades mecânicas do metal.

Non-metallic inclusions interfere negatively in the mechanical properties when inserted into the microstructure of steel. Therefore, with the requirement of steels with higher microstructural quality, many studies have been carried out aiming at the removal of these inclusions and the analysis of the effects they have under steels. Among these studies, the bubbling of inert gas after the liquid metal leaks from the furnace into the ladle is included. During secondary refining, inert gases are often injected to homogenize the temperature and composition of the system, in addition to facilitating the fluctuation of endogenous and exogenous inclusions. The effects of the gas application are explained by several factors, including the pressure and the insertion time. Thus, the present study aims to evaluate the influence of argon injection in relation to time and pressure in the flotation of non-metallic inclusions during the secondary process of carbon refining and alloy steels (ASTM A148 Gr 90-60 ). For this, the gas pressure was varied in 2, 4 and 6 bar and the injection time was varied in 240, 180, 120 and 60 seconds. The technique adopted to determine the influence of argon gas injection was the fabrication of test coupons (TC) and the removal of liquid steel samples from the ladle during the steelmaking. After melting, the test coupons were demolded and subjected to heat treatments of quenching and tempering in order to correlate the microstructural evolution of the steel with the mechanical properties. Finally, some tests were performed to quantify inclusions and evaluate their performance in steel properties. They are: tensile testing, Charpy impact testing at -46°C and metallographic tests. It was found that there is not a standard treatment time, but an optimal time for each gas pressure and the higher the pressure, the shorter this time, which can be explained by the reversal effect of the particles. These conclusions could be explained by the reversion phenomena. In addition, the study also showed that at low pressures better results were obtained. Therefore, it was found that argon pressure and injection time are parameters that influence the percentage of inclusions and consequently the mechanical properties of the metal.