Avaliação da influência das rotas de adição de CaSi na modificação da morfologia dos sulfetos de manganês (MnS) no aço ASTM A148 grau 90-60

Abstract

A presença de inclusões não metálicas impacta diretamente nas propriedades mecânicas finais do aços, em especial o sulfeto de manganês (MnS) do tipo II. É imprescindível estudar os mecanismos de formação dessas partículas microscópicas contidas nas estrutura dos aços, por deteriorem suas propriedades caso não exista um controle adequado. O presente trabalho tem como objetivo estudar a efetividade dos diferente modos de correção do agente morfológico, CaSi em pó, nas inclusões de sulfeto de manganês (MnS) do aço ASTM A148 Gr. 90-60. Foram parametrizadas as fusões de duas ligas em forno elétrico a indução, rotas de correção A e B. Prepararam-se a as cargas com matéria prima visando um teor mais alto de enxofre na composição química, fornecendo um cenário favorável para a formação do MnS. Todas as etapas do processamento seguiram os parâmetros internos da empresa, exceto pela forma de correção do CaSi. A rota de correção A consiste na correção no forno elétrico, finalizando com a correção na panela, dividindo-se em dois processos, enquanto a correção da rota B foi realizado inteiramente na panela. Em cada etapa foram retiradas amostras de aciaria para verificar a composição química e análise metalográfica. Além destas amostras, foram vazados blocos quilhas para a realização dos ensaios de tração transversal e impacto a -46 ºC, além de um bloco de massa maior para avaliar a influência da taxa de resfriamento na precipitação das inclusões não metálicas. Constatou-se, de forma quantitativa e qualitativa, com os ensaios mecânicos, metalográficos e a quantificação das inclusões, que ambos os métodos de correção são eficazes para o refino morfológico dos sulfetos de manganês, já que, mesmo com o aumento da quantidade de inclusões, não ocorreu formação de sulfetos tipo II em quantidades expressivas. O aço fundido pelo método B mostrou maior tenacidade, além de uma distribuição de sulfetos mais refinada. Sua rota de correção do CaSi ocorre em apenas uma etapa , a do refino secundário, possibilitando seu uso tanto no forno elétrico a indução quanto no forno elétrico a arco e reduzindo tempo de processo.

The presence of non-metallic inclusions directly impacts the final mechanical properties of steels, especially manganese sulfide (MnS) type II. It is essential to study the formation mechanisms of these microscopic particles contained in the steel's structure, as they deteriorate its properties if there is no proper control. This study aims to investigate the effectiveness of different modes of correction of the morphological agent, CaSi powder, in the manganese sulfide (MnS) inclusions of ASTM A148 Gr. 90-60 steel. The melts of two alloys were parametrized in an induction electric furnace, with correction routes A and B. The charges were prepared with raw materials to achieve a higher sulfur content in the chemical composition, providing a favorable scenario for MnS formation. All processing steps followed the company’s internal parameters, except for the method of CaSi correction. Route A consists of correction in the electric furnace, finishing with correction in the ladle, divided into two processes, while correction in route B was entirely done in the ladle. Samples were taken from the steelmaking process at each step to verify the chemical composition and metallographic analysis. In addition to these samples, keel blocks were cast for transversal tensile and impact tests at -46°C, as well as a larger mass block to assess the influence of cooling rate on the precipitation of non-metallic inclusions. It was found, both quantitatively and qualitatively, with mechanical, metallographic tests, and inclusion quantification, that both correction methods are effective for the morphological refining of manganese sulfides. Even with the increase in inclusion quantity, the formation of type II sulfides did not occur in significant amounts. The steel cast by method B showed higher toughness, as well as a more refined sulfide distribution. Its CaSi correction route takes place in just one step, the secondary refining, allowing its use in both induction electric furnaces and electric arc furnaces, thus reducing process time.