Laminadores modernos de produtos planos (chapas grossas e tiras a quente) possuem basicamente duas funções, uma não metalúrgica e outra metalúrgica. Assim a função do laminador é:
1. Dar forma e aspecto ao produto e atender às tolerâncias dimensionais, e qualidade superficial e interna especificada pelo cliente.
2. Atuar como uma ferramenta metalúrgica para obtenção de propriedades mecânicas desejadas no produto final.
Temperatura de Reaquecimento da placa
-Austenização do aço
-Depende da composição química do material
-Dissolução de precipitados (de microligas Nb, V, Ti)
Temperatura de Não Recristalização (Tnr)
-Temperatura abaixo da temperatura de recristalização estática da austenita deformada
-Depende da composição química do material
Conforme a literatura(1,1)
Tnr = 897+464C+(6445Nb-644ÖNb)+(732V-230ÖV)+890Ti+363Al-357Si (valor conservador)
Temperatura de acabamento
-Temperatura (normalmente superficial) da chapa logo após o passe final de laminação
-Depende das propriedades mecânicas desejadas do produto final
Temperatura de bobinamento
-Temperatura da tira na entrada da bobinadeira
-Depende das propriedades mecânicas desejadas do produto final
Temperatura de transformação de Austenita
para Ferrita (Ar3)
- Temperatura na qual a austenita transforma-se para ferrita durante o resfriamento
- Depende da composição química e da velocidade de resfriamento da chapa
Conforme a literatura
Ar3 (ºC) (1,2) = 910-310C-80Mn-20Cu-15Cr-55Ni-80Mo+0,35(t-8), para aços de laminação controlada (t = espessura, em mm)
Ar3 (ºC) (1.3) = 910-273C-74Mn-56Ni-16Cr-9M0-5Cu
Ar3 (ºC) (1,4) = 903-328C-102Mn+116Nb-0,909*V
(V = Velocidade de resfriamento da tira, ºC/s)
Redução por passe
e taxa de deformação (S-1)
Redução por passe (r)
Pela figura, temos
r = (H-h)/h
A taxa de deformação é dada como(1,5):
e· = (p/30).N.[Ö(R/H)].(1/Ör).ln[1/(1-r)]
onde
R = Raio do cilindro
N = Velocidade de laminação (rpm)
r = Redução por passe = (H-h)/H
Evolução da temperatura durante a laminação
Assumindo que a queda de temperatura durante laminação ocorre apenas por radiação, a temperatura média Tm por passe, de uma barra, pode ser dada como(1,6):
Tm (K) = T0/[1+(3 E A S T03.t)/ d.V. c)]1/3
Para chapas grossas, temos:
Tm (K) = T0/[1+(6 E S T03.t)/ H.d. c)]1/3
Isto é
Tm (K) = T0/[1+(5,324.10-11.T03.t)/H}]1/3
onde
T0 (K) = temperatura de entrada da chapa
d = densidade = 7850 kg/m3
C = calor especifico = 650 J/kg. K
S = 5,66 . 10-8J/m2.s.K4
E = emissividade = 0,80
t = tempo entre passes (segundos)
A/V = área/volume, da barra
H = espessura da entrada da chapa, mm
O tempo entre passes é compreende o tempo gasto entre a entrada do topo da chapa em um passe e a entrada da base da chapa no próximo passe, isto é,
t = t1 + t2, como mostra a figura.
Observações:
A fórmula foi desenvolvida, originalmente, para laminação de barras. O aumento de temperatura da barra, devido à deformação durante o passe, é compensada pela queda na temperatura devido à transferência de calor entre a barra e o cilindro de laminação.
Propriedades térmicas de aço (En3)(1,7):
1) Emissividade, E = (T-273)/1000.[0,125.(T-273)/1000-0,38]+1,1
2) Difusividade, D (m2/s) = 0,15.10-7(T-273,1)-0,0782.10-4 700°C<t<875°C
D (m2/s) = 0,0267.10-7(T-273,5)+0,03.10-4 t>873°C
3) Condutividade, k (J/m.K.s) = -58,6.10-3(T-273)+72,5 t<810°C
k (J/m.K.s) = 10,75.10-3(T-273)+16,8 t>810°C
Observação:
Equações que relacionam a variação com temperatura de condutividade térmica, calor especifico, coeficiente de dilatação térmica e a difusividade térmica podem ser obtidas na referência (1,8)
Ref. Bibliográficas:
1,1) Barbosa, R., Yue, S., Jonas, J. J., Hunt, J., Accelerated Cooling of Rolled Steels, Winnipeg, Canada, 1987.
1,2) Chiaki Ouchi, et al ,Effect of hot rolling conditions and chemical conditions on the onset of gamma to alpha transformation after hot rolling. Tetsu to Hagane 67 (1) Jan. 1981.
1,3) Chiaki Shiga, et al, Kawasaki Steel Techn. Report, 4 Dec. 1981.
1,4) Juan, C. Garcia de Blas, 44° Congresso, ABM, Out. 1989.
1,5) Sims
1,6) Buckley, J. W., Lewis, M.,Maddison, R. T.,
1,7) F. Seredynsky
1,8) V. A. Makovskii, Empirical equations for the relationship of the thermal and physical properties of steel to temperature. Stal, 1972,(1).
2
– Laminação e Qualidade Interna
Segregação central é uma característica muito comum em placas (ou barras) produzidas por lingotamento contínuo. Também, freqüentemente, as chapas apresentam defeitos internos como trincas centrais, trincas interdendrítcas e porosidades. Estes defeitos, quando presentes no produto laminado, se constituem a principal razão para recusa por ultra-som. O problema torna-se mais crítico quando o aço contém altos teores de hidrogênio (> 1ppm), que favorece a iniciação de trincas nos defeitos já presentes.
A escale de passes utilizada para a laminação de chapas pode auxiliar significativamente na melhoria da qualidade interna do material. Isto, naturalmente, depende também do tamanho e da distribuição dos defeitos presentes na placa original. Durante a laminação a quente, é possível que a região central da placa esteja sujeita a tensão de tração, enquanto o restante do material está sob compressão. A formação da zona de tração é favorecida quando a carga de laminação é menor que a resistência à deformação do material na região central. Evidentemente, a criação de um gradiente de temperatura adequado entre a superfície e o centro da e placa pode diminuir a zona tracionada. Os defeitos que porventura existirem nesta zona tenderão a se alongar no sentido de laminação e, desta forma, a deteriorar a qualidade interna do produto laminado. Para evitar isto, deve-se tentar diminuir a zona de tração, ou seja, aumentar a zona de compressão do material. Estudos realizados têm mostrado que o tamanho da zona de compressão pode ser representado por um fator de forma S, dado por:
S = Ö[R.(H-h)]/[(H+h)/2]
Onde R = Raio do cilindro (mm)
H = Espessura de entrada (mm)
h = Espessura de saída (mm)
Quando S ³ 1 a zona de compressão estende-se à espessura inteira da placa.
Em especificações de chapas grossas, é costume indicar um valor mínimo de razão da espessura placa/chapa, visando a obtenção de uma estrutura homogênea na chapa. Esta não é uma condição suficiente para consolidação da estrutura interna, como mostra a figura.
Observa-se que além da razão mínima de laminação, é importante também a aplicação de deformações pesadas, isto é, altos valores de S no passe.
Normalmente, a eliminação de defeitos na região central é mais difícil do que a supressão dos defeitos localizados a ¼ da espessura.
Se
Bo = tamanho inicial da porosidade no sentido da largura e
B1 = tamanho da porosidade no sentido d largura após 1 passe,
temos
(2,1) : B1/B0 = 1 – a .Sb
No caso de laminação com vários passes (n):
Temos B1/B0 x B2/B1
x .............x Bn/Bn-1
= (1 – aS1b ) (1 – aS2b) x ...,,,,,,,,(1-aSnb)
= Õn=1,n (1-aSnb) = CIRE
Este produto é chamada coeficiente de laminação integrada (“Coefficient of Integrated Rolling – CIRE).
Para placas de lingotamento contínuo
a = 0,962
b = 1,944
Para placas de lingotamento convencional
a = 1,854
b = 1,944
A relação entre CIRE, o teor de hidrogênio e a recusa por ultra-som é mostrada na figura.
Quando a deformação por passe não satisfaz esta relação, o material na região central do esboço não sofre deformação. Neste caso, a simples aplicação da teoria de Sim´s não é válida. A profundidade da região deformada pelo cilindro é dada, aproximadamente, pela interseção de duas retas, iniciadas a 45° de pontos de entrada e saída do esboço, como mostra a figura. Para isto, é necessário definir as espessuras de entrada e saída da seguinte maneira:
Hs = L + (H-h)/2
Hs = L – (H-h)/2
Esta correção deverá ser feita toda vez que a seguinte condição é atingida, por passe.
(H2 + h2)/[R.(H – h)] > 2
