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Influência da deformação na laminação de encruamento nas propriedades mecânicas do aço acalmado ao alumínio refosforado, galvanizado a quente classe 220mpa de limite de escoamento

Documento informativo
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS Curso de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica e de Minas DISSERTAÇÃO DE MESTRADO “ INFLUÊNCIA DA DEFORMAÇÃO NA LAMINAÇÃO DE ENCRUAMENTO NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO AÇO ACALMADO AO ALUMÍNIO REFOSFORADO, GALVANIZADO A QUENTE, CLASSE 220MPa DE LIMITE DE ESCOAMENTO” Autor: Carlos Augusto Carvalhido Orientadora: Profa. Berenice Mendonça Gonzalez Co-Orientador: Gláucio Bórtoli da Cruz Rabelo UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS Curso de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica e de Minas Carlos Augusto Carvalhido “INFLUÊNCIA DA DEFORMAÇÃO NA LAMINAÇÃO DE ENCRUAMENTO NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO AÇO ACALMADO AO ALUMÍNIO REFOSFORADO, GALVANIZADO A QUENTE, CLASSE 220MPa DE LIMITE DE ESCOAMENTO” Dissertação de Mestrado Apresentada ao Curso de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica e de Minas da Universidade Federal de Minas Gerais Área de concentração: Metalurgia Física Orientadora: Profa. Berenice Mendonça Gonzalez Co-Orientador: Gláucio Bórtoli da Cruz Rabelo Belo Horizonte Escola de Engenharia da UFMG 2007 ii Primeiramente a Deus. À Fabíola pelo companheirismo. À minha mãe e ao meu pai. Aos meus irmãos e amigos. AGRADECIMENTOS iii À Professora Berenice Mendonça Gonzalez pela total disponibilidade, pela orientação, dedicação e ensinamentos transmitidos. Ao Gláucio Bórtoli da Cruz Rabelo pela orientação, acompanhamento, sugestões e críticas. À Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais, em especial ao Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais, pela oportunidade da realização deste projeto de pesquisa. À Usiminas pela oportunidade e pelo o apoio financeiro. Aos amigos da Usiminas, em especial, Eduardo Côrtes Sarmento, Pedro Olindo Pimentel, Luiz Claudio de Oliveira Meyer, Gislan William Guimarães, Petrus Barros Barcelos, Daniel Viçoso Branjioni, Adalto Verneck Costa, Fabio Dian Murari, Aldo Henrique de Almeida Barbosa, Odair José dos Santos, João Francisco Batista Pereira, pela presteza, confiança, apoio e ensinamentos durante o projeto. Aos funcionários da Usiminas, lotados na Gerência de Laboratórios e Ensaios de Liberação, pela a realização dos ensaios solicitados. RESUMO iv A contínua busca da melhoria da competitividade do aço frente aos sucedâneos tem levado ao desenvolvimento de aços mais resistentes, permitindo atender a três das principais demandas do setor automotivo: redução de peso, economia de combustível e aumento da segurança do usuário. Outra grande preocupação das montadoras e das usinas siderúrgicas é no aumento da resistência à corrosão dos aços, resultando no aumento constante do consumo de aços galvanizados. Este trabalho estudou a influência da deformação na laminação de encruamento nas propriedades mecânicas do aço acalmado alumínio, refosforado, galvanizado a quente, concentrando em aços com limite de escoamento mínimo de 220MPa. De maneira geral, observou-se maior resistência ao retorno do escoamento descontínuo e do aumento da deformação no patamar de escoamento, em materiais com maior grau de deformação aplicado no laminador de encruamento, devido a maior densidade de deslocações geradas nestes materiais. Destaca-se também que o projeto utilizando grau de deformação na laminação de encruamento igual a 2,3% foi o mais adequado para a fabricação do aço estudado. ABSTRACT v The continuous search of improvement of competitiveness for a more resistant steel has led to it´s improvement, allowing be attend the three main demands of the automotive sector: reduction of weight, fuel economy and a safer car for the user. Another great concern of the car mallers and steel plants is in the increase of steel corrosion steel, resulting in the constant increase of the galvanized steel consumption. This work studied the influence of the skin pass in it´s mechanical properties of the aluminum killed steel, re-phosforized, hot dip galvanized, concentrating in steel with yield strain superior to 220MPa. In a generalized manner, it was noticed a bigger resistance to the return itself/increase of the yield point elongation in materials with higher degree of deformation applied in the temper rolling mill, which had the biggest density of deslocation generated in these materials. It is also distinguished that the project using degree of deformation in the skin pass mill reduction of 2.3% was the one with the best results. SUMÁRIO vi 1 – INTRODUÇÃO. .15 2 – OBJETIVOS.17 3 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .18 3.1 – CONCEPÇÕES DE AÇOS REFOSFORADOS PARA ESTAMPAGEM: BAIXO CARBONO E ULTRA BAIXO CARBONO.18 3.2 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA .19 3.2.1 – Efeito do carbono .19 3.2.2 – Efeito do fósforo .20 3.2.3 – Efeito do manganês.21 3.3 – PROCESSAMENTO NA LAMINAÇÃO DE TIRAS A QUENTE.23 3.3.1 – Efeito da temperatura de bobinamento.23 3.4 – PROCESSAMENTO NA LAMINAÇÃO DE TIRAS A FRIO.24 3.4.1 – Laminação a frio.24 3.4.2 – Recozimento: influência da temperatura de encharque .24 3.4.3 – Laminação de encruamento .26 3.5 – PROCESSO DE GALVANIZAÇÃO A QUENTE .34 3.5.1 – Fases presentes no recobrimento com zinco.35 3.6 – TESTES RELATIVOS ÀS PROPRIEDADES RELACIONADAS À ESTAMPAGEM .37 3.7 – INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS DOS TESTES.42 3.7.1 – Limite de escoamento .42 3.7.2 – Coeficiente de anisotropia (Rm e ∆R).43 3.7.3 – Expoente de encruamento (n) .43 3.8 – EFEITOS DE ENVELHECIMENTO.44 3.8.1 – Índice de envelhecimento – “Aging index” .52 4 – METODOLOGIA .54 4.1 – MATERIAL.54 4.2 – PROCESSAMENTO.54 4.2.1 – Aquecimento de placas .54 4.2.2 – Laminação a quente.55 4.2.3 – Laminação a frio.55 vii 4.2.4 – Linha de galvanização a quente .56 4.2.4.1 – Recozimento.56 4.2.4.2 – Revestimento.56 4.2.4.3 – Laminação de encruamento .56 4.3 – CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS .56 4.3.1 – Avaliação da aderência de revestimento .56 4.3.2 – Análise metalográfica .57 4.3.3 – Caracterização do comportamento mecânico.57 4.3.3.1 – Ensaio de tração .57 4.3.3.2 – Coeficiente de anisotropia normal .60 4.3.3.3 – Expoente de encruamento .60 4.3.3.4 – Índice de envelhecimento acelerado (“Aging index” – AI).61 4.3.3.5 – Comportamento do envelhecimento natural .61 5 – RESULTADOS E DISCUSSÃO .62 5.1 – ANÁLISE QUÍMICA.62 5.2 – CARCTERIZAÇÃO DO MATERIAL POR GRAU DE DEFORMAÇÃO.62 5.2.1 – Avaliação da aderência de revestimento .62 5.2.2 – Análise metalográfica .63 5.2.3 – Caracterização do comportamento mecânico.65 5.2.3.1 – Ensaio de tração .65 5.2.3.2 – Coeficiente de anisotropia normal .73 5.2.3.3 – Expoente de encruamento .75 5.2.3.4 – Índice de envelhecimento (“Aging index” – AI).76 5.2.3.5 – Comportamento do envelhecimento natural .78 5.3 – AVALIAÇÃO DO PROJETO .86 6 – CONCLUSÕES .90 7 – SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS.91 8 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .92 viii LISTA DE SÍMBOLOS AA Aço acalmado ao alumínio AA-HSS Aço acalmado ao alumínio, baixo carbono, refosforado AI “Aging index” – Índice de envelhecimento AL Alongamento total AL’ Subtração do alongamento total pelo alongamento no patamar de escoamento Au Alongamento uniforme BH “Bake Hardening” – Endurecimento por cura da pintura CP Corpo de Prova e Deformação convencional GA Aço galvanizado a quente com tratamento térmico – “Galvannealed” GI Aço galvanizado a quente zinco-puro – cristais de zinco minimizados HDG Produtos galvanizados por imersão a quente HSS “High Strenght Steel” – Aço refosforado IF Aço “Interstitial Free” – Livre de intersticiais IF-HSS Aço “Interstitial Free” refosforado IF-Ti Aço “Interstitial Free” estabilizado ao Ti K Coeficiente de resistência da equação de Hollomon L0 Comprimento inicial do corpo de prova Lf Comprimento do corpo de prova após fratura Li Comprimento do corpo de prova no instante “i” LE Limite de escoamento LE/LR Relação elástica LR Limite de resistência n Expoente de encruamento nm Expoente de encruamento médio P Força ppm parte por milhão Pu Ponto de carga máxima R Coeficiente de anisotropia normal Rm Coeficiente de anisotropia normal médio s Desvio padrão da amostra S Tensão convencional ix SPMR SWE Tt ULSAB X YP-EL α γ Γ δ ∆L ∆R ε εt εu εw ζ η σ “Skin Pass Mill Reduction” – Grau de deformação na laminação de encruamento “Secondary Work Embrittlement” – Fragilidade por deformação secundária Temperatura de transição dútil-frágil “Ultra Light Steel Auto Body” Valor médio de cada parâmetro “Yield Point Elongation” – Deformação no patamar de escoamento Ferrita Austenita Fase gama do sistema ferro-zinco Fase delta do sistema ferro-zinco Variação de comprimento Coeficiente de anisotropia planar Deformação verdadeira Deformação verdadeira na espessura Deformação uniforme Deformação verdadeira na largura Fase zeta do sistema ferro-zinco Fase eta do sistema ferro-zinco Tensão verdadeira x LISTA DE FIGURAS Figura 3.1 – Influência da composição química e da temperatura de bobinamento na susceptibilidade à fragilização por deformação secundária. Aço (A): IF com 0,010% de P, sem adição de B; Aço (B): IF com 0,020% de P e 0,0011% de B; aço (C): IF com 0,019% de P sem adição de B (LOUREIRO, 1999) .19 Figura 3.2 – Efeito do teor de C (% em peso) e da redução a frio no valor Rm (HUTCHINSON, 1984) .20 Figura 3.3 – Efeito do P nas propriedades mecânicas de um aço ultra baixo carbono, recozido (CHEN, 1995) .21 Figura 3.4 – Efeito de adição de elementos como solutos no limite de escoamento de um aço baixo carbono ferrítico (PICKERING, 1978).22 Figura 3.5 – Efeito da adição de Mn sobre o limite de escoamento em aço microligado ao Nb e ao Nb-V laminado a frio e recozido (PRADHAN, 1984).23 Figura 3.6 – Influência da temperatura de encharque, durante um ciclo de recozimento contínuo, sobre o valor Rm. Composição química do aço estudado: C: 0,035%; Mn: 0,26%; P: 0,014%; S: 0,014%; N: 0,0032%. (OBARA, 1985) .25 Figura 3.7 – Influência da temperatura de encharque, durante um ciclo de recozimento contínuo, sobre o tamanho de grão e envelhecimento do material (BH) (BARBOSA, 1999).26 Figura 3.8 – Micromecanismo do envelhecimento: (a) deslocações livres e deslocações associadas à atmosferas de carbono e nitrogênio no aço; (b) após a laminação de encruamento, aumento da densidade de deslocações e desancoramento de deslocações; (c) após envelhecimento, deslocações reancoradas pelas atmosferas de carbono/nitrogênio (CHEN, 2000) .28 Figura 3.9 – Mudança da deformação no patamar de escoamento e do limite de escoamento com aumento do “SPMR”, onde SPMR (A) < SPMR (B) < SPMR (C) < SPMR (D) (LAKE, 1985) .29 Figura 3.10 – Limite de escoamento (símbolos fechados) e deformação no patamar de escoamento (símbolos abertos) em função do grau de deformação aplicado no laminador de encruamento. Aço capeado. Composição Química: C: 0,06%; Mn: 0,33%; S: 0,017%; N: 0,002% (LAKE, 1985).30 xi Figura 3.11 – Espaçamento das bandas de Lüders em função do SPMR para um aço capeado. Composição Química: C: 0,06%; Mn: 0,33%; S: 0,017%; N: 0,002% (LAKE, 1985).32 Figura 3.12 – Efeito do SPMR no valor n de um aço IF. Símbolos fechados: 75% de deformação a frio; símbolos abertos: 80% de deformação a frio. Composição Química: C:< 0,0050%; Mn: 0,15%; Al: 0,035%; Ti: 0,065%; N: 0,003% (ALVAREZ, 2004) .33 Figura 3.13 – Esquema da linha de galvanização por imersão a quente da Unigal .34 Figura 3.14 – Detalhe do diagrama Fe-Zn, para região acima de 70% de zinco (NAKAMORI, 1988).36 Figura 3.15 – Seção transversal atacada de um aço galvanizado por imersão a quente, com tempo de imersão de um minuto em banho de zinco fundido a 450°C (ROWLAND, 1948).37 Figura 3.16 – Curvas típicas de tração de aços baixo carbono .38 Figura 3.17 – Medição de anisotropia normal através do valor R de Lankford.40 Figura 3.18 – Método de amostragem para obtenção de Rm e ∆R .41 Figura 3.19 - Aspectos do orelhamento em função de ∆R.41 Figura 3.20 – Curva tensão-deformação sob tração para um metal que apresenta escoamento descontínuo (REED-HILL, 1982).44 Figura 3.21 – Bandas de Lüders em um corpo de prova submetido a tração (REEDHILL, 1982) .45 Figura 3.22 – Curva tensão-deformação de um aço baixo carbono recozido e ensaiado até o ponto A, descarregado e reensaiado. A curva (c) = (a), a partir do ponto A representa o material ensaiado imediatamente enquanto a curva (b) representa o material envelhecido (PEREIRA, 1986).46 Figura 3.23 – Efeito da quantidade de carbono em solução sólida sobre o aparecimento de linhas de distensão (HAYASHIDA, 1994).47 Figura 3.24 – Ilustração esquemática de um diagrama Fe-Fe3C e as mudanças nos tamanhos das partículas de cementita após os resfriamentos rápido e lento, na região ferrítica (OKAMOTO, 1985).48 Figura 3.25 – Efeito do grau de deformação na laminação a frio na variação da deformação no patamar de escoamento após três meses. Adaptado de HUNDY, 1956 enfocar la importancia de la producción mediática de los niños en su descubrimiento del mundo, sobre todo utilizando el periódico escolar y la imprenta. Asimismo las asociaciones de profesores trabajaron en esta línea e incluso la enseñanza católica se comprometió desde los años sesenta realizando trabajos originales en el marco de la corriente del Lenguaje Total. Páginas 43-48 45 Comunicar, 28, 2007 En el ámbito de los medios, también desde el principio del siglo XX hay ciertas corrientes de conexión. Pero es a lo largo de los años sesenta cuando se constituyeron asociaciones de periodistas apasionados por sus funciones de mediadores, que fomentaron la importancia ciudadana de los medios como algo cercano a los jóvenes, a los profesores y a las familias. Así se crearon la APIJ (Asociación de Prensa Información para la Juventud), la ARPEJ (Asociación Regional de Prensa y Enseñanza para la Juventud), el CIPE (Comité Interprofesional para la Prensa en la Escuela) o la APE (Asociación de Prensa y Enseñanza), todas ellas para la prensa escrita Estas asociaciones fueron precedidas por movimientos surgidos en mayo de 1968, como el CREPAC que, utilizando películas realizadas por periodistas conocidos, aclaraba temas que habían sido manipulados por una televisión demasiado próxima al poder político y realizaba encuentros con grupos de telespectadores. cipio del siglo XX, y nos han legado textos fundadores muy preciados, importantes trabajos de campo y muchos logros educativos y pedagógicos. La educación en medios ha tenido carácter de oficialidad de múltiples maneras, aunque nunca como una enseñanza global. Así la campaña «Operación Joven Telespectador Activo» (JTA), lanzada al final de los años setenta y financiada de manera interministerial para hacer reflexionar sobre las prácticas televisuales de los jóvenes, la creación del CLEMI (Centro de Educación y Medios de Comunicación) en el seno del Ministerio de Educación Nacional en 1983, la creación de la optativa «Cine-audiovisual» en los bachilleratos de humanidades de los institutos en 1984 (primer bachillerato en 1989) y múltiples referencias a la educación de la imagen, de la prensa, de Internet. La forma más visible y rápida de evaluar el lugar de la educación en medios es valorar el lugar que se le ha reservado en los libros de texto del sistema educa- 2. Construir la educación en los medios sin nombrarla El lugar que ocupa la edu- La denominación «educación en medios», que debería cación en los medios es muy ambiguo, aunque las cosas están cambiando recientemente. entenderse como un concepto integrador que reagrupase todos los medios presentes y futuros, es a menudo percibida En principio, en Francia, co- por los «tradicionalistas de la cultura» como una tendencia mo en muchos otros países, la educación en los medios no es hacia la masificación y la pérdida de la calidad. una disciplina escolar a tiempo completo, sino que se ha ido conformado progresivamente a través de experiencias y reflexiones teóricas que han tivo en Francia. Una inmersión sistemática nos permi- permitido implantar interesantes actividades de carác- te constatar que los textos oficiales acogen numerosos ter puntual. Se ha ganado poco a poco el reconoci- ejemplos, citas, sin delimitarla con precisión. miento de la institución educativa y la comunidad es- colar. Podemos decir que ha conquistado un «lugar», 3. ¿Por qué la escuela ha necesitado casi un siglo en el ámbito de la enseñanza transversal entre las dis- para oficilializar lo que cotidianamente se hacía en ciplinas existentes. ella? Sin embargo, la escuela no está sola en esta aspi- Primero, porque las prácticas de educación en me- ración, porque el trabajo en medios es valorado igual- dios han existido antes de ser nombradas así. Recor- mente por el Ministerio de Cultura (campañas de foto- demos que no fue hasta 1973 cuando aparece este grafía, la llamada «Operación Escuelas», presencia de término y que su definición se debe a los expertos del colegios e institutos en el cine ), así como el Minis- Consejo Internacional del Cine y de la Televisión, que terio de la Juventud y Deportes que ha emprendido en el seno de la UNESCO, definen de esta forma: numerosas iniciativas. «Por educación en medios conviene entender el estu- Así, esta presencia de la educación en los medios dio, la enseñanza, el aprendizaje de los medios moder- no ha sido oficial. ¡La educación de los medios no apa- nos de comunicación y de expresión que forman parte rece oficialmente como tal en los textos de la escuela de un dominio específico y autónomo de conocimien- francesa hasta 2006! tos en la teoría y la práctica pedagógicas, a diferencia Este hecho no nos puede dejar de sorprender ya de su utilización como auxiliar para la enseñanza y el que las experiencias se han multiplicado desde el prin- aprendizaje en otros dominios de conocimientos tales Páginas 43-48 46 Comunicar, 28, 2007 como los de matemáticas, ciencias y geografía». A pe- mente en todas las asignaturas. Incluso los nuevos cu- sar de que esta definición ha servido para otorgarle un rrículos de materias científicas en 2006 para los alum- reconocimiento real, los debates sobre lo que abarca y nos de 11 a 18 años hacen referencia a la necesidad no, no están totalmente extinguidos. de trabajar sobre la información científica y técnica y En segundo lugar, porque si bien a la escuela fran- el uso de las imágenes que nacen de ella. cesa le gusta la innovación, después duda mucho en Desde junio de 2006, aparece oficialmente el tér- reflejar y sancionar estas prácticas innovadoras en sus mino «educación en medios» al publicar el Ministerio textos oficiales. Nos encontramos con una tradición de Educación los nuevos contenidos mínimos y las sólidamente fundada sobre una transmisión de conoci- competencias que deben adquirir los jóvenes al salir mientos muy estructurados, organizados en disciplinas del sistema educativo. escolares que se dedican la mayor parte a transmitir Este documento pretende averiguar cuáles son los conocimientos teóricos. La pedagogía es a menudo se- conocimientos y las competencias indispensables que cundaria, aunque los profesores disfrutan de una ver- deben dominar para terminar con éxito su escolaridad, dadera libertad pedagógica en sus clases. El trabajo seguir su formación y construir su futuro personal y crítico sobre los medios que estaba aún en elaboración profesional. Siete competencias diferentes han sido te- necesitaba este empuje para hacerse oficial. nidas en cuenta y en cada una de ellas, el trabajo con Aunque el trabajo de educación en los medios no los medios es reconocido frecuentemente. Para citar esté reconocido como disciplina, no está ausente de un ejemplo, la competencia sobre el dominio de la len- gua francesa definen las capa- cidades para expresarse oral- La metodología elaborada en el marco de la educación en mente que pueden adquirirse con la utilización de la radio e, medios parece incluso permitir la inclinación de la sociedad incluso, se propone fomentar de la información hacia una sociedad del conocimiento, como defiende la UNESCO. En Francia, se necesitaría unir el interés por la lectura a través de la lectura de la prensa. La educación en los medios las fuerzas dispersas en función de los soportes mediáticos y orientarse más hacia la educación en medios que al dominio adquiere pleno derecho y entidad en la sección sexta titulada «competencias sociales y cívi- técnico de los aparatos. cas» que indica que «los alum- nos deberán ser capaces de juz- gar y tendrán espíritu crítico, lo que supone ser educados en los las programaciones oficiales, ya que, a lo largo de un medios y tener conciencia de su lugar y de su influencia estudio de los textos, los documentalistas del CLEMI en la sociedad». han podido señalar más de una centena de referencias a la educación de los medios en el seno de disciplinas 4. Un entorno positivo como el francés, la historia, la geografía, las lenguas, Si nos atenemos a las cifras, el panorama de la las artes plásticas : trabajos sobre las portadas de educación en medios es muy positivo. Una gran ope- prensa, reflexiones sobre temas mediáticos, análisis de ración de visibilidad como la «Semana de la prensa y publicidad, análisis de imágenes desde todos los ángu- de los medios en la escuela», coordinada por el CLE- los, reflexión sobre las noticias en los países europeos, MI, confirma año tras año, después de 17 convocato- información y opinión rias, el atractivo que ejerce sobre los profesores y los Esta presencia se constata desde la escuela mater- alumnos. Concebida como una gran operación de nal (2 a 6 años) donde, por ejemplo, se le pregunta a complementariedad (2000) Structure and mechanism of the aberrant ba3-cytochrome c oxidase from Thermus thermophilus. EMBO J 19: 1766–1776. 9. Hunsicker-Wang LM, Pacoma RL, Chen Y, Fee JA, Stout CD (2005) A novel cryoprotection scheme for enhancing the diffraction of crystals of recombinant cytochrome ba3 oxidase from Thermus thermophilus. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr 61: 340–343. 10. 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