Verificação do efeito do teor de alumínio na lingotabilidade, na limpeza inclusionária e no tamanho de grão do aço DIN 38B3

Abstract

As inclusões não metálicas são inerentes ao processo de fabricação do aço. Os diferentes tipos e formas de inclusões no aço podem ser nocivos aos processos de fabricação e conformação, como também as características necessárias para a aplicação do produto final. Atualmente, a produção de aços com teores cada vez mais baixos de inclusões já é alcançada. Dentro do processo de fabricação, o nível de limpeza de um aço pode influenciar a lingotabilidade. A tendência do entupimento da válvula submersa (clogging) aumenta com o efeito acumulativo de depósitos de inclusões nas paredes da válvula que podem se desprender e reingressarem no aço, formando macroinclusões. As inclusões de alumina sólida são as principais responsáveis pelo clogging. O tratamento de inclusões com cálcio modifica as inclusões de alumina em aluminatos de cálcio líquidos, melhorando a lingotabilidade. O alumínio também atua como refinador de grão austenítico através, principalmente, da formação de nitretos no contorno de grão. Neste trabalho foi avaliada a influência do teor de alumínio residual sobre a lingotabilidade, limpeza do aço e tamanho de grão austenítico. Para desenvolvimento do estudo foram testadas duas corridas com teores residuais de 0,010% e 0,030% em massa de alumínio. As técnicas utilizadas para a avaliação foram: verificação da posição dos tampões, da velocidade de lingotamento e do nível de aço no molde; índice de sucatamento por linha de ultrassom automatizado; severidade em ultrassom por imersão; análise do conteúdo de oxigênio total e do pick up de nitrogênio e caracterização das inclusões quanto à sua morfologia, distribuição de tamanho e composição química. Verificou-se uma boa lingotabilidade nas duas corridas, contudo a corrida com alto teor de alumínio apresentou uma variação mais abrupta da posição do tampão. As duas corridas apresentaram inclusões do tipo aluminatos de cálcio e espinélios na faixa de tamanho de 2,5 a 15μm no produto final. O conteúdo de oxigênio total e pick up de nitrogênio mostraram-se maiores para a corrida de baixo teor de alumínio, evidenciando uma possível reoxidação no lingotamento. O índice de severidade foi maior para corrida com baixo teor de alumínio. Não houve alteração do tamanho de grão para as duas corridas. O menor teor de alumínio conferido ao aço diminui a variação dos tampões do distribuidor, o que garante para a corrida uma maior estabilidade no lingotamento. Com relação as macroinclusões, não percebeu-se uma grande influência com a variação do teor de alumínio, porém uma análise mais detalhada do perfil inclusionário mostrou uma maior formação de inclusões sólidas para a corrida C2, o que é coerente com o resultado de lingotabilidade.

The inclusions are always present in the steel. The different types of non-metallic inclusion can harm from the manufacturing and forming processes to the characteristics necessary for the implementation for the final products. Currently, the great advances in research in this field has allowed the production of steel with ever-lower levels of inclusions. Furthermore, a steel clean level can influence in the castability. The tendency of submerged entry nozzle clogging increases with the cumulative effect of inclusions deposits in the wall nozzle that can break off and re-enter the steel, forming macroinclusion. The solid alumina inclusions are responsible for nozzle clogging. The treatment of liquid steel with calcium convert alumina deoxidation products to liquid calcium aluminates, improving castability. The aluminium also acts inhibiting the grain growth by nitride formation in the grain boundary. In this study, it was evaluated the influence of residual aluminium content on the castability, steel cleaning and austenitic grain size. Two heats with a residual aluminium content of 0.010% and 0.030 wt% were tested. The techniques used for the evaluation were: checking the position of the stopper, the speed of casting and the steel level in the mold; scraping index by line of automated ultrasound; severity in ultrasound-dip method; analysis of the total content of oxygen and nitrogen pick-up and characterization of the inclusions as to its morphology, size distribution and chemical composition. The tests resultedin a good castability in both heats, however the heat with high aluminium content showed a more abrupt change in the stopper position. Boths heats showed inclusions type calcium aluminates and spinels in the size range of 2.5 to 15μm in the final product. The total oxygen content and pick up nitrogen were higher for the low aluminum content heat, suggesting a possible re-oxidation in the casting. The severity index was higher for the low aluminium content heat. There was no change in the grain size for the two heats. The low aluminium content of the steel decreases the stopper variation in the tundish, ensuring greater stability in the casting. Regarding the macroinclusões, it was observed a big influence to the variation of aluminum content, but a more detailed analysis of inclusion profile showed increased formation of solid inclusions to the heat C2, which is coherent with the result of castability.