Estudo de viabilidade de produção de um vergalhão de aço dual-phase com alto teor de silício via termodinâmica computacional

Abstract

Com o envelhecimento das estruturas de concreto armado, ficou evidente sua deterioração num período de tempo muito menor do que o previsto, pois sempre foram consideradas construções de elevada vida útil. Entre os fenômenos de maior gravidade para a sua estabilidade estrutural está a corrosão das armaduras de aço. Visando melhorar o desempenho das construções, aumentando a vida útil e diminuindo custos com manutenção, esta dissertação propõe o desenvolvimento de um vergalhão com melhor resistência à corrosão, de microestrutura dual-phase. O objetivo principal foi propor uma rota de produção viável, agregando o mínimo de custo possível, de forma a se obter um produto competitivo. A simulação da produção do vergalhão, desde o refino na aciaria, passando por tratamento térmico e propriedades mecânicas, foi realizada com auxílio da termodinâmica computacional, através do software FactSage. A simulação consistiu de três etapas: 1) determinação das temperaturas A1 e A3 e janelas de tratamento térmico; 2) cálculo das propriedades mecânicas a partir de modelos empíricos; 3) comportamento das inclusões durante o refino, durante a solidificação e durante a laminação. O estudo das inclusões é importante porque os aços simulados possuem alto teor de silício (de 1% a 2,5% em massa), podendo precipitar óxidos sólidos nos moldes de lingotamento contínuo. O estudo termodinâmico apontou que a produção de vergalhões com aços dual-phase com alto teor de silício é possível e sugere-se a fabricação pela seguinte rota: aciaria elétrica convencional, com ajuste final do teor de silício após a desoxidação e adição de alumínio controlada para obter inclusões com 15% a 25% de Al2O3, ajuste da escória, rica em CaO, de maneira a obter inclusões favoráveis ao lingotamento contínuo e laminação, e após o último passe de laminação, têmpera por resfriamento em água online (Thermex/Tempcore).

With the aging of reinforced concrete structures, their premature wearing became evident. Among the phenomena of greater severity to the structural stability of buildings is the corrosion of the steel rebar. To improve the performance of these structures, increase their service life and reduce maintenance costs, this work proposes the development of a rebar with better corrosion resistance, with a dual-phase microstructure. The main objective was to propose a viable production route, which adds the least possible cost, so as to obtain a competitive product. The thermodynamic simulation of the rebar manufacturing, from steelmaking to heat treatment and mechanical properties was carried out with the aid of computational thermodynamics using the FactSage software. The simulation consisted of three steps: 1) determining the temperatures A1 and A3 and the heat treatment windows; 2) calculating the mechanical properties from empirical models; 3) analyzing the behavior of inclusions during refining, solidification and hot-rolling. The study of the inclusion system is important because the simulated steels have high silicon content (from 1% to 2.5% by weight) and solid oxides may precipitate in the continuous casting molds. As a result of the study, it was found that the production of rebars with dual-phase microstructure and high silicon content is possible and the manufacturing route proposed is as follows: conventional electric steelmaking, with final adjustment of the silicon content after deoxidation and controlled addition of aluminum to obtain inclusions with 15% to 25% of Al2O3, refining slag rich in CaO, in order to obtain inclusions favorable to continuous casting and hot-rolling, and direct water quenching after the final rolling step (Thermex / Tempcore processes).