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By Mario SINNAEVE, Olivier LEMAIRE, Gisèle WALMAG, Sébastien FLAMENT

Many hot rolling mills worldwide face nowadays bonding zone fatigue problems before reaching scrap diameter of the work rolls. This phenomenon is nowadays known to occur in reversing roughing mills both in stainless steel and in carbon steel rolling. The phenomenon can be explained through longer rolling campaigns, inadequate backup or work roll maintenance, harder steel grades or increased throughput by reduced amount of passes to achieve the same thickness. In order to help users in optimizing the roll use, we developed a numerical tool to evaluate and optimize roll maintenance. This paper will review the influence of roll geometries on stresses generated at the roll surface but also at the bonding zone. We will also show how roll geometries can decrease contact fatigue damages by modifying crowning and chamfering procedures, shell thickness, material design or campaign length

Oct 1, 2019

By Rafael Arthur Reghine Giorjão

Microestrutura e propriedades mecânicas de tubos de aço inoxidável superduplex SAF 2507 processados por soldagem por atrito com pino não consumível foram analisadas. Juntas de alta qualidade foram produzidas com sucesso utilizando ferramentas de nitreto de boro cúbico policristalino (PCBN), controle de força de 38 kN, velocidade de avanço de 50 mm/min, velocidade de rotação de 200 RPM. Ensaios de dureza e tração foram realizados, evidenciando aumento de dureza na zona de mistura e falha no metal de base. Simulações térmicas calcularam temperaturas globais máximas em torno de 1176 °C e diferentes ciclos térmicos ao longo da espessura da junta, conferindo diferenças microestruturais e mecânicas nestas regiões

Oct 30, 2017

By Masakazu Iida

In this article, technologies of unburned Al2O3-MgO (UAM) refractories are demonstrated in terms of microstructure evolution. During operation, Mg2+ diffuses from MgO to Al2O3 through the liquid phase to form spinel (MgAl2O4) network. Molten slag tends to penetrate along the voids in the spinel network structure and spinel dissolves in the penetrated slag. Therefore, maintaining a high degree of spinel saturation in the penetrated molten slag is important. In order to achieve the condition described above, suppression of overall mass transfer through penetrated slag is effective. This is achievable by evolution of complicated spinel network structure with small pore diameter, which increases the flow resistance of molten slag. Thus, optimization of refractory composition and fabricating conditions, with the aim of creating on improved spinel network, is essential. The effectiveness of spinel network improvement was validated by commercial applications. According to the investigation of UAM brick after use, further densification due to heating under restrained conditions was recognized. Hence, it was concluded that the evolution of the spinel network structure in UAM refractories is essential technology needed to improve durability.

Oct 30, 2017

By Massimilinao Svetina

In 2010 Danieli & C. S.p.A. put into operation a new Pickling Tandem Mill in Cremona (Italy) at Acciaieria Arvedi, the last Pickling line coupled Tandem Cold Mill (PLTCM) in Europe. The plant was tailor-made to suit the specific requirements of this customer; a very broad range of sizes and grades (IF to AHSS as well as DP and TRIP1000) including ultra-thin hot band can be processed, achieving a total capacity of 1.6 Mt/y. The Danieli & C. S.p.A. Turboflo® process was selected because of its proven efficiency and ability to handle ultra-thin gauges at speeds exceeding 400 mpm in the pickling tanks. All the equipment, i.e. pickling section and rolling mills was provided with the last generation of Danieli market-oriented technologies. Danieli & C. S.p.A. - with the support of Arvedi and feedback from the field - is continuously improving its technical design solutions and optimizing plant operations.

Aug 16, 2017

By Francisco Morganti

In order to support hot rolling mill managers in improving the utilization of their plants, SMS group offers well defined Performance Modules. These are technologies, components, automation solutions or services, which can be implemented in existing plants to increase competitiveness in categories of efficiency, productivity, quality and process and product control referred to as “Industry 4.0”. Except the Performance Modules dedicated to the last category, targeting overall process controls, Performance Modules are characterized by quantifiable benefits. Performance Modules related to hot rolling mills are e.g. camber free rolling, modular laminar strip cooling system, new edge masking and intelligent components.

Oct 30, 2017

By Martim Hideki Nakayama Kurauchi

One of the main issues regarding the use of charcoal in metallurgical processes is its mechanical strength, which is much lower than coke. There is no defined standard to determine charcoal compression strength, and the methods described in the literature consist in using a prepared specimen and applying compressing load in the same direction of the charcoal fibres. As charcoal is highly anisotropic, it is proposed a procedure that does not use a specimen and with load applied on a specific direction. Instead, it intends to simulate industrial conditions by randomly dumping charcoal inside a tube, without preferential directional arrangement. This is an attempt to determine charcoal mechanical strength and predict the behaviour of bulk charcoal under a static load, as in a blast furnace. Experiments with controlled loads have been carried out on randomly distributed bulk charcoal with controlled initial size and their effect on the size distribution has been analysed. After compression, charcoal is screened and each size is weighed, determining the particle size distribution of the experiment. This method can therefore be used to evaluate charcoal mechanical strength.

Aug 1, 2018

By Luciana Lezira Pereira de Almeida

With the increasing use of ornamental rocks, mainly in civil construction, sundry problems were identified in relation to rocks cutting, such as efficiency in the cutting process and rock quality lumber. In recent years several composites have been developed to solve these problems. In this context, the study of the binomial matrix metal-diamond interaction is of paramount importance for the development of new composite materials to improve the efficiency of the cutting tool. The diamond impregnated matrix metal often reveals a reaction between the diamond surface and the matrix. Besides the mechanical connection, chemical reactions can sometimes occur. Therefore, this study aims to assess the achievement of diamond composites in the system Fe / Cu / Ni / Sn via powder metallurgy, with added CRB2. Analyzes have been performed to characterize chemical / physical and mechanical. The results have showed that addition of CRB2 promote significant changes in the properties of composites, especially in wear resistance and fracture toughness. Furthermore, the presence of the composite CRB2 causes a significant improvement in thermal stability.

Aug 16, 2017

By Odair José Kirmse, Bruno das Chagas Bernardo, Simony Barboza, Vinícios Andreatta

Neste trabalho buscou-se avaliar o consumo de sucatas com elevador teor de enxofre, em carro torpedo, sem afetar a qualidade final do produto, objetivando a recirculação de um coproduto gerado internamente e aumento do rendimento de gusa distribuído para Aciaria. A sucata em questão é gerada a partir do beneficiamento da escória resultante do processo de raspagem após dessulfuração do ferro gusa em panela (KR) e do procedimento de limpeza dos carros torpedos. Foi avaliada a operacionalidade da adição, riscos envolvidos no processo e redução da geração com reaproveitamento direto no processo. Os resultados mostraram que existe viabilidade técnica e ganhos financeiros significativos

Oct 1, 2019

By José Flávio Viana

A dessulfuração do gusa líquido tem papel fundamental na obtenção de baixos teores de enxofre no aço, considerando que o processo de refino primário envolve utilização de oxigênio, prejudicando a dessulfuração nesta etapa. A busca de processos cada vez mais eficientes levou ao desenvolvimento da dessulfuração do gusa com a utilização simultânea de agente dessulfurante à base de carbureto de cálcio junto com o magnésio metálico em co-injeção ou multi-injeção. Este trabalho tem objetivo de mostrar os resultados desta aplicação em panelas de gusa líquido na ThyssenKrup CSA Siderúrgica do Atlântico, Rio de Janeiro, onde foi possível determinar ganhos de produtividade e custo.

Jul 30, 2018

By Božidar Šarler, Umut Hanoglu

A rolling simulation system has been developed to calculate the macroscopic rate of deformation, stress, strain, and temperature fields by using a novel meshless method. The model is based on two-dimensional traveling slice assumption. The slices are aligned towards the rolling direction. The initial size of the billet, bloom or slab and the geometry of the grooves at each rolling stand, the distances between the rolling stands, and continuous or reverse rolling can be arbitrarily considered. The purpose of this paper is to complement these development by predicting and visualizing also the grain size of steel over the strand cross-section for each position in the rolling mill. The grain size models have been in one-way coupled to the macroscopic calculations. First the critical strain for dynamic recrystallization is being checked. If the calculated strain is higher than that, considering also the time for meta-dynamic recrystallization, dynamic or meta-dynamic grain size calculations are carried out. If the strain is too low then only the static recrystallization is considered together with its required time. Finally, austenite grain size and ferrite grain size are calculated respectively as the steel cools down. The listed physical models are based on collection of empirical relations found in literature. The user of the system is free to choose or create the model he wants with his own parameters. The simulation system has been coded as a user friendly computer application for an industrial use based on C# and .NET framework and runs on regular PCs. The computational time for a rolling simulation is usually less than one hour and can thus be straightforwardly used for optimization of the rolling mill design in a reasonable time.

Oct 1, 2019

By Michael Windhager

UltimaTM rolls have been designed for intermediate and finishing stands of rod and bar and small and medium section mills. The rolls and rings are spun cast, with a highly alloyed working layer and a tough nodular iron core. Microstructure and hardness level can be adjusted over a wide range, which allows us to adapt the rolls to differing rolling conditions. After introducing the UltimaTM concept, this paper will describe the results of UltimaTM rolls achieved in various mill applications, like finish rolling of rebar, and slitting. Special emphasis is given to performance gains when using UltimaTM rolls, compared to standard rolls. This paper also examines the impact of UltimaTM rolls on mill and roll shop productivity.

Jul 30, 2018

By Steven George Jansto

The hot ductility behavior of different microalloyed steel chemical compositions was examined simulating the thermal and strain conditions through the straightening or unbending section of the continuous casting machine. All samples were obtained from industrial slab casters ranging from 200 to 300 mm in slab thickness from steel mills throughout the world including China, Brazil, North America and Europe. The slabs were crack-free and hot rolled into prime quality products. No laboratory heats were tested. Although these microalloyed steels exhibit inherently lower hot ductility behavior, as measured by percent reduction in area at elevated temperature, these steels still exhibit sufficient ductility to satisfactorily meet the unbending stress and strain gradients existing in the straightening section of most casters. The majority of the published hot ductility data, as measured by % reduction in area (%RA), were based on laboratory heats and hence, are inaccurate in accessing the propensity for slab cracking on an industrial caster. This situation then results in invalid conclusions for different chemistries. This research has determined the minimum required %RA for crack-free casting is significantly lower than results based upon previously published laboratory generated data. For example, the literature quotes 40% RA minimum for Nb-bearing steels when in fact as low as 10% minimum RA is more than sufficient to assure crack-free casting based upon the extensive testing and analysis performed in this study. Instead of %RA, the measurement of strain energy has been introduced to evaluate hot ductility behavior. It is concluded that strain energy is a better measure of hot ductility behaviour than %RA. There is considerable value in the evaluation of the hot stress and strain curves, process metallurgy parameters and their relationship to slab quality instead of just basing hot ductility decisions on simple %RA measurements.

Aug 16, 2017

By Liao Jianfeng

The Baosteel Zhanjiang 5,050m3 blast furnaces have been built with highly independent integration and innovation technologies and represented the state of the art of the world’s huge BFs. The proper of BF1 and BF2 is designed with long-campaign technology; both BFs share the same set of stockhouse, water and PCI systems; the BCQS serial-hopper no-bell top, TRT and blower are all local equipment as applied; four top-combustion stoves systems are matched; the BFG is cleaned by fully dry process; and the automation control system for the main process is self integrated. The BFs have been started up and performing with sound indicators. Their smooth proceedings symbolize China’s huge blast furnace ironmaking technology ascending a new high.

Oct 30, 2017

By Aldo Henrique de Almeida Barbosa

Os modelos de tratamento de galvannealing, com encharque isotérmico após o aquecimento indutivo, permitem otimizar o aporte térmico para a formação de compostos intermetálicos Fe-Zn, o que contribui significativamente para a obtenção de revestimentos galvannealed-GA de elevada qualidade. Nesse estudo foi avaliado o efeito das condições de galvannealing na formação do revestimento GA sobre aços bake hardenable-BH. Foram realizadas, em escala de laboratório, simulações variandose o modelo de galvannealing, com ciclos isotérmicos e resfriamento imediatamente após o aquecimento indutivo, a temperatura de aquecimento, entre 525°C e 570°C, e o tempo de encharque, até 20 segundos. Em todas as simulações, além dos ciclos completos foram realizadas, também, interrupções do tratamento ao longo da etapa de encharque, através de resfriamento brusco das amostras, com o objetivo de se avaliar a microestrutura do revestimento ao longo de todo o tratamento. Para a caracterização dos revestimentos foram realizadas análises de composição química, microestrutura, perfil de composição ao longo da camada e de aderência. Os resultados permitiram determinar as características da formação do revestimento GA sobre os aços BH e estabelecer condições de galvannealing para o processamento desses aços, de forma a obter microestruturas otimizadas para as aplicações mais exigentes.

Aug 16, 2017

By Fernanda de Melo Fernandes

A deposição de filmes finos por plasma melhora várias propriedades físicas, químicas e biológicas de superfícies que contribuem para o enobrecimento dos materiais. O objetivo desse trabalho é estudar a cinética de deposição de filmes finos de cobre, utilizando a técnica da gaiola catódica, alterando a espessura da tampa da gaiola, e sua relação com a variação da potência do tratamento. Filmes de cobre caracteriza-se como bom condutor elétrico e térmico, o que justifica seu uso em microeletrônica, segundo a U.S. Environmental Agency (EPA) existem 282 tipos de ligas de cobre bactericidas, habilitando sua utilização em ambientes estéril. Assim, realizou-se deposições de filmes finos de cobre sobre substrato de vidro, variando a corrente do processo e a espessura da tampa da gaiola. Avaliou-se a variação de peso da amostra depositada, definindo o peso resultante das deposições. Realizou-se também a caracterização por difração de raio-X, microscopia eletrônica de varredura e análise tribológica (calotest). Os resultados mostraram que, o tratamento com espessura de tampa de 12 mm promoveu o filme mais espesso e mais contínuo dentre todos os tratamentos, com uma grande quantidade de cobre depositado, o que induz que a razão ideal diâmetro de furo/espessura da tampa é 0,67.

Oct 30, 2017

By Hamilton Ferreira Gomes de Abreu

Aços inoxidáveis austeníticos com baixa energia de falha de empilhamento estão sujeitos à transformação martensítica quando deformados a frio. Diversos autores relatam que esta transformação segue as relações de orientação de Kurdjumov-Sachs ou Nishiama-Wassermann. Bhadeshia e outros autores vêm sistematicamente contrapondo estas afirmativas mostrando que esta transformação segue a teoria clássica de formação da martensita. A transformação martensítica requer a existência de um plano invariante e um plano de hábito e não apenas uma mudança de orientação como mostrado em muitos trabalhos. Neste trabalho foram utilizados resultados obtidos por ebsd de amostras de aço inoxidável AISI301 deformadas por tração para análise da cristalografia da transformação martensita no nível de microtextura bem para análise de macrotextura, foram usados dados publicados na literatura para um aço AISI 304 cujas medidas de textura em ambas as fases e as frações volumétricas das orientações preferenciais foram realizadas com precisão usando micro-difração de raios-X em um sincrotron. Em ambos os casos os resultados experimentais de textura da fase transformada foram comparados com resultados calculados usando a teoria clássica da transformação martensítica (PMTC) e usando as relações de Kurdjumaov-Sachs (KS) e Nishiyama-Wassermann (NW). Admitiu-se que a seleção de variantes seguiu o modelo de Patel-Cohen.

Aug 8, 2018

By Douglas Martinazzi

O processo de soldagem por fricção com pino consumível (Friction Hydro-Pillar Processing- FHPP) um método de reparo no estado sólido que consiste no processamento termomecânico de um pino metálico em alta rotação e inserido em um orifício criado no material a reparar. O pino é pressionado com uma força axial e o aquecimento resultante do atrito dos materiais é suficiente para garantir a plastificação dos mesmos promovendo o preenchimento do orifício e a união dos componentes. Este trabalho é centrado na análise da distribuição de inclusões não metálicas do tipo Sulfetos de Manganês (MnS) presentes em juntas soldadas produzidas por esta técnica com a aplicação de diferentes forças axiais. Micrografias da zona termomecanicamente afetada (ZTMA) foram realizadas por microscopia ótica em amostras polidas e sem ataque para registrar as inclusões. Essas micrografias foram avaliadas via análise de imagens visando a determinação de quantidade, tamanho e área ocupada pelas inclusões nas juntas em juntas soldadas. O mapeamento identificou a distribuição e o tamanho médio das inclusões em função das forças axiais. Concluiu-se que a região analisada é potencialmente crítica no que diz respeito a tenacidade à fratura, uma vez que foi observada uma quantidade considerável de inclusões fragmentadas de dimensões reduzidas.

Aug 7, 2018

By Amauri Garcia, Noé Cheung, André dos Santos Barros, Clarissa Barros da Cruz, Thiago Soares Lima, Rafael Kakitani

Materiais de interface térmica (Thermal Interface Materials - TIMs) são responsáveis pela troca térmica entre a fonte geradora de calor do processador integrado e o dissipador de calor. Devido ao seu baixo ponto de fusão, boa fluidez e cumprimento com as exigências de regulamentação (Restriction of Hazardous Substances - RoHS), ligas à base de bismuto têm sido investigadas para aplicação como TIMs de alta performance. Neste contexto, a análise das propriedades dessas ligas em função de parâmetros microestruturais torna-se, portanto, de elevado interesse científico e tecnológico para o setor eletrônico. Assim, este trabalho tem como objetivo desenvolver correlações entre propriedades de resistência à tração e a microestrutura da liga Bi-0,28%Ni solidificada sob um intervalo de taxas de resfriamento usualmente obtido em processos industriais. Por meio de microscopias óptica e eletrônica de varredura foi observada uma morfologia tipicamente eutética lamelar, composta por lamelas ricas em bismuto com o intermetálico Bi3Ni nos contornos. Os espaçamentos lamelares (λL) foram, então, correlacionados com os parâmetros térmicos de solidificação, sendo propostas leis experimentais de crescimento microestrutural. Ao fim, observou-se que, para λL < 101 μm, equações do tipo Hall-Petch caracterizam a variação do limite de resistência à tração e do limite de escoamento.

Oct 1, 2019

By Wagner Duarte Flores

A demanda por tubos de aço com rigorosos requisitos de propriedades mecânicas tem crescido devido à exploração de reservas de petróleo e gás natural em regiões remotas e em ambientes hostis. Um grande desafio para as siderúrgicas é prever as alterações de propriedades mecânicas que ocorrem durante a conformação chapa/tubo, associadas ao encruamento e ao efeito Bauschinger, visando atender às especificações no tubo. Nesse estudo, foi avaliado o efeito da conformação chapa/tubo nas propriedades mecânicas do aço API X60 (TMCP). Para tal, foram realizados ensaios de tração, de impacto Charpy e de CTOD, em amostras de chapa e de tubo, e análise metalográfica, além de simulação do efeito Bauschinger por meio de ensaio cíclico compressão-tração. Os resultados dos ensaios de tração, tanto com os corpos de prova plate type quanto com round bar, apresentaram aumento da tensão limite de escoamento e redução da ductilidade, devido ao encruamento. Nos corpos de prova que sofreram aplainamento, esse aumento foi menos pronunciado, justificado pela ocorrência do efeito Bauschinger. A simulação do efeito Bauschinger confirmou a indicação de queda do limite de escoamento devido ao ciclo reverso de deformação. A tenacidade não foi fortemente afetada após a conformação do tubo.

Aug 16, 2017

By Yago Rodrigues de Moraes, Carlos Bruno Eckstein, Gabriela Ribeiro Pereira, Clara Johanna Pacheco, Matheus Campolina Mendes, Laudemiro Nogueira Junior, Iane de Araújo Soares, Luiz Henrique de Almeida

Os aços austeníticos HP são empregados na fabricação dos tubos de fornos de reforma a vapor, sobretudo pela manutenção de sua elevada resistência mecânica e à corrosão, a temperaturas superiores à 700°C. Contudo, intercorrências durante a operação podem causar o bloqueio do fluxo interno de matéria-prima, gerando um aumento rápido de temperatura na parede do tubo, muito superiores àquelas de projeto. Este tipo de falha é conhecido como surto de temperatura, e pode levar à formação de grandes trincas longitudinais no equipamento. As caracterizações das transformações ocorridas no surto são importantes para determinar os parâmetros de detecção dessa condição através de ensaios não destrutivos. Por isso, com a finalidade de analisar a resposta magnética de amostras que sofreram surto, foram avaliados dois casos. O primeiro corresponde a análise de uma amostra proveniente de um tubo de reforma a vapor que sofreu surto de temperatura durante operação. O segundo caso, corresponde a amostras com estado V de evolução microestrutural, que foram submetidas a um ciclo térmico para simular o surto. A análise foi realizada via microscopia de força magnética. Os resultados obtidos mostraram resposta magnética no contorno dos carbetos da amostra surtada em serviço e na amostra com simulação a 1050°C.

Oct 23, 2019