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By Levi de Oliveira Bueno

Constant stress testing was used for characterization of creep behavior of a 1Cr0.5Mo steel plate in the ex-service condition. The tests were performed on creep machines equipped with Andrade-Chalmers type profiles, high sensitivity SLVC transducer extensometry, high stability temperature controllers, and facilities for monitoring the creep curves with an automatic data logging system. Ten creep machines of this type were used in this research, in an experimental work that lasted for one year. Three temperature levels were selected: 538, 565 and 593°C, with stress in the range from 52 to 224 MPa producing rupture times varying from 5 to about 3950h. The creep curves were all followed with great scrutiny using data logger scanning rates which enabled storing thousands of readings in each case. The experimental analysis involved measurements of minimum creep rate, rupture time and final elongation at rupture. The data were analyzed according to the classical phenomenological / physical relations (Norton, Arrhenius, Zenner-Hollomon, Monkman-Grant) and also considering five traditional parameterization methodologies (Larson-Miller, Orr-Sherby-Dorn, Goldhoff-Sherby, Manson- Haferd and Manson-Succop). Comparisons are presented among the possibilities of data extrapolation from five different methodologies. Comparison is also made with creep results obtained on a similar plate of the same material in the virgin condition.

Aug 16, 2017

By Eleir Mundim Bortoleto

A finite element modeling approach was developed to study adhesion phenomena during the unidirectional contact between a two-dimensional plane-strain square and a flat slab. Surfaces were metallic or ceramic, different pairs of materials were analyzed and their adhesion was considered by means of a FORTRAN subroutine (DLOAD), which was connected with commercial finite element code Abaqus and provided surface attractive forces based on the Lennard-Jones interatomic potential. Adhesive loads were considered both during approximation and separation of the surfaces. During the separation step, material transfer between surfaces, due to adhesion, was modeled by means of damage initiation and propagation at the flat slab. The parameters considered in the simulations were normal load, chemical affinity and system size and the different conditions were analyzed by comparison of the interaction forces during approach and withdrawal. This work also presents detailed descriptions of: (i) the evolution of energy dissipation due to adhesion hysteresis, (ii) the formation-growth-breakage of adhesive junctions and (iii) the evolution of stress distribution during the process. Results have indicated that chemical affinity between the bodies in contact is more relevant for adhesion than the applied load. Besides, smaller asperities are less prone to promote adhesive wear, but they may be subjected to high stress concentration effects.

Jul 31, 2018

By Charles Sóstenes Assunção

A mathematical model of heat transfer and solidification for a continuous casting of round billets was developed. The water flux density of the secondary cooling zone was experimentally measured, using an apparatus in industrial scale with two types of nozzles, flat jet and full cone jet. The profiles of water distribution were applied on the mathematical model. The results showed that the water distribution is not uniform in both longitudinal and angular directions owing to the unevenness of the spray and to the curvature effect of the round billet. This non-uniformity causes important variation of the heat transfer coefficients and superficial temperature of the billet, especially in the first cooling zones, where the temperature is higher. The mathematical model was used to simulate a change of nozzle type in the first cooling zone. The results showed that the heat flux and superficial temperature variations were reduced with a full cone jet nozzle in comparison with the flat jet nozzles.

Aug 16, 2017

By Diego José Inforzato

Hot tensile data were correlated with creep data, in Aluminum Alloy AL7475-T7351, as part of a broader research program, aiming at the validation of a methodology that proposes an equivalence between the two kind of results, for metallic materials in general. The methodology is based on a criterion that establishes correlation among the following parameters from each test: the strain rate, ultimate tensile stress, and time to reach the ultimate tensile stress, in tensile tests, are equivalent respectively to the: minimum strain rate, applied stress and rupture time, in creep tests, for a given test temperature. The present material was tested at 3 temperatures: 133,166 and 193ºC, using 3 nominal tensile strain rates in the hot tensile tests: 3.2x10-6, 1.6x10-4 and 6.4x10-3 s-1 and 9 applied stress levels in the creep tests, varying from 140 to 400 MPa. The conversion of the hot tensile data to creep-like data allowed performing the analysis of all the results together according to the traditional creep relations proposed by different authors, namely: Norton, Arrhenius, Zener-Hollomon and Monkman-Grant, with the determination of the corresponding parameters in each case. The equivalence between hot tensile and creep data is also confirmed for this aluminum alloy.

Aug 8, 2018

By Kyle T. Chomyn

Multi-disciplinary engineering analysis and advanced modeling techniques were used to identify and develop low cost design modifications to improve a blast furnace hot blast air distribution main that experienced frequent refractory failures. Piping flexibility analysis helped identify the root causes of refractory damage and determine the need for new expansion joints. Finite element analysis was used to optimize a custom-designed elbow-to-elbow tie-rod system, which ensures thermal expansion loads are not placed on connecting piping. Heat transfer coefficients through the elbows were estimated using computational fluid dynamics (CFD) flow modeling. The cast refractory design was changed to a more reliable brick refractory design. Excessive draft was occurring during furnace back-drafting, so the system was assessed using CFD, and a passive flow-reduction spool was designed. This firstprinciples engineering design approach allowed for optimization and verification, ensuring that the new design addressed the root cause of the previous deficiencies.

Aug 17, 2017

By Gerson Evaristo de Paula Júnior, Bruno Santos Malaquias, Henriquison Magela Bottrel Reis

O desafio no processo de coqueificação está relacionado à elaboração de misturas de carvões que produzam coque com a qualidade para utilização nos altos-fornos. Foi avaliada, em escala piloto, a influência de materiais inertes (coque verde de petróleo [CVP], antracito e carvão com alto teor de inerte [CATI]) às misturas de coqueificação sobre a formação de microtexturas e a qualidade do coque. Os resultados indicaram que, para a mistura avaliada, a adição do CVP até 30% produziu coque com qualidade (DI15-150) adequada para os altos-fornos da Usiminas. As principais microtexturas foram do tipo mosaico, fragmentária, fusita, inerte anisotrópico e o próprio CVP. O antracito provocou redução significativa de DI15-150 e CSR. A análise de microscopia óptica revelou partículas livres na matriz de coque, contribuindo para a queda de qualidade. A adição de CATI às misturas de coqueificação resultou em forte queda na qualidade do coque e a microtextura do tipo mosaico foi predominante. De forma geral, o carvão com alto teor de inertes foi o que apresentou menos benefícios, diferentemente do CVP, que apresentou melhor resultado para ser utilizado nas misturas de coqueificação da Usiminas.

Oct 1, 2019

Os mais importantes processos de redução de minério de ferro em fornos de cuba convivem, com maior ou menor intensidade, o problema de precipitação de carbono no interior de seus reatores. Para melhor conhecer os efeitos dos parâmetros operacionais desses processos sobre as cinéticas simultâneas de redução das pelotas de minério de ferro e de precipitação de carbono, foi definido um programa cooperativo entre a Samarco e o Grupo de Siderurgia da PUC-Rio. O presente trabalho é a parte 1 deste programa, que analisou o comportamento de pelotas RD nas temperaturas de 500, 700 e 900 °C, vazões de 60 e 90 NL/min e pressões de 1,2 e 2,5 atm, quando reagiram com os gases de topo e sopro típicos das regiões superiores (Zona de Redução-ZR) dos fornos de produção de ferro esponja (DRI). O tratamento dos resultados obtidos nos testes programados pelo método estatístico fatorial, permitiu identificar as cinéticas concorrentes e propor um modelo global baseado no principio da superposição. Finalmente, utilizando as curvas “Grau de Reação Global-GR versus tempo”, mostrou correlações plenamente compatíveis com os dados experimentais levantados e plena viabilidade de aplicação a outros processos de produção de ferro primário.

Aug 1, 2018

By Rodrigo Prestes Limberger

A investigação do comportamento de um mandril com diferentes diâmetros ao longo de seu comprimento no forjamento incremental em matriz aberta de eixos vazados para aerogeradores é estudada. Tem-se por finalidade a fabricação de um mandril que se adeque à peça forjada e atinja o formato proposto. Através do uso de simulações numéricas computacionais com o software Simufact.forming 12, e simulações com o material modelo plasticina, possíveis geometrias de mandris foram estudadas, variando a angulação na região de troca de diâmetros ao longo do comprimento. Foram estudados ângulos de 0º, 30º e 60º, analisando o comportamento da fluência do material na região.

Aug 16, 2017

By José Helio Sobrinho

O aço inoxidável austenítico alto nitrogênio ISO 5832-9 tem sido promissor na manufatura de próteses ortopédicas com resistência mecânica e de corrosão superiores a do aço tradicional ASTM F-138. Pesquisas recentes têm mostrado que esta liga apresenta resultados peculiares, tais como alta resistência mecânica, resistência à corrosão e presença de partículas de segunda fase (Fase Z) na matriz. Entretanto, não se sabe como se dá a correlação mecânica-microestrutural e de taxa de corrosão em regiões de processabilidade industrial desta liga na conformação a quente de peças. No presente trabalho, ensaios sob torção a quente isotérmico contínuo e interrompidos foram realizados após tratamento térmico de solubilização a 1.200oC, por 300 s com intervalos de temperatura variando entre 1.000°C e 1.200oC com taxa de deformação variando entre 0,05 e 5 s-1, para investigar a trabalhabilidade e a taxa de corrosão sob tensão desta liga com aplicação da técnica de espectroscopia de impedância eletroquímica e caracterização microestrutural, conduzida por microscopia óptica e varredura. Os resultados mostram que a tensão de escoamento é sensível aos parâmetros de deformação. O pico de tensão diminui com o aumento da temperatura e redução da taxa de deformação com alta taxa de recuperação dinâmica com grãos alongados, gerando regiões de acúmulo de tensão. Essas regiões de instabilidade plástica apresentam grau de corrosão superior em relação às amostras como-recebidas. As regiões de alta temperatura e baixa taxa de deformação apresentam boa trabalhabilidade com microestrutura final refinada com grãos recristalizados dinamicamente.

Aug 8, 2018

By Gilberto Fernandes Lima, Leonardo Neves, Getúlio Fonseca dos Santos

O refino secundário é um processo onde a homogeneização do aço e as flotações de inclusões ocorrem no banho metálico, cujo conhecimento do tempo de mistura é necessário na produção de aços limpos. A panela, principal vaso onde ocorre o processo, contem plugues ou bicos de injeção de gás inerte, podendo ser utilizados argônio ou nitrogênio, que são responsáveis pela rinsagem do aço. Devido à importância desta etapa neste processo, este trabalho objetivou realizar o estudo do escoamento bifásico do aço na panela com duas configurações diferentes, sendo a configuração um com dois plugues de gás inerte: ambos a meio raio e a configuração dois com dois plugues de gás inerte, um a meio raio e outro no centro da panela. Neste projeto foi utilizada fluidodinâmica computacional, CFD, para a realização das malhas e simulações que forneceram as curvas de traçador e o perfil de velocidade para ambas as configurações. Os resultados simulados indicam que a configuração dois é a mais indicada para o escoamento bifásico, sendo a melhor opção para ser utilizada no modelo de panela industrial.

Oct 1, 2019

By Leiner Novaes Arêdes

Após o bobinamento com temperatura controlada, as bobinas são resfriadas até um valor próximo da temperatura ambiente para o processo de decapagem. Há uma bibliografia farta no que diz respeito à temperatura de bobinamento e seus efeitos nas propriedades mecânicas e na microestrutura do aço plano laminado a quente. Contudo, pouco se encontra sobre a influência das taxas de resfriamento pós bobinamento nas propriedades mecânicas e na microestrutura do aço, especialmente nas propriedades finais de materiais que são submetidos à laminação a frio e recozimento. O tempo médio de resfriamento com água é de dois dias. Já o tempo para resfriamento com ar é de sete dias. Estudou-se o efeito das referidas taxas na microestrutura e nas propriedades mecânicas para um determinado aço tanto após a laminação a quente como após a laminação a frio e recozimento.

Jul 30, 2018

By Francisco Gil Coury

Ligas Al-Mn-Ce são de grandeinteresse por formaremfases e microestruturasde aplicação promissora, como quasicristais, fase amorfa e ligas cristalinas de alta resistência. Entretanto, pouca atenção foi dada àdeterminação do diagrama de fase desse sistema. Este trabalho apresenta uma avaliação termodinâmica preliminar das fases ternárias Al8Mn4Ce e Al10Mn7Ce2, compostos da região de maior interesse deste sistema:as composições ricas em Al. A avaliação termodinâmica foi feita considerando os dois compostos como fases estequiométricas. A energia livre destas fases foi estimada a partir de dados experimentais obtidos por análise de calorimetria diferencial de varredura, microscopia eletrônica e difração de raios X e as seções isotermas existentes na literatura, empregando ligas obtidas por fusão a arco. Os resultados indicam que foi possível produzir as fases de interesse pela metodologia proposta, e que os parâmetros estimados para a energia livre de ambas as fases permitem reproduzir adequadamente secções isotermas do diagrama ternário em diferentes temperaturas.

Aug 16, 2017

By André Oliveira Galon, Caio Vaccari Silva, Victor Bridi Telles, Raphael Mariano de Souza, Felipe Fardin Grillo, José Roberto de Oliveira

Neste trabalho foi estudada a influência da granulometria de CaO adicionada ao processo de desfosforação, temperatura e teor de FeO da mistura desfosforante na aglomeração de partículas sólidas na escória. Para isto, foram realizados testes laboratoriais em sete condições experimentais distintas, bem como a análise de imagens via software Quantikov, para medir a aglomeração, além de análise termodinâmica computacional. A granulometria, temperatura e porcentagem de FeO se mostraram parâmetros relevantes na aglomeração da escória de desfosforação e a análise de imagens mostrou-se uma ferramenta útil para a obtenção destes resultados.

Oct 1, 2019

By Xiaowei Du, Xitao Wang, Xuekun Shang

The deformation behaviors under both tensile and compressive forces and microstructure evolutions of cast SA508-4N steel were investigated at elevated temperatures. True stress-strain data were obtained from hot deformation experiments performed on a Gleeble-3500 thermal-simulator under different temperatures (750-1200C) and strain rates (0.001-10 s-1). The reduction of area decreases as a function of temperature from 750C to 900C and then increases. At 1200C, the reduction of area reaches more than 99% with the strain rates of 0.5 s-1 and 1.0 s-1. The dynamic recrystallization under compressive stress occurs at 800C under low strain rate and a complete dynamic recrystallization can be observed when the temperature reaches above 1100C. A “two-stage” flow stress constitutive model concerned with dynamic recovery and dynamic recrystallization was established based on the true stress-strain data. This model shows good agreement with experiment results. Moreover, we developed a dynamic recrystallized grain size model to describe the average grain size after complete dynamic recrystallization.

Oct 1, 2019

By Laurent Dorel

Surface quality monitoring is primarily implemented in the last steps of steel manufacturing before shipment to the end user. However, an increasing trend for also addressing this topic in the upstream stages, such as hot rolling plant, is tackled by Primetals Technologies to give steel producers the key to a global optimized yield management, and efficient “lessons learned” processes. After the last developments of SIAS Next Gen platform, including High Resolution and Near Infra-Red, some site results will be exposed on the very specific high constraints lines such as ESP Endless Strip Production and Plate Mills, and highlights the related most interesting aspects for our customers.

Aug 17, 2017

By Washington Martins da Silva Júnior

In stamping process, sliding between metal sheet and forming tool leads to wear of tool surface. Maintenance of stamping tools involves polishing the tool edge, or, in case of severe damage, replacement of the tool. Hard coatings have been applied on the stamping tool surfaces in order to reduce the maintenance cost causing a great economic impact in metal work industry. In this work, CrAlSiN coatings were applied by PVD onto SRV2W tool steel. The coating toughness was avaliated by the critical load in scratch tests. The following coating parameters were analyzed: 1- substrate surface finishing process; 2- coating architecture (multilayer or gradient); 3- chemical composition of the coating. AlSi concentration varied from the substrate/coating interface to the surface. Coatings were 3 µm thick. Scratch tests were carried out using a Vickers indenter. The applied normal load was varied from 0 to 13 N for a scratch length of 5 mm. In order to study the effect in the toughness, the substrate roughness was controlled by the finishing process before PVD coating. Samples subjected to polishing presented highest critical loads. Gradient coatings presented higher critical loads than those with a multilayer architecture. Coatings with higher concentration of AlSi near the surface supported higher loads before failure.

Jul 31, 2018

By Flávia Vieira Braga

O efeito da temperatura de deformação a quente na textura cristalográfica de um aço inoxidável ferrítico AISI 430 estabilizado ao Nióbio foi estudado por ensaios de torção a quente. A laminação de acabamento em laminador Steckel foi simulada utilizando diferentes faixas de temperatura, buscando promover o amaciamento por recristalização. Após cada ensaio, as amostras foram temperadas até a temperatura ambiente objetivando a análise das microestruturas geradas. Foram também realizados ensaios de torção interrompidos visando avaliar a ocorrência da recristalização entre passes. A técnica de EBSD foi utilizada para analisar a microestrutura das amostras ensaiadas, a textura formada e o tamanho de grão. Foi observado que a de temperatura de simulação que mais favorece a ocorrência da recristalização estática está entre 900 e 840 ºC e o tamanho de grão resultante é menor em tais condições. A textura de torção obtida está em concordância com a literatura.

Aug 16, 2017

By Carlos Gonzalez-Rivera

An alternative cooling curve analysis method focused on the experimental determination of the latent heat of phase changes and phase transformation kinetics is proposed in this work. The method analyses the cooling process of a metallic sample, initially liquid that is contained into a cylindrical metallic mold, both of known weight, thermally isolated at its top and bottom. The method is based on an energy balance associated with the experimental measurement of the temperature change of the sample and the mold during their cooling process. From the numerical processing of the cooling curves, are obtained approximate values of the acting global heat transfer coefficient as a function of temperature in order to describe quantitatively the energy exchange of the metal/mold system with its surroundings. These relationships and other experimental data are used to process the cooling curve of the sample and the mold during solidification, in order to obtain the latent heat of solidification.The method was applied experimentally to zinc and tin of commercial purity, initially liquids and contained into stainless steel molds in order to determine its ability to measure the latent heat of solidification. The obtained results suggests that this method shows a good potential to characterize the solidification of metals.

Oct 30, 2017

By F. D. Rodriguez, J. Ramirez Cuellar, J. Salinas Reyes, C. Gómez-de-la Garza

The Pickling Line and Tandem Continuous Mill (PLTCM) at Ternium Pesquería Facility with a Five Stands, Six High configuration started in 2013. Manufactured by PRIMETALS, to produce steel to exposed automotive market, Turnkey project, with supervision of best practices from Nippon Steel. The main equipment that the process has are; Laser welding machine, 3 loopers, Scale Breaker, jet Pickling tanks, Inspection Station and COGNEX System Side Trimmer (flying width change), Type of Mill: UCMW(S) Carrousel, 2 Tension Reels. The principals goals are, Simulate production programs, validate materials for thin thicknesses before processing, low Re-welds, optimization use Cognex, good performance in Thickness, flatness and productivity.

Oct 1, 2019

By Marcos Paulo da Silveira, Carolina Conter Elgert, Messias Prado de Almeida, Rafael Stella Galdino

Microalloyed steels have been intensely studied as an alternative to increase strength by grain refinement and/or precipitation hardening. Long steel products have a wide range of opportunities to apply well-defined principles of controlled rolling (CR) in order to increase strength and toughness with reduced costs. To evaluate the effect of microalloying elements as Nb and Ti with thermomechanical treatment, three conditions were tested: DIN 16MnCrS5 with hot rolling (HR), DIN 16MnCrS5 with Nb and CR and DIN 16MnCrS5 with Nb+Ti and CR. Austenitic grain size, obtained by direct quenching after rolling, has shown a decrease 32% with Nb addition, and 29% when Nb and Ti was added. Controlled rolling generated higher grain refinement and pancacked grains near the surface. When comparing ferritic grain size, controlled rolling plus niobium and titanium additions resulted in significant reduction of 35%. Yield strength increased 15% with microalloying and CR and more than 270% in impact toughness, even at -40°C.

Oct 1, 2019