RESISTÊNCIA AO DESGASTE POR ABRASÃO EM SOLDAS DE
REVESTIMENTO UTILIZANDO ARAME TUBULAR
A. S. Brandim1, O. J. S. Hernández2 , N. G. Alcântara3
Rod. Washington Luis, Km 235, CEP: 13565- 905 São Carlos -SP, CP 676 – ayrton@cefetpi.br CEFET-PI1, Teresina – PI, CCDM1,3 e DEMa – UFSCar3
RESUMO
As condições de serviço em que os rolos de lingotamento contínuo trabalham são extremamente complexas e variam dependendo da localização dentro da linha de lingotamento. Na superfície dos rolos ocorrem falhas devido a uma variedade de mecanismos entre os quais destaca-se o desgaste por abrasão, fundamentalmente onde a temperatura na linha de lingotamento é menor. Um dos métodos de combate ao desgaste desses rolos é a deposição por soldagem de ligas de aço inoxidável martensítico sobre a superfície sujeita a deterioração. Os consumíveis de soldagem foram os arames tubulares 414N e 4562 com diâmetros de 2,4 mm e 3,2 mm e utilizado o processo de soldagem por arame tubular autoprotegido. Foi correlacionanda a resistência ao desgaste por abrasão a baixa tensão com a dureza e a microestrutura dos revestimentos. Dos resultados obtidos foi verificado que o revestimento obtido do arame 4562 foi o que apresentou maior dureza, e consequentemente maior resistência ao desgaste.
Palavras -Chaves: Microestrutura, Aço inoxidável Martensítico, Desgaste, Soldagem
1. INTRODUÇÃO
A deterioração de peças e equipamentos pelo fenômeno de desgaste proporciona consideráveis perdas econômicas, sendo que a soldagem de revestimento tem assumido uma importância cada vez maior, por realizar reconstituições de peças avariadas e deposições de camadas protetoras com baixo custo operacional e propiciando a redução do tempo de parada não programada, apresentando- se como uma solução prática e viável devido às grandes vantagens e flexibilidade desta técnica.
No processo de lingotamento contínuo, os rolos são utilizados para propiciar a solidificação da placa, segurar, conter a flexão, puxar e transportar a placa solid ificada. As tolerâncias dimensionais, estabilidade mecânica e as condições da superfície dos rolos de lingotamento contínuo podem afetar tanto a superfície como a qualidade interna do produto fundido. Além disso, um equipamento de lingotamento contínuo pode conter entre 350 a 750 rolos em uma única linha de produção (CHUDZICKI et al., 1995).
Os rolos da linha de produção de aços por lingotamento contínuo usados na indústria siderúrgica são submetidos a sistemas complexos e severos de deformação e outros me canismos de desgaste (TECCO et al., 1996). Estes rolos trabalham em seções curvilíneas, sendo, portanto submetidos a grandes esforços de flexão, podendo atingir a 2000 KN. As condições de serviço dos rolos determinam a ocorrência dos principais tipos de falhas que podem ser: falha catastrófica, como por exemplo, a quebra em forma de pescoço e trincas através do corpo; e a deterioração superficial , onde a superfície degrada-se ou diminui de tamanho. Essas falhas são devidas a uma variedade de
Das falhas anteriormente mencionadas, as trincas por fadiga térmica, que surgem de forma circunferencial, e as trincas por corrosão são as causas principais da necessidade de reparo e substituição dos rolos, podendo resultar em interrupções prolongadas de operação (HORN, 1996), sendo que uma parada repentina devida ao rompimento do veio pode custar R$ 110.000,00, sem levar em conta os custos de parada de produção (INFORMAÇÃO PESSOAL, 1999). Outra falha que requer reparo e a substituição dos rolos do serviço é o desgaste associado à abrasão e erosão, provocando redução do seu diâmetro, ondulaç ões na superfície do produto lingotado ou, às vezes, ocasionando interrupção do processo (HORN, 1996). Portanto, o interesse desse trabalho foi de avaliar a resistência ao desgaste por abrasão de depósitos de aço inoxidável utilizados como revestimentos de rolos de lingotamento contínuo.
2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Para obtenção dos depósitos foi necessária a preparação do metal de base. As chapas de aço carbono ABNT 1015 foram cortadas nas dimensões 300 mm x 450 mm x 25,4 mm, especificadas lixadas para eliminar a carepa, e fixadas pelas extremidades numa base para assegurar melhor aterramento e minimizar as distorções durante a soldagem dos revestimentos. Os corpos -de- prova para o ensaio de desgaste tiveram as seguintes dimensões: 150 mm de largura por 12,7 mm de espessura por 450 mm de comprimento. Foi utilizado o aço ABNT 1015 como referência para análise da resistência ao desgaste.
A soldagem do revestimento 414N foi pelo processo de soldagem com arame tubular autoprotegido com cabeçote oscilatório. O rev estimento 4562 foi realizado pelo processo por arco submerso utilizado um equipamento com o cabeçote oscilatório, utilizando fluxo neutro. Os valores dos parâmetros de soldagem, como mostra a Tabela 2.1, foram monitorados pelos painéis de controle dos equipamentos durante a operação de soldagem.
Tabela I - Parâmetros de soldagem utilizados para deposição dos revestimentos 414N e 4562 Revestimentos
Parâmetros de soldagem
4562 414N
Stick out
Velocidade de soldagem
Velocidade de alimentação do arame Tensão de soldagem
Corrente de soldagem Largura de oscilação Comprimento do cordão
Tempo de parada nas extremidades Velocidade de oscilação 35 mm 3 mm/s 1 m/min 30 V 300- 400 A 35 mm 240 mm 0,14 s 45,6 m/s* 30 2,8 mm/s 1 m/min 23 V 320 –420 A 35 mm 240 mm 0,14 58 osc./min** * A oscilação do cabeçote foi realizada com um tempo de parada nas bordas; ** A oscilação do cabeçote foi realizada com onda quadrada.
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
A análise da resistência ao desgaste à baixa tensão das amostras foi feita pela comparação com o aço ABNT 1015 (PVm = 48,61 mm
3
). Para a visualização geral dos resultados referente aos corpos -de- prova é apresentada uma comparação da perda de volume, no qual os valores são as médias de todos os ensaios realizados na Figura 1.
0
10
20
30
40
50
Perda de
Volume
(mm3)
1015
4562
414N
Amostras
Figura 1 – Perda de volume médio para as amostras ensaiadas.
O revestimento 4562 apresentou o melhor resultado em termos de perda de volume isso se deve, inicialmente pelo seu alto valor de dureza como mostra a Figura 2, e por apresentar uma microestrutura constituída de ripas martensíticas, como mostra a Figura 3.
0
100
200
300
400
500
600
1015
4562
414N
Dureza (HV)
Figura 2 – Medidas de dureza dos materiais em estudo.
Segundo HENDERSON et al. (1991), esse tipo de microestrutura apresenta uma boa resistência ao desgaste por abrasão a baixa tensão. Isso se deve ao valor de dureza das ripas martensíticas que estão em torno de 500 a 1100 HV, que varia de acordo com o seu teor de carbono. Enquanto que, o resultado da perda de volume do revestimento 414N se deve pelo tipo de microestrutura desenvolvida que foi martensítica-ferrítica com austenita retida, como mostra a Figura 4. A presença da ferrita comprometeu a resistência ao desgaste por abrasão desse revestimento, pois a sua dureza varia em torno de 70 a 200 HV.
necessariamente com o valor da dureza Vickers. Assim, os au tores consideram difícil avaliar a resistência ao desgaste somente pela dureza, e propõe a avaliação através da análise quantitativa da microestrutura do material de revestimento.
REBELLO et al (1987) concluíram que se deve evitar relacionar diretamente a dureza como um indicativo para a resistência à abrasão, já que os ensaios de dureza convencionais são quase-estáticos,diferentes das condições onde a superfície metálica é atingida por partículas abrasivas em velocidades relativamente elevadas.
a) b)
Figura 3 – Microestrutura do revestimento 4562 constituída de ripas martensíticas e austenita retida: a) via MO e b)Via MEV. Ataque: Villela.
a) b)
Figura 4 – Microestrutura do revestimento 414N constituída de ripas martensíticas, ferrita e austenita retida: a) via MO e b) via MEV. Ataque: Villela.
4. CONCLUSÕES
ü O resultado de resistência ao desgaste por abrasão à baixa tensão do revestimento 4562 apresentou uma perda de volume de 29,09 mm3, contra 31,13mm3 do revestimento 414N e 48,60mm3 do material de referência que foi do aço ABNT 1015;
ü Os revestimentos 4562 e 414N apesar de apresentarem matrizes martensíticas, a resistência ao desgaste do 4562 foi melhor do que do revestimento 414N isso por causa da presença da ferrita nesse último revestimento que possui uma baixa dureza;
5. AGRADECIMENTOS
Os autores desse trabalho agradecem o apoio da FAPESP pelo suporte financeiro, ao CNPq pela concessão da bolsa de doutorado e ao CEFET - PI.
6. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
1. ATAMERT, S., STEKLY, J. J. K. – Recent developments in roll cladding materials and techniques by arc welding. Overview: roll cladding. Steel World. v. 1, n. 2, p. 52 – 70, 1997.
2. CHUDZICKI, J., HORN, B., TSAI, C. – Mechanisms of surface deterioration – cladded rolls for continuous slab casting – Phase I. Ìn: 36th Mechanical Working and Steel Processing Conf. Proc., ISS – AIME. v. XXXII. 1995. p. 67 – 77.
3. HORN, B. Continuous caster rolls: design, function and performance. Iron and Steel Engineer . p. 49 – 54, July. 1996.
4. INFORMAÇÃO PESSOAL , Departame nto de pesquisa e desenvolvimento da COSIPA, 1999. 5. FUJIMURA, H., KAMITO, Y., NOTOMI, A. e KINOSHITA, M. Development of Hard overlay
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8. REBELLO, J. M. A., PARANHOS, P., LARA, J. A. C. e GUIMARÃES, A. S. Resistência ao Desgaste por Abrasão, Dureza e Microestrutura de Revestimentos Duros Depositados por Arco Submerso. –In: XIII Encontro Nacional de Tecnologia da Soldagem, ABS, 1987, (87-100)p. 9. SCOTTI, A., MELLO, J.D.B. e BÁLSAMO, P. S. de S. Influência da Microestrutura sobre a
Resistência ao Desgaste de Eletrodos da Classe Fé- C- Cr – In: XXI Encontro Nacional de Tecnologia da Soldagem, ABS, 1995, (183-196)p.
10. TECCO, D. G., STEKLY, J. J. K. Avanços e perspectivas para o revestimento por soldagem de rolos para lingotamento contínuo e laminação a quente. In: 2o Congresso Internacional de Tecnologia Metalúrgica e de Materiais . 1996, (não paginado).
EVALUATION OF WEAR RESISTANCE BY ABRASION IN SURFACING WELD
USING TUBULAR WIRE PROCESS
A. S. Brandim1, O. J. S. Hernández2 , N. G. Alcântara3
Rod. Washington Luis, Km 235, CEP: 13565-905 São Carlos-SP, CP 676 - pasb@iris.ufscar.br CEFET-PI1, Teresina – PI, CCDM1,3 e DEMa – UFSCar3
ABSTRACT
The working conditions of continuous ingot casting rolls are extremely complex and they change the position along the pouring line. The failures, which happen on the roll surface, are due to the influence of several features, mainly by wear effects. One way to overcome the wear effects is the deposition of martensitic stainless steel on the surface by welding process. The welding process used was self shielding tubular wire with tubular wire 414 N and 4562 of 2,4 and 3,2mm diameter, as welding consumable. The wear resistance was correlated with hardness measurements and microstructure developed in the surfacing weld. Evaluating the results was noticed that the shielding layer from 4562 wire presented the highest hardness values and consequently, the highest wear resistance.
