Tenacidade à fratura e resistência à iniciação e ao crescimento de trinca por fadiga de aços para aplicação em moinhos tubulares.

Abstract

A motivação para a realização deste trabalho se deu após a investigação de uma falha precoce em uma junta soldada que conecta a pista de rolamento à tampa de alimentação de um moinho de bolas usado em uma planta de beneficiamento de minério de ferro. Na análise de falhas, conduzida pelo GEsFraM, foi identificado que o aço empregado neste local apresentou teor de carbono abaixo do limite inferior, não atendendo à sua especificação ASTM-A516-G60, a qual é aplicada em vasos de pressão e estruturas. A microestrutura apresentada por este aço consistiu em uma distribuição heterogênea de grãos de ferrita e colônias de perlita, com variações no tamanho e na fração volumétrica. Além disso, a união entre o anel deslizante e a tampa de alimentação do moinho criou um significativo concentrador de tensão geométrico e o processo de soldagem utilizado, apesar de atender às especificações, contribuiu para a heterogeneidade microestrutural, devido à exposição ao aporte térmico necessário para esta operação. Essas mudanças microestruturais e geométricas levaram a nucleação e crescimento de trincas por fadiga na junta soldada, que atravessaram a espessura da pista de rolamento. Como consequência, a polpa de minério de ferro foi contaminada com o óleo lubrificante, diminuindo o nível adequado de óleo e gerando desgaste excessivo nos rolamentos e perda de pressão do sistema de lubrificação. Todos esses fatos inviabilizaram a operação do equipamento. Visando propor substituição, comparação ou melhorias, três aços diferentes que atendem à especificação para aplicação em vasos de pressão foram analisados e comparados com o aço do moinho que falhou por meio de ensaios de tração, dureza Víckers, impacto Charpy, tenacidade à fratura (curvas J-R) e ensaios de fadiga (curvas σa-Nf e curvas da / dN x ΔK). Concluiu-se que a seleção do material para o componente do moinho deve levar em consideração uma composição química e microestrutura adequadas para essa aplicação, bem como seu comportamento a altas temperaturas de um processo de soldagem, a fim de garantir uma microestrutura e um mínimo de resistência mecânica compatível com o seu uso. Concluiu-se também que, dentre os quatro aços estudados neste trabalho, os aços ASTM A516 G60 e ASTM A516 G70 são os mais adequados e recomendados para aplicação na fabricação de moinhos de bolas tubulares.