Modelagem matemática do fenômeno de descarbonetação no processo de reaquecimento de tarugos de aço SAE1070.

Abstract

A demanda por aços de melhor qualidade para aplicações específicas tem aumentado consideravelmente ao longo dos anos. Por exemplo, no mercado automotivo, existe demanda por alta qualidade do aço SAE1070, usado no reforço de pneus e peças automotivas. Para este aço as especificações relativas à profundidade de descarbonetação são rigorosas. A perda de carbono (descarbonetação) é uma função da temperatura e do tempo de exposição do aço à atmosfera gasosa, cuja composição define o potencial químico de oxigênio, responsável pela descarbonetação. Processos industriais como laminação a quente envolvem subprocessos como reaquecimento de tarugos e subsequente resfriamento durante o qual cuidados especiais são essenciais para minimizar, ou pelo menos controlarem a profundidade de descarbonetação e minimizar a formação de óxido, que é diretamente relacionada ao rendimento metálico. Neste trabalho experimentos de laboratório juntamente com modelagem matemática foram usados para estudar os fenômenos de descarbonetação simultaneamente com o de oxidação e identificar condições de reaquecimento capazes de reduzir ou mesmo eliminar descarbonetação na classe de aço SAE1070 durante o processo de reaquecimento. Para este aço a cinética de formação de carepa pode ser descrita a partir de um modelo que considera controle de processo através de difusão na camada de óxido, 1/ 2 X = K t , com T K x m s e 1,614 10−2[ / 1/ 2 ] −10213/ = . Um modelo para o crescimento de óxido simultâneo à difusão de carbono para a interface metal/óxido foi proposto e implantado. A validação do modelo foi realizada por meio de comparação entre perfis de microdureza e visualização metalográfica. O modelo é capaz de descrever os fenômenos para os diversos ciclos de aquecimento relevantes para a indústria. Em condições isotérmicas a profundidade de descarbonetação é dada por DC t e mm 308,3 1/ 2 (−15013/T ) = . A ocorrência simultânea da oxidação e a descarbonetação em regime não isotérmico pôde ser descrita através de um algoritmo baseado no método de diferenças finitas, explícito. Este algoritmo permite calcular e traçar o perfil de concentração de carbono na amostra desde a interface metal/óxido até campos onde a concentração de carbono não foi alterada pela descarbonetação. O método pode ser utilizado, como extrapolação, nas situações reais de reaquecimento de tarugos para laminação a quente, possibilitando melhor entendimento e consequente aperfeiçoamento do processo.