Simulações Laboratoriais de Processos de Conformação Industriais

Apresentação em tema: "Simulações Laboratoriais de Processos de Conformação Industriais"— Transcrição da apresentação:

1 Simulações Laboratoriais de Processos de Conformação Industriais
R. Barbosa Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Universidade Federal de Minas Gerais Inovações para Desenvolvimento de Aços de Elevado Valor Agregado 62o Congresso Anual da ABM 23 de julho de 2007, Vitória- ES METALURGIA/ UFMG

2 O Tetraedro da Engenharia dos Materiais
2 METALURGIA/ UFMG

3 Desafios Como aumentar valor agregado de aços estruturais via desenvolvimento de produto em simulações laboratoriais ? Qual é o custo estimado de experimentos em escala de laboratório, em escala piloto e em corridas industriais ? Como transpor resultados de simulações laboratoriais para a realidade industrial? 3 METALURGIA/ UFMG

4 No contexto de aços estruturais, é claro...
Desafio 1: aumentar valor agregado No contexto de aços estruturais, é claro... Aços largamente C-Mn; Aços com requisitos de LE, LR, A% TTDF baixas Solução universal: Refino de grão de ferrita 4 METALURGIA/ UFMG

5 Tecnologia existente há décadas
Como refinar ferrita via laminação? Tecnologia existente há décadas Laminação controlada: Clássica (chapas grossas) Ferrita ≈ 6 a 8 μm Com RXMD (tiras a quente e fio máquina) Ferrita ≈ 3 a 6 μm Outras possibilidades ? 5 METALURGIA/ UFMG

6 Refino de grão de ferrita via TMCP
O refino de grão na LC Convencional Refino de grão de ferrita via TMCP 20μm 5μm Conventional rolling TMCP Reproduzido da aula do professor Tomoyuki Yokata “Thermomechanical processing of steels” obtido no endereço em 21/07/2007 6 METALURGIA/ UFMG

7 A produção de grãos ultra-finos (UFG)
Como refinar ferrita ainda mais ? A produção de grãos ultra-finos (UFG) Reproduzido da aula do professor Tomoyuki Yokata “Thermomechanical processing of steels” obtido no endereço em 21/07/2007 7 METALURGIA/ UFMG

8 A produção de grãos ultra-finos (UFG)
Como refinar ferrita ainda mais ? A produção de grãos ultra-finos (UFG) 20μm 5μm 1μm Conventional rolling TMCP UFG Reproduzido da aula do professor Tomoyuki Yokata “Thermomechanical processing of steels” obtido no endereço em 21/07/2007 8 METALURGIA/ UFMG

9 Advantages and technical problems involved in ultrafine grain steels
Increase of yield strength Improvement of toughness Increase of fatigue strength Improvement of SPF property Improvement of corrosion resistance property Improvement of grain boundary failure resistance property Increase of yield ratio Decrease of uniform elongation Properties of weld and HAZ High temperature properties Creation of ultrafine grain in heavy section products C.Ouchi:CAMP-ISIJ vol ,(1998), . Reproduzido da aula do professor Tomoyuki Yokata “Thermomechanical processing of steels” obtido no endereço em 21/07/2007

10 Reproduzido da aula do professor Nobuhiro Tsuji “Ultra fine-grained steel” obtido no endereço em 21/07/2007

11 Como obter ferrita fina ?
No laboratório... Reproduzido da aula do professor Nobuhiro Tsuji “Ultra fine-grained steel” obtido no endereço em 21/07/2007 11 METALURGIA/ UFMG

12 Como obter ferrita fina ?
No laboratório mas em processo que poderia ser utilizado em linha industrial? Reproduzido da aula do professor Nobuhiro Tsuji “Ultra fine-grained steel” obtido no endereço em 21/07/2007 12 METALURGIA/ UFMG

13 Experimentos muito simples e de baixo custo !!!
Equipamento utilizado Experimentos muito simples e de baixo custo !!! Reproduzido da aula do professor Nobuhiro Tsuji “Ultra fine-grained steel” obtido no endereço em 21/07/2007 13 METALURGIA/ UFMG

14 Sofisticada capacidade de caracterização via TEM
Detalhe importante, porém... Sofisticada capacidade de caracterização via TEM Reproduzido da aula do professor Nobuhiro Tsuji “Ultra fine-grained steel” obtido no endereço em 21/07/2007 14 METALURGIA/ UFMG

15 E via EBSD...ambos de acesso relativamente limitado no país !!!
Detalhe importante, porém... E via EBSD...ambos de acesso relativamente limitado no país !!! Reproduzido da aula do professor Nobuhiro Tsuji “Ultra fine-grained steel” obtido no endereço em 21/07/2007 15 METALURGIA/ UFMG

16 Conclusão 1 É possível propor alternativas de produção em massa para aços estruturais do tipo UFG com propriedades mecânicas muito superiores aos atuais; Este desenvolvimento, pode ser inicialmente realizado em laboratório, onde o custo-benefício do experimento é bem menor que na escala piloto ou na escala industrial, mas... Acesso a caracterização via TEM, EBSD e outras técnicas deveria ser mais generalizado e pode vir a restringir desenvolvimento nesta área. 16 METALURGIA/ UFMG

17 Listam-se abaixo algumas:
Desafio 2: ... a baixo custo, se possível... Existem mais ou menos 4 ou mais possibilidades para desenvolvimento de novos produtos. Listam-se abaixo algumas: Corridas industriais; Escala piloto; Simulações laboratoriais; Torção, Compressão: Estado plano, compressão axial Simulações numéricas 17 METALURGIA/ UFMG

18 Custo de 1 dia de “experimentos” no laminador: ~ 400.000 $
Custo estimado: corridas industriais Ressalvas importantes: 1) ordem de grandeza apenas, 2) estimativa de custo apenas Hipóteses: Planta produzindo 4 x 106 ton/ano; Preço de venda médio = 400 $/ton; Custo da laminação a quente da ordem de 10% do preço do produto final; Custo de 1 dia de “experimentos” no laminador: ~ $ 18 METALURGIA/ UFMG

19 Custo de 1 dia de “experimentos” no laboratório: ~ 1.000 $
Custo estimado: simulação laboratorial Ressalvas importantes: 1) ordem de grandeza apenas, 2) estimativa de custo apenas Hipóteses: Custo de equipamento: 1 x 106 $; Depreciação de equipamento, 20% aa; Custo operacional = 2 x custo de amortização; Custo de 1 dia de “experimentos” no laboratório: ~ $ 19 METALURGIA/ UFMG

20 Custo de 1 dia de “experimentos” numéricos: ~ 200 $
Custo estimado: simulação numérica Ressalvas importantes: 1) ordem de grandeza apenas, 2) estimativa de custo apenas Hipóteses: Custo de equipamento e licença de uso de softwares específicos: 0,2 x 106 $; Depreciação de equipamento, 20% aa; Custo operacional = 2 x custo de amortização; Custo de 1 dia de “experimentos” numéricos: ~ 200 $ 20 METALURGIA/ UFMG

21 Conclusão 2 Custo cresce em ordens de grandezas de 100 para e para caso se passe da simulação numérica para a de laboratório e desta para a corrida industrial; As três técnicas são, às vezes, necessárias; Deve-se pois começar pela primeira, a simulação numérica, se o custo for um fator fundamental. 21 METALURGIA/ UFMG

22 Escala Gerência Desafio 3: ...do lab para a laminador...
A passagem de resultados de laboratório ao laminador envolvem várias questões, dentre elas pelo menos as abaixo listadas: Escala Experimentos em escala de lab. são simplificações da realidade e têm que ser assim; Gerência Melhoria de processo versus estabilidade de processo; Uma interface entre lab e laminador. 22 METALURGIA/ UFMG

23 Escala: o quê isto tem a ver...
Desafio 3: ...do lab para a laminador... Escala: o quê isto tem a ver... Reproduzido da aula do professor C. M. Sellars “Metallurgical Modelling of Thermomechanical Processing” por ocasião da “50th Hatfield Memorial Lecture”. Dados obtidos no endereço em 21/07/2007 23 METALURGIA/ UFMG

24 Desafio 3: ...do lab para a laminador...
Escala: ...com isto ? Dados obtidos no endereço em 21/07/2007 24 METALURGIA/ UFMG

25 Gerência: estabilidade de processo...
Desafio 3: ...do lab para a laminador... Gerência: estabilidade de processo... Reproduzido da aula do professor C. M. Sellars “Metallurgical Modelling of Thermomechanical Processing” por ocasião da “50th Hatfield Memorial Lecture”. Dados obtidos no endereço em 21/07/2007 25 METALURGIA/ UFMG

26 Desafio 3: ...do lab para a laminador...
Gerência: interface entre lab e laminador Dados obtidos no endereço em 21/07/2007 26 METALURGIA/ UFMG

27 Conclusão 3 Transposição de resultados do lab para laminador demandam ajustes de ordem técnica e de ordem gerencial; Os de ordem técnica, talvez o maior referente a escala, podem ser contornados em alguns aspectos mas são inerentes aos processos de simulação; Os de ordem gerencial devem ainda ser desenvolvidos. Supondo, é claro, que o processo já se encontre estabilizado e melhorias tecnológicas possam ser introduzidas sem grandes problemas. 27 METALURGIA/ UFMG

28 Muito obrigado pela atenção !!!
Encerramento Muito obrigado pela atenção !!! 28 METALURGIA/ UFMG