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METALURGIA/ UFMG Simulações Laboratoriais de Processos de Conformação Industriais R. Barbosa Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Universidade.

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1 METALURGIA/ UFMG 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 62 o Congresso Anual da ABM 23 de julho de 2007, Vitória- ES

2 O Tetraedro da Engenharia dos Materiais 2 METALURGIA/ UFMG

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

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

5 Como refinar ferrita via laminação? 5 METALURGIA/ UFMG 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 ? Tecnologia existente há décadas

6 O refino de grão na LC Convencional 6 METALURGIA/ UFMG Refino de grão de ferrita via TMCP 20μm5μm Conventional rollingTMCP Reproduzido da aula do professor Tomoyuki Yokata Thermomechanical processing of steels obtido no endereço em 21/07/2007http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/slides.html

7 Como refinar ferrita ainda mais ? 7 METALURGIA/ UFMG A produção de grãos ultra-finos (UFG) Reproduzido da aula do professor Tomoyuki Yokata Thermomechanical processing of steels obtido no endereço em 21/07/2007http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/slides.html

8 Como refinar ferrita ainda mais ? 8 METALURGIA/ UFMG A produção de grãos ultra-finos (UFG) 20μm5μm Conventional rolling TMCP 1μm UFG Reproduzido da aula do professor Tomoyuki Yokata Thermomechanical processing of steels obtido no endereço em 21/07/2007http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/slides.html

9 Advantages and technical problems involved in ultrafine grain steels C.Ouchi:CAMP-ISIJ vol,(1998),. AdvantageTechnical problem 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 Reproduzido da aula do professor Tomoyuki Yokata Thermomechanical processing of steels obtido no endereço em 21/07/2007http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/slides.html

10 Reproduzido da aula do professor Nobuhiro Tsuji Ultra fine-grained steel obtido no endereço em 21/07/2007http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/slides.html

11 Como obter ferrita fina ? 11 METALURGIA/ UFMG No laboratório... Reproduzido da aula do professor Nobuhiro Tsuji Ultra fine-grained steel obtido no endereço em 21/07/2007http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/slides.html

12 Como obter ferrita fina ? 12 METALURGIA/ UFMG 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 21/07/2007http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/slides.html

13 Equipamento utilizado 13 METALURGIA/ UFMG Experimentos muito simples e de baixo custo !!! Reproduzido da aula do professor Nobuhiro Tsuji Ultra fine-grained steel obtido no endereço em 21/07/2007http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/slides.html

14 Detalhe importante, porém METALURGIA/ UFMG Sofisticada capacidade de caracterização via TEM Reproduzido da aula do professor Nobuhiro Tsuji Ultra fine-grained steel obtido no endereço em 21/07/2007http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/slides.html

15 Detalhe importante, porém METALURGIA/ UFMG 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 21/07/2007http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/slides.html

16 Conclusão 1 16 METALURGIA/ UFMG a)É possível propor alternativas de produção em massa para aços estruturais do tipo UFG com propriedades mecânicas muito superiores aos atuais; b) 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... c)Acesso a caracterização via TEM, EBSD e outras técnicas deveria ser mais generalizado e pode vir a restringir desenvolvimento nesta área.

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

18 Custo estimado: corridas industriais 18 METALURGIA/ UFMG Ressalvas importantes: 1) ordem de grandeza apenas, 2) estimativa de custo apenas Hipóteses: –Planta produzindo 4 x 10 6 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: ~ $

19 Custo estimado: simulação laboratorial 19 METALURGIA/ UFMG Ressalvas importantes: 1) ordem de grandeza apenas, 2) estimativa de custo apenas Hipóteses: –Custo de equipamento: 1 x 10 6 $; –Depreciação de equipamento, 20% aa; –Custo operacional = 2 x custo de amortização; Custo de 1 dia de experimentos no laboratório: ~ $

20 Custo estimado: simulação numérica 20 METALURGIA/ UFMG 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 10 6 $; –Depreciação de equipamento, 20% aa; –Custo operacional = 2 x custo de amortização; Custo de 1 dia de experimentos numéricos: ~ 200 $

21 Conclusão 2 21 METALURGIA/ UFMG a)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; b)As três técnicas são, às vezes, necessárias; c)Deve-se pois começar pela primeira, a simulação numérica, se o custo for um fator fundamental.

22 Desafio 3:...do lab para a laminador METALURGIA/ UFMG 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. A passagem de resultados de laboratório ao laminador envolvem várias questões, dentre elas pelo menos as abaixo listadas:

23 Desafio 3:...do lab para a laminador METALURGIA/ UFMG 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

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

25 Desafio 3:...do lab para a laminador METALURGIA/ UFMG 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

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

27 Conclusão 3 27 METALURGIA/ UFMG a)Transposição de resultados do lab para laminador demandam ajustes de ordem técnica e de ordem gerencial; b) Os de ordem técnica, talvez o maior referente a escala, podem ser contornados em alguns aspectos mas são inerentes aos processos de simulação; c)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.

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


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