Influência do teor de enxofre e do cálcio na tenacidade de um aço estrutural

Abstract

RESUMO: Atualmente há uma exigência de menores teores de enxofre na composição química para melhorar a tenacidade dos diferentes aços comerciais. Em razão do efeito prejudicial do sulfeto de manganês na resistência mecânica e tenacidade dos aços estruturais, uma alternativa é a adição de cálcio na elaboração da liga. Nessa pesquisa foram investigadas as influências dos teores de enxofre e cálcio em bobinas do aço estrutural ASTM A36 laminadas e com espessuras aproximadas de 9 mm. Para avaliar o efeito desses elementos, bobinas com quatro teores de enxofre; 29, 39, 55 e 92 ppm; as duas primeiras com aproximadamente 30 ppm de cálcio e as últimas sem cálcio, foram selecionadas na empresa ArcelorMittal Tubarão. As propriedades mecânicas foram determinadas usando ensaios de resistência à tração, impacto Charpy, medidas de dureza e caracterização microestrutural nas direções transversal e longitudinal, além da simulação termodinâmica para comparar os níveis de inclusões determinados pelos processos convencionais. As análises microestruturais e as características das inclusões foram determinadas em um microscópio eletrônico de varredura utilizando o software Spark-DAT e a norma ASTM E45. Com relação aos valores de dureza do aço ASTM A36, não são observadas diferenças nas direções transversal e longitudinal nas quatro bobinas, mesmo com a variação dos teores de enxofre e cálcio. Análises sistemáticas das propriedades mecânicas mostram que a bobina com 92 ppm de enxofre apresenta os maiores valores da tensão de escoamento e da resistência máxima à tração. Como o tamanho de grão das bobinas são similares, é provável que os valores estejam associados à maior quantidade de bainita na microestrutura. Também é observado que os diferentes teores de enxofre e a adição de cálcio apresentam menos influência na tensão de escoamento e resistência máxima à tração das bobinas, do que as possíveis variações das temperaturas e das transformações de fase durante o processo. No entanto, é importante ressaltar que nas bobinas com 29 e 39 ppm de enxofre a queda na tenacidade ocorre em temperaturas inferiores à -25 °C enquanto que nas outras duas ocorre na temperatura de -10 °C nas direções longitudinal e transversal. Conforme a literatura esses resultados estão associados à maior presença de sulfetos de manganês na microestrutura. Os resultados da simulação termodinâmica mostram uma maior quantidade de sulfetos com o aumento do teor de enxofre, embora haja a formação de sulfetos de cálcio, que aparentemente influenciam a morfologia da inclusão e diminuem a anisotropia da laminação. Dessa forma há uma certa evidência dos valores de energia nas direções longitudinais e transversais apresentarem menor diferença, quando comparados aos das bobinas sem o cálcio. Finalmente é possível concluir que o aumento do teor de enxofre é mais impactante na tenacidade das bobinas e o cálcio reduz a anisotropia, com relação à energia absorvida nas direções longitudinal e transversal no ensaio Charpy.