6º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE FABRICAÇÃO 6

th BRAZILIAN CONFERENCE ON MANUFACTURING ENGINEERING

11 a 15 de abril de 2011 – Caxias do Sul – RS - Brasil April 11

th to 15

th, 2011 – Caxias do Sul – RS – Brazil

© Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas 2011

REFINO DE GRÃO EM AÇOS BAIXO CARBONO: UMA REVISÃO

CRÍTICA

Cleiton Lazaro Fazolo de Assis, fazolocla@usp.br1

Luciana Montanari, montanar@sc.usp.br1

Alessandro Roger Rodrigues, roger@mat.feis.unesp.br2

Juno Gallego, gallego@dem.feis.unesp.br2

Otávio Villar da Silva Neto, osvillar@bol.com.br3

1USP, Escola de Engenharia de São Carlos, Av. Trabalhador Sãocarlense, 400, CEP 13.566-590, São Carlos-SP

2UNESP, Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Av. Brasil, 56, CEP 15.385-000, Ilha Solteira-SP

3UNIP, Instituto de Ciências e Tecnologia, Av. Pres. Juscelino Kubitschek de Oliveira, s/n, CEP 15.091-450, São José

do Rio Preto-SP

Resumo: O único mecanismo capaz de aumentar simultaneamente a resistência mecânica e a tenacidade de aços é o

refinamento dos grãos da microestrutura. Sendo assim, estudos visando o refino de grãos em aços baixo carbono têm

sido direcionados na busca por processos capazes de cumprir essa meta, porém ainda há dificuldades a serem

superadas. Nesse contexto, este trabalho visa discutir a literatura sobre refino de grão em aços baixo carbono através

de processamentos termomecânicos, expondo os principais problemas em torno da técnica e sua aplicação prática na

indústria, comparativamente às técnicas ainda de laboratório. A laminação a morno em múltiplos passes é uma

alternativa viável para contornar a necessidade de laminadores robustos que possam imprimir altas deformações no

material. A não formação de uma segunda fase dispersa em meio à matriz microestrutural, a geração de uma

microestrutura refinada em toda seção do material e em maiores espessuras são as atuais metas da pesquisa. As

temperaturas de trabalho, os níveis de deformação e os tempo/velocidades de resfriamento são as principais

ferramentas para o controle da microestrutura final com grãos ultrafinos. Os aços com grãos ultrafinos podem

explorar aplicações nas quais substituam aços com maior quantidade de carbono e elementos de liga que encarecem o

produto. Na manufatura de peças e componentes uma microestrutura refinada favorece o aumento da resistência a

deformações causadas por processos de corte, além de favorecer mais qualidade à superfície usinada. O refino de

grão em aços baixo carbono para aumento da resistência mecânica e da tenacidade envolve o uso de menos

tecnologia em relação a métodos para produção de aços com maior quantidade de elementos de liga e representa um

viés para redução de custos de fabricação.

Palavras-chave: aço baixo-carbono, grãos ultrafinos, processamento termomecânico

1. INTRODUÇÃO

Na história dos materiais o século XX pode ser considerado como o século do aço. A produção mundial de aço

bruto no ano de 1900 foi de 31,04 milhões de toneladas e no ano 2000 atingiu os 846 milhões de toneladas. Devido o

desenvolvimento econômico de alguns países, principalmente a China, a produção mundial de aço atingiu 1220 milhões

de toneladas no ano de 2006, sendo 40 vezes maior do que em 1900 (Weng, 2009).

Os aços com baixo teor de carbono ocupam hoje cerca de 70% da produção mundial de ligas ferrosas, objetivando

aplicações industriais das mais variadas, desde imensos componentes estruturais até pequenas peças e dispositivos

mecânicos. Para atender a demanda desse mercado, consumidor e acelerado, buscam-se materiais com características

mecânicas especiais, tais como alta resistência mecânica aliada à alta tenacidade. Por exemplo, para os aços destinados

a fins estruturais são requisitos mecânicos importantes: resistência à fadiga, ao desgaste, à corrosão atmosférica e

resistência mecânica associada à boa tenacidade, além de possuir boa conformabilidade e soldabilidade (Abdalla et al.,

2006). Uma das formas de alterar algumas propriedades mecânicas de aços com baixo teor de carbono é reduzir o

tamanho dos grãos.

Da mesma forma que os aços estruturais, aços comuns podem ter as suas aplicações expandidas se as propriedades

puderem ser melhoradas com o refino do tamanho dos grãos sem alterar a composição química (Silva Neto, 2006).

Okitsu, Takata e Tsuji (2009) ainda citam a melhora na resistência à fratura em baixas temperaturas e alta resistência

dinâmica (suportando elevadas taxas de deformação, em torno de 103s

-1) com grãos refinados.

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Assim , na década de 1950, dois autores estabeleceram, de forma independente e inovadora, uma correlação entre a

resistência mecânica e a microestrutura, através da redução do tamanho de grão. Em 1951, na Universidade de

Sheffield, Reino Unido, E. O. Hall escreveu uma série de três artigos que apareceram no volume 64 do Proceedings of

the Physical Society. Em seu terceiro artigo, Hall demonstrou que o comprimento das bandas de deslizamento

corresponde à ordem de tamanho de grão e, dessa forma, estabeleceu relação entre estas variáveis, concentrando seu

estudo em aços baixo-carbono.

Baseado em seu trabalho experimental, realizado em 1946-1949, N. J. Petch, da Universidade de Leeds, Inglaterra,

publicou um artigo em 1953, independente de Hall. O trabalho de Petch visou o estudo da fratura frágil. Ao medir a

variação da tensão de clivagem com relação ao tamanho de grão ferrítico em temperaturas muito baixas, Petch

encontrou uma relação exata para o que Hall descrevera anteriormente. Assim, com base nesses estudos sobre o efeito

do tamanho de grão na resistência mecânica de aços baixo-carbono, foi proposta a relação de Hall-Petch que descreve a

relação entre limite de escoamento e tamanho de grão (Weng, 2009).

De acordo com Weng (2009), o conceito tradicional de aços com grãos finos usado na indústria em muitos países

ocorre da seguinte forma: em conformidade com a especificação ASTM, aços com tamanho médio de grão da ordem de

1 a 3 (250 e 150 µm) são considerados grãos grosseiros; aços com tamanho médio entre 4 e 6 (88 e 44 µm) são tidos

como de granulometria média; aços com grãos de tamanho médio entre 7 e 8 (31 e 22 µm) são considerados aços de

grãos finos. Desde o início das pesquisas de aços com grãos ultrafinos em 1990, ainda não há definição unificada para

“tamanho de grão ultrafino”. Dessa forma, por consenso e levando em consideração pesquisas que verificaram a

melhora das propriedades mecânicas, como resistência mecânica e tenacidade, com relação à diminuição do tamanho de

grão, considera-se para aços de baixo-carbono um tamanho médio de grão igual ou inferior a 5 µm para definir um aço

de grãos ultrafinos.

O desenvolvimento de aços de alta resistência mecânica com grãos ultrafinos tem sido objeto de pesquisa,

principalmente em países asiáticos. Li, Cui e Chen (2009) citam que o refino de grão é um método eficiente para o

aumento da resistência mecânica, tenacidade, resistência à fratura e resistência à fadiga. Um dos pontos-chave no

desenvolvimento desses aços é o refinamento da ferrita, geralmente conseguido pela interação entre processamentos

termomecânicos e tratamentos térmicos (Beladi et al., 2004).

Figura 1. Elevação simultânea da tenacidade e resistência mecânica pelo refino de grão.

De acordo com Narayana Murty e Torizuka (2008), aços com grãos ultrafinos, com composições relativamente

simples, têm grande potencial para o aumento da resistência mecânica convencional de aços baixa-liga. Os benefícios

atraentes desta abordagem são: evitar adições de elementos de liga, facilitando assim a reciclagem; evitar tratamentos

térmicos adicionais como a têmpera, reduzindo assim o custo do produto, bem como tornar o processo ambientalmente

sustentável; melhorar a soldabilidade devido ao menor teor de carbono e de elementos de liga; e a obtenção de

superplasticidade a altas taxas de deformação em temperaturas moderadas.

Dentro desse contexto, este trabalho discorre sobre aspectos da literatura voltados ao mecanismo de refino de grão

por processamento termomecânico, mais especificamente a laminação a morno, para obtenção do aumento simultâneo

da tenacidade e resistência mecânica de aços com baixo teor de carbono e de elementos de liga. O propósito geral é

revisar os conceitos metalúrgicos, visando abordar as principais dificuldades de gerar um produto com grãos ferríticos

ultrafinos em escala industrial e em maiores espessuras que seja tecnologicamente viável, vindo a ser um substituto de

aços com maior custo agregado de produção.

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2. LITERATURA REFERENTE AO PROCESSAMENTO TERMOMECÂNICO

Na busca pela otimização da razão resistência/custo de produtos, com o propósito de economizar energia, tornou-se

muito importante a aplicação de tecnologias avançadas visando reduzir o consumo de energia e materiais, minimizando

as emissões e atendendo ao desenvolvimento sustentável amigável. Quando se trata da laminação, por exemplo, é

necessário produzir novas gerações de produtos de aço de alto desempenho com baixo custo, usando tecnologias mais

econômicas com base na otimização do processamento (Xianghua et al., 2009). A produção de aços com grãos

ultrafinos tem apresentado grande potencial comercial nesse sentido.

Figura 2. Efeito dos mecanismos de endurecimento de aços de acordo com Weng (2009).

Historicamente, a obtenção de aços com melhores propriedades de resistência mecânica e tenacidade ocorre pelo

processo de normalização ou pela laminação a frio seguida de recozimento para recristalização controlada. Nos últimos

anos, o controle de processos termomecânicos tem sido empregado para controlar o estado da austenita antes da

transformação e durante a transformação (Hickson et al., 2002). Embora nos últimos 35 anos tenha havido melhora na

compreensão da importância dos fatores metalúrgicos relativos ao material para controle do refinamento de grãos

ferríticos, poucas técnicas de processamento foram desenvolvidas (Hurley e Hodgson, 2001). Além disso, apesar do

enorme esforço e despesas, o refinamento da ferrita em aços com baixo teor de carbono, sem a utilização de elementos

microligantes continua a ser uma tarefa difícil tanto científica quanto tecnologicamente (Sun et al., 2002).

Dessa forma, estudos são dedicados ao desenvolvimento e aplicação de novos materiais. O objetivo é desenvolver

uma nova classe de aços de alta resistência em que o uso de elementos de liga é drasticamente reduzido. Várias rotas de

processamento têm sido estudadas para este fim, principalmente com simulações em laboratório. Uma vantagem dos

aços em comparação com outras ligas é que a transformação sólido-sólido da austenita em ferrita pode ser explorada

para se obter refinamento de grãos. Grãos ferríticos inferiores a 5 µm são obtidos usando rotas convencionais de

processamento industrial e resfriamento acelerado (Militzer e Brechet, 2009).

Atualmente, existem duas rotas de processamento estabelecidas em escala de laboratório capazes de refinar grãos

até tamanhos ultrafinos: através de deformações severas e de processamento termomecânico (Han e Yue, 2003).

2.1. Refino de grãos por deformação plástica severa

XiangHua et al. (2009) afirmam que a maioria dos métodos existentes para a produção de estruturas de grãos

ultrafinos é baseada em deformação plástica severa, tais como o Equal Channel Angular Pressing (ECAP),

Accumulative Roll-Bonding (ARB) e Severe Torsional Straining (STS), por exemplo. O estudo de materiais

processados por deformação plástica severa recebe atenção especial devido às grandes mudanças que ocorrem nas

propriedades e na microestrutura dos materiais. Este interesse surgiu porque as técnicas de deformação plástica severa

promovem grandes deformações nos materiais e são utilizadas como um método para o refino de grão de metais,

fazendo com que estes materiais apresentem granulometria ultrafina e/ou nanométrica (Baldissera et al., 2006).

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Embora esses métodos sejam capazes de obter escalas submicrométricas ou nanométricas, a necessidade de

equipamentos especiais para alcançar a enorme pressão necessária torna inadequada e não rentável a produção em

massa de materiais com grãos ultrafinos (Xianghua et al, 2009). Park et al. (2000) citam que, além disso, tensões

residuais consideráveis ainda permanecem mesmo depois de uma grande parcela da energia interna ter sido dissipada

para o refinamento dos grãos, sendo necessário posterior tratamento para alívio dessas tensões, normalmente um

tratamento térmico para assegurar sua aplicação prática.

2.2. Refino de grãos por processamento termomecânico

Os métodos mais comuns de obtenção de estruturas refinadas na indústria metalúrgica são processamentos

termomecânicos envolvendo seqüências de deformação plástica e tratamento térmico (Costa et al., 2005). O

processamento termomecânico tradicional demonstra ter potencial para o refinamento de grão através de recristalização

e nucleação forçada de grãos de ferrita (Shokouhi e Hodgson, 2009). Um mecanismo importante e amplamente

utilizado no refino de grão é a recristalização dinâmica, gerada pela técnica do processamento termomecânico. Essa

técnica produz grãos refinados da ordem de 2 a 5 µm em aços comerciais baixa-liga e baixo-carbono, utilizando-se para

isso laminação convencional controlada e resfriamento acelerado.

A deformação a quente provoca mudanças na microestrutura austenítica, o que afeta a transformação da ferrita. O

efeito da deformação plástica sobre a cinética de transformação é considerada a partir de três aspectos: a mudança na

energia livre, a mudança na taxa de nucleação e a mudança na área de contorno eficaz para a nucleação (Li, Cui e Chen,

2009). Han e Yue (2003) relatam que na recristalização controlada do material, a precipitação de carbonetos estáveis

finos restringe o crescimento dos grãos austeníticos após a deformação, favorecendo a nucleação da ferrita, que tende a

crescer menos, uma vez que a ferrita nucleia preferencialmente nos contornos de grão austeníticos.

Algumas pesquisas demonstram que a transformação dinâmica induzida pela tensão, gerada pela deformação, pode

produzir ferrita com granulometria média de 1 a 3 µm, ou menos, e tem tido significativa atenção devido à sua

simplicidade e eficiência no refinamento de grão (Zheng et al., 2008).

Yanagimoto et al. (2009) explicam que a fabricação de aços e outros metais com grãos refinados pode ser

conduzida por deformação a morno, com redução da espessura e velocidade de deformação adequada, pois a densidade

elevada de discordâncias atinge tal condição que é possível promover a recristalização estática acelerada para os grãos

mais finos. Além disso, a transformação acelerada com elevada densidade de discordâncias é também útil para

promover o refinamento de grãos adicionais de aços, o que leva a maior valor do limite de escoamento e menor

temperatura de transição dúctil-frágil sem sacrificar a conformabilidade dos produtos. Consequentemente, a alta

densidade de discordâncias residuais é a chave para a otimização das condições de deformação a quente.

3. VISÃO CRÍTICA SOBRE REFINO DE GRÃO POR PROCESSAMENTO TERMOMECÂNICO

O refinamento de grãos é um dos assuntos mais importantes no controle da microestrutura de materiais metálicos.

As propriedades mecânicas de um produto são fortemente dependentes da microestrutura final, que evolui através da

recuperação, recristalização e transformação de fase (Yanagimoto et al., 2009). Deste modo tem-se produzido, de forma

comercial, aços com microestruturas contendo grãos com tamanhos de 4 e 5 µm. A partir do final da década de 1990,

diversos países iniciaram projetos de pesquisa visando romper esse limite, propondo rotas de fabricação para aços com

tamanho de grão até mesmo menor que 1 µm (Gorni, Silveira e Reis, 2007).

Vários pesquisadores têm investigado, nos últimos anos, a formação de grãos ultrafinos na ferrita em aços carbono

baixa-liga apoiados em fenômenos como a formação de subgrão/grão por deformações severas à temperatura ambiente,

transformação dinâmica de fase induzida por deformação, recristalização dinâmica contínua da ferrita em

processamento ou trabalho a morno (Silva Neto e Balancin, 2007).

Promover intervenções na estrutura de ligas baixo-carbono para melhoria das propriedades do material não é uma

tarefa simples. Elas se baseiam em processos que exigem altas deformações e, sendo assim, é preciso, por meio da

escolha de elementos e composições adequadas, refinar procedimentos e retrabalhar etapas de processamento, sempre

visando à nucleação de uma fase ferrítica e baixa taxa de crescimento de grão. Dessa forma, é possível conciliar a

tenacidade favorecida pela ferrita com o aumento da resistência mecânica, gerado em virtude do mecanismo de

endurecimento pelos grãos ultrafinos obtidos. Tsuji (2009) afirma que o desequilíbrio entre resistência mecânica e

ductilidade é o maior problema dos materiais de grãos ultrafinos para a aplicação prática. Se o problema for superado,

os materiais de grãos ultrafinos serão bastante atraentes, pois alta resistência pode ser conseguida em composições

químicas simples, sem elementos de liga especiais. Tsuchida et al. (2008) citam que a relação tensão-deformação, que

inclui não somente a geração de tensões, mas também o fluxo de tensões ou o comportamento do encruamento em

ampla gama de taxas de deformação deve ser elucidado com mais cuidado antes de explorar novas aplicações de ligas

ultrafinas ou refinadas

Os aços baixo-carbono vislumbram a possibilidade de ampliar seu campo de aplicações, antes restrito devido às

propriedades mecânicas não favoráveis ou que exigem alto desempenho. Zhuang (2009) menciona que aços

conformados a frio são amplamente utilizados na indústria da construção. Estes aços devem apresentar boa

conformabilidade. É necessário que o material ofereça alta resistência mecânica, a fim de atender as demandas para a

construção civil. Uma possibilidade é a utilização dos aços de médio carbono. No entanto, é difícil para o aço de médio

carbono resistir à deformação pesada durante a solicitação mecânica. Além disso, o uso de tratamentos térmicos nesses

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materiais torna a produção mais cara. Assim, recentemente, muitos estudos em grãos ultrafinos são conduzidos com o

propósito de elaborar aços estruturais (Yokoda, Fujioka e Niikura, 2005).

A dificuldade está em viabilizar rotas de processamento capazes de produzir aços com grãos ultrafinos em toda a

seção do material e em maiores espessuras. Nesse contexto, o processamento termomecânico controlado pode melhorar

a microestrutura e as propriedades mecânicas de aços de baixo-carbono. A microestrutura refinada final pode ser obtida

através do resfriamento acelerado após a laminação convencional. O controle da temperatura do material durante a

deformação é fundamental para produzir uma região uniforme de ferrita equiaxial ultrafina. Nesse sentido, estruturas

ferríticas ultrafinas podem gerar materiais estruturais avançados, devido à sua alta resistência mecânica (Rodríguez-

Baracaldo et al., 2008).

Narayana, Murty e Torizuka (2008) citam que diversos autores afirmam ser possível refinar grãos em aços por

laminação a morno em um único passe. No entanto, grandes deformações durante o processo de laminação para

produção de chapas é inviável do ponto de vista operacional, tendo em vista a necessidade de laminadores robustos

capazes de imprimir altas tensões no material, favorecendo altas taxas de deformação. Porém, deformações realizadas

em sucessivos passes e com controle da temperatura do processo vem a ser uma solução para este problema, pois o

processamento não exigirá tantos esforços e poderá ser realizado em temperaturas que estejam no limite da temperatura

de transformação da microestrutura.

Outra preocupação inerente ao processo é a dispersão de uma segunda fase na estrutura ferrítica refinada. A

formação de grãos ultrafinos em aços baixo-carbono é influenciada não somente pela deformação, mas também pela

temperatura de trabalho e pelo tempo/velocidade de resfriamento do material após o término do processo. A formação

de fases como a martensita, em decorrência de resfriamentos bruscos, tende a conferir ao material alta resistência e

redução da tenacidade. Já a formação de bainita tende a aumentar a resistência mecânica, em menor grau se comparado

a martensita, porém continua a conferir boa tenacidade ao material. Estas fases dispersas na matriz microestrutural

tendem a se formar devido a velocidades de resfriamento distintas que ocorrem em diferentes partes do material.

Contornadas as dificuldades e sendo possível a produção de aços com grãos ultrafinos em maior escala com

maiores espessuras, sua possível aplicação, de acordo com o National Institute of Materials Science (NIMS) do Japão,

seria a produção de parafusos. Geralmente, parafusos são fabricados por conformação, seguido pela etapa de

endurecimento por têmpera. No entanto, esse processo de fabricação é industrialmente caro. Uma tecnologia viável, a

fim de evitar o uso de tratamentos térmicos e aumentar a produtividade, seria o uso de laminados, porém para aumentar

a resistência mecânica do material seria necessário o incremento de elementos de liga, tais como, Cr, Ti, Nb e B. Porém

este não seria um método razoável, pois estes elementos de liga reduziriam a tenacidade do parafuso. O uso de aços

com grãos ultrafinos mostra-se como opção adequada para produção de parafusos, pois concilia elevada resistência

mecânica e alta tenacidade.

Outros aspectos sustentam as expectativas sobre aços com grãos ultrafinos, como a usinagem. O material com grãos

ultrafinos apresentam características de usinabilidade favoráveis, como acabamento e resistência à deformação na borda

usinada, vindo a ser um possível substituto em algumas aplicações que utilizam aços com maior quantidade de

elementos ligantes que podem formar partículas abrasivas, prejudicando a usinabilidade. Além disso, uma estrutura de

grãos refinados apresenta melhor acabamento quando comparados a um material de mesma composição, química,

porém com maior tamanho médio de grão. Quanto ao mecanismo de formação de cavaco, o material com grãos

ultrafinos requer menos deformação para atingir o ponto de ruptura do cavaco, resultando comparativamente a um

homólogo de grãos maiores, num cavaco de menor espessura, favorecendo a qualidade do processo de usinagem. A

formação de cavaco é bastante influenciada pela dureza do material. Portando, a maior dureza apresentada pelo material

com grãos ultrafinos favorece a quebra do cavaco.

Ainda em relação à borda usinada, o aumento da dureza pela redução do tamanho médio dos grãos tende a dificultar

o encruamento do material em virtude da aplicação dos parâmetros de corte, sendo a variação da microdureza

relativamente baixa ou nula, dadas algumas condições de corte como a de acabamento na qual a taxa de cisalhamento é

maior ou condições nas quais há ocorrência de maiores forças de corte (Assis, 2010). Uma explicação mais apurada

baseia-se na hipótese de os contornos de grãos atuarem como uma barreira que impede o movimento das discordâncias,

empilhando-as durante a deformação plástica. Com a diminuição do tamanho de grão, há aumento na área de contorno

de grão que funciona como barreira ao movimento das discordâncias, resultando na elevação da resistência à

deformação do metal.

Com relação às falhas, a maioria ocorre na superfície dos materiais incluindo fratura por fadiga, desgaste, corrosão,

etc., que sensibilizam a estrutura e as propriedades da superfície do material. De acordo com Tao et al. (2002), a

otimização da estrutura superficial e demais propriedades podem efetivamente melhorar o comportamento global do

material. Além disso, aços com grãos ultrafinos exibem maior resistência ao calor quando comparado aos seus

homólogos de grãos grosseiros (Wang et al., 2008). Como resultado, a modificação da superfície de materiais de

engenharia por meio do refino de grão tende a gerar mais aplicações industriais.

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS

As técnicas existentes para refino de grão, principalmente por deformação plástica severa, apesar de bem sucedidas

em escala laboratorial, apresentam problemas de ordem prática no que diz respeito à produção em larga escala de aço

com grãos ultrafinos, pois a necessidade de equipamentos capazes de suportar as altas pressões impostas pelo intenso

processo de deformação e o próprio mecanismo para gerar estas pressões, representam um significativo problema,

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tornando inviável comercial e tecnologicamente sua aplicação prática e efetiva, pelo menos até o momento. Nesse

sentido, o processamento termomecânico por laminação a morno em sucessivos passes de laminação, sinaliza ser um

método viável e eficiente para produção de chapas de aços baixo carbono com grãos ultrafinos, e devido a isso é que há

estudos que adéqüem a técnica às atuais matrizes de produção existentes na indústria.

As possíveis aplicações dos aços com grãos ultrafinos justificam a demanda pela otimização do processamento

termomecânico, inclusive explorando as possibilidades de reduções ainda maiores do tamanho médio dos grãos na

busca por maior resistência mecânica aliada a boa tenacidade. A substituição de alguns aços, comumente utilizados na

produção de peças e componentes, por aços baixo-carbono processados para refino de grão é uma alternativa

promissora se levado em conta o preço final do produto e suas propriedades mecânicas igual ou superiormente eficazes.

Além disso, há benefícios na manufatura de peças a partir de aços com grãos ultrafinos, pois a maior resistência

proveniente do refino de grão favorece menores deformações da borda usinada, melhoria do mecanismo de formação e

quebra do cavaco e acabamento superior quando comparado a um material de mesma composição química, porém com

maior tamanho de grão.

Como exposto, o estudo da técnica e da rota de processamento de refino de grão em aços baixo-carbono é um

campo ainda a ser explorado, seja na produção em larga escala e em maiores espessuras utilizando processamentos

termomecânicos, seja na aplicação prática do material e estudos relacionados à manufatura de peças e componentes. O

aprimoramento de métodos para refino de grão por processamento termomecânico está no controle da taxa e níveis de

deformação, nas temperaturas de operação e nos tempos/velocidades de resfriamento, culminando no controle da

microestrutura final. Vários estudos são realizados com este propósito, e a melhoria das propriedades mecânicas de aços

com composições simples poderá ser um viés para solução de problemas relacionados a custos e tecnologias atuais de

fabricação.

5. AGRADECIMENTOS

Ao Laboratório de Processamentos Termomecânicos da Universidade Federal de São Carlos pela parceria e à

FAPESP e ao CNPq pelo fomento a pesquisa e concessão das bolsas de estudo.

6. REFERÊNCIAS

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grãos ultrafinos”, Dissertação de Mestrado, Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Universidade Estadual Paulista,

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6º CONGR ESS O BRASI LEI R O DE E NGE NHARI A DE FAB RI CAÇÃ O 11 a 15 d e Abr i l d e 20 11 . Ca x i as do S u l - RS

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7. DIREITOS AUTORAIS

Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo do material impresso incluído no seu trabalho.

6º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE FABRICAÇÃO 6

th BRAZILIAN CONFERENCE ON MANUFACTURING ENGINEERING

11 a 15 de abril de 2011 – Caxias do Sul – RS - Brasil April 11

th to 15

th, 2011 – Caxias do Sul – RS – Brazil

© Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas 2011

GRAIN REFINEMENT IN LOW-CARBON STEELS: A CRITICAL REVIEW

Cleiton Lazaro Fazolo de Assis, fazolocla@usp.br

1

Luciana Montanari, montanar@sc.usp.br1

Alessandro Roger Rodrigues, roger@mat.feis.unesp.br2

Juno Gallego, gallego@dem.feis.unesp.br2

Otávio Villar da Silva Neto, osvillar@bol.com.br3

1USP, São Carlos School of Engineering, Av. Trabalhador Sãocarlense, 400, Zip Code 13.566-590, São Carlos-SP,

Brasil 2UNESP, Ilha Solteira Faculty of Engineering, Av. Brasil, 56, Zip Code 15.385-000, Ilha Solteira-SP, Brasil

3UNIP, Science and Technology Institute, Av. Pres. Juscelino Kubitschek de Oliveira, Zip Code 15.091-450, São José

do Rio Preto-SP, Brasil

Abstract. The only mechanism capable of increasing both mechanical strength and toughness of steels simultaneously

is the grain refinement. Thus, studies aiming at grain refinement in low-carbon steels have been targeted, but there are

still difficulties to be overcome. In this context, this paper discusses the scientific literature related to grain refinement

in low-carbon steels through thermomechanical processing, exposing the main problems of the technique and its

practical application in industry compared to laboratory methods. The warm rolling with multiple passes is a feasible

alternative to circumvent the need for robust rolling which can generate high deformations in the material. The

objectives of current researches are to avoid the second phase formation and obtain finer microstructures along the

greater thickness of material cross section. Working temperatures, strain levels and the time/cooling rates are the main

tools to control the final microstructure of steels with ultrafine grains. The ultrafine-grained steels can explore

applications in which substitute steels more expensive with higher contents of carbon and alloy elements. In the

manufacturing of components, a finer microstructure allows to increase the resistance to deformation caused by

cutting processes, as well to promote more quality to the machined surface. The grain refinement in low-carbon steels

aiming at higher strength and toughness involves less technology in relation to methods for production of steels with

higher amounts of alloy elements and represents a way to reduce manufacturing costs.

Keywords: low-carbon steel, ultrafine grains, thermomechanical processing.