Processo de laminação para aço

Rolar é o processo de deformação plástica do aço passando-o entre os rolos. O rolamento é definido como a redução da área da seção transversal da peça de aço que está sendo laminada ou a modelagem geral dos produtos de aço, através do uso de rolos rotativos.

A laminação de aço é um dos processos de fabricação mais importantes do aço. Geralmente, é o primeiro passo no processamento do aço depois que ele é fabricado e fundido no lingote ou no produto fundido contínuo em uma fundição de aço. O laminação inicial do aço é feito em um laminador a quente, onde florações e placas são roladas para vários produtos laminados, como chapas, chapas, tiras, bobinas, tarugos, estruturas, trilhos, barras e barras. A laminação a frio de aço também é realizada para alguns produtos. Muitos desses produtos laminados, como trilhos, barras de reforço etc., são usados ​​diretamente pelos consumidores, enquanto outros produtos laminados são as matérias-primas iniciais para operações de fabricação subsequentes, como forjamento, trabalho de chapas metálicas, trefilação, extrusão, usinagem e fabricação. indústria. A laminação de aço pode produzir uma ampla gama de produtos. A largura de um produto laminado pode variar de alguns milímetros a vários metros, enquanto a espessura pode variar de 0,1 mm a mais de 200 mm. A seção laminada pode ser quadrada, retangular, redonda ou moldada. Diferentes processos de laminação de aço são mostrados na Fig. 1

Fig 1 Processos de laminação de aços

Princípio do aço de laminação

Durante o laminação, a peça de trabalho em aço é submetida a altas tensões de compressão como resultado do atrito entre os rolos e a superfície da peça de trabalho que está sendo laminada. A peça de trabalho é deformada plasticamente pelas forças de compressão entre dois rolos em rotação constante. Essas forças atuam para reduzir a espessura do aço e afetar sua estrutura de grãos. A redução na espessura, que é a diferença na espessura antes e depois da redução, é conhecida como calado. Além de reduzir a espessura, os rolos causam alimentação do material à medida que giram na direção oposta um ao outro. O atrito é, portanto, uma parte necessária do processo de laminação, mas o atrito em excesso pode ser prejudicial por várias razões. Como o nível de atrito deve ser controlado no processo de laminação, a lubrificação é um fator importante durante a laminação.

Durante a operação de laminação, a forma geométrica da peça de trabalho é alterada, mas seu volume permanece essencialmente o mesmo. A zona do rolo é a área sobre a qual os rolos atuam no material. É aqui que ocorre a deformação plástica da peça de trabalho. Um fator importante no processo de laminação é que, devido à conservação do volume do material de aço com a redução da espessura, o material que sai da zona do rolo se move mais rápido do que o material de aço que entra na zona do rolo. Os próprios rolos giram a uma velocidade constante, portanto, em algum ponto da zona dos rolos, a velocidade da superfície dos rolos e a do material de aço são exatamente iguais. Isso é denominado como o ponto de escorregamento. Antes deste ponto, os rolos estão se movendo mais rápido que o material e, após esse momento, o material está se movendo mais rápido que os rolos.

Torque e potência são os dois componentes importantes do rolamento. Torque é a medida da força aplicada aos rolos para produzir movimento rotacional enquanto a força é aplicada a um laminador, aplicando um torque aos rolos e por meio da tensão da peça de trabalho. Em um laminador, a energia é gasta principalmente das quatro maneiras a seguir.

• A energia necessária para deformar o aço.
• A energia necessária para superar a força de atrito.
• A energia perdida nos pinhões e no sistema de transmissão de energia.
• Perdas elétricas nos vários motores.

Às vezes, durante o enrolamento do aço, a tensão (força) é aplicada à peça de trabalho enquanto ela está sendo enrolada. A tensão pode ser aplicada na frente (tensão frontal), pode ser aplicada nas costas (tensão nas costas) ou nas duas extremidades. Esta técnica ajuda as forças necessárias para rolar o aço.

Durante o processo de laminação, a deformação plástica, que está causando a redução na espessura da peça de aço, também causa um aumento na largura da peça de trabalho. Esse fenômeno é conhecido como propagação. Quando a peça de trabalho que está sendo processada possui uma alta relação largura / espessura, a dispersão não é motivo de grande preocupação, pois é relativamente pequena. Por outro lado, no caso de uma relação baixa largura / espessura, o aumento da largura pode ser um problema. Rolos verticais (rolos de borda) são usados ​​para controlar a propagação e para manutenção de largura constante durante o rolamento.

A laminação pode ser feita por laminação a quente ou laminação a frio. A laminação a frio geralmente segue a laminação a quente.

Durante a laminação a quente de aço, a estrutura de aço fundido obtida durante o processo de fabricação de aço (geralmente grãos grandes cultivados na direção da solidificação) é convertida em uma estrutura de aço forjado. A estrutura fundida possui fracos limites de grão, o que torna o aço quebradiço. Estruturas fundidas também estão associadas a muitos defeitos, como porosidade, cavidades de retração e inclusões. Durante a laminação a quente do aço, que ocorre acima da temperatura de recristalização, a estrutura do grão fundido é quebrada. Os limites antigos de grãos são destruídos e novos limites mais rígidos são formados, juntamente com uma estrutura de grãos mais uniforme. A laminação de aço também fecha as vagas e as cavidades de contração no aço, quebra as inclusões e as distribui uniformemente por toda a peça de trabalho. A marca distintiva da laminação a quente não é apenas uma estrutura cristalizada, mas a ocorrência simultânea de processos de propagação de deslocamento e amolecimento. As vantagens da laminação a quente são as seguintes.

• Como as tensões de fluxo são baixas, os requisitos de força e potência são relativamente menores. Mesmo peças de trabalho muito grandes podem ser deformadas com equipamentos de tamanho razoável.
• Como a ductilidade é alta, são possíveis grandes níveis de deformação.
• Formas complexas podem ser enroladas '

A laminação a frio é feita à temperatura ambiente, embora o trabalho de deformação possa elevar a temperatura da peça para 100-200 graus Celsius. Durante a laminação a frio de aços, podem ser obtidos bons acabamentos de superfície e maior resistência mecânica com controle rigoroso das dimensões do produto. . As vantagens da laminação a frio são dadas abaixo.

• Na ausência de resfriamento e oxidação, é possível obter tolerância mais rígida e melhor acabamento superficial.
• Seções mais finas podem ser enroladas.
• As propriedades finais da peça de trabalho podem ser controladas de perto. Se desejado, a alta resistência obtida durante a laminação a frio pode ser mantida. ou se for necessária alta ductilidade, o tamanho do grão pode ser controlado antes do recozimento.
• A lubrificação é mais fácil em geral.

A laminação de aço é feita não apenas para obter a seção transversal desejada, mas também para obter as propriedades desejadas do aço. A laminação de aços confere resistência e orientação favorável aos grãos. Outros processos de tratamento térmico incorporados durante o rolamento controlado ajudam na modificação da microestrutura do aço para fornecer as propriedades desejadas ao aço.

O rolamento controlado é um tipo de processamento termomecânico que integra deformação controlada e tratamento térmico. O calor que eleva a peça de trabalho acima da temperatura de recristalização também é usado para realizar os tratamentos térmicos, de modo que qualquer tratamento térmico subsequente é desnecessário. Tipos de tratamentos térmicos incluem a produção de uma estrutura de grão fino; controlando a natureza, tamanho e distribuição de vários produtos de transformação (como ferrita, austenita, perlita, bainita e martensita em aço), induzindo o endurecimento por precipitação e controlando a resistência. Para alcançar, todo o processo deve ser monitorado e controlado de perto. Variáveis ​​comuns no rolamento controlado incluem a composição e estrutura do material de partida, níveis de deformação, temperaturas em vários estágios e condições de resfriamento.

O processo de laminação permite um alto grau de automação de malha fechada e velocidades muito altas e, portanto, é capaz de fornecer material de partida de alta qualidade e tolerância estreita para várias indústrias de downstream.

Os rolos utilizados nos laminadores são de vários tamanhos e geometrias. Os rolos utilizados para laminação sofrem condições operacionais extremas durante o processo de laminação. Essas condições incluem forças tremendas, momentos fletores, tensões térmicas e desgaste. Os materiais em rolo são selecionados por resistência, rigidez e resistência ao desgaste. Os materiais em rolo variam e dependem do processo de laminação específico. Os materiais de rolo comuns usados ​​são ferro fundido, ferro dúctil, aço fundido e aço forjado. Os rolos de aço forjado são mais fortes e mais rígidos que os rolos de ferro fundido, mas têm um processo de fabricação complicado. A composição de ferro e aço é selecionada para se adequar ao processo de laminação. Aços de níquel ou ligas de aço molibdênio são usados ​​como material para rolos em determinados processos de laminação. Em alguns outros processos de laminação,

É difícil manter uma folga uniforme entre os rolos porque os rolos se desviam sob a carga necessária para deformar a peça de trabalho. Resistência e rigidez são características importantes dos rolos utilizados para laminação de aço. Durante o processo de rolagem, grandes forças atuam nos roletes. Devido a essas forças, os rolos são submetidos a diferentes graus de deflexão. No caso de laminação plana, onde as larguras são maiores, o efeito da deflexão é maior. Os rolos inicialmente são planos. Durante a operação de laminação, a peça de trabalho exerce maior força nos rolos em direção ao centro da peça de trabalho do que nas bordas. Isso faz com que os rolos desviem mais no centro e, portanto, aumenta a espessura da peça de trabalho no centro. Para superar esse problema, os rolos são triturados de modo a serem mais espessos em direção ao centro, de modo a compensar a deflexão que ocorrerá durante o processo. Essa espessura extra é chamada de curvatura. A curvatura que deve ser retificada em um rolo é muito específica para uma largura e material específicos da peça de trabalho em aço e da força de carga. Um rolo com uma curvatura também é chamado de rolo coroado (coroa parabólica). O rolo coroado compensa apenas um conjunto de condições, especificamente o material, a temperatura e a quantidade de deformação.

Outros métodos de compensação da deformação do rolo incluem coroa variável contínua (CVC), rolamento cruzado de pares e dobra do rolo de trabalho. O CVC envolve a trituração de uma curva polinomial de terceira ordem nos rolos de trabalho e, em seguida, deslocando os rolos de trabalho lateralmente, igualmente e opostos um ao outro. O efeito é que os rolos terão um espaço entre eles de forma parabólica e variarão com o deslocamento lateral, permitindo assim o controle dinâmico da coroa dos rolos. A rolagem cruzada de pares envolve o uso de rolos planos ou coroados parabolicamente, mas deslocando as extremidades em ângulo para que o espaço entre as bordas dos rolos aumente ou diminua, permitindo assim o controle dinâmico da coroa. A dobra do rolo de trabalho envolve o uso de cilindros hidráulicos nas extremidades dos rolos para neutralizar a deflexão do rolo.

Outra maneira de superar os problemas de deflexão é diminuindo a carga nos rolos, o que pode ser feito aplicando uma força longitudinal; isso é essencialmente desenho. Outro método para diminuir a deflexão do rolo inclui aumentar o módulo elástico do material do rolo e adicionar suportes de apoio aos rolos.

Fonte: ispatguru