A fabricação de aços com elevada qualidade interna está diretamente relacionada ao entendimento de como inclusões não-metálicas se comportam ao longo de cada etapa do processo. Aços com maior limpeza inclusionária são cada vez mais solicitados à medida que aplicações mais nobres e específicas são exploradas, a exemplo das novas gerações de wheel hub. O aço SAE 52100, utilizado na fabricação de rolamentos, é um dos casos em que o controle para a quantidade, distribuição, tamanho e morfologia das inclusões deve ser rígido, para que atenda à aplicação a que se destina. A compreensão dos fenômenos que estão envolvidos na formação e os possíveis métodos para evitar ou tornar menos deletérias inclusões não-metálicas são de suma importância. Neste estudo, amostras de aço e escórias foram retiradas em várias etapas do processo de fabricação do aço em aciaria elétrica. As amostras de aço foram analisadas em MEV/EDS ASPEX (microscopia eletrônica de varredura acoplada à espectrometria de energia dispersiva automático) e de escórias via XRF (fluorescência de raios X). Aliado a isso, dados obtidos via simulação termodinâmica (software comercial FactSage) possibilitaram compreender melhor a interação entre escória-banho e de que forma parâmetros das escórias, por exemplo, influenciam na formação, modificação e remoção de inclusões não-metálicas em aços para rolamentos. A correlação entre os dados de processo e as análises realizadas permitiram mapear como cada operação adotada em refino secundário influencia na limpeza do aço ao final do processo. O objetivo deste estudo é estabelecer de forma clara como as inclusões no aça SAE 52100 com processo de produção específico se comportam ao longo do processamento em Aciaria Elétrica. Além disso, visa estudar de forma mais clara como as interações escória/banho influenciam na modificação da composição química das inclusões e na sua remoção ao final do processo. / The manufacture of steel with high internal quality is directly related to the understanding of how non-metallic inclusions behave along each step of the process. Steels with higher inclusions cleanliness are increasingly requested as more noble and specific applications are explored, as the new generation of wheel hub. The SAE 52100 steel, used in the manufacture of bearings, is one case that the control for the amount, distribution, size and morphology of the inclusions must be hard to meet the application for that it is intended. The understanding of the phenomena involved in the formation and the possible methods to prevent or to turn less harmful non-metallic inclusions are too important. In this study, steel and slag samples were taken at various stages of the meltshop process. The steel samples were analyzed by SEM / EDS ASPEX (automatic scanning electron microscopy coupled to energy dispersive spectrometry) and slag via XRF (X-ray fluorescence). Allied to this, data via thermodynamic simulation (commercial software FactSage) allowed better understanding of the interaction between slag-bath and how parameters of slag, for example, influence the formation, modification and removal of non-metallic inclusions in bearings steel. The correlation between the process data and the analyzes, allow map how each operation adopted in secondary metallurgy influence on steel cleanliness at the end of the process. The objective of this study is to establish clearly how the inclusions in the SAE 52100 steel with specific production process behave throughout Meltshop process. In addition, it aims to study more clearly how the slag / bath interactions influence the modification of the chemical composition of the inclusions and their removal at the end of the process.

A fabricação de aços com elevada qualidade interna está diretamente relacionada ao entendimento de como inclusões não-metálicas se comportam ao longo de cada etapa do processo. Aços com maior limpeza inclusionária são cada vez mais solicitados à medida que aplicações mais nobres e específicas são exploradas, a exemplo das novas gerações de wheel hub. O aço SAE 52100, utilizado na fabricação de rolamentos, é um dos casos em que o controle para a quantidade, distribuição, tamanho e morfologia das inclusões deve ser rígido, para que atenda à aplicação a que se destina. A compreensão dos fenômenos que estão envolvidos na formação e os possíveis métodos para evitar ou tornar menos deletérias inclusões não-metálicas são de suma importância. Neste estudo, amostras de aço e escórias foram retiradas em várias etapas do processo de fabricação do aço em aciaria elétrica. As amostras de aço foram analisadas em MEV/EDS ASPEX (microscopia eletrônica de varredura acoplada à espectrometria de energia dispersiva automático) e de escórias via XRF (fluorescência de raios X). Aliado a isso, dados obtidos via simulação termodinâmica (software comercial FactSage) possibilitaram compreender melhor a interação entre escória-banho e de que forma parâmetros das escórias, por exemplo, influenciam na formação, modificação e remoção de inclusões não-metálicas em aços para rolamentos. A correlação entre os dados de processo e as análises realizadas permitiram mapear como cada operação adotada em refino secundário influencia na limpeza do aço ao final do processo. O objetivo deste estudo é estabelecer de forma clara como as inclusões no aça SAE 52100 com processo de produção específico se comportam ao longo do processamento em Aciaria Elétrica. Além disso, visa estudar de forma mais clara como as interações escória/banho influenciam na modificação da composição química das inclusões e na sua remoção ao final do processo. / The manufacture of steel with high internal quality is directly related to the understanding of how non-metallic inclusions behave along each step of the process. Steels with higher inclusions cleanliness are increasingly requested as more noble and specific applications are explored, as the new generation of wheel hub. The SAE 52100 steel, used in the manufacture of bearings, is one case that the control for the amount, distribution, size and morphology of the inclusions must be hard to meet the application for that it is intended. The understanding of the phenomena involved in the formation and the possible methods to prevent or to turn less harmful non-metallic inclusions are too important. In this study, steel and slag samples were taken at various stages of the meltshop process. The steel samples were analyzed by SEM / EDS ASPEX (automatic scanning electron microscopy coupled to energy dispersive spectrometry) and slag via XRF (X-ray fluorescence). Allied to this, data via thermodynamic simulation (commercial software FactSage) allowed better understanding of the interaction between slag-bath and how parameters of slag, for example, influence the formation, modification and removal of non-metallic inclusions in bearings steel. The correlation between the process data and the analyzes, allow map how each operation adopted in secondary metallurgy influence on steel cleanliness at the end of the process. The objective of this study is to establish clearly how the inclusions in the SAE 52100 steel with specific production process behave throughout Meltshop process. In addition, it aims to study more clearly how the slag / bath interactions influence the modification of the chemical composition of the inclusions and their removal at the end of the process.

Com o envelhecimento das estruturas de concreto armado, ficou evidente sua deterioração num período de tempo muito menor do que o previsto, pois sempre foram consideradas construções de elevada vida útil. Entre os fenômenos de maior gravidade para a sua estabilidade estrutural está a corrosão das armaduras de aço. Visando melhorar o desempenho das construções, aumentando a vida útil e diminuindo custos com manutenção, esta dissertação propõe o desenvolvimento de um vergalhão com melhor resistência à corrosão, de microestrutura dual-phase. O objetivo principal foi propor uma rota de produção viável, agregando o mínimo de custo possível, de forma a se obter um produto competitivo. A simulação da produção do vergalhão, desde o refino na aciaria, passando por tratamento térmico e propriedades mecânicas, foi realizada com auxílio da termodinâmica computacional, através do software FactSage. A simulação consistiu de três etapas: 1) determinação das temperaturas A1 e A3 e janelas de tratamento térmico; 2) cálculo das propriedades mecânicas a partir de modelos empíricos; 3) comportamento das inclusões durante o refino, durante a solidificação e durante a laminação. O estudo das inclusões é importante porque os aços simulados possuem alto teor de silício (de 1% a 2,5% em massa), podendo precipitar óxidos sólidos nos moldes de lingotamento contínuo. O estudo termodinâmico apontou que a produção de vergalhões com aços dual-phase com alto teor de silício é possível e sugere-se a fabricação pela seguinte rota: aciaria elétrica convencional, com ajuste final do teor de silício após a desoxidação e adição de alumínio controlada para obter inclusões com 15% a 25% de Al2O3, ajuste da escória, rica em CaO, de maneira a obter inclusões favoráveis ao lingotamento contínuo e laminação, e após o último passe de laminação, têmpera por resfriamento em água online (Thermex/Tempcore). / With the aging of reinforced concrete structures, their premature wearing became evident. Among the phenomena of greater severity to the structural stability of buildings is the corrosion of the steel rebar. To improve the performance of these structures, increase their service life and reduce maintenance costs, this work proposes the development of a rebar with better corrosion resistance, with a dual-phase microstructure. The main objective was to propose a viable production route, which adds the least possible cost, so as to obtain a competitive product. The thermodynamic simulation of the rebar manufacturing, from steelmaking to heat treatment and mechanical properties was carried out with the aid of computational thermodynamics using the FactSage software. The simulation consisted of three steps: 1) determining the temperatures A1 and A3 and the heat treatment windows; 2) calculating the mechanical properties from empirical models; 3) analyzing the behavior of inclusions during refining, solidification and hot-rolling. The study of the inclusion system is important because the simulated steels have high silicon content (from 1% to 2.5% by weight) and solid oxides may precipitate in the continuous casting molds. As a result of the study, it was found that the production of rebars with dual-phase microstructure and high silicon content is possible and the manufacturing route proposed is as follows: conventional electric steelmaking, with final adjustment of the silicon content after deoxidation and controlled addition of aluminum to obtain inclusions with 15% to 25% of Al2O3, refining slag rich in CaO, in order to obtain inclusions favorable to continuous casting and hot-rolling, and direct water quenching after the final rolling step (Thermex / Tempcore processes).

O tratamento de inclusões com cálcio é uma ferramenta poderosa para a produção de aços mais limpos e com melhores propriedades mecânicas. A simulação em laboratório do processo industrial tem sua importância na possibilidade de estudar as reações e interações químicas do tratamento de inclusões no aço líquido. Esse tipo de estudo é possível através do uso de experimentos associados entre fornos a cálculos termodinâmicos. Dessa forma, os objetivos deste trabalho foram: 1) Avaliar - em escala laboratorial - a evolução de inclusões modificadas com a adição de cálcio no banho do aço SAE 8620; 2) Comparar os resultados obtidos com simulações via termodinâmica computacional; 3) Consolidar uma metodologia para estudo de inclusões em escala laboratorial. Para isso, foram executadas corridas em um forno elétrico resistivo de escala de laboratório. As matérias-primas utilizadas foram: ferro com alta pureza e as ferroligas usadas na indústria. Houve injeção de alumínio e cálcio no aço líquido. Na análise química do aço foram considerados os elementos de liga de rotina de produção inclusive os teores de cálcio e oxigênio total. Nas análises de inclusões foram avaliados, via MEV/EDS: composição química, morfologia, distribuição de fases e tamanho.Para calcular o equilíbrio termodinâmico entre aço líquido e inclusões não-metálicas - via termodinâmica computacional - foram utilizados os bancos de dados do software FactSage. Observou-se a modificação química das inclusões com a adição de cálcio, formando diferentes tipos de cálcio-aluminatos, como previsto. Devido à presença de enxofre, verificou-se a formação de sulfetos de cálcio e manganês associados aos cálcio-aluminatos. Também obteve-se uma boa correlação entre os resultados calculados via termodinâmica computacional e a literatura consultada. / The inclusion treatment with calcium is a powerful tool for the production of cleaner steels with improved mechanical properties. The simulation in laboratory of the industrial process has its importance in the possibility of studying the reactions and chemical interactions of the inclusions treatment in the liquid steel. This kind of study is just possible through the use of experiments associated with furnaces and thermodynamics simulations. This way, the aims of this work were: 1) to evaluate - in laboratorial scale - the evolution of inclusions modified with the calcium addition in the SAE 8620 steel bath; 2) to compare the results obtained with computational thermodynamics simulation; 3) to consolidate a methodology for study inclusions in laboratorial scale. Trials in a electrical resistive furnace in laboratory scale were carried out. The raw materials used were: high purity iron and ferroalloys used in the industry. It had also injection of aluminium and calcium in the liquid steel. In the chemical analysis of the steel it was considered the common alloying elements of steel including calcium and total oxygen. In the inclusions analysis were evaluated by SEM/EDS: chemical composition, morphology, phases distribution and size. To calculate the thermodynamic balance between liquid steel and nonmetallic inclusions - by computational thermodynamics simulation - the FactSage data bases software were used. The chemical modification of the inclusions with calcium addition was observed, forming different types of calcium-aluminates, as predicted. Due to sulphur presence it was verified the formation of calcium and manganese sulphides associates with calciumaluminates. Also it was obtained a good correlation between these results, calculated by computational thermodynamics and literature.

Com o envelhecimento das estruturas de concreto armado, ficou evidente sua deterioração num período de tempo muito menor do que o previsto, pois sempre foram consideradas construções de elevada vida útil. Entre os fenômenos de maior gravidade para a sua estabilidade estrutural está a corrosão das armaduras de aço. Visando melhorar o desempenho das construções, aumentando a vida útil e diminuindo custos com manutenção, esta dissertação propõe o desenvolvimento de um vergalhão com melhor resistência à corrosão, de microestrutura dual-phase. O objetivo principal foi propor uma rota de produção viável, agregando o mínimo de custo possível, de forma a se obter um produto competitivo. A simulação da produção do vergalhão, desde o refino na aciaria, passando por tratamento térmico e propriedades mecânicas, foi realizada com auxílio da termodinâmica computacional, através do software FactSage. A simulação consistiu de três etapas: 1) determinação das temperaturas A1 e A3 e janelas de tratamento térmico; 2) cálculo das propriedades mecânicas a partir de modelos empíricos; 3) comportamento das inclusões durante o refino, durante a solidificação e durante a laminação. O estudo das inclusões é importante porque os aços simulados possuem alto teor de silício (de 1% a 2,5% em massa), podendo precipitar óxidos sólidos nos moldes de lingotamento contínuo. O estudo termodinâmico apontou que a produção de vergalhões com aços dual-phase com alto teor de silício é possível e sugere-se a fabricação pela seguinte rota: aciaria elétrica convencional, com ajuste final do teor de silício após a desoxidação e adição de alumínio controlada para obter inclusões com 15% a 25% de Al2O3, ajuste da escória, rica em CaO, de maneira a obter inclusões favoráveis ao lingotamento contínuo e laminação, e após o último passe de laminação, têmpera por resfriamento em água online (Thermex/Tempcore). / With the aging of reinforced concrete structures, their premature wearing became evident. Among the phenomena of greater severity to the structural stability of buildings is the corrosion of the steel rebar. To improve the performance of these structures, increase their service life and reduce maintenance costs, this work proposes the development of a rebar with better corrosion resistance, with a dual-phase microstructure. The main objective was to propose a viable production route, which adds the least possible cost, so as to obtain a competitive product. The thermodynamic simulation of the rebar manufacturing, from steelmaking to heat treatment and mechanical properties was carried out with the aid of computational thermodynamics using the FactSage software. The simulation consisted of three steps: 1) determining the temperatures A1 and A3 and the heat treatment windows; 2) calculating the mechanical properties from empirical models; 3) analyzing the behavior of inclusions during refining, solidification and hot-rolling. The study of the inclusion system is important because the simulated steels have high silicon content (from 1% to 2.5% by weight) and solid oxides may precipitate in the continuous casting molds. As a result of the study, it was found that the production of rebars with dual-phase microstructure and high silicon content is possible and the manufacturing route proposed is as follows: conventional electric steelmaking, with final adjustment of the silicon content after deoxidation and controlled addition of aluminum to obtain inclusions with 15% to 25% of Al2O3, refining slag rich in CaO, in order to obtain inclusions favorable to continuous casting and hot-rolling, and direct water quenching after the final rolling step (Thermex / Tempcore processes).

O tratamento de inclusões com cálcio é uma ferramenta poderosa para a produção de aços mais limpos e com melhores propriedades mecânicas. A simulação em laboratório do processo industrial tem sua importância na possibilidade de estudar as reações e interações químicas do tratamento de inclusões no aço líquido. Esse tipo de estudo é possível através do uso de experimentos associados entre fornos a cálculos termodinâmicos. Dessa forma, os objetivos deste trabalho foram: 1) Avaliar - em escala laboratorial - a evolução de inclusões modificadas com a adição de cálcio no banho do aço SAE 8620; 2) Comparar os resultados obtidos com simulações via termodinâmica computacional; 3) Consolidar uma metodologia para estudo de inclusões em escala laboratorial. Para isso, foram executadas corridas em um forno elétrico resistivo de escala de laboratório. As matérias-primas utilizadas foram: ferro com alta pureza e as ferroligas usadas na indústria. Houve injeção de alumínio e cálcio no aço líquido. Na análise química do aço foram considerados os elementos de liga de rotina de produção inclusive os teores de cálcio e oxigênio total. Nas análises de inclusões foram avaliados, via MEV/EDS: composição química, morfologia, distribuição de fases e tamanho.Para calcular o equilíbrio termodinâmico entre aço líquido e inclusões não-metálicas - via termodinâmica computacional - foram utilizados os bancos de dados do software FactSage. Observou-se a modificação química das inclusões com a adição de cálcio, formando diferentes tipos de cálcio-aluminatos, como previsto. Devido à presença de enxofre, verificou-se a formação de sulfetos de cálcio e manganês associados aos cálcio-aluminatos. Também obteve-se uma boa correlação entre os resultados calculados via termodinâmica computacional e a literatura consultada. / The inclusion treatment with calcium is a powerful tool for the production of cleaner steels with improved mechanical properties. The simulation in laboratory of the industrial process has its importance in the possibility of studying the reactions and chemical interactions of the inclusions treatment in the liquid steel. This kind of study is just possible through the use of experiments associated with furnaces and thermodynamics simulations. This way, the aims of this work were: 1) to evaluate - in laboratorial scale - the evolution of inclusions modified with the calcium addition in the SAE 8620 steel bath; 2) to compare the results obtained with computational thermodynamics simulation; 3) to consolidate a methodology for study inclusions in laboratorial scale. Trials in a electrical resistive furnace in laboratory scale were carried out. The raw materials used were: high purity iron and ferroalloys used in the industry. It had also injection of aluminium and calcium in the liquid steel. In the chemical analysis of the steel it was considered the common alloying elements of steel including calcium and total oxygen. In the inclusions analysis were evaluated by SEM/EDS: chemical composition, morphology, phases distribution and size. To calculate the thermodynamic balance between liquid steel and nonmetallic inclusions - by computational thermodynamics simulation - the FactSage data bases software were used. The chemical modification of the inclusions with calcium addition was observed, forming different types of calcium-aluminates, as predicted. Due to sulphur presence it was verified the formation of calcium and manganese sulphides associates with calciumaluminates. Also it was obtained a good correlation between these results, calculated by computational thermodynamics and literature.

Com o envelhecimento das estruturas de concreto armado, ficou evidente sua deterioração num período de tempo muito menor do que o previsto, pois sempre foram consideradas construções de elevada vida útil. Entre os fenômenos de maior gravidade para a sua estabilidade estrutural está a corrosão das armaduras de aço. Visando melhorar o desempenho das construções, aumentando a vida útil e diminuindo custos com manutenção, esta dissertação propõe o desenvolvimento de um vergalhão com melhor resistência à corrosão, de microestrutura dual-phase. O objetivo principal foi propor uma rota de produção viável, agregando o mínimo de custo possível, de forma a se obter um produto competitivo. A simulação da produção do vergalhão, desde o refino na aciaria, passando por tratamento térmico e propriedades mecânicas, foi realizada com auxílio da termodinâmica computacional, através do software FactSage. A simulação consistiu de três etapas: 1) determinação das temperaturas A1 e A3 e janelas de tratamento térmico; 2) cálculo das propriedades mecânicas a partir de modelos empíricos; 3) comportamento das inclusões durante o refino, durante a solidificação e durante a laminação. O estudo das inclusões é importante porque os aços simulados possuem alto teor de silício (de 1% a 2,5% em massa), podendo precipitar óxidos sólidos nos moldes de lingotamento contínuo. O estudo termodinâmico apontou que a produção de vergalhões com aços dual-phase com alto teor de silício é possível e sugere-se a fabricação pela seguinte rota: aciaria elétrica convencional, com ajuste final do teor de silício após a desoxidação e adição de alumínio controlada para obter inclusões com 15% a 25% de Al2O3, ajuste da escória, rica em CaO, de maneira a obter inclusões favoráveis ao lingotamento contínuo e laminação, e após o último passe de laminação, têmpera por resfriamento em água online (Thermex/Tempcore). / With the aging of reinforced concrete structures, their premature wearing became evident. Among the phenomena of greater severity to the structural stability of buildings is the corrosion of the steel rebar. To improve the performance of these structures, increase their service life and reduce maintenance costs, this work proposes the development of a rebar with better corrosion resistance, with a dual-phase microstructure. The main objective was to propose a viable production route, which adds the least possible cost, so as to obtain a competitive product. The thermodynamic simulation of the rebar manufacturing, from steelmaking to heat treatment and mechanical properties was carried out with the aid of computational thermodynamics using the FactSage software. The simulation consisted of three steps: 1) determining the temperatures A1 and A3 and the heat treatment windows; 2) calculating the mechanical properties from empirical models; 3) analyzing the behavior of inclusions during refining, solidification and hot-rolling. The study of the inclusion system is important because the simulated steels have high silicon content (from 1% to 2.5% by weight) and solid oxides may precipitate in the continuous casting molds. As a result of the study, it was found that the production of rebars with dual-phase microstructure and high silicon content is possible and the manufacturing route proposed is as follows: conventional electric steelmaking, with final adjustment of the silicon content after deoxidation and controlled addition of aluminum to obtain inclusions with 15% to 25% of Al2O3, refining slag rich in CaO, in order to obtain inclusions favorable to continuous casting and hot-rolling, and direct water quenching after the final rolling step (Thermex / Tempcore processes).

O tratamento de inclusões com cálcio é uma ferramenta poderosa para a produção de aços mais limpos e com melhores propriedades mecânicas. A simulação em laboratório do processo industrial tem sua importância na possibilidade de estudar as reações e interações químicas do tratamento de inclusões no aço líquido. Esse tipo de estudo é possível através do uso de experimentos associados entre fornos a cálculos termodinâmicos. Dessa forma, os objetivos deste trabalho foram: 1) Avaliar - em escala laboratorial - a evolução de inclusões modificadas com a adição de cálcio no banho do aço SAE 8620; 2) Comparar os resultados obtidos com simulações via termodinâmica computacional; 3) Consolidar uma metodologia para estudo de inclusões em escala laboratorial. Para isso, foram executadas corridas em um forno elétrico resistivo de escala de laboratório. As matérias-primas utilizadas foram: ferro com alta pureza e as ferroligas usadas na indústria. Houve injeção de alumínio e cálcio no aço líquido. Na análise química do aço foram considerados os elementos de liga de rotina de produção inclusive os teores de cálcio e oxigênio total. Nas análises de inclusões foram avaliados, via MEV/EDS: composição química, morfologia, distribuição de fases e tamanho.Para calcular o equilíbrio termodinâmico entre aço líquido e inclusões não-metálicas - via termodinâmica computacional - foram utilizados os bancos de dados do software FactSage. Observou-se a modificação química das inclusões com a adição de cálcio, formando diferentes tipos de cálcio-aluminatos, como previsto. Devido à presença de enxofre, verificou-se a formação de sulfetos de cálcio e manganês associados aos cálcio-aluminatos. Também obteve-se uma boa correlação entre os resultados calculados via termodinâmica computacional e a literatura consultada. / The inclusion treatment with calcium is a powerful tool for the production of cleaner steels with improved mechanical properties. The simulation in laboratory of the industrial process has its importance in the possibility of studying the reactions and chemical interactions of the inclusions treatment in the liquid steel. This kind of study is just possible through the use of experiments associated with furnaces and thermodynamics simulations. This way, the aims of this work were: 1) to evaluate - in laboratorial scale - the evolution of inclusions modified with the calcium addition in the SAE 8620 steel bath; 2) to compare the results obtained with computational thermodynamics simulation; 3) to consolidate a methodology for study inclusions in laboratorial scale. Trials in a electrical resistive furnace in laboratory scale were carried out. The raw materials used were: high purity iron and ferroalloys used in the industry. It had also injection of aluminium and calcium in the liquid steel. In the chemical analysis of the steel it was considered the common alloying elements of steel including calcium and total oxygen. In the inclusions analysis were evaluated by SEM/EDS: chemical composition, morphology, phases distribution and size. To calculate the thermodynamic balance between liquid steel and nonmetallic inclusions - by computational thermodynamics simulation - the FactSage data bases software were used. The chemical modification of the inclusions with calcium addition was observed, forming different types of calcium-aluminates, as predicted. Due to sulphur presence it was verified the formation of calcium and manganese sulphides associates with calciumaluminates. Also it was obtained a good correlation between these results, calculated by computational thermodynamics and literature.