O presente trabalho analisou o comportamento tribológico do revestimento superficial cromo duro, aplicado em cilindros de laminação e sua influência durante o processo de laminação a frio, para ligas de aço, cobre e alumínio. Iniciou-se o processo com a análise dos mecanismos de desgaste que ocorrem em cilindros de laminação. Em função das dimensões dos cilindros de laminação, foram produzidas réplicas obtidas em vários cilindros de laminação em diferentes empresas, antes e após a campanha dos cilindros de laminação. Consideramos no processo de amostragem, 3 tipos de acabamento do cilindro: texturizado, jateado e retificado. E ainda, cilindro sem e com revestimento de cromo. A estrutura da Texturização Shot Blaster (SBT) não atende todos os requisitos relacionados ao produto acabado. A camada de cromo duro, aplicado sobre estes cilindros de laminação SBT, melhora a qualidade da superfície da chapa, sendo de interesse para aquelas siderúrgicas que não têm outra alternativa às novas estruturas de superfície, podendo ser obtidas pelos métodos: Electro Discharge Texturing (EDT), Laser Texturing (LT), Electro Beam Texturing (EBT). A função das superfícies geradas, obtidas por estes métodos diferentes vai influenciar as propriedades tribológicas durante os processos de laminação e deformação de chapa. Por outro lado, pode aumentar o custo final do produto ou exigem grandes investimentos para obtenção de tais métodos. / The present work analyzed the tribological behavior of the hard chrome surface coating applied in rolling cylinders and their influence during the cold rolling process for steel, copper and aluminum alloys. The process started by analyzing the wear mechanisms that occur in work rolls. In function on the dimensions of the work rolls, replicas were obtained from several rolls and in different companies, before and after the roll chance. We consider in the sampling process, three types of work rolls finish: texturing, shot blasted and rectified. And still, work rolls without and with chrome coating. The Texture Shot Blaster (SBT) structure is not available in all respects related to the finished product. The hard chromium layer applied to these SBT rollers improves the surface quality of the sheet and is of interest to steel parts that are not of good capacity: EDT Textures, Laser texturing (LT), electrical beam texturization (EBT). The function of the generated surfaces obtained by these different methods is going to influence the tribological properties during the subsequent forming processes. On the other hand, they can increase the product final cost or require large investments to obtain such methods.

O crescente aumento na demanda de sistemas miniatuarizados, a criação e desenvolvimento de métodos simples e eficazes e com menor custo de fabricação de microcomponentes desafiam projetistas e pesquisadores. Dentro deste contexto, este trabalho visa o estudo do processo de replicação por laminação, com PMMA (polimetilmetacrilato) aquecido, para geração de microestruturas. O laminador utilizado é de precisão e a distância entre rolos possui controle milimétrico garantindo sua distância, mesmo quando em operação. Foi confeccionado um cilindro molde contendo microrranhuras que serão replicadas no PMMA. Utilizaram-se, como material do cilindro molde, o alumínio e a liga de alumínio 7075. O processo de aquecimento do PMMA consistiu de duas maneiras: condução através do contato com placa térmica, e convecção através do aquecimento em estufa. Para PMMA identificou-se a temperatura ótima para replicação a 105°C. O estudo demonstrou que, para replicar uma geometria com taxa de replicação elevada, devem-se levar em consideração fatores como a velocidade de laminação e a taxa de redução (distância entre cilindros). Este trabalho vai de encontro a pensamentos inovadores, demonstrando ser uma técnica que permite obter a replicação de determinadas geometrias com eficiência de produção. / The increasing demand for miniatuature systems, the creation and development of simple, effective and low cost manufacturing mehods of microcomponents challenge designers and researchers. Within this context, this work aims to study the replication process by rolling of heated PMMA (polymethylmethacrylate) to generate microstructures. A precision mill roll is used so that the distance between rolls has millimeter adjustment ensuring the distance is kept constant, even while in operation. A cylinder mold containing microgrooves to be replicated in PMMA was fabricated. Aluminum and 7075 aluminum alloy were used for the cylinder mold. The process of heating the PMMA occurred in two manners: conduction through the contact thermal plate, and convection by heating in an oven. For PMMA, the temperature for replication of 105°C was identified as being optimum. The study showed that, to replicate a geometry with a high rate of replication, one should take into account factors such as the rolling speed and the rate (distance between cylinders). This work goes towards the innovative thinking, proving to be a technique that allows for the replication of certain geometries and production efficiency.

Os aços microligados ao vanádio são usados em peças automotivas forjadas, tais como virabrequins e bielas. Através de equações matemáticas que descrevem a cinética de recristalização e de crescimento de grão, foi desenvolvida uma rotina em planilha para simular a evolução dos tamanhos de grão austeníticos durante os passes de laminação em função da temperatura, taxa de deformação, tempo entre passes e características do material. O resultado do tamanho de grão ferrítico calculado final, foi comparado com os tamanhos de grãos de amostras retiradas da laminação e de amostras realizadas por simulação física (ensaio de torção a quente). Esta comparação entre modelamento matemático e simulação física com o processo de laminação, demonstra que é possível calcular e descrever a evolução microestrutural e mostra que o principal mecanismo de controle do refino de grão envolvido em uma laminação de não planos com trens abertos é o de recristalização estática, para as condições existentes na usina onde foi efetuado o presente estudo. / Microalloyed steels are used as forging stock for many automotive parts such as crankshafts and connecting rods. Using mathematical equations describing the recrystallization kinetics and grain growth, a spreadsheet has been developed to simulate the austenitic grain size evolution during bar rolling mill schedules as a function of temperature, strain rate and time between passes. The calculated ferritic grain size was compared with samples taken from the process and physical simulation (torsion testing). Comparison between mathematical modeling and physical simulation with the plant bar rolling mill process shows that it is possible to predict the microstructural evolution and confirm the main grain refinement control mechanism as being static recrystallization, under the conditions prevailing in the plant where this study has been carried out.

O presente trabalho analisou o comportamento tribológico do revestimento superficial cromo duro, aplicado em cilindros de laminação e sua influência durante o processo de laminação a frio, para ligas de aço, cobre e alumínio. Iniciou-se o processo com a análise dos mecanismos de desgaste que ocorrem em cilindros de laminação. Em função das dimensões dos cilindros de laminação, foram produzidas réplicas obtidas em vários cilindros de laminação em diferentes empresas, antes e após a campanha dos cilindros de laminação. Consideramos no processo de amostragem, 3 tipos de acabamento do cilindro: texturizado, jateado e retificado. E ainda, cilindro sem e com revestimento de cromo. A estrutura da Texturização Shot Blaster (SBT) não atende todos os requisitos relacionados ao produto acabado. A camada de cromo duro, aplicado sobre estes cilindros de laminação SBT, melhora a qualidade da superfície da chapa, sendo de interesse para aquelas siderúrgicas que não têm outra alternativa às novas estruturas de superfície, podendo ser obtidas pelos métodos: Electro Discharge Texturing (EDT), Laser Texturing (LT), Electro Beam Texturing (EBT). A função das superfícies geradas, obtidas por estes métodos diferentes vai influenciar as propriedades tribológicas durante os processos de laminação e deformação de chapa. Por outro lado, pode aumentar o custo final do produto ou exigem grandes investimentos para obtenção de tais métodos. / The present work analyzed the tribological behavior of the hard chrome surface coating applied in rolling cylinders and their influence during the cold rolling process for steel, copper and aluminum alloys. The process started by analyzing the wear mechanisms that occur in work rolls. In function on the dimensions of the work rolls, replicas were obtained from several rolls and in different companies, before and after the roll chance. We consider in the sampling process, three types of work rolls finish: texturing, shot blasted and rectified. And still, work rolls without and with chrome coating. The Texture Shot Blaster (SBT) structure is not available in all respects related to the finished product. The hard chromium layer applied to these SBT rollers improves the surface quality of the sheet and is of interest to steel parts that are not of good capacity: EDT Textures, Laser texturing (LT), electrical beam texturization (EBT). The function of the generated surfaces obtained by these different methods is going to influence the tribological properties during the subsequent forming processes. On the other hand, they can increase the product final cost or require large investments to obtain such methods.

Orientador: Marcos Valério Ribeiro / Banca: Manoel Cleber de Sampaio Alves / Banca: Amauri Hassui / Resumo: A utilização de ensaios de avaliação da usinabilidade dos materiais pode ser um fator determinante na viabilidade de processos de fabricação, contribuindo no planejamento dos custos, prazos e na busca pela qualidade do produto através de desenvolvimentos de estratégias e tecnologias de usinagem. Quando o produto usinado é um cilindro, que faz o papel de ferramenta no processo de laminação, a necessidade de tal desenvolvimento fica clara quando se analisa os requisitos para alta performance de cilindros de laminação e se identifica que eles são os mesmos requisitos para alta performance de insertos de usinagem: resistência ao desgaste, tenacidade e dureza. Assim esse trabalho propõe um ensaio de usinabilidade em laboratório para a avaliação de dois materiais de cilindros de laminação: o ferro fundido indefinido e o ferro fundido indefinido microligado. O ensaio foi executado através do fresamento com três arestas de metal duro em um centro de usinagem e a análise de usinabilidade foi feita pelo critério de fim de vida da ferramenta de usinagem. Foi constatado que a adição de elementos de liga na composição química dos cilindros influenciou diretamente na usinabilidade do ferro fundido indefinido microligado, pois a fração volumétrica de carbonetos VC aumentou em quase três vezes nesse material resultando em um desgaste abrasivo nas arestas das ferramentas de corte / Abstract: The use of tests to evaluate the machinability of the material may be a determining factor in the viability of manufacturing processes, and contribute to planning the cost, time and in the search for the quality of the product through development of strategies and machining technologies. When the machined product is rolling mill roll, who played as a tool in the milling process the need for such development becomes clear when is examined the requirements for high performance rolling mill roll and identifies that they are the same requirements for high performance machining tools: wear resistance, toughness and hardness. So, this work proposes a machinability test in laboratory seeking the evaluation of two materials for rolling mill rolls: an indefinite chilled double poured cast iron and a microalloyed indefinite chilled double poured cast iron. The test was performed by milling with three edges of carbide on a machining center and the machinability analysis of this work was done by the criterion of end of life of the machining tool. The work found that the addition of alloying elements on the chemical composition of the rolling mill rolls directly influenced the machinability of microalloyed indefinite chilled double poured cast iron, because the volume fraction of carbides VC increased by almost three times in this material resulting in an abrasive wear on the edges of cutting tools / Mestre

Orientador: Peterson Luiz Ferrandini / Banca: Carlos Triveño Rios / Banca: Manoel Cleber de S. Alves / Resumo: A atual exigência de qualidade de grandes peças forjadas requeridas pelo mercado nos traz a necessidade de dominar completamente cada etapa do processo de produção das mesmas. O tratamento térmico de homogeneização, processo aplicado a lingotes utilizados na fabricação de cilindros de laminação de tiras a frio, tem como objetivo homogeneizar a microestrutura bruta de solidificação que irá sofrer um processo de conformação mecânica posterior, reduzindo o nível de microssegregações nas regiões interdentriticas da estrutura do lingote. Pode-se quantificar o impacto da temperatura e do tempo deste processo pela análise da microestrutura formada a partir de um resfriamento brusco em amostras retiradas de diferentes regiões do lingote. Este trabalho foi realizado a partir de um lingote de aço do tipo A2, fundido, de comprimento ~2 m e diâmetro ~1 m, a ser forjado e utilizado na fabricação de um cilindro de laminação. Foram retiradas e analisadas amostras da estrutura bruta de solidificação e também de amostras homogeneizadas e temperadas. As amostras foram retiradas na superfície do lingote, no meio raio e na região central; foram aplicados tratamentos térmicos a 1150°C e 1200°C, por 8 h, 16 h e 24 h. Foram utilizadas microscopia ótica e eletrônica de varredura. Como esperado, a estrutura bruta de solidificação apresentou altos níveis de segregação, principalmente na região central do lingote. O tempo de homogeneização de 8 h se mostrou insuficiente a despeito da temperatura utilizada. A temperatura de 1150°C é aceitável para tratamentos de 24 h e a completa homogeneização da estrutura só foi alcançada utilizando-se tratamento a 1200°C. A estrutura bruta de solidificação apresenta uma microestrutura heterogênea, caracterizada pelo aspecto dendritico. A estrutura homogeneizada e temperada apresenta microestrutura ... (Resumo completo, clicar acesso eletronico abaixo) / Abstract: The current requirement for large forgings quality required by the market brings the demand to manage completely each stage of the manufacturing process. The homogenizing heat treatment process applied in ingots used in the manufacture of cold rolling mill rolls aims to homogenize the microstructure of raw solidification that will suffer a subsequent mechanical forming process, reducing the level of microsegregations in interdentrite regions structure of the ingot. We quantified the effect of temperature and time of the process through the analysis of the microstructure formed after a sudden cooling, in samples taken from different regions of the ingot. This task was realized applying an A2 kind of steel, cast, length ~ 2 m, diameter ~ 1 m, to be forged and used in the manufacture of a rolling Mill rolls. Samples of the raw structure solidification and the homogenizations and tempered samples were taken and analyzed .The samples were taken at the ingot surface at the middle radius and the central region; Heat treatments were applied with temperatures between 1150°C and 1200°C through 8 h, 16 h and 24 h. Optical microscopy and scanning electron microscopy were used. As expected, the raw solidification structure showed high levels of segregation, especially in the central region of the ingot. The 8 h proved to be insufficient despite the temperature used. The temperature of 1150 ° C is acceptable for treatment of 24 h and complete homogenization of the structure was only achieved by using treatment at 1200 ° C. The raw structure of solidification has a heterogeneous microstructure, characterized by dendritic appearance. The homogenized and quenched structure resulted in a microstructure composed by austenite, grades of martensite, the solidification carbides and precipitates carbides during heat treatment / Mestre

O crescente aumento na demanda de sistemas miniatuarizados, a criação e desenvolvimento de métodos simples e eficazes e com menor custo de fabricação de microcomponentes desafiam projetistas e pesquisadores. Dentro deste contexto, este trabalho visa o estudo do processo de replicação por laminação, com PMMA (polimetilmetacrilato) aquecido, para geração de microestruturas. O laminador utilizado é de precisão e a distância entre rolos possui controle milimétrico garantindo sua distância, mesmo quando em operação. Foi confeccionado um cilindro molde contendo microrranhuras que serão replicadas no PMMA. Utilizaram-se, como material do cilindro molde, o alumínio e a liga de alumínio 7075. O processo de aquecimento do PMMA consistiu de duas maneiras: condução através do contato com placa térmica, e convecção através do aquecimento em estufa. Para PMMA identificou-se a temperatura ótima para replicação a 105°C. O estudo demonstrou que, para replicar uma geometria com taxa de replicação elevada, devem-se levar em consideração fatores como a velocidade de laminação e a taxa de redução (distância entre cilindros). Este trabalho vai de encontro a pensamentos inovadores, demonstrando ser uma técnica que permite obter a replicação de determinadas geometrias com eficiência de produção. / The increasing demand for miniatuature systems, the creation and development of simple, effective and low cost manufacturing mehods of microcomponents challenge designers and researchers. Within this context, this work aims to study the replication process by rolling of heated PMMA (polymethylmethacrylate) to generate microstructures. A precision mill roll is used so that the distance between rolls has millimeter adjustment ensuring the distance is kept constant, even while in operation. A cylinder mold containing microgrooves to be replicated in PMMA was fabricated. Aluminum and 7075 aluminum alloy were used for the cylinder mold. The process of heating the PMMA occurred in two manners: conduction through the contact thermal plate, and convection by heating in an oven. For PMMA, the temperature for replication of 105°C was identified as being optimum. The study showed that, to replicate a geometry with a high rate of replication, one should take into account factors such as the rolling speed and the rate (distance between cylinders). This work goes towards the innovative thinking, proving to be a technique that allows for the replication of certain geometries and production efficiency.

A laminação a frio de aços planos é um processo industrial de grande complexidade, executado num ambiente bastante agressivo e caracterizado por parâmetros incertos, grandes tempos de atraso, múltiplas entradas e múltiplas saídas e por forte interação entre as diversas variáveis (GUO, 2000). As referências necessárias para o controle de tal processo são obtidas por meio de um modelo matemático, responsável pela sua otimização. Dadas as particularidades do processo, o modelo deve ser do tipo adaptativo, ou seja, deve ter seus parâmetros continuamente ajustados com base nos resultados efetivamente obtidos durante a operação. A adaptação do modelo é essencial para a consecução dos requisitos de qualidade do produto e, em conseqüência, para a viabilidade da planta. Este trabalho primeiramente investiga as estratégias tradicionalmente empregadas no desenvolvimento de modelos adaptativos para o processo de laminação de aços, identificando os pontos fortes e deficiências de tais técnicas. Com o objetivo de minimizar essas deficiências e aperfeiçoar o desempenho do modelo, o trabalho propõe em seguida a utilização de ferramentas de Inteligência Computacional (mais especificamente, Redes Neurais Artificiais) para tornar mais eficiente a adaptação de dois importantes parâmetros: o limite de escoamento do material e o coeficiente de atrito entre a tira e os cilindros de trabalho. O texto apresenta os fundamentos teóricos, a metodologia de desenvolvimento e a implantação da solução, bem como os resultados preliminares obtidos com a aplicação da proposta num laminador real. Finalmente, discutem-se esses resultados, apresentam-se as conclusões, sumarizam-se as contribuições da pesquisa e se sugerem futuras linhas de pesquisa para extensão dos resultados. / Flat steel cold rolling is a complex industrial process, carried out into a very harsh environment, characterized by uncertain parameters, large delay times, multiple inputs and outputs, and having a strong interaction between the diverse variables (GUO, 2000). The control system of such a process obtains its setpoints from a mathematical model, responsible for process optimization. Given process peculiarity, the mathematical model must have adaptive features, that is, its parameters need to be continuously adjusted, on the basis of actual operational results. Adaptation is an essential characteristic for achieving product quality requirements and, as a consequence, for the plant feasibility itself. First of all, this work surveys the strategies commonly used in the development of cold rolling adaptive models, pointing out their strengths and deficiencies. Following to this, aiming at the minimization of such deficiencies and by this way improving the performance of the model, this work proposes the application of Computational Intelligence techniques (specifically Artificial Neural Networks) in order to bestow greater effectiveness to the adaptation of two important parameters, namely, the material flow stress and the friction coefficient between rolled strip and rolling cylinders. The text presents the theoretical foundations, the methodology and the implementation of the solution, as so the preliminary results after its application in a real steel mill plant. Finally, the text presents the conclusions, sums up the contributions of the research work and suggests further research to improve the results.

Este trabalho, realizado em cooperação com a Gerdau Riograndense, tem por finalidade avaliar o comportamento do aço GG1013-M, um aço baixo teor de carbono microligado com vanádio e manganês, na laminação a quente no que tange a sua resistência à deformação, possibilitando assim a tomada de decisão em relação a modificações no processo. Foram realizados testes em simulador termomecânico Gleeble™ para determinação das temperaturas a serem usadas no teste prático no laminador, onde testou-se lotes que cobrissem toda a amplitude da faixa de composição química da qualidade do aço em estudo. No teste prático no laminador, foram retiradas amostras para os ensaios mecânicos, onde identificou-se, por intermédio do tratamento de dados em software estatístico, a influência da variação dentro da faixa da composição química sobre os limites de escoamento e resistência. Como resultado, conseguiu-se determinar a faixa de temperatura mais provável, onde a resistência a deformação a quente é menor, minimizando ou eliminando as conseqüências da redução de ductilidade a quente por conta do endurecimento da matriz por precipitação dos elementos de liga em forma de compostos. / This work was conducted in cooperation with Gerdau Riograndense aiming at the evaluation of the hot rolling behavior of a low carbon steel microalloyed with manganese and vanadium (internally GG1013-M steel).The deformation resistance was evaluated, allowing for the decision in relation to changes in the process. A thermomechanical simulator GleebleTM was used to determine the temperatures to be used in practical tests in the rolling mill, where it was tested different material batches covering the large range of chemical compositions for this kind of steel. Mechanical tests were performed on samples taken from the practical tests in the rolling mill. From this tests the influence of chemical composition variation on the yeld strength and maximum stress was studied. As a result, we were able to determine the most likely range of temperatures for a minimization of hot strentgh, therefore also minimizing or eliminating the consequences of the reduction in the hot ductility due precipitation hardening of the matrix.

A otimização de processos e a redução de custos são os dois principais fatores que sustentam a competitividade das indústrias atualmente. Diante deste cenário, buscou-se otimizar o processo de fabricação de barras trefiladas de aço mola SAE 9254, através da eliminação do recozimento anterior ao processo de trefilação, por intermédio de um resfriamento controlado no cooling conveyor, na laminação.. Para isso, a taxa de resfriamento do fio-máquina após a laminação foi variada a fim de garantir a homogeneização da dureza ao longo das espiras, característica essa essencial para o processamento na trefila. Além da redução de custos com o recozimento, se o objetivo fosse alcançado, poder-se-ia otimizar o processo de reaquecimento deste aço na laminação. Como resultado, seria possível melhorar a qualidade superficial do fio-máquina e, por conseqüência, aumentar o rendimento metálico do produto, sem que a descarbonetação máxima e média fossem prejudicadas. Os experimentos foram desenvolvidos com base no resfriamento do fio-máquina no cooling conveyor. Durante o processamento na laminação, foi realizada uma amostragem especial a fim de mapear a variação das propriedades ao longo das espiras. Os resultados apontaram que é possível a otimização do processo de fabricação do aço mola SAE 9254, principalmente para a condição de resfriamento na laminação quando utilizado um escalonamento na velocidade de transporte do fio-máquina no cooling conveyor. Este incremento nas velocidades de deslocamento do material, feita através do escalonamento da velocidade, propicia uma alteração nos “pontos quentes” das espiras, gerando uma uniformidade maior em seu resfriamento, garantindo assim, uma homogeneidade nas propriedades mecânicas. / The process optimization and cost reduction are the two main factors that gives sustainability for today industries competitiveness. For this reason, it was attempted to optimize the manufacturing process of cold draw bars of SAE 9254 spring steel by eliminating pre-annealing of wire drawing, through a controlled cooling on the cooling conveyor, in the rolling mill process. For this, the cooling rate of wire rod after rolling process was varied to ensure the homogeneity of hardness along the coil, the essential feature for wire drawing process. In addition to reducing costs annealing, if the purpose was reached, the reheating process would be optimized in the rolling mill. As a result, it would be possible to improve the surface quality of wire rod and, consequently, increase the metallic yield of the product, without the decarburization maximum and average were damaged. The experiments were developed based on wire rod cooling thermograph in the cooling conveyor. During rolling mill processing, special sampling was performed to map the variation of properties along the coils. The results showed that it is possible to optimize the manufacturing process of the SAE 9254 spring steel, mainly for the cooling condition in the rolling process when scaling speeds in wire rod transportation was used on the cooling conveyor. This speed increase of the material transportation, through the scaling speed, provides a change in "hot spots" of the coils, generating a greater uniformity in their cooling, thus ensuring uniformity in mechanical properties.