The thesis treats roll pass design in wire rod rolling of stainless steel for sequences and series built up by two-symmetrical grooves. It is focused on predicting rolling flexibility, also called working range, as well as product quality. For analysing the flexibility a computer program has been developed. The minimum and maximum roll gap and corresponding bar areas for series of grooves including "oval", "round", "false round", "square" and "diamond" shapes are calculated. Six pass designs used in Swedish mills are analysed. Full-scale rolling is compared with laboratory experiments for the square-oval and false round (round)-oval series. The false round-oval series offers the largest working range and that the flexibility is smaller for pass sequences designed for high reductions. The false round-oval series are also acknowledged as a series for high quality steels and are usually better than the square-oval series having a tendency for defect formation. The thesis also includes high-speed rolling of wire rod in blocks. Here interstand tensions are utilised in order to keep the process stable. For obtaining the required dimensional tolerances of the product they are kept as low as possible. However interstand tensions could be used in order to increase the working range and move the product range towards smaller wire cross sections. For analysing this possibility, a narrow spread technology is utilised. At present time a practical problem is referred to the fixed gearings in the common blocks, which require a certain and given level of interstand tensions and corresponding reductions. This problem can however be solved by means of new block design and modern process control technology. Roll stands can be separately driven and controlled at very high speeds. Thus the eight stand blocks can be subdivided into four plus four passes blocks with a cooling line between enabling also higher productivity without violating the product quality because defect formations caused by a too high rolling temperature. The true working range of a series for a specific steel grade is however not only dependent on the possible spectrum of wire dimensions that can be obtained but might also depend on its ability to decrease or eliminate defects such as surface cracks. Thus, the behaviour of artificial V-shaped cracks in the longitudinal direction has been investigated and compared for the square-oval and false round (round)-oval series mentioned above. In agreement with other research works it was established that efficient rolling conditions for reducing the cracks are obtained when the cracks open up at the same time as their depth is reduced. If the V-shaped crack is closed by contact between its oxidized side surfaces the rolling schedule is not optimal for getting a high quality product. A deeper understanding of the experimental results was obtained by means of an FE-analysis

<p>The thesis treats roll pass design in wire rod rolling of stainless steel for sequences and series built up by two-symmetrical grooves. It is focused on predicting rolling flexibility, also called working range, as well as product quality. For analysing the flexibility a computer program has been developed. The minimum and maximum roll gap and corresponding bar areas for series of grooves including "oval", "round", "false round", "square" and "diamond" shapes are calculated. Six pass designs used in Swedish mills are analysed. Full-scale rolling is compared with laboratory experiments for the square-oval and false round (round)-oval series. The false round-oval series offers the largest working range and that the flexibility is smaller for pass sequences designed for high reductions. The false round-oval series are also acknowledged as a series for high quality steels and are usually better than the square-oval series having a tendency for defect formation. The thesis also includes high-speed rolling of wire rod in blocks. Here interstand tensions are utilised in order to keep the process stable. For obtaining the required dimensional tolerances of the product they are kept as low as possible. However interstand tensions could be used in order to increase the working range and move the product range towards smaller wire cross sections. For analysing this possibility, a narrow spread technology is utilised. At present time a practical problem is referred to the fixed gearings in the common blocks, which require a certain and given level of interstand tensions and corresponding reductions. This problem can however be solved by means of new block design and modern process control technology. Roll stands can be separately driven and controlled at very high speeds. Thus the eight stand blocks can be subdivided into four plus four passes blocks with a cooling line between enabling also higher productivity without violating the product quality because defect formations caused by a too high rolling temperature. The true working range of a series for a specific steel grade is however not only dependent on the possible spectrum of wire dimensions that can be obtained but might also depend on its ability to decrease or eliminate defects such as surface cracks. Thus, the behaviour of artificial V-shaped cracks in the longitudinal direction has been investigated and compared for the square-oval and false round (round)-oval series mentioned above. In agreement with other research works it was established that efficient rolling conditions for reducing the cracks are obtained when the cracks open up at the same time as their depth is reduced. If the V-shaped crack is closed by contact between its oxidized side surfaces the rolling schedule is not optimal for getting a high quality product. A deeper understanding of the experimental results was obtained by means of an FE-analysis</p>

O aço 10B06 é utilizado na produção de fio máquina para trefilação. Por ser produzido em aciaria elétrica, o teor de nitrogênio desse aço tende a ser elevado, o que pode causar o fenômeno de envelhecimento, resultando em aumento de resistência e queda de ductilidade. Reduzir o teor de nitrogênio livre é uma forma de minimizar esse efeito, o que é realizado pela adição de boro. Dessa forma, o presente trabalho teve como objetivo estudar o efeito do boro no aço 10B06. Foram utilizadas amostras de fio máquina, diâmetro 5,50mm, e arame trefilado com teores de boro variando de 55 a 112ppm. Os dois principais fatores que influenciam a microestrutura e propriedades mecânicas do material são a composição química e o processo produtivo. Por esse motivo, inicialmente foi avaliada a etapa de resfriamento durante a laminação do fio máquina, por meio de uma análise termográfica. Foi encontrada a temperatura de 767ºC no início do resfriamento do material, valor próximo de Ac1, limite inferior do intervalo intercrítico. Esse fato favorece o enriquecimento da austenita em carbono, facilitando a formação de martensita e/ou austenita retida. Os resultados da análise metalográfica com Nital revelaram microestrutura composta de aproximadamente 88% de ferrita e 12% de perlita. Já o reagente Le Pera identificou ilhas de martensita e/ou austenita retida (MA), o que foi comprovado por análises de microscopia eletrônica de varredura. Os resultados de microdureza mostraram uma tendência de queda com o aumento do teor de boro. As medições de nanodureza confirmaram a presença do microconstituinte MA. A ferrita apresentou dureza na faixa de 280 - 320 HV, enquanto o MA ficou no intervalo de 349 - 424 HV. Comparando-se o limite de resistência obtido no fio máquina com menor teor de boro (55ppm - 434MPa) com o de maior (112ppm - 394MPa), observasse uma redução de 40MPa para um acréscimo de 57ppm de boro, confirmando o efeito esperado para esse elemento pela formação de BN. Utilizando os dados da curva tensão versus deformação foram obtidos os coeficientes de encruamento dos fios máquina, que apresentaram uma tendência de crescimento com o teor de boro, sendo que o material com 101ppm de boro mostrou o melhor valor para aplicação em processos de conformação. As análises fractográficas revelaram que os mecanismos de fratura presentes em todos os materiais foram a formação e coalescimento de microvidades. Considerando-se todas as análises realizadas nesse trabalho foi possível evidenciar o efeito do boro na redução do efeito do envelhecimento provocado pelo nitrogênio. Entre os testes realizados, os que apresentaram as melhores relações B/N foram os de teores 109 e 112ppm de boro. Essas relações estão próximas do valor máximo indicado de 0,8. / The 10B06 steel grade is applied to the production of wire rod for drawing. The steel is produced in an Electric Arc Furnace and this process can lead to higher nitrogen levels that cause strain aging resulting in an increase of the strength and ductility loss. The reduction of free nitrogen content through boron addition is one way to minimize this effect that can be done through boron addition. In this way, the present work aims to study boron effect on 10B06 steel. It was used wire rod, diameter 5,50mm and a cold-drawn wire rod with chemical composition from 55 to 112ppm of boron. The main factors that influence the microstructure and mechanical properties of the material are the chemical composition and the productive process. For this reason, initially, the cooling treatment was analyzed using thermography and it was found at the beginning of the cooling process a temperature of 767oC in the material, close to Ac1, lower limit of the intercritical interval. This temperature can facilitate the enrichment of carbon in the austenite, making easier martensite and/or retained austenite formation. The metallographic analysis with Nital etchant showed a microstructure composed of about 88% ferrite and 12% perlite, and Le Pera etchant identified martensite and/or retained austenite (MA), what was confirmed by scanning electron microscope analysis. Furthermore, nanohardness measurements confirmed the presence of the microconstituent MA, as ferrite presented hardness from 280 to 320 HV and MA from 349 to 424 HV. Microhardess results decreased with increasing boron content. A decrease of 40MPa in the tensile strength was observed between the wire rod with boron content of 55ppm (434MPa) and the one with 112ppm (394MPa), in agreement with the expected effect of the BN formation. It was possible to obtain hardening coefficient of the wire rod using the data of the stress versus strain curve, which increased with boron content, and the material with 101ppm of boron showed the best value for forming application. Fractographic analysis revealed that the fracture mechanisms in all the materials were the development and coalescing of microcavity. Considering all the analysis of this study it was possible to confirm boron\'s effect to reduce strain aging caused by nitrogen. Materials with 109 and 112ppm of boron presented the best B/N ratio, with values close to the maximum indicated, 0,8.

O presente trabalho visa entender as relações entre as propriedades mecânicas e a composição química de fio-máquinas produzidos com aços SAE 1005 e SAE 1405 modificados e os parâmetros de controle de um laminador a fim de se obter, após a laminação a quente, as propriedades mecânicas semelhantes para os dois tipos de aço. A metodologia adotada envolveu as etapas de revisão da literatura e procedimento experimental D.O.E (Design of Experiments), com coleta de amostras de fio-máquina 5,50 mm produzido com o aço SAE 1005 modificado e outras de fio-máquina 5,50 mm produzido com o aço SAE 1405 modificado, nas condições normais de operação para avaliação das propriedades mecânicas através de ensaios de tração e análise metalográfica. Esse resultado visa criar uma alternativa para a fabricação de arames recozidos com o uso do fio-máquina produzido com o aço SAE 1005 modificado, com um menor custo do produto final. / The present work aims to understand the relationships between the mechanical properties and chemical composition of wire rod produced with SAE 1005 and SAE 1405 modified steels and the parameters of a rolling mill in order to obtain, after hot rolling, mechanical properties similar for both types of steel. The methodology involved the steps of literature review and experimental procedure DOE (Design of Experiments), with sampling of 5.50 mm wire rod produced with the SAE 1005 modified and other samples of 5.50 mm wire rod made from steel SAE 1405 modified under normal conditions of operation for evaluation of mechanical properties through tensile testing and metallographic analysis. This result created an alternative for the fabrication of annealed wire using the wire rod produced with the SAE 1005 modified, with a lower total cost of the final product.

O presente trabalho visa entender as relações entre as propriedades mecânicas e a composição química de fio-máquinas produzidos com aços SAE 1005 e SAE 1405 modificados e os parâmetros de controle de um laminador a fim de se obter, após a laminação a quente, as propriedades mecânicas semelhantes para os dois tipos de aço. A metodologia adotada envolveu as etapas de revisão da literatura e procedimento experimental D.O.E (Design of Experiments), com coleta de amostras de fio-máquina 5,50 mm produzido com o aço SAE 1005 modificado e outras de fio-máquina 5,50 mm produzido com o aço SAE 1405 modificado, nas condições normais de operação para avaliação das propriedades mecânicas através de ensaios de tração e análise metalográfica. Esse resultado visa criar uma alternativa para a fabricação de arames recozidos com o uso do fio-máquina produzido com o aço SAE 1005 modificado, com um menor custo do produto final. / The present work aims to understand the relationships between the mechanical properties and chemical composition of wire rod produced with SAE 1005 and SAE 1405 modified steels and the parameters of a rolling mill in order to obtain, after hot rolling, mechanical properties similar for both types of steel. The methodology involved the steps of literature review and experimental procedure DOE (Design of Experiments), with sampling of 5.50 mm wire rod produced with the SAE 1005 modified and other samples of 5.50 mm wire rod made from steel SAE 1405 modified under normal conditions of operation for evaluation of mechanical properties through tensile testing and metallographic analysis. This result created an alternative for the fabrication of annealed wire using the wire rod produced with the SAE 1005 modified, with a lower total cost of the final product.

O presente trabalho visa entender as relações entre as propriedades mecânicas e a composição química de fio-máquinas produzidos com aços SAE 1005 e SAE 1405 modificados e os parâmetros de controle de um laminador a fim de se obter, após a laminação a quente, as propriedades mecânicas semelhantes para os dois tipos de aço. A metodologia adotada envolveu as etapas de revisão da literatura e procedimento experimental D.O.E (Design of Experiments), com coleta de amostras de fio-máquina 5,50 mm produzido com o aço SAE 1005 modificado e outras de fio-máquina 5,50 mm produzido com o aço SAE 1405 modificado, nas condições normais de operação para avaliação das propriedades mecânicas através de ensaios de tração e análise metalográfica. Esse resultado visa criar uma alternativa para a fabricação de arames recozidos com o uso do fio-máquina produzido com o aço SAE 1005 modificado, com um menor custo do produto final. / The present work aims to understand the relationships between the mechanical properties and chemical composition of wire rod produced with SAE 1005 and SAE 1405 modified steels and the parameters of a rolling mill in order to obtain, after hot rolling, mechanical properties similar for both types of steel. The methodology involved the steps of literature review and experimental procedure DOE (Design of Experiments), with sampling of 5.50 mm wire rod produced with the SAE 1005 modified and other samples of 5.50 mm wire rod made from steel SAE 1405 modified under normal conditions of operation for evaluation of mechanical properties through tensile testing and metallographic analysis. This result created an alternative for the fabrication of annealed wire using the wire rod produced with the SAE 1005 modified, with a lower total cost of the final product.

O aço 10B06 é utilizado na produção de fio máquina para trefilação. Por ser produzido em aciaria elétrica, o teor de nitrogênio desse aço tende a ser elevado, o que pode causar o fenômeno de envelhecimento, resultando em aumento de resistência e queda de ductilidade. Reduzir o teor de nitrogênio livre é uma forma de minimizar esse efeito, o que é realizado pela adição de boro. Dessa forma, o presente trabalho teve como objetivo estudar o efeito do boro no aço 10B06. Foram utilizadas amostras de fio máquina, diâmetro 5,50mm, e arame trefilado com teores de boro variando de 55 a 112ppm. Os dois principais fatores que influenciam a microestrutura e propriedades mecânicas do material são a composição química e o processo produtivo. Por esse motivo, inicialmente foi avaliada a etapa de resfriamento durante a laminação do fio máquina, por meio de uma análise termográfica. Foi encontrada a temperatura de 767ºC no início do resfriamento do material, valor próximo de Ac1, limite inferior do intervalo intercrítico. Esse fato favorece o enriquecimento da austenita em carbono, facilitando a formação de martensita e/ou austenita retida. Os resultados da análise metalográfica com Nital revelaram microestrutura composta de aproximadamente 88% de ferrita e 12% de perlita. Já o reagente Le Pera identificou ilhas de martensita e/ou austenita retida (MA), o que foi comprovado por análises de microscopia eletrônica de varredura. Os resultados de microdureza mostraram uma tendência de queda com o aumento do teor de boro. As medições de nanodureza confirmaram a presença do microconstituinte MA. A ferrita apresentou dureza na faixa de 280 - 320 HV, enquanto o MA ficou no intervalo de 349 - 424 HV. Comparando-se o limite de resistência obtido no fio máquina com menor teor de boro (55ppm - 434MPa) com o de maior (112ppm - 394MPa), observasse uma redução de 40MPa para um acréscimo de 57ppm de boro, confirmando o efeito esperado para esse elemento pela formação de BN. Utilizando os dados da curva tensão versus deformação foram obtidos os coeficientes de encruamento dos fios máquina, que apresentaram uma tendência de crescimento com o teor de boro, sendo que o material com 101ppm de boro mostrou o melhor valor para aplicação em processos de conformação. As análises fractográficas revelaram que os mecanismos de fratura presentes em todos os materiais foram a formação e coalescimento de microvidades. Considerando-se todas as análises realizadas nesse trabalho foi possível evidenciar o efeito do boro na redução do efeito do envelhecimento provocado pelo nitrogênio. Entre os testes realizados, os que apresentaram as melhores relações B/N foram os de teores 109 e 112ppm de boro. Essas relações estão próximas do valor máximo indicado de 0,8. / The 10B06 steel grade is applied to the production of wire rod for drawing. The steel is produced in an Electric Arc Furnace and this process can lead to higher nitrogen levels that cause strain aging resulting in an increase of the strength and ductility loss. The reduction of free nitrogen content through boron addition is one way to minimize this effect that can be done through boron addition. In this way, the present work aims to study boron effect on 10B06 steel. It was used wire rod, diameter 5,50mm and a cold-drawn wire rod with chemical composition from 55 to 112ppm of boron. The main factors that influence the microstructure and mechanical properties of the material are the chemical composition and the productive process. For this reason, initially, the cooling treatment was analyzed using thermography and it was found at the beginning of the cooling process a temperature of 767oC in the material, close to Ac1, lower limit of the intercritical interval. This temperature can facilitate the enrichment of carbon in the austenite, making easier martensite and/or retained austenite formation. The metallographic analysis with Nital etchant showed a microstructure composed of about 88% ferrite and 12% perlite, and Le Pera etchant identified martensite and/or retained austenite (MA), what was confirmed by scanning electron microscope analysis. Furthermore, nanohardness measurements confirmed the presence of the microconstituent MA, as ferrite presented hardness from 280 to 320 HV and MA from 349 to 424 HV. Microhardess results decreased with increasing boron content. A decrease of 40MPa in the tensile strength was observed between the wire rod with boron content of 55ppm (434MPa) and the one with 112ppm (394MPa), in agreement with the expected effect of the BN formation. It was possible to obtain hardening coefficient of the wire rod using the data of the stress versus strain curve, which increased with boron content, and the material with 101ppm of boron showed the best value for forming application. Fractographic analysis revealed that the fracture mechanisms in all the materials were the development and coalescing of microcavity. Considering all the analysis of this study it was possible to confirm boron\'s effect to reduce strain aging caused by nitrogen. Materials with 109 and 112ppm of boron presented the best B/N ratio, with values close to the maximum indicated, 0,8.

Este trabalho visa analisar a influência das taxas de resfriamento e temperatura no último passe de laminação a quente de fio máquina de um aço DIN 41Cr4 sobre a microestrutura obtida após a laminação e a sua correlação com aquela resultante do tratamento térmico de esferoidização. Foi avaliado a influência da microestrutura prévia de laminação nos tempos e taxa de resfriamento do tratamento térmico necessários para garantir adequada microestrutura do aço DIN 41Cr4. Foram aplicados conceitos de laminação termomecânica através da variação dos parâmetros: temperatura no último passe de laminação (acabador) e após o último passe de laminação (formador de espiras); velocidade das esteiras do “cooling conveyor” e consequente tempo de permanência das espiras sobre a região de ventiladores e alguns parâmetros no ciclo de tratamento térmico: tempo em patamar e taxa de resfriamento durante a produção de fio máquina redondo de bitolas entre 15,88mm e 16,15mm. A avaliação da resposta às variações impostas ao processo foi realizada através de análises metalográficas de microestrutura no material laminado e no material esferoidizado (grau de esferoidização), descarbonetação e de ensaios de propriedades mecânicas como dureza e tração. A partir dos resultados buscou-se determinar a influência dos parâmetros de laminação na microestrutura do material laminado e a influência desta na resposta ao tratamento térmico de esferoidização. Foram analisadas oito diferentes condições e os resultados mostraram que maiores taxas de resfriamento resultam em microestruturas mais refinadas proporcionando uma simplificação no tratamento térmico, atendendo as propriedades desejáveis no produto final (fio máquina redondo esferoidizado). / This work aims to analyze the influence of the cooling rate, the temperature of the finishing pass and at the coil-forming during hot rolling of DIN 41Cr4 steel wire rod on the microstructure and its influence on plateau times and cooling rate during the spheroidizing heat treatment. For this study thermomechanical rolling concepts were applied through the variation of some hot rolling parameters such as: temperature at the finishing pass and at the coils-former, the cooling conveyor belts velocity and some parameters in the heat treatment cycle: soak temperature and cooling rate during the production of round wire rod with 15,88 mm and 16,15 mm diameter. The evaluation response to changes imposed on the process was evaluated by metallographic analysis of microstructure in hot rolled and spheroidized material (spheroidizing degree), hardness, decarburization and tensile test. Eight rolling conditions and cooling rates were analyzed and results showed that higher cooling rates result in finer microstructures allowing a reduction in heat treatment time to achieve the desirable properties in the final product (spheroidized round wire rod).

The report examines the factors which may be a contributing cause to the problems that are present when ferritic stainless steel are eddy current tested in a warm condition. The work is carried out at Fagersta Stainless AB in Fagersta which manufactures stainless steel wire. In the rolling mill there is an eddy current equipment for detection of surface defects on the wire. The ferritic stainless steels cause a noise when testing and this noise complicates the detection of defects.Because of this, a study was made of how the noise related to factors such as steel grade, temperature, size and velocity. By observing the signal and with the possibilities to change the equipment settings the capability to let a signal filter reduce the noise level were evaluated. Theories about the material's physical properties have also been included, mainly the magnetic properties, electrical conductivity and the material's tendency to oxidize.Results from the tests show that a number of factors do not affect the inductive test significantly and to use a filter to reduce the noise level does not seem to be a viable option. The level of noise does not relate to the presence of superficial particles in form of oxides.The ferritic stainless steels showed some difference in noise level. Which noise level there was did match well with the steels probability for a precipitation of a second phase, and precipitation of austenite may in this case contribute to noise when using an eddy current instrument.The noise is probably due to some physical material property that varies within the thread.

Este trabalho visa analisar a influência das taxas de resfriamento e temperatura no último passe de laminação a quente de fio máquina de um aço DIN 41Cr4 sobre a microestrutura obtida após a laminação e a sua correlação com aquela resultante do tratamento térmico de esferoidização. Foi avaliado a influência da microestrutura prévia de laminação nos tempos e taxa de resfriamento do tratamento térmico necessários para garantir adequada microestrutura do aço DIN 41Cr4. Foram aplicados conceitos de laminação termomecânica através da variação dos parâmetros: temperatura no último passe de laminação (acabador) e após o último passe de laminação (formador de espiras); velocidade das esteiras do “cooling conveyor” e consequente tempo de permanência das espiras sobre a região de ventiladores e alguns parâmetros no ciclo de tratamento térmico: tempo em patamar e taxa de resfriamento durante a produção de fio máquina redondo de bitolas entre 15,88mm e 16,15mm. A avaliação da resposta às variações impostas ao processo foi realizada através de análises metalográficas de microestrutura no material laminado e no material esferoidizado (grau de esferoidização), descarbonetação e de ensaios de propriedades mecânicas como dureza e tração. A partir dos resultados buscou-se determinar a influência dos parâmetros de laminação na microestrutura do material laminado e a influência desta na resposta ao tratamento térmico de esferoidização. Foram analisadas oito diferentes condições e os resultados mostraram que maiores taxas de resfriamento resultam em microestruturas mais refinadas proporcionando uma simplificação no tratamento térmico, atendendo as propriedades desejáveis no produto final (fio máquina redondo esferoidizado). / This work aims to analyze the influence of the cooling rate, the temperature of the finishing pass and at the coil-forming during hot rolling of DIN 41Cr4 steel wire rod on the microstructure and its influence on plateau times and cooling rate during the spheroidizing heat treatment. For this study thermomechanical rolling concepts were applied through the variation of some hot rolling parameters such as: temperature at the finishing pass and at the coils-former, the cooling conveyor belts velocity and some parameters in the heat treatment cycle: soak temperature and cooling rate during the production of round wire rod with 15,88 mm and 16,15 mm diameter. The evaluation response to changes imposed on the process was evaluated by metallographic analysis of microstructure in hot rolled and spheroidized material (spheroidizing degree), hardness, decarburization and tensile test. Eight rolling conditions and cooling rates were analyzed and results showed that higher cooling rates result in finer microstructures allowing a reduction in heat treatment time to achieve the desirable properties in the final product (spheroidized round wire rod).