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Simulações Laboratoriais de Processos de Conformação Industriais. R. Barbosa. Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Universidade Federal de Minas Gerais email: rbarbosa@demet.ufmg.br. Inovações para Desenvolvimento de Aços de Elevado Valor Agregado

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Presentation Transcript

  1. Simulações Laboratoriais de Processos de Conformação Industriais R. Barbosa Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Universidade Federal de Minas Gerais email: rbarbosa@demet.ufmg.br Inovações para Desenvolvimento de Aços de Elevado Valor Agregado 62o Congresso Anual da ABM 23 de julho de 2007, Vitória- ES METALURGIA/ UFMG

  2. O Tetraedro da Engenharia dos Materiais METALURGIA/ UFMG 2

  3. Desafios Como aumentar valor agregado de aços estruturais via desenvolvimento de produto em simulações laboratoriais ? Qual é o custo estimado de experimentos em escala de laboratório, em escala piloto e em corridas industriais ? Como transpor resultados de simulações laboratoriais para a realidade industrial? METALURGIA/ UFMG 3

  4. Desafio 1: aumentar valor agregado No contexto de aços estruturais, é claro... • Aços largamente C-Mn; • Aços com requisitos de • LE, LR, A% • TTDF baixas Solução universal: Refino de grão de ferrita METALURGIA/ UFMG 4

  5. Como refinar ferrita via laminação? Tecnologia existente há décadas • Laminação controlada: • Clássica (chapas grossas) • Ferrita ≈ 6 a 8 μm • Com RXMD (tiras a quente e fio máquina) • Ferrita ≈ 3 a 6 μm • Outras possibilidades ? METALURGIA/ UFMG 5

  6. O refino de grão na LC Convencional Refino de grão de ferrita via TMCP 20μm 5μm Conventional rolling TMCP Reproduzido da aula do professor Tomoyuki Yokata “Thermomechanical processing of steels” obtido no endereço http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/slides.html em 21/07/2007 METALURGIA/ UFMG 6

  7. Como refinar ferrita ainda mais ? A produção de grãos ultra-finos (UFG) Reproduzido da aula do professor Tomoyuki Yokata “Thermomechanical processing of steels” obtido no endereço http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/slides.html em 21/07/2007 METALURGIA/ UFMG 7

  8. Como refinar ferrita ainda mais ? A produção de grãos ultra-finos (UFG) 20μm 5μm 1μm Conventional rolling UFG TMCP Reproduzido da aula do professor Tomoyuki Yokata “Thermomechanical processing of steels” obtido no endereço http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/slides.html em 21/07/2007 METALURGIA/ UFMG 8

  9. Advantages and technical problems involved in ultrafine grain steels C.Ouchi:CAMP-ISIJ vol ,(1998), . Reproduzido da aula do professor Tomoyuki Yokata “Thermomechanical processing of steels” obtido no endereço http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/slides.html em 21/07/2007

  10. Reproduzido da aula do professor Nobuhiro Tsuji “Ultra fine-grained steel” obtido no endereço http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/slides.html em 21/07/2007

  11. Como obter ferrita fina ? No laboratório... Reproduzido da aula do professor Nobuhiro Tsuji “Ultra fine-grained steel” obtido no endereço http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/slides.html em 21/07/2007 METALURGIA/ UFMG 11

  12. Como obter ferrita fina ? No laboratório mas em processo que poderia ser utilizado em linha industrial? Reproduzido da aula do professor Nobuhiro Tsuji “Ultra fine-grained steel” obtido no endereço http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/slides.html em 21/07/2007 METALURGIA/ UFMG 12

  13. Equipamento utilizado Experimentos muito simples e de baixo custo !!! Reproduzido da aula do professor Nobuhiro Tsuji “Ultra fine-grained steel” obtido no endereço http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/slides.html em 21/07/2007 METALURGIA/ UFMG 13

  14. Detalhe importante, porém... Sofisticada capacidade de caracterização via TEM Reproduzido da aula do professor Nobuhiro Tsuji “Ultra fine-grained steel” obtido no endereço http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/slides.html em 21/07/2007 METALURGIA/ UFMG 14

  15. Detalhe importante, porém... E via EBSD...ambos de acesso relativamente limitado no país !!! Reproduzido da aula do professor Nobuhiro Tsuji “Ultra fine-grained steel” obtido no endereço http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/slides.html em 21/07/2007 METALURGIA/ UFMG 15

  16. Conclusão 1 É possível propor alternativas de produção em massa para aços estruturais do tipo UFG com propriedades mecânicas muito superiores aos atuais; Este desenvolvimento, pode ser inicialmente realizado em laboratório, onde o custo-benefício do experimento é bem menor que na escala piloto ou na escala industrial, mas... Acesso a caracterização via TEM, EBSD e outras técnicas deveria ser mais generalizado e pode vir a restringir desenvolvimento nesta área. METALURGIA/ UFMG 16

  17. Desafio 2: ... a baixo custo, se possível... Existem mais ou menos 4 ou mais possibilidades para desenvolvimento de novos produtos. Listam-se abaixo algumas: • Corridas industriais; • Escala piloto; • Simulações laboratoriais; • Torção, • Compressão: Estado plano, compressão axial • Simulações numéricas METALURGIA/ UFMG 17

  18. Custo estimado: corridas industriais Ressalvas importantes: 1) ordem de grandeza apenas, 2) estimativa de custo apenas • Hipóteses: • Planta produzindo 4 x 106 ton/ano; • Preço de venda médio = 400 $/ton; • Custo da laminação a quente da ordem de 10% do preço do produto final; • Custo de 1 dia de “experimentos” no laminador: ~ 400.000 $ METALURGIA/ UFMG 18

  19. Custo estimado: simulação laboratorial Ressalvas importantes: 1) ordem de grandeza apenas, 2) estimativa de custo apenas • Hipóteses: • Custo de equipamento: 1 x 106 $; • Depreciação de equipamento, 20% aa; • Custo operacional = 2 x custo de amortização; • Custo de 1 dia de “experimentos” no laboratório: ~ 1.000 $ METALURGIA/ UFMG 19

  20. Custo estimado: simulação numérica Ressalvas importantes: 1) ordem de grandeza apenas, 2) estimativa de custo apenas • Hipóteses: • Custo de equipamento e licença de uso de softwares específicos: 0,2 x 106 $; • Depreciação de equipamento, 20% aa; • Custo operacional = 2 x custo de amortização; • Custo de 1 dia de “experimentos” numéricos: ~ 200 $ METALURGIA/ UFMG 20

  21. Conclusão 2 Custo cresce em ordens de grandezas de 100 para 1.000 e para 100.000 caso se passe da simulação numérica para a de laboratório e desta para a corrida industrial; As três técnicas são, às vezes, necessárias; Deve-se pois começar pela primeira, a simulação numérica, se o custo for um fator fundamental. METALURGIA/ UFMG 21

  22. Desafio 3: ...do lab para a laminador... A passagem de resultados de laboratório ao laminador envolvem várias questões, dentre elas pelo menos as abaixo listadas: • Escala • Experimentos em escala de lab. são simplificações da realidade e têm que ser assim; • Gerência • Melhoria de processo versus estabilidade de processo; • Uma interface entre lab e laminador. METALURGIA/ UFMG 22

  23. Desafio 3: ...do lab para a laminador... Escala: o quê isto tem a ver... Reproduzido da aula do professor C. M. Sellars “Metallurgical Modelling of Thermomechanical Processing” por ocasião da “50th Hatfield Memorial Lecture”. Dados obtidos no endereço http://immpetus.shef.ac.uk/imm/publicity/tmc.pdf em 21/07/2007 METALURGIA/ UFMG 23

  24. Desafio 3: ...do lab para a laminador... Escala: ...com isto ? Dados obtidos no endereço http://immpetus.shef.ac.uk/imm/publicity/tmc.pdf em 21/07/2007 METALURGIA/ UFMG 24

  25. Desafio 3: ...do lab para a laminador... Gerência: estabilidade de processo... Reproduzido da aula do professor C. M. Sellars “Metallurgical Modelling of Thermomechanical Processing” por ocasião da “50th Hatfield Memorial Lecture”. Dados obtidos no endereço http://immpetus.shef.ac.uk/imm/publicity/tmc.pdf em 21/07/2007 METALURGIA/ UFMG 25

  26. Desafio 3: ...do lab para a laminador... Gerência: interface entre lab e laminador Dados obtidos no endereço http://immpetus.shef.ac.uk/imm em 21/07/2007 METALURGIA/ UFMG 26

  27. Conclusão 3 Transposição de resultados do lab para laminador demandam ajustes de ordem técnica e de ordem gerencial; Os de ordem técnica, talvez o maior referente a escala, podem ser contornados em alguns aspectos mas são inerentes aos processos de simulação; Os de ordem gerencial devem ainda ser desenvolvidos. Supondo, é claro, que o processo já se encontre estabilizado e melhorias tecnológicas possam ser introduzidas sem grandes problemas. METALURGIA/ UFMG 27

  28. Encerramento Muito obrigado pela atenção !!! METALURGIA/ UFMG 28

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