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As inclusões são geradas normalmente durante o processo de fabricação do aço ainda no estado líquido. Nesse sentido podem ser classificadas como endógenas ou exógenas [1].
Inclusões endógenas são resultantes do processo de desoxidação do aço ou são partículas que se precipitam durante o resfriamento e a solidificação do aço. Exemplos desse tipo de inclusão por desoxidação são as inclusões de alumina (Al2O3) nos aços baixo carbono acalmados ao alumínio e inclusões de sílica em aços acalmados ao silício, geradas pela reação entre o oxigênio dissolvido e os desoxidantes (alumínio e silício). As inclusões de alumina são dendríticas quando formadas em ambientes ricos em oxigênio, mas também podem surgir sob a forma de aglomerados de partículas agregadas. Já as inclusões de sílica em geral são esféricas devido ao fato de serem líquidas ou vítreas no aço líquido. As inclusões de sílica também podem surgir sob a forma de aglomerados de partículas agregadas.
As inclusões podem se acumular na superfície do refratário do revestimento do forno onde se produz o aço líquido, gerando problemas mais sérios se as inclusões acumuladas forem transferidas para o metal líquido e encapsuladas na casca do aço líquido que começa a se solidificar. Estas inclusões acumuladas no bocal submerso de saída do aço líquido da panela para o molde afetam o padrão de fluxo do fluido no molde, gerando um fluxo desigual que pode ter um efeito nocivo na remoção das inclusões. É o chamado entupimento do bocal. Muitos tipos de inclusões podem induzir o entupimento do bocal, dependendo do tipo de aço que está sendo produzido. O entupimento pode ser classificado de acordo com sua fonte: o tipo 1 corresponde à formação de óxidos no fundo do bocal, como conseqüência da aspiração de ar e da reação entre o refratário do bocal e o aço); o tipo 2 está associado aos óxidos presentes no aço e que são transportados para a parede do bocal, resultando normalmente da desoxidação, da reoxidação, de inclusões exógenas ou como produtos da modificação de inclusões;.o tipo 3 surge como conseqüência do resfriamento e solidificação do aço na parede do bocal, devido ao baixo grau de superaquecimento ou à elevada taxa de perda de calor, associada ao aumento local da temperatura liquidus devido à segregação de soluto.
Inclusões de alumina podem ficar retidas no bocal de transferência do aço líquido da panela para o molde, podendo formar aglomerados facetados, em forma de plaquetas ou esferas. As inclusões de TiN (nitreto de titânio) constituem o principal motivo para o entupimento do bocal durante o lingotamento contínuo dos aços inoxidáveis, incluindo entupimentos causados por ferrita delta solidificada com redes de TiN, fragmentos de molde flutuantes e aglomerados de TiN que reagiram com o fluxo do molde e foram encapsulados na superfície do aço solidificado no lingotamento contínuo. Outro motivo para entupimento do bocal é a formação de inclusões de CaO-TiO2 em alguns aços inoxidáveis tratados com cálcio na panela antes do lingotamento contínuo.
Inclusões exógenas surgem principalmente como conseqüência de reações químicas incidentais (reoxidação) e de interação mecânica do aço líquido com o que está em volta: aprisionamento da escória flutuante e erosão do revestimento refratário. As inclusões exógenas apresentam as seguintes características comuns:
1 – Tamanho grande: inclusões resultantes da erosão do refratário em geral são maiores do que as que resultam do aprisionamento da escória.
2 – Composição química variada/multifásica, causada pelos seguintes fenômenos: devido à reação entre o aço líquido e a sílica (SiO2), FeO, MnO presentes na escória e o revestimento refratário, as inclusões de alumina (Al2O3) geradas podem permanecer na superfície. Inclusões exógenas atuam como sítios para a nucleação heterogênea de novas inclusões que se precipitam durante o seu movimento no aço líquido. As inclusões provenientes da escória ou da desoxidação podem reagir com o revestimento refratário do forno ou com outros materiais estranhos deslocados para dentro do aço líquido.
3 – Formato irregular, caso não sejam esféricas resultantes do aprisionamento da escória ou da sílica resultante da desoxidação. As inclusões exógenas esféricas são normalmente grandes (acima de 50 micrometros) e a maioria é multifásica, mas as inclusões esféricas resultantes da desoxidação são normalmente pequenas e monofásicas.
4 – Estão presentes em menor número, quando comparadas com as inclusões pequenas.
5 – Distribuição esporádica no aço e não dispersas como as inclusões pequenas. Devido ao fato de que são geralmente aprisionadas no aço líquido durante o vazamento para o molde e a solidificação, sua incidência é acidental ou esporádica. Por outro lado, facilmente flutuam e sobem, então se concentram em regiões do aço que se solidificam mais rapidamente ou em zonas em que de algum modo a remoção por flotação foi prejudicada. Consequentemente são frequentemente encontradas próximas à superfície.
6 – São mais nocivas às propriedades do aço devido ao seu maior tamanho.
Estas inclusões muito grandes não flutuam rapidamente durante o lingotamento do aço por alguns motivos: são formadas em etapas tardias da fabricação do aço líquido, transferência ou erosão nos fornos metalúrgicos deixando tempo insuficiente para subir antes do lingotamento; a falta de superaquecimento suficiente, o escoamento do aço fluido durante a solidificação induzindo o aprisionamento da escória presente no molde, ou o re-aprisionamento das inclusões que já tinham flutuado antes de entrar completamente na escória.
As inclusões exógenas estão sempre relacionadas coma a prática de fabricação do aço, e o seu tamanho e sua composição química frequentemente levam à identificação de suas fontes. Estas são principalmente a reoxidação, o aprisionamento de escória, a erosão do refratário e reações químicas com o ambiente em geral.
As inclusões de escória, com tamanho entre 10 e 300 micrometros, contêm grandes quantidades de CaO ou MgO, e geralmente são líquidas à temperatura do aço líquido, e assim apresentam formato esférico. A erosão de refratários , incluindo blocos de areia no fundo do molde, sujeira solta, tijolos refratários quebrados e partículas cerâmicas do revestimento do forno, é uma fonte muito comum de grandes inclusões exógenas, que são tipicamente sólidas e relacionadas com os materiais das panelas principal e intermediária. São geralmente grandes e apresentam forma irregular.
Uma outra fonte para a nucleação de inclusões no aço líquido é a presença de bolhas formadas como consequência da presença de gases como argônio, nitrogênio, hidrogênio, oxigênio e monóxido de carbono (CO). Estas bolhas podem encapsular muitas inclusões devido ao seu longo tempo de movimento no aço líquido antes da solidificação. A aglomeração de inclusões sólidas pode ocorrer em qualquer superfície, ajudada pelos efeitos da tensão superficial, incluindo a superfície das bolhas e os refratários. Estas bolhas associadas a inclusões gerarão defeitos de linha (bolhas alinhadas e lascas) na superfície das tiras de aço acabadas. Podem surgir dezenas, centenas ou mesmo milhares de inclusões em cada bolha que se forma na casca que se forma no inicio da solidificação do aço.
Outra fonte para a formação de inclusões é a presença de fluxos usados no molde durante o lingotamento, caso esses fluxos não se fundam homogeneamente e apresentem a tendência de possuir várias fases com áreas de alto ponto de fusão e óxidos com baixa viscosidade. A presença desses fluxos do molde, no início da solidificação que ocorre no lingotamento, dificulta o fornecimento de aço líquido essencial para a lubrificação do molde. Esses fluxos consistem de uma combinação de pó seco e fluxos fundidos ou semifundidos que pode ser rapidamente aprisionada no primeiro lingote a ser fundido. Os defeitos em forma de bolhas na chapa laminada final são causados pela expansão térmica das bolhas de gás associadas com inclusões à medida que a tira passa pela linha de recozimento contínuo. As bolhas são observadas normalmente em um lado da chapa, que corresponde ao lado solto do lingote numa máquina do tipo curvado é raramente observado em chapas produzidas em máquinas com dobramento vertical das placas. Se existirem partículas duras entre as inclusões presentes nesses defeitos em linha, como galaxita, cromo-galaxita ou espinélios, então o polimento da chapa pode deslocar algumas destas causando marcas de arranhões ou riscos [1].
Em geral as inclusões se originam das seguintes fontes [2]:
• Compostos que são dissolvidos por reações químicas no aço líquido e então resultam em mudança de solubilidade dos elementos de liga no aço.
• Compostos que se originam dos processos de trabalho mecânico e tratamentos térmicos.
• Impurezas remanescentes que não são removidas durante o processo de fusão, como matérias-primas não consumidas, material particulado e escória fundida.
• Compostos compósitos que se originam da reação entre diferentes compostos.
