Laminação em Aço: Causas, Efeitos e Medidas de Controle de Qualidade

Definição e Conceito Básico

A laminação na indústria do aço refere-se à presença de defeitos distintos e em camadas dentro de um produto de aço, caracterizados pela separação ou delaminação de camadas microestruturais ou pela formação de inclusões ou vazios visíveis e planos. Manifesta-se como um fenômeno de divisão ou descamação que pode ocorrer ao longo das fronteiras microestruturais ou dentro do material em massa, muitas vezes visível em escala macro ou microscópica.

Esse defeito é significativo porque compromete a integridade mecânica, a qualidade da superfície e o desempenho geral dos produtos de aço. A laminação pode levar à redução da resistência, ductilidade e resistência à fadiga, tornando-se uma preocupação crítica de qualidade em aplicações que exigem alta confiabilidade, como componentes estruturais, vasos de pressão e tubulações.

Dentro do quadro mais amplo da garantia de qualidade do aço, a laminação é classificada como um defeito metalúrgico ou uma anomalia relacionada a inclusões não metálicas. Sua detecção e controle são fundamentais para garantir que o aço atenda aos padrões especificados de segurança, durabilidade e desempenho. Reconhecer a laminação ajuda os fabricantes a prevenir falhas catastróficas e otimizar parâmetros de processamento para produzir aço livre de defeitos.

Natureza Física e Fundação Metalúrgica

Manifestação Física

No nível macro, a laminação aparece como separações ou delaminações planas e em forma de placa dentro do aço, muitas vezes visíveis na superfície ou em vistas transversais. Essas camadas podem se assemelhar a linhas ou manchas escuras finas que podem ser confundidas com rachaduras na superfície, mas que na verdade são separações internas.

Microscopicamente, a laminação se manifesta como camadas ou faixas distintas dentro da microestrutura, frequentemente alinhadas ao longo das fronteiras de grão ou características microestruturais, como inclusões ou segregações. Sob microscopia óptica ou eletrônica, essas camadas são caracterizadas por diferenças em composição, densidade ou características microestruturais, como bandas de ferrita, perlita ou carbonetos.

Características típicas incluem a presença de inclusões alongadas, partículas não metálicas ou microvazios alinhados de forma planar. Essas características estão frequentemente associadas à segregação de impurezas ou ao acúmulo de inclusões não metálicas durante a solidificação ou processamento termomecânico.

Mecanismo Metalúrgico

A laminação resulta principalmente da segregação de inclusões não metálicas, impurezas ou constituintes microestruturais durante a solidificação, trabalho a quente ou resfriamento. Durante a fundição do aço, impurezas como enxofre, fósforo ou oxigênio podem se segregar ao longo das fronteiras de grão, formando camadas que enfraquecem a coesão entre regiões microestruturais.

Nos processos de laminação a quente ou forjamento, a deformação diferencial ou o resfriamento desigual podem causar a formação de bandas microestruturais ao longo de planos específicos, especialmente se o aço contiver inclusões alongadas ou fases segregadas. Essas camadas podem atuar como planos de fraqueza, facilitando a delaminação sob estresse.

Alterações microestruturais, como a formação de inclusões não metálicas (por exemplo, óxidos, sulfetos ou silicatos), tendem a se concentrar ao longo de planos específicos, especialmente se forem alongadas ou alinhadas durante o processamento. A presença de tensões residuais, taxas de resfriamento inadequadas ou desoxidação insuficiente pode agravar a formação de laminação.

A composição do aço influencia a suscetibilidade à laminação; por exemplo, altos teores de enxofre ou fósforo promovem a segregação e a formação de inclusões. Condições de processamento, como altas taxas de resfriamento, controle inadequado da temperatura ou desoxidação insuficiente, aumentam a probabilidade de laminação.

Sistema de Classificação

A laminação é classificada com base na gravidade, tamanho e localização dentro do produto de aço. Os critérios de classificação comuns incluem:

• Tipo: Micro-laminação (visível apenas sob microscopia) versus macro-laminação (visível a olho nu).
• Extensão: Laminação localizada (confinada a áreas específicas) versus laminação generalizada.
• Severidade: Menor (camadas pequenas e isoladas), moderada (camadas que afetam uma parte significativa da seção transversal) ou severa (camadas grandes e contínuas que comprometem todo o componente).

Sistemas de classificação padrão, como os descritos na ASTM A802 ou ISO 4967, categorizam a laminação com base no tamanho, distribuição e impacto nas propriedades mecânicas. Por exemplo, uma laminação de grau 1 pode ser uma camada menor e isolada, enquanto o grau 4 indica laminação extensa e crítica.

Em aplicações práticas, essas classificações orientam os critérios de aceitação, com padrões mais rigorosos para componentes críticos. Reconhecer a gravidade ajuda a determinar se o aço pode ser usado como está, requer tratamento corretivo ou deve ser rejeitado.

Métodos de Detecção e Medição

Técnicas de Detecção Primárias

Os métodos primários para detectar laminação incluem inspeção visual, teste ultrassônico (UT), teste de partículas magnéticas (MT) e teste radiográfico (RT).

• Inspeção Visual: Usada para laminação na superfície ou próxima à superfície, especialmente após a preparação da superfície. Envolve examinar a superfície do aço sob iluminação adequada ou ampliação para identificar camadas ou separações visíveis.

• Teste Ultrassônico (UT): Emprega ondas sonoras de alta frequência transmitidas para dentro do aço. Variações na impedância acústica causadas por camadas de laminação produzem ecos ou reflexões que podem ser detectadas e analisadas. O UT é eficaz para a detecção de laminação interna, especialmente em materiais grossos ou opacos.

• Teste de Partículas Magnéticas (MT): Adequado para aços ferromagnéticos, o MT detecta descontinuidades na superfície e próximas à superfície. Magnetizando o espécime e aplicando partículas ferromagnéticas revelam laminação na superfície ou ligeiramente subsuperficial.

• Teste Radiográfico (RT): Usa raios X ou raios gama para produzir imagens da estrutura interna. A laminação aparece como camadas distintas, planas, radiolúcidas ou radiopacas, dependendo do material e das características do defeito.

Padrões e Procedimentos de Teste

Os padrões relevantes incluem ASTM E1444/E1444M para teste ultrassônico, ASTM E709 para teste de partículas magnéticas e ISO 4967 para inspeção radiográfica de produtos de aço.

O procedimento geral envolve:

1. Preparação: Limpar a superfície do espécime para remover sujeira, óleo ou escamas, garantindo acoplamento adequado para UT ou MT.

2. Calibração: Calibrar o equipamento usando padrões de referência com tamanhos e tipos de defeitos conhecidos.

3. Inspeção: Aplicar o método de teste apropriado, ajustando parâmetros como frequência, sensibilidade e voltagem para otimizar a detecção de defeitos.

4. Avaliação: Analisar sinais ou imagens em busca de indicações de laminação, observando tamanho, localização e severidade.

Parâmetros críticos incluem a frequência ultrassônica (frequências mais altas proporcionam melhor resolução, mas menor penetração), corrente de magnetização para MT e configurações de exposição para RT.

Requisitos de Amostra

As amostras devem ser representativas do lote de produção, com acabamento de superfície adequado para o método de inspeção escolhido. Para teste ultrassônico, superfícies planas e lisas são preferidas para garantir acoplamento e transmissão de sinal adequados.

A condicionamento da superfície pode envolver moagem ou polimento para remover escamas ou irregularidades na superfície. Para radiografia, o posicionamento adequado e as configurações de exposição são essenciais para obter imagens claras.

O tamanho e a forma da amostra devem estar em conformidade com os padrões relevantes, garantindo que a inspeção cubra áreas críticas propensas à laminação.

Precisão da Medição

A precisão da medição depende da calibração do equipamento, habilidade do operador e condição do espécime. A repetibilidade é alcançada por meio de procedimentos de teste consistentes