Title

ASSESSMENT OF THE SUSCEPTIBILITY TO "HOT SHORTNESS" OF COPPER CONTAINING STEELS

ACESSIBILIDADE DA SUSCETIBILIDADE DA FRAGILIDADE À QUENTE (HOT SHORTNESS) DOS AÇOS CONTENDO COBRE

Authorship

Comineli, Osvaldo; Dippenaar, Rian

Comineli, Osvaldo

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Dippenaar, Rian

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DOI

10.5151/2594-5300-18151

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Abstract

Environmental pressures are forcing an increase of use of highly contaminated steel scrap in the electric-arc furnace processing route. Copper is a particularly troublesome contaminant since it is not possible to remove it from the molten steel and hence, all the copper entering the furnace will be present in the final alloy. At hot- working temperatures, iron is oxidized preferentially at the external surface and liquid copper forms on austenite grain boundaries, causing cracking (or "hot shortness") in the steel. Within the bulk, copper segregates to MnS inclusions exacerbating the problem of segregation. On the positive side, the copper that remains dissolved in ferrite, leads to age hardening, an important improvement in mechanical properties, and also improves weathering corrosion resistance. Hence, there is significant commercial interest in capitalizing on the improved properties resulting from copper additions without encountering hot shortness during thermo-mechanical processing. Previous researchers have shown that for samples tested in an argon atmosphere, the presence of copper in steel only slightly impairs the hot-ductility in the temperature range 700-900°C because of the precipitation of copper sulphide. We contend that hot shortness actually results from the melting of segregated copper metal at the temperature of hot-deformation, causing cracking. Therefore, the best way to simulate the actual role of copper in causing the hot shortness is by conducting tests in air since iron will then be oxidized preferentially, thereby increasing the extent of copper segregation. However, it is not possible to accurately measure the reduction of area because excessive oxidation at the testing temperature produces highly spoiled fractures. Consequently, the frequently used technique of determining hot ductility in a hot-tensile test has serious limitations with respect to assessing hot shortness since an inert atmosphere is required to ensure reliable measurements at temperatures above the melting point of copper. Hence, the hot-tensile test is not an appropriate technique to assess hot shortness and alternative ways of assessing hot shortness will be discussed.

Pressões ambientais forçam o aumento de uso de sucatas altamente contaminadas na fabricação de aço em forno elétrico. O cobre é uma contaminação particularmente problemática, pois não se pode removê-lo do banho de aço liquido e, portanto, todo o cobre carregado será incorporado à liga. Nas temperaturas de processamento à quente do aço, o ferro é oxidado na superfície, preferencialmente ao cobre, durante o resfriamento, formando um filme de cobre líquido no contorno de grão austenítico, causando fragilidade a quente (hot shortness) do aço. Disperso no interior do aço, o cobre migra para o entorno das inclusões de MnS, tornando ainda pior o problema de segregação. Em seu lado positivo, o cobre que permanece dissolvido na ferrita, promove o fenômeno de envelhecimento por precipitação, uma melhoria importante nas propriedades mecânicas do aço, e também o aumento da resistência à corrosão atmosférica. Assim, há um interesse comercial importante em capitalizar os benefícios resultantes da adição de cobre, desde que não ocorra o fenômeno da fragilidade à quente no processamento termomecânico do aço. Pesquisadores anteriores mostram que, para amostras testadas ao ar, a presença de cobre causa apenas uma leve redução na ductilidade à quente, na faixa de temperatura de 700-900°C por causa da precipitação de sulfeto de cobre. Nós afirmamos que a fragilidade à quente realmente não pode ser simulada por ensaio de ductilidade, pois ela é resultado da fusão do cobre segregado na temperatura de deformação a quente a quente, causando a trinca. Portanto, a melhor forma de simular o papel real do cobre na fragilidade a quente é conduzindo ensaios ao ar, pois assim é produzida a oxidação preferencial do cobre e aumentando a quantidade de cobre segregado. Contudo, não é possível uma medição precisa da redução de área porque a oxidação excessiva na temperatura de ensaio produz uma fratura bastante danificada. Consequentemente, a técnica usualmente empregada para determinar a ductilidade a quente por ensaio de tração à quente apresenta sérias limitações no sentido de similar a fragilidade a quente, já que é necessária uma atmosfera inerte para assegurar uma medida de redução de área confiável. Desta forma, o ensaio de tração à quente não é uma técnica apropriada e forma

Keywords

Hot shortness; Copper containing steels; Cracks; Continuous casting; Hot processing.

Fragilidade à quente; Aços contendo cobre; Trincas; Llingotamento contínuo; Processamento à quente.