O que é a refusão por eletroescória (ESR)?

A refusão por eletroescória (ESR, na sigla em inglês) é um processo de refino secundário utilizado para produzir aços de alto desempenho e ligas para altas temperaturas. Ao refundir lingotes de aço, o processo ESR aumenta significativamente a pureza do material e a uniformidade microestrutural. Comparado à siderurgia tradicional, o aço processado por ESR apresenta propriedades superiores. O princípio fundamental desse processo reside na redução significativa de inclusões não metálicas, como óxidos e sulfetos, eliminando, assim, pontos de concentração de tensão e aumentando efetivamente a resistência à fadiga e a resistência mecânica do aço. A Aobo Steel pode fornecer aos clientes aço ferramenta produzido pelo processo ESR, que custa aproximadamente $250–300 por tonelada a mais do que os processos convencionais em forno elétrico.

Como funciona o processo ESR

O princípio fundamental do processo ESR é utilizar escória fundida como elemento de aquecimento resistivo. Ao contrário da fundição por arco elétrico, o calor no processo ESR é fornecido pelo efeito Joule gerado quando a corrente alternada (CA) passa pela escória líquida de alta resistência. O processo envolve três etapas principais:

1. Refusão do eletrodo: O eletrodo consumível (o aço a ser refinado) é imerso em uma poça de escória superaquecida dentro de um molde de cobre resfriado a água. Quando a corrente elétrica passa pela escória, sua temperatura sobe acima do liquidus do metal, fazendo com que a ponta do eletrodo derreta.
2. Refino por gotículas: À medida que as gotículas de metal fundido, formadas pela fusão do eletrodo, passam pela escória líquida durante a descida, intensas reações na interface metal-escória removem o enxofre e eliminam inclusões não metálicas, como óxidos. Esta etapa é fundamental para aumentar a pureza do aço.
3. Solidificação vertical: Gotículas de metal fundido refinado coalescem na poça de fusão abaixo da camada de escória e solidificam-se progressivamente de baixo para cima dentro do molde resfriado a água. Taxas de resfriamento controladas permitem a solidificação direcional do lingote, garantindo uma microestrutura altamente uniforme.

Principais vantagens do aço ESR

O aço processado por ESR possui propriedades superiores que são difíceis de alcançar com os métodos de fundição tradicionais.

1. Maior Pureza: A principal vantagem do ESR reside na sua capacidade de reduzir significativamente o enxofre e as inclusões não metálicas. A escória utilizada no ESR possui reatividade química extremamente alta, absorvendo eficazmente as inclusões de óxido e completando as reações de dessulfurização. O material resultante apresenta uma micropureza excepcional, eliminando fundamentalmente defeitos graves.
2. Isotropia: No aço fundido tradicional, os grãos originalmente desordenados são alongados durante a forjagem ou laminação, formando linhas de fluxo semelhantes a fibras. A direção longitudinal acompanha essas fibras, enquanto a direção transversal é perpendicular a elas. A tenacidade e a resistência na direção longitudinal são significativamente superiores às da direção transversal. Os lingotes ESR exibem uma microestrutura altamente uniforme. Após o trabalho a quente, eles mantêm propriedades mecânicas consistentes tanto na direção longitudinal quanto na transversal, permitindo que resistam a tensões multidirecionais.
3. Microestrutura aprimorada: os lingotes ESR exibem densidade excepcional e uniformidade macroscópica. O processo de solidificação direcional controlada (de baixo para cima) previne eficazmente a formação de cavidades de contração e segregação macroscópica, solucionando os defeitos de qualidade comuns encontrados nas regiões centrais dos lingotes convencionais.
4. Desempenho de polimento superior: Nas indústrias de moldagem óptica ou de plásticos de alta qualidade, o acabamento superficial é um fator crítico. Inclusões não metálicas podem causar poros ou corrosão durante o polimento. Devido à natureza fina e uniforme das inclusões no aço ESR, seu desempenho de polimento é excepcional, permitindo alcançar facilmente acabamentos espelhados.

ESR e VAR: Uma comparação de dois processos de refusão

Tanto a refusão por ESR quanto a refusão por arco a vácuo (VAR) são processos de refusão com eletrodos consumíveis para ligas de alto desempenho, mas apresentam diferenças significativas nos princípios metalúrgicos:

Aplicações do aço ESR

• Aço para moldes de plásticoNa produção de componentes ópticos ou plásticos de alta transparência, os moldes exigem um desempenho excepcional de polimento espelhado. O aço S136 refinado por ESR e H13 Apresentam microestruturas altamente uniformes que suprimem eficazmente os padrões de corrosão e eliminam defeitos superficiais, como corrosão por pite, durante o polimento.
• Aço ferramenta para trabalho a frioEm aplicações de alto impacto, como matrizes de corte, O material deve apresentar tenacidade e resistência ao lascamento excepcionais. Comparado aos aços convencionais, tipos como D2 Os ESR oferecem resistência superior à fadiga, reduzindo significativamente o risco de falha prematura da ferramenta.
• Aço para ferramentas de trabalho a quenteFerramentas como: moldes de fundição sob pressão O aço H13 ESR é amplamente utilizado devido à sua excelente isotropia e microestrutura não segregada, que aumentam significativamente a tenacidade transversal e a resistência ao choque térmico, prolongando assim a vida útil do molde em ambientes de alta temperatura.

Perguntas frequentes