Aço silício - GO

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Prof. Luiz Cláudio Cândido
AÇOS ESPECIAIS – I 
(MET 410)
AÇOS “ELÉTRICOS” (Siliciosos) - GO
candido@em.ufop.br
 
 
 
 
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO 
Universidade Federal de Ouro Preto 
Escola de Minas – Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais 
Grupo de Estudo Sobre Fratura de Materiais 
Telefax: 55 - 31 - 3559.1561 – E-mail: demet@em.ufop.br 
 
 
 
 
 
 
 
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO 
Universidade Federal de Ouro Preto 
Escola de Minas – Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais 
Grupo de Estudo Sobre Fratura de Materiais 
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Sumário
• Introdução
• Histórico
• Composição química
• Fluxo de produção
• Desenvolvimento da textura
• Tipos de aços GO
Introdução
• Os aços siliciosos de grão orientado (GO) e de grão não orientado
(GNO) são aços ligados ao silício para aplicações elétricas.
• O aço silício GO possui as propriedades magnéticas otimizadas
na direção de laminação, enquanto o GNO apresenta boas
propriedades em qualquer direção;
• O aço GO é utilizado em transformadores e o aço GNO é
aplicado em geradores, motores, reatores e compressores de
geladeiras.
ESTRUTURA CRISTALINA 
SEM ORIENTAÇÃO 
DEFINIDA
ESTRUTURA CRISTALINA 
ORIENTADA EM UMA 
DIREÇÃO DEFINIDA
Isotrópico Anisotrópico
Adequado para máquinas 
rotativas
Adequado para 
transformadores de 
potência e distribuição
AÇO SILÍCIO GNO AÇO SILÍCIO GO
C
A
R
A
C
T
E
R
IZ
A
Ç
Ã
O
AÇO SILÍCIO GO
Característica principal:
Apresentar excelentes propriedades magnéticas na direção de laminação,
resultantes de uma forte orientação cristalográfica dos grãos.
AÇO SILÍCIO DE GRÃO ORIENTADO
Aplicação - Núcleo de Transformador
Função do aço - condutor de fluxo magnético
Propriedades:
- alta permeabilidade
- baixa perda de potência
Anisotropia do Ferro
Orientação Preferencial
(110)[001]
30mm
[110]
Diagrama Fe-Si
Efeito do teor de carbono na transformação de fase 
- no diagrama Fe-Si
%Si
% = 694(%C) -23(%Si) + 64,8
1926 Ruder mostrou que as direções das arestas do cubo da célula
unitária eram mais facilmente magnetizadas, quando
comparadas com as direções das diagonais do cubo e das
faces.
HISTÓRICO
FÁCIL
DIFÍCIL
MÉDIA
1934 o americano Norman Goss obtinha a patente do método de
produção do chamado aço ao silício de grão orientado. Tal
método foi desenvolvido na Empresa ARMCO e consistiu
basicamente de um processo de laminação a frio em dois
estágios com um recozimento intermediário
DIREÇÃO DE 
LAMINAÇÃO grão
TEXTURA 
DE GOSS
Direção 
transversal
Direção de 
laminação
Direção de fácil 
magnetização
Plano
diagonal 
do cubo
1981 foi produzida a primeira bobina de aço silício GO na
América Latina, na “Acesita”, utilizando bobinas a quente
importadas e sob assistência técnica da Armco.
1983 produção das primeiras bobinas na “Acesita” pelo processo
integrado, ou seja, do minério de ferro ao produto acabado.
Alto 
Forno
Aciaria Laminação 
a Quente
Laminação 
a Frio
Acabamento Embarque
Métodos de produção de aço silício GO
Armco Nippon Steel Kawasaki
C, Mn, S C, Al, N, Mn, S, Sn C, Mn, Se ou S, Sb
Reaquec. 1400 C Reaquec. 1400 C Reaquec. 1400 C
Recozimento Bq Recoz. Bq alta temperatura Recozimento Bq
Primeira laminação Laminação a frio 87% Primeira laminação
Recoz. Intermediário Recoz. Intermediário
Segunda Laminação 50% Segunda Laminação 65%
Descarbonetação Descarbonetação Descarbonetação
Recozimento final Recozimento final Recozimento final
Alivio tensão, revestimento Alivio tensão, revestimento Alivio tensão, revestimento
ArcelorMittal Inox Brasil
(Antiga ACESITA)
Gusa
Líquido
Pré-tratamento de Gusa (PTG)
Processo de produção de aço silício GO 
(ArcelorMittal Inox Brasil – Aciaria)
Panela MRP-L
O2
Ar/N2
Lingotamento Contínuo
Forno Panela
Energia Elétrica
Placas
Si=3%
C=0,04%
S=0,03%
N=0,003%
Mn=0,06%
dessiliciação
Oxidação 
C, P, Si, Mn
Ajuste de Comp. Química e 
Temperatura
Placa
Aquecimento
Descarepação
Desbaste
Bobina
Bobinamento
Acabamento
Processo de produção de aço silício GO
(ArcelorMittal Inox Brasil - Laminação a Quente)
Permeabilidade: 1759 G/Oe
Perda 17 kG 60 Hz: 1,784 W/kg
Densidade de sulfetos: 1,2x105 part./ mm2
Posição – Cabeça
Distribuição de sulfetos 
Microscópio Eletrônico de Varredura – 10.000 X
Distribuição de sulfetos 
Microscópio Eletrônico de Varredura – 10.000 X
Permeabilidade: 1869 G/Oe
Perda 17 kG 60 Hz: 1,522 W/kg
Densidade de sulfetos: 8,4x105 part./mm2
Posição – Cabeça
Fluxo de Produção Grão Orientado
PreparadoraBQ Linha de Recozimento e 
Decapagem
Lam. Sendzimir Linha Reparação
(15 fornos)
Bobina de 
GO 
Linha de 
Descarburação
Rec. em Caixa Revestimento Carlite
Corte Longitudinal Embalagem Expedição
170.000 t /ano 180.000 t / anoCap. Máxima: 190.000 t / ano 77.000 t / ano
Cap. Máxima: 38.000 t / ano 36.000 t /ano 40.000 t / ano
40.000 t / ano
GO - 0,73mm
GO - 0,27mm
- Geração de núcleos de Goss;
- Pequenas áreas livres de deformação, altamente orientadas {110}<001>.
LAMINAÇÃO A QUENTE
Primeira laminação a frio
- Herança por memória da estrutura;
- Estrutura deformada de orientação {111}<112>.
Preparadora Recozimento e decapagem Laminador Sendzimir
Bobina 
a quente
Recozimento intermediário
Formação preferencial de grãos (110)[001] dentro da matriz com orientação {hk0}<001>
Recozimento e decapagem Laminador Sendzimir
2ª etapa de laminação a frio
Segunda laminação a frio
Estrutura deformada de orientação {111}<112>
Recozimento e decapagem Laminador Sendzimir
2ª etapa de laminação a frio
Descarbonetação e Recozimento Primário
Grãos primários com orientação (110)[001]
Bobina a frio Descarbonetação Forno em caixa
Revestimento Carlite
Recristalização Secundária
• Em algumas circunstâncias uma estrutura recristalizada pode tornar-se instável
e alguns grãos crescerem excessivamente consumindo os grãos recristalizados.
Este processo é conhecido como crescimento anormal de grão.
• Como o crescimento anormal de grão tem cinética semelhante à da
recristalização primária e similaridades microestruturais com este processo, ele
é conhecido também como recristalização secundária.
• A força motriz para o crescimento anormal de grão é normalmente a mesma do
crescimento normal: redução da energia de contorno de grão. Em materiais
finos pode surgir uma força motriz adicional associada à variação da energia
de superfície com a orientação.
r
F
Zonde
A
Z
RR
AP V
b
a
ab
a
b
1
• A força motriz para recristalização secundária é dada por:
Onde: a = energia de interface entre os grãos secundários e os grãos da matriz
b = energia de interface entre os grãos da matriz
R = raio médio
Ra= raio do grão que está crescendo
Força motriz para crescimento de grão
Condições para que ocorra recristalização secundária
• Estrutura ideal: contornos de grão isentos de impurezas e energia de contorno de
grão constante.
Recristalização secundária não ocorre numa estrutura ideal, pois um grão muito
grande tende a crescer mais devagar que o grão médio.
Para que ocorra recristalização secundária ocrescimento de grão normal tem que ser
inibido.
Os principais fatores que levam ao crescimento anormal de grão são: partículas de
segunda fase, textura e efeito da superfície.
Efeito de partículas
Condições para crescimento anormal
• Recristalização secundária pode ocorrer numa liga em que o crescimento normal
de grão tenha sido estagnado pelo efeito de uma dispersão de partículas;
• A nucleação é o fator crítico, principalmente nas ligas contendo grande fração
volumétrica de partículas. Os núcleos para recristalização secundária são grãos da
matriz que tendem a crescer e atingir um tamanho crítico, a partir do qual o
crescimento anormal é possível.
Nucleação
• Os núcleos na recristallização secundária do aço silício são grãos com orientação
bem definida (110)[001], denominada orientação de Goss;
• O início do processo de recristalização secundária está associado à dissolução e
coalescimento das partículas, com diminuição da pressão de ancoramento;
• Existem duas teorias que tentam explicar a recristalização secundária do aço silício:
- modelo dos núcleos seletivos, com tamanho 2 a 3 vezes o tamanho médio de grão
da matriz, proposto por Hillert;
- modelo do crescimento seletivo, devido a vantagem de mobilidade dos contornos
de grão.
Crescimento seletivo
• Dois modelos de crescimento seletivo têm sido discutidos recentemente:
– Teoria dos contornos tipo CSL (rede de pontos de coincidência), de baixa
energia;
– Teoria dos contornos de alta energia, de alta mobilidade e alta taxa de
coalescimento das partículas de inibidor.
Contornos CSL
Goss
Contornos CSL
Cristal 1
Cristal 2
CSL
Bobina a frio Descarbonetação Forno em caixa
Revestimento Carlite
Diagrama esquemático de nucleação e crescimento preferencial dos grãos
secundários de Goss num estágio incipiente durante a recristalização secundária.
Após descarbonetação Após aquecimento a 980ºC
Após aquecimento a 1100ºC
Crescimento das partículas de Sulfeto de Manganês
10.000 X
Direção de 
Laminação
Figura de corrosão em um 
grão de pobre orientação, 
após recristalização 
secundária
Direção de 
Laminação
Figura de corrosão em 
um grão com orientação 
(110)[001], após 
recristalização secundária
TIPOS DE AÇOS GO
Aços GO regulares: produzidos pelos processos tradicionais, inicialmente
desenvolvido por Goss. O produto final se caracteriza pelo fato da direção de fácil
magnetização 100 apresentar um desvio em torno de 7 em relação à direção de
laminação da chapa. A permeabilidade magnética é em torno de 1840 G/Oe.
Aços GO de alta indução: são aços desenvolvidos por tecnologia das empresas
japonesas, cujos processos se caracterizam pela utilização de outros tipos de
inibidores de crescimento de grãos, tais como AlN, MnSe, B e Sb. O produto final
se caracteriza pelo fato da direção de fácil magnetização 100 ter um desvio de
apenas 3 a 4 em relação à direção de laminação da chapa. A permeabilidade
magnética é em torno de 1900 G/Oe.
Aços GO com refino de domínios magnéticos: produzidos a partir dos
aços GO de alta indução, os aços GO DR são submetidos à uma etapa adicional de
refino dos domínios magnéticos por raios laser, apresentando assim menores perdas
magnéticas que os Hi-Grades.
Figuras de polo (100) do aço silicio GO
P17/50 
(W/kg)
0,18 0,23 0,27 0,30 0,35
ESPESSURA (mm)
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
1,10
1,20
1,30
1,40
1,50
M-6
M-5
M-3H
M-2H
M-1H
M-0H
M-5
M-4
M-3
M-2H
M-1H
M-0H
30ZH 95
M-4
M-3
M-1H
M-0H
27ZH100
27ZH 95
27ZDKH95
27ZH 90
27ZDKH90
30ZH100
M-3
M-2
M-1
23ZH100
23ZH 95
23ZDKH90
23ZDKH85
23ZDKH8018ZDKH80
GO regular
Hi-Grade
Refino domínio
Em desenvolvimento
AÇO GO - ANÁLISE COMPARATIVA
Tipos de aços em 
conformidade com 
a Norma AISI
Perda 17 kG e 60 Hz em função da espessura
y = 2.9855x + 0.7876
R
2
 = 0.8805
1.4
1.45
1.5
1.55
1.6
1.65
1.7
1.75
0.2 0.22 0.24 0.26 0.28 0.3 0.32
Espessura (mm)
Pe
rd
a 
17
 k
G
 6
0 
Hz
 (W
/k
g)