Caracterização avançada de aços microligados de baixo Mn e alto Nb aplicados em tubos sour service visando aumento do desempenho de tenacidade
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Tese de doutorado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Roberto Braga Figueiredo
Kenji Camey
Antônio Augusto Gorni
Kenji Camey
Antônio Augusto Gorni
Resumo
Aços microligados de baixo Mn e alto Nb apresentam características bastante interessantes na aplicação em dutos para transporte de óleo e gás em ambientes ácidos, onde a presença de hidrogênio leva a falhas prematuras destas estruturas. Por outro lado, o baixo valor de carbono equivalente, usualmente encontrado nesse tipo de aço, demanda que o processo de laminação a quente e de resfriamento acelerado deve ser cuidadosamente selecionado para explorar ao máximo a capacidade do Nb em promover aumento da resistência mecânica e da tenacidade, simultaneamente, sem prejudicar a resistência ao trincamento por hidrogênio. Para fazer esta avaliação, duas ligas foram produzidas variando o teor de Mn, a liga 1 visando 0,70% e a liga 2 visando 0,95%, ambas laminadas em chapas de 32 mm de espessura no laminador de chapas grossas da usina de Ouro Branco da Gerdau. A liga 1 foi utilizada para o estudo da influência da deformação da austenita, variando o percentual de redução em 55%, 65% e 75%, na microestrutura e na textura do aço e como estas afetam as propriedades mecânicas. Nesta etapa a caracterização foi feita por meio de MEV/EBSD avaliando-se a textura, o nível de desorientação dos grãos, a fração volumétrica dos microconstituintes e a densidade de discordâncias. Através dessa caracterização encontrou-se um ponto ótimo de processamento no laminador a 65% de redução na etapa de acabamento, onde a textura de deformação na microestrutura final foi a mais intensa. A liga 2 foi utilizada para análise da influência do processamento termo-mecânico e de resfriamento acelerado, via ensaios de dilatometria com deformação, na formação da bainita e da ferrita acicular, sendo esta última a microestrutura alvo devido à sua capacidade de aumentar a tenacidade sem comprometer a resistência mecânica. Os resultados mostraram que a bainita e a ferrita acicular se formam simultaneamente, não sendo possível distinguir ambas em campos separados no diagrama TRC. Adicionalmente, a quantidade de deformação da austenita não alterou, em média, a fração volumétrica de ferrita acicular na microestrutura. Os resultados obtidos em ambas as ligas sugerem que a rota de laminação mais apropriada para este aço é aquela cuja deformação da austenita resulte na textura mais intensa sem provocar recristalização parcial na fase de acabamento. No resfriamento, a taxa deve ser a maior disponível no equipamento para a espessura de 32 mm, de modo que se obtenha uma mistura de bainita com ferrita acicular e que a ferrita poligonal seja evitada.
Abstract
Low Mn and high Nb microalloyed steels display very interesting characteristics for the
application in pipelines for transportation of oil and gas in sour environments, where the
presence of hydrogen leads to premature failures of these structures. On the other hand, the
low carbon equivalent value, usually found in this type of steel, demands that the hot rolling
and accelerated cooling process must be carefully selected in order to maximize the effect of
Nb to promote an increase in mechanical strength and toughness, simultaneously, without
impairing the resistance to hydrogen cracking. To perform this evaluation, two alloys were
produced varying the Mn content, alloy 1 aiming at 0.70%Mn and alloy 2 aiming at 0.95%Mn,
both rolled into 32 mm gauge plates at the Gerdau Ouro Branco plate mill. Alloy 1 was used
to study the influence of austenite deformation, varying the reduction percentage in 55%, 65%
and 75%, on the microstructure and texture of the steel and how these affect the mechanical
properties. In this step, the characterization was performed using SEM/EBSD, evaluating the
texture, the level of grain misorientation, the volume fraction of the microconstituents and the
dislocation density. Through this characterization, an optimal processing value was found for
the hot rolling at 65% reduction during the finishing stage, where the deformation texture in the
final microstructure was the most intense. Alloy 2 was used to analyze the influence of
thermomechanical processing and accelerated cooling, via dilatometry tests with deformation,
on the formation of bainite and acicular ferrite, the latter being the target microstructure due to
its ability to improve toughness without compromising the tensile strength. The results showed
that bainite and acicular ferrite form simultaneously, not being possible to distinguish both in
separate fields in the CCT diagram. Additionally, the amount of austenite deformation did not
change, on average, in the volume fraction of acicular ferrite in the microstructure. The results
obtained in both alloys suggest that the most appropriate rolling schedule for this steel is the
one where the deformation of austenite results in the most intense texture without causing
partial recrystallization during the finishing stage of hot rolling. During the cooling process, the
rate should be the highest possible for the given equipment at thickness of 32 mm, so to obtain
a mixture of bainite with acicular ferrite and to avoid the formation of polygonal ferrite.
Assunto
Engenharia metalúrgica, Metalurgia física, Ferrita, Laminação (Metalurgia)
Palavras-chave
Aço HTP, DWTT, EBSD, Ferrita acicular, Bainita