Efeito do nióbio e molibdênio na microestrutura e resistência mecânica de um aço microligado

Abstract

RESUMO: O processo usual para elaboração de aços utilizados na indústria de petróleo e gás é a laminação controlada, porém, não é adequado para fabricação de peças de geometria complexa, como juntas e conexões. Nestes casos, o forjamento é a melhor opção, pois permite maior diversidade de conformação. Considerando o desenvolvimento de aços microligados forjados, o objetivo deste trabalho é estudar a influência de nióbio e molibdênio nas propriedades mecânicas, características microestruturais e precipitação de carbonetos de duas ligas com diferentes teores destes elementos. Neste contexto, os aços foram forjados na forma de barras quadradas, posteriormente submetidas ao recozimento, têmpera e revenimento em diferentes temperaturas e meios de resfriamento. Destas barras foram retiradas amostras para análises microestruturais e ensaios mecânicos de tração, impacto Charpy e desgaste abrasivo. O software FactSage foi utilizado para previsão da precipitação dos carbonetos de liga. Os resultados mostram que o nióbio e molibdênio apresentam efeitos similares na transformação dos aços, promovendo a formação da microestrutura mista de ferrita acicular e bainita, desejável para este tipo de aplicação. Além disso, foi possível observar que enquanto o molibdênio tem efeito dominante no endurecimento por solução sólida, as análises microestruturais e simulações termodinâmicas indicam que o nióbio é o principal responsável pelo refinamento de grão e endurecimento secundário.

ABSTRACT: Controlled rolling is the most usual way for fabrication of steels used in the oil and gas industry, however, this process is unsuitable to produce complex geometry tools, such as joints and connections. Forging presents as a viable option to manufacture this kind of components, allowing a wider diversity of conformation. Considering the development of microalloyed steels forgings, the objective of this work is to study the influence of niobium and molybdenum on mechanical properties, microstructural characteristics and carbide precipitation of two alloys with different contents of these elements. In this context, the steels were forged in the shape of square bars, posteriorly submitted to annealing, quenching and tempering heat treatments were performed using different temperatures and cooling rates. Samples for microstructural analysis, tensile and charpy mechanical tests and abrasive wear tests were extracted from the bars. Prediction of alloy carbide precipitation was performed using FactSage software. Results show that niobium and molybdenum present similar effects on phase transformation of steels, promoting an acicular ferrite/bainite microstructure, desired for this kind of application. Besides, it could be observed that while molybdenum has dominant effect on solid solution strengthening, microstructural analysis and thermodynamic simulations indicates that niobium is the main responsible for grain refinement and secondary hardening.