Análise das propriedades mecânicas e microestruturais de um aço estrutural microligado com V-Nb-Ti após tratamento subzero e tratamento criogênico profundo

Abstract

Tem sido crescente o emprego de aços microligados conformados através de processos termomecânicos controlados (TMCP), pois conferem ao material uma microestrutura refinada que oferece alta resistência mecânica e tenacidade à fratura. O aço microligado com V-Nb-Ti, alvo deste estudo, é largamente utilizado na indústria naval e offshore na construção de cascos e estruturas de navios e plataformas. Tais aços permitem utilizar espessuras menores, tornando o projeto mais eficiente e reduzindo os custos envolvidos na construção. Essa pesquisa visa avaliar o efeito dos tratamentos térmicos criogênicos nas propriedades mecânicas dos aços microligados objetivando avaliar a utilização deles em todo tipo de ambiente enfrentado por embarcações offshore pelo mundo. Para a realização dessa pesquisa foram comparados dois tipos de tratamentos térmicos: o tratamento subzero, feito com utilização de um Ultrafreezer com temperatura de -80 °C, e o tratamento criogênico profundo, através da submersão da amostra em nitrogênio líquido a -196 °C. Posteriormente elas tiveram sua microestrutura analisada através de microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia por dispersão ótica (EDS) e difração de raio-X (DRX). Suas propriedades mecânicas foram testadas por meio de ensaio de tração e de microdureza Vickers. Os resultados mostraram que a microestrutura do material demonstrou um leve refinamento de grão resultante dos tratamentos, o que pode ter refletido no incremento de 3% na microdureza na amostra com tratamento subzero e 6% na amostra com tratamento criogênico profundo. O mesmo não foi observado no ensaio de tração, onde não foi observado aumento das tensões de escoamento e ruptura decorrentes dos tratamentos. Através da difração de raios-X foi possível observar a não presença de austenita retida no material, tanto nas amostras sem tratamento quanto nas amostras tratadas, fazendo com que não houvessem alterações ou precipitações de fases devido à criogenia. Visto isso, pode- se concluir que a exposição do aço estrutural microligado ao Nb-V-Ti descrito nesse trabalho não sofre alterações significantes quanto à sua microestrutura nem tão pouco quanto às suas propriedades mecânicas.

The use of microalloyed steels conformed by thermo-mechanical control processes (TMCP) has been increasing because it gives the material a refined microstructure that offers high mechanical strength and fracture toughness. The micro- alloyed steel with V-Nb-Ti, the target of this study, is widely used in the naval and offshore industries, in the construction of hulls and structures of ships and platforms. Such steels allow to use smaller thicknesses, making the project more efficient and reducing the costs involved in the construction. This research aims to evaluate the effect of cryogenic treatments on the mechanical properties of microalloyed steels in order to evaluate their use in all types of environments faced by offshore vessels worldwide. In order to perform this research, two types of thermal treatments were compared: the subzero treatment, using an Ultrafreezer with a temperature of -80 °C, and the deep cryogenic treatment, by submerging the sample in liquid nitrogen at -196 °C. Afterwards they had their microstructure analyzed through optical microscopy, scanning electron microscopy, optical dispersion spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD). Its mechanical properties were tested by traction test and Vickers microhardness test. The results showed that the microstructure of the material showed a slight grain refinement resulting from the treatments, which may have reflected in the 3% increase in microhardness in the sample with subzero treatment and 6% in the sample with deep cryogenic treatment. The same was not observed in the tensile test, where there was no increase in the stresses of flow and rupture due to the treatments. X-ray diffraction showed no presence of austenite retained in the material, both in the untreated samples and in the treated samples, so that there were no changes or precipitations of phases due to the cryogeny. Considering the exposed, it can be concluded that the exposure of the micro-alloyed structural steel to the Nb-V-Ti described in this work does not undergo significant alterations regarding its microstructure nor as much as its mechanical properties.