Nesse trabalho avaliou-se o desempenho de aços da classe de 355 MPa de LE produzidos por laminação convencional seguida por tratamento térmico de normalização e por laminação controlada, seguida de resfriamento acelerado (TMCP), quando submetidos a ciclos térmicos reproduzindo a GGZAC de elevados aportes de calor nos simuladores termomecânicos dilatômetro e Gleeble®. As análises microestruturais foram realizadas por microscopia óptica para quantificar os diferentes constituintes e para avaliar o tamanho de grão da austenita prévia. Além do ataque com reativo químico nital 4%, foram utilizados ataques especiais para a identificação e quantificação do constituinte MA. As propriedades mecânicas foram avaliadas através de ensaios de dureza Vickers, de tração uniaxial e de impacto Charpy-V. Foi também realizada análise fratográfica no MEV e em seção ortogonal ao plano de fratura de alguns CPs de Charpy-V fraturados via microscopia óptica e via EBSD. Baseado nos resultados obtidos, as principais conclusões foram:
Ensaios dilatométricos
(i) De maneira geral, para os dois aços avaliados, observou-se que o aumento da
velocidade de resfriamento provocou a redução das temperaturas de transformação da austenita e o aumento da taxa de formação dos seus produtos de transformação. Esses dois fatores estão relacionados com a redução da capacidade da ocorrência de transformações difusionais reconstrutivas, favorecendo, progressivamente, a transformação em baixas temperaturas.
(ii) Para as mesmas condições de resfriamento, o aço UHHIW apresenta início de
transformação em temperaturas mais elevadas que o aço CONV, favorecendo a formação da ferrita proeutetóide, o que pode ser explicado pelo menor valor de carbono equivalente e pelo menor tamanho de grão da austenita prévia.
(iii) O aumento da velocidade de resfriamento provocou o aumento gradual dos produtos formados em temperaturas intermediarias, para o aço UHHIW, e da martensita, para o aço CONV, em detrimento, para os dois aços, da ferrita proeutetóide.
(iv) O campo martensítico do aço CONV é presente em praticamente todas as condições
avaliadas, sendo dominante para condições com velocidade de resfriamento maiores que 30ºC/s. (v) Para os dois aços foram observados o aumento da dureza com o aumento da velocidade de resfriamento devido à formação de microconstituintes de baixa temperatura de transformação. O aço CONV, no entanto, apresenta valores de dureza superiores a 350 HV5, para velocidades de resfriamento maiores que 10°C/s, indicando uma maior susceptibilidade a trincas induzidas por hidrogênio para esse material.
Simulação no equipamento Gleeble®
(i) Observou-se que os ciclos térmicos que se desejava simular foram aplicados com
precisão na região central do CP, região de interesse para avaliação da microestrutura e das propriedades em tração e da tenacidade Charpy-V. Ao longo do comprimento do CP simulado, na condição de menor velocidade de resfriamento (0,5°C/s), verificou-se uma variação na temperatura de pico (visada: 1350°C) em relação ao programado, de 61°C e 89°C à 4 mm e 5 mm do centro, respectivamente. Através desses resultados foi possível inferir que uma região central do CP de no mínimo 10 mm foi submetida ao ciclo térmico da GGZAC desejado. (ii) O aumento da velocidade de resfriamento provocou uma elevação dos valores do limite de escoamento e de resistência do aço CONV sendo que na condição de 30°C/s, o limite de escoamento aumentou em 114%. O aumento das propriedades em tração do aço CONV está associado ao aumento da fração volumétrica de constituintes microestruturais formados em baixas temperaturas de transformação que, na condição de 30°C/s, apresentou cerca de 11% de martensita e mais de 80% de produtos intermediários. Para o aço UHHIW o aumento da velocidade de resfriamento provoca uma elevação nos valores do limite de escoamento, mas não superiores a 20% do metal de base.
(iii) Para as velocidades mais lentas de resfriamento, observou-se uma redução de até 12% nos valores de limite de escoamento do aço UHHIW, mas ainda mantendo um valor superior ao especificado de 355 MPa para o metal de base. A redução do LE foi associada a presença de uma região amaciada de 5,4 mm com uma microestrutura constituída de ferrita poligonal e perlita fina, constituintes diferentes dos observados no material de base e na região simulada. Já para o aço CONV não foi observado tal fenômeno e para a condição de mais lento resfriamento, 0,5°C/s, o limite de escoamento e de resistência apresentaram um aumento de 13% e 14%, respectivamente.
(iv) Através do ataque metalográfico com reativo picral seguido do metabissulfito de sódio foi possível realizar a quantificação por análise de imagens do constituinte MA. Foi evidenciado que o material CONV apresenta regiões com uma maior concentração (2,24±0,24%) de MA do que em outras (0,48±0,30%), o que pode estar relacionado com o bandeamento microestrutural típico desse aço. Foi verificado que o aço UHHIW possui uma menor fração (0,26±0,04%) desse constituinte frágil em comparação ao aço CONV.
(vi) Para a condição de menor velocidade de resfriamento, 0,5°C/s, na qual foi visado a simulação de um elevado aporte de calor, 330 kJ/cm, o aço UHHIW apresentou cerca de 79% da distribuição do tamanho de grão da austenita prévia inferior a 30000 µm2, ao contrário do aço
CONV que apresentou mais da metade dos grãos medidos superiores a 60000 µm2. A partir
formação de precipitados TiN coerentes com a matriz, capazes de ancorar os contornos de grão em elevadas temperaturas.
(v) Todos os resultados de tenacidade ao impacto Charpy-V do aço UHHIW foram
extremamente elevados em relação aos resultados obtidos para o aço CONV, submetido às mesmas condições de simulação e de temperatura de ensaio. Tal fato pode ser justificado pelo seu menor tamanho de grão da austenita prévia, bem como os menores teores de carbono e valores de carbono equivalente, que proporcionam a formação de microconstituintes de menor dureza e uma menor fração do constituinte frágil MA.
(vi) A análise via EBSD mostrou-se ser uma ferramenta extremamente útil para a
caracterização e diferenciação das complexas microestruturas formadas na ZAC e sua influência nas propriedades finais dos materiais em questão. Os mapas cristalográficos criados via análise por EBSD evidenciaram que nas condições de mais baixa velocidade de resfriamento o aço UHHIW apresenta uma elevada densidade de contornos de alto ângulo e pacotes cristalográficos menores quando comparado ao aço CONV, dois fatores que podem ter contribuído para os melhores resultados de tenacidade a baixas temperaturas. Também foi observado que as trincas de clivagem do aço CONV alteram a sua direção de propagação quando ultrapassam contornos de alto grau de desorientação, indicando que unidades cristalinas de contornos de alto ângulo são efetivas em desviar ou embotar a propagação de trincas frágeis ao invés do contorno de grão da austenita prévia.
Pode-se concluir que a utilização dos simuladores termomecânicos dilatômetro e Gleeble® é uma alternativa rápida para determinar a soldabilidade de aços estruturais. Além disso, a utilização do aço TMCP UHHIW pode ser uma excelente opção para o aumento da produtividade dos fabricantes de torres eólicas e de navios de grande porte, por permitir a aplicação de processos de soldagem com elevado aporte de calor.