Macrotextura

A textura das amostras após laminação a frio com reduções de 30% e 62% foi analisada por meio da técnica de difração de raios-X nas regiões próxima à superfície e ao centro das amostras. A ferrita e martensita α’ apresentam estrutura cristalina CCC e parâmetros de rede muito próximos dificultando a identificação da textura de cada fase, como visto nos resultados de EBSD (HERRERA; PONGE e RAABE, 2011). Portanto, a textura apresentada pela fase CCC por meio da técnica de difração de raios-X constitui a textura da ferrita e martensita α’. Outro fato importante é que a textura reportada na literatura e também observada no resultados de microtextura (tópico 5.2.4) para a martensita α’ é típica de laminação a frio de metais CCC (KUMAR; SINGH; et al., 2004).

As ODFs e os diagramas das fibras α e γ para a fase ferrítica são apresentados nas Figuras 36 a 38.

Figura 36 – ODFs da fase ferrítica para a amostra após laminação a frio com 30% de redução: (a) superfície e (b) centro.

Figura 37 – ODFs da fase ferrítica para a amostra após laminação a frio com 62% de redução: (a) superfície e (b) centro.

Fonte: Autor, 2016.

Figura 38 – Fase ferrítica: diagramas das fibras (a) α e (b) γ.

(a) (b) Fonte: Autor, 2016.

Na superfície, nota-se que o aumento da porcentagem de redução a frio causou o fortalecimento das componentes da fibra α, o desenvolvimento da fibra γ e o enfraquecimento da componente Goss {011}<100>. A intensidade máxima ao longo da fibra ε ocorre em Φ = 70° e 60,5° para 30% e 62% de redução respectivamente. Este resultado sugere que houve a rotação dos grãos com orientação <110> || DN para as componentes das fibras α e γ (RAABE e LÜCKE, 1993; GAO; LIU; et al., 2013). Portanto, deve-se ressaltar que após laminação a frio com 62% de redução houve o desaparecimento das componentes de cisalhamento. Para 30% de redução, observa-se ainda a componente Goss {011}<100>.

No centro, a fibra α apresentou componentes com maior intensidade em relação à superfície e a fibra γ foi fracamente desenvolvida. Entretanto, houve um leve fortalecimento desta fibra após 62% de redução com maior intensidade nas componentes (111)[2 ̅1], (111)[1 ̅1], (111)[1 ̅2], (111)[1 ̅3] e (111)[ ̅ ̅2] (RODRIGUES, 2013). De acordo Raabe e Lücke (1993), a textura da região central é estável durante a laminação a frio, portanto, a fibra α é intensificada.

As Figuras 39 a 41 apresentam as ODFs e os diagramas das fibras α e τ para a fase austenítica das respectivas amostras. Nota-se que o enfraquecimento da componente cubo é mais intenso na superfície em relação ao centro. O aumento da porcentagem de redução causou o fortalecimento gradual da fibra α devido à transformação seletiva da componente Latão {110}<112>. Tendo em vista que maior fração de martensita pode ser formada nesta região, a transição da textura Cobre {112}<111> para Latão {011}<211> não foi observada. A transformação martensítica modifica o mecanismo de deformação da fase austenítica, diminuindo a deformação por maclação. No centro, a fibra α apresenta um pico na componente Latão {110}<112>. Além disso, o enfraquecimento da componente Cobre {112}<111> ocorreu devido à maior deformação por maclas e bandas de cisalhamento (KEICHEL; FOCT e GOTTSTEIN, 2003; KUMAR; MAHATO e BANDYOPADHYAY, 2005; KUMAR e GHOSH, 2007; YAN; ZHAO; et al., 2014). Relatos na literatura reportam a presença de tais heterogeneidades de deformação na austenita de diferentes AIDs após laminação a frio com reduções aproximadamente iguais ao realizados neste estudo (GAUSS, 2015; KEICHEL; FOCT e GOTTSTEIN, 2003). O

fortalecimento da fibra α está de acordo com o resultado obtido por meio da técnica de EBSD.

A textura das fases ferrítica e austenítica após laminação a frio deste trabalho apresenta boa concordância com os resultados apresentados por Keichel e colaboradores (2003). De acordo com estes autores, a evolução da textura não é contínua e a formação das fibras típicas e orientações finais são retardadas para altos graus de redução devido à partição da deformação entre a ferrita e austenita durante o processo de laminação. Observou-se boa correlação neste trabalho, também relatada pelos autores, entre a textura do aço duplex em estudo e respectivos aços monofásicos (RODRIGUES, 2013; KUMAR e GHOSH, 2007). Além disso, ocorreu modificação da textura após a laminação a frio. Portanto, não houve influência significativa da estrutura bandeada à restrição da rotação dos grãos (KEICHEL; FOCT e GOTTSTEIN, 2003; RYŚ e RATUSZEKB, 2010; RYŚ e WITKOWSKA, 2008).

Figura 39 – ODFs da fase austenítica para a amostra após laminação a frio com 30% de redução: (a) superfície e (b) centro.

Fonte: Autor, 2016.

Figura 40 – ODFs da fase austenítica para a amostra após laminação a frio com 62% de redução: (a) superfície e (b) centro.

Figura 41 – Fase austenítica: diagramas das fibras (a) α e (b) τ.

(a) (b) Fonte: Autor, 2016.

5.3 RECOZIMENTO

5.3.1 Caracterização Microestrutural

As micrografias das amostras após recozimento com interrupção em 900°C e 950°C com reduções de 30% e 62% são apresentadas nas Figuras 42 e 43 respectivamente. Como visto no item 5.2.2, a martensita α’ foi formada durante a laminação a frio. Portanto, ressalta-se que na preparação metalográfica adotada para esta etapa do processamento termomecânico foi utilizado o polimento mecânico.

De modo geral, todas as micrografias apresentam lamelas de ambas as fases em uma distribuição bastante heterogênea.

As amostras após recozimento interrompido a 900°C com 30% de redução e 900°C e 950°C com 62% de redução apresentaram contraste distinto sobreposto à austenita. Para 62% de redução, estas regiões possuem morfologia distinta em comparação ao já visto neste trabalho para martensita α’. Portanto, não é possível de fato afirmar a existência de martensita α’ nestas amostras.

As micrografias das amostras laminadas a frio com reduções de 30% e 62% após recozimento com interrupção em 1000°C, 1050°C e recozimento em 1050°C e 20 segundos de encharque são mostradas nas Figuras 44 e 45 respectivamente. Nota- se que a microestrutura das amostras é composta por somente ferrita e austenita.

A reversão da martensita α’ e a evolução da recristalização das amostras após recozimento final realizados em laboratório será detalhada no tópico 5.3.3 onde serão apresentados os resultados obtidos por meio da técnica de EBSD.

Figura 42 – Micrografia da amostra laminada a frio com redução 30% após recozimento com interrupção em (a) 900°C e (b) 950°C. Seção paralela à direção de laminação.

Região próxima à superfície

Região próxima ao centro (a)

Região próxima à superfície

Região próxima ao centro (b)

Figura 43 – Micrografia da amostra laminada a frio com redução a frio de 62% após recozimento com interrupção em: (a) 900°C e (b) 950°C. Seção paralela à direção de laminação.

Região próxima à superfície

Região próxima ao centro (a)

Região próxima à superfície

Região próxima ao centro (b)

Figura 44 – Micrografia da amostra laminada a frio com redução de 30% após recozimento com interrupção em (a) 1000°C, (b) 1050°C e recozimento em 1050°C com 20 segundos de encharque. Seção paralela à direção de laminação.

Região próxima à superfície Região próxima ao centro (a)

Região próxima à superfície Região próxima ao centro (b)

Região próxima à superfície Região próxima ao centro (c)

Figura 45 – Micrografia da amostra laminada a frio com redução de 62% após recozimento com interrupção em (a) 1000°C, (b) 1050°C e recozimento em 1050°C com 20 segundos de encharque. Seção paralela à direção de laminação.

Região próxima à superfície Região próxima ao centro (a)

Região próxima à superfície Região próxima ao centro (b)

Região próxima à superfície Região próxima ao centro (c)

5.3.2 Diagrama da fração mássica de fases em equilíbrio e Fração Volumétrica das Fases Ferrítica e Austenítica

A Figura 46 apresenta o diagrama da fração mássica de fases em equilíbrio obtido por meio de cálculos termodinâmicos no software Thermo-calc© a partir da composição química das amostras deste trabalho, Tabela 3.

É importante ressaltar que os cálculos são realizados considerando condições de equilíbrio. Portanto, a presença de algumas fases não necessariamente será observada na prática. Com base no diagrama, nota-se a presença de nitretos de cromo no intervalo de temperatura entre aproximadamente 400°C e 885°C. A partir desta temperatura apenas as fases ferrítica e austenítica estão presentes no aço estudado. Observa-se que a fração de austenita aumenta e apresenta um pico em torno de 880°C seguido por uma diminuição em função do aumento da temperatura. O balanço ideal de fases 50/50% é atingindo em 1100°C aproximadamente.

Figura 46 – Diagrama da fração mássica de fases em equilíbrio do aço UNS S32304 simulado no software Thermo-calc© com ênfase nas principais fases e considerando a composição química das amostras deste trabalho, Tabela 4.1.

As Figuras 47 e 48 apresentam a fração volumétrica das fases ferrítica e austenítica obtida por meio do método sistemático de contagem manual juntamente com a fração mássica da última fase obtida por Thermo-calc©. É importante mencionar que a determinação da fração volumétrica das fases contemplou apenas as amostras que não apresentaram indícios de martensita α’, ou seja, permitiu a perfeita identificação das fases austenítica e ferrítica via microscopia ótica. Portanto, apenas as amostras após recozimento interrompido a 950°C, 1000°C, 1050°C e recozimento a 1050°C e encharque com 30% de redução e amostras após recozimento interrompido a 1000°C, 1050°C e recozimento a 1050°C e encharque com 62% de redução foram analisadas.

As amostras retiradas a 950°C e 1000°C com reduções de 30% e 62%, respectivamente, apresentam maior fração de austenita. A fração diminui até atingir aproximadamente 50% de ferrita e austenita para as amostras após laminação a frio e recozimento a 1050°C e 20 segundos de encharque. É possível verificar também que o resultado obtido por esta técnica apresenta boa correlação com o observado por meio cálculos termodinâmicos utilizando o software ThermoCalc©.

Figura 47 – Fração mássica da fase austenítica (ThermoCalc©) e fração volumétrica de ambas as fases (método sistemático de contagem manual) para as amostras com 30% de redução.

Figura 48 – Fração mássica da fase austenítica (ThermoCalc©) e fração volumétrica de ambas as fases (método sistemático de contagem manual) para as amostras com 62% de redução.

Fonte: Autor, 2016.

5.3.3 Difração de Elétrons Retroespalhados (EBSD)

As Figuras 49 e 50 mostram os mapas de fases sobrepostos aos mapas de BC para as amostras após laminação a frio com reduções de 30% e 62%, respectivamente, e recozimento interrompido a 900°C e 950°C referentes às regiões próximas à superfície e ao centro. Estes mapeamentos foram obtidos por meio da técnica de EBSD em um microscópio de alta resolução. As porcentagens de indexação são apresentadas nas Tabelas 6 e 7. Importante mencionar que apenas no mapeamento da amostra com 62% de redução retirada a 950°C na região próximo à superfície foi indexada maior fração de austenita. A maior indexação de ferrita nos mapas pode ser devido à pequena área analisada.

Figura 49 – Mapa de fases sobreposto com mapa de BC: amostra com 30% de redução e recozimento interrompido a (a) 900°C e (b) 950°C.

Fonte: Autor, 2016.

Tabela 6 – Fração de pontos indexados dos mapeamento realizados no MEV de alta resolução para as amostras com 30% de redução e recozimento interrompido a 900°C e 950°C.

Região Recozimento Pontos Indexados (%)

Ferrita Austenita Total

Superfície Interrompido 900°C 49,98 34,12 84,1%

Interrompido 950°C 51,54 36,68 88,22

Centro Interrompido 900°C 47,36 37,18 84,54

Interrompido 950°C 47,11 39,41 86,52

Figura 50 – Mapa de fases sobreposto com mapeamento de BC: amostra com 62% de redução e recozimento interrompido a (a) 900°C e (b) 950°C.

Fonte: Autor, 2016.

Tabela 7 – Fração de pontos indexados dos mapeamento realizados no MEV de alta resolução para as amostras com 62% de redução e recozimento interrompido a 900°C e 950°C.

Região Recozimento Pontos Indexados (%)

Ferrita Austenita Total

Superfície Interrompido 900°C 45,66 38,78 84,44

Interrompido 950°C 42,1 46,25 88,35

Centro Interrompido 900°C 42,86 34,52 77,38

Interrompido 950°C 49,15 38,35 87,50

Conforme visto nas Figuras 49 e 50, as lamelas apresentam distribuição bastante heterogênea. Para as amostras com redução de 30%, foram encontrados indícios de martensita α’ somente para a amostra após recozimento interrompido a 900°C em ambas as regiões analisadas. Esse fato é evidenciado nas Figuras 51a e 51b que mostram as regiões destacadas por retângulos amarelos nos mapeamentos das respectivas regiões na Figura 49. Nas ampliações é possível observar martensita α’ com granulometria significativamente fina próxima a locais que apresentam baixos valores de BC ou pontos não indexados. Ressalta-se que a fração de martensita α’ é baixa. Para a amostra retirada a 900°C com 62% de redução, nota-se regiões com baixo BC e pontos negros que podem possuir no interior martensita α’ não indexada, Figura 51c (TOMIMURA; TAKAKI e TOKUNAGA, 1991).

As Figuras 52a e 52b apresentam regiões ampliadas e indicadas nas Figuras 49b e 50b respectivamente. Observa-se a presença de lamelas de ferrita interrompidas com espessura significativamente pequena localizada no interior de lamelas de austenita. Ressalta-se que esta característica também pode ser verificada no centro. Isto explica porque na técnica de microscopia ótica foi visualizado um contraste distinto sobreposto à fase austenítica para as amostras com 62% de redução retirada a 950°C. Estas finas lamelas de ferrita causaram o contraste distinto e não foram resolvidas por microscopia ótica. Outro fato interessante é o crescimento das lamelas de austenita na direção normal, indicando aumento da fração desta fase. As lamelas de austenita encontram-se aprisionando os grãos de ferrita. Este fato corrobora com os resultados obtidos no método sistemático de contagem manual e cálculos termodinâmicos no software Thermo-calc©.

Portanto, de acordo com resultados de microscopia ótica e EBSD, não é possível afirmar a temperatura de reversão da martensita α’. Entretanto, deve-se mencionar que as amostras recozidas a partir da temperatura de interrupção em 950°C não apresentaram evidências de martensita α’ para ambas as reduções realizadas.

Figura 51 – (a) Regiões ampliadas do mapa de fases sobreposto com mapa de BC evidenciando indícios de martensita α’ e (b) legenda.

Figura 52 – (a) Regiões ampliadas do mapa de fases sobreposto com mapa de BC mostrando presença de lamelas de ferrita interrompidas com espessura significativamente pequena localizadas no interior de lamelas de austenita e (b) legenda.

Fonte: Autor, 2016.

5.3.3.1 Microtextura

As Figuras 53 a 56 mostram os mapas de orientação das amostras após laminação a frio com reduções de 30% e 62% e recozimento interrompido a 900°C e 950°C referentes às regiões próximas à superfície e ao centro. A Figura 57 mostra a distribuição de contornos de grão da fase austenítica para as respectivas amostras.

A fase austenítica apresenta grãos com orientação (101)<uvw> em ambas as regiões e a fase ferrítica grãos com orientação (001)<uvw> e (111)<uvw> no centro. É possível verificar na austenita grãos recristalizados a partir da temperatura de 950°C para 30% de redução, sendo a fração recristalizada maior na superfície

(Figuras 53 e 54). Esta região também apresenta maior frequência relativa de contornos de ângulo em torno de 60°, correspondente a maclas de recozimento (Figura 57a). Para a amostra retirada em 900°C com 62% de redução, a fração de grãos recristalizados é superior à fração de grãos não recristalizados (Figuras 55 e 56). Além disso, nota-se alta frequência relativa de contornos de ângulo em torno de 60° para esta porcentagem de redução, a qual é maior para a temperatura de 950°C (Figura 57b). Este fato evidencia o efeito da porcentagem de redução no progresso da recristalização da austenita.

De modo geral, observa-se que a ferrita e austenita apresentaram grãos recristalizados próximo aos contornos de fase e contornos de grão de alto ângulo. Na região ampliada, Figura 53c, indicada no mapeamento realizado próximo à superfície para amostra após 30% de redução e recozimento interrompido a 900°C, Figura 53a, nota-se um grão nucleado com orientação (111)[1 ̅1] próximo ao contorno de fase em uma matriz com orientação (001)[1 ̅0], (114)[1 ̅0] e (113)[1 ̅0]. Ainda neste mapa, observa-se grãos recristalizados com orientação (111)[2 ̅1], (111)[1 ̅1] e (114)[1 ̅0]. Para a fase austenítica, também é possível verificar grãos recristalizados próximo ao contorno de fase consumindo regiões recuperadas para a amostra retirada em 950°C na região próxima ao centro, região ampliada mostrada na Figura 54c e indicada na Figura 54b. O grão com orientação próxima da componente Latão (110)[1 ̅2] (desvio menor que 15°) está indicado pela seta de cor amarela.

Para amostra após 62% de redução e recozimento interrompido a 900°C na região próximo à superfície, nota-se grãos com orientação (111)[2 ̅1] nucleados no contorno de fase consumindo uma matriz recuperada com orientação (114)[1 ̅0] e (001)[1 ̅0], região ampliada mostrada na Figura 55c e indicada na Figura 55a. Na parte superior, é possível observar um grão com orientação (111)[2 ̅1] nucleado no contorno de fase e próximo ao contorno de alto ângulo. Há também núcleos com orientação (111)[2 ̅1] e (111)[1 ̅1], grãos com orientação da fibra ζ (planos {100} paralelos ao plano da chapa) e grãos com orientação (111)[1 ̅0] e (114)[1 ̅0] recristalizados.

O mapeamento da amostra retirada em 900°C na região central apresenta uma matriz com orientação (114)[1 ̅0] e (113)[1 ̅0] sendo consumida por um grão recristalizado com orientação (111)[1 ̅1]. Pode-se observar também a migração de um contorno de alto ângulo no sentido da direção de laminação (seta amarela). Ainda para esta amostra, é possível verificar um grão com orientação (111)[1 ̅1] crescendo e consumindo um grão com orientação (112)[1 ̅0]. Estes fatos são mostrados na Figura 56c que mostra a região ampliada destacada na Figura 56a. Durante a recristalização, os grãos com orientações pertencentes à fibra γ apresentam maior taxa de nucleação e tendem a consumir grãos com orientações da fibra α que possuem baixa energia armazenada (RAABE e LÜCKE, 1993; GAO; LIU; et al., 2013; HUTCHINSON, 1984; GAO; LIU; et al., 2013). Para a fase austenítica, nota-se também a presença de núcleos formados nos contornos de fase e grãos recristalizados da componente Goss (110)[001] e Latão (011)[2 ̅1], conforme evidencia a Figura 56e.

Outro ponto relevante evidenciado no mapeamento realizado no centro para a amostra após 62% de redução e retirada a 950°C é a nucleação de grãos com orientação (001)[1 ̅0] no contorno de fase de um grão com orientação (112)[1 ̅0], Figura 56d. Observa-se ainda um núcleo com orientação (113)[1 ̅0] entre grãos com orientação (001)[1 ̅0] e (112)[1 ̅0] além de um grão de fibra ζ e (111)[1 ̅0] recristalizados.

Segundo os trabalhos de Herrera e colaboradores (2011) e Fréchard e colaboradores (2006), regiões da ferrita e austenita próximas aos contornos de grão e contornos de fase apresentam maior gradiente de orientação e maior densidade de discordâncias. Este fato pode ser decorrente da interação entre as fases ferrita e austenita durante o processo de laminação a frio (KEICHEL; FOCT e GOTTSTEIN, 2003). Portanto, estas regiões são sítios preferenciais para nucleação de grãos durante o processo de recristalização para os AIDs. Adicionalmente, segundo Keichel e colaboradores (2003), o número de vizinhos limitados devido à estrutura bandeada do duplex causa a diminuição da presença de contornos de alto ângulo que são sítios para a nucleação durante a recristalização. Para a fase austenítica, a

nucleação de grãos nos contornos de fase também foi reportada por Reick e coloboradores (1998).

Figura 53 – Mapa de orientação das fases ferrítica e austenítica: 30% de redução e recozimento com interrupção em (a) 900°C e (b) 950°C. (c) Região ampliada indicada em “(a)” e (d) Legenda. Mapeamento próximo à superfície. Tolerância de 15°.

Figura 54 – Mapa de orientação das fases ferrítica e austenítica: 30% de redução e recozimento com interrupção em (a) 900°C e (b) 950°C. (c) Região ampliada indicada em “(b)” e (d) Legenda. Mapeamento próximo ao centro.

Figura 55 – Mapa de orientação das fases ferrítica e austenítica: 62% de redução e recozimento com interrupção em (a) 900°C e (b) 950°C. (c) Região ampliada indicada em “(a)” e (d) Legenda. Mapeamento próximo à superfície. Tolerância de 15°.

Figura 56 – Mapa de orientação das fases ferrítica e austenítica: 62% de redução e recozimento com interrupção em (a) 900°C e (b) 950°C. (c) Região ampliada indicada em “(a)”, (d) Região ampliada indicada em “(b)”, (e) Região ampliada indicada em “(a)” e (f) Legenda. Mapeamento próximo ao centro. Tolerância de 15°.

Figura 57 – Frequência relativa de contornos de grão em função da diferença de orientação da fase austenítica para as amostras após recozimento interrompido em 900°C e 950°C: (a) 30% e (b) 62% de redução. Superfície Centro (a) Superfície Centro (b) Fonte: Autor, 2016.

Com base nos mapeamentos de EBSD, determinou-se a textura para as respectivas amostras, Figuras 58 e 59. Ressalta-se que as regiões mapeadas são consideravelmente pequenas.

De forma geral, a textura predominante na fase ferrítica das amostras após recozimento interrompido a 900°C e 950°C com 30% e 62% de redução é a fibra α. A fibra γ não foi completamente desenvolvida, entretanto, nota-se que as componentes (111)[1 ̅1] e (111)[ ̅ ̅2] apresentam maior intensidade no centro. Na superfície, nota-se ainda a componente Goss {110}<001>. A intensidade da textura é maior no centro em relação à superfície.

Para a fase austenítica, as orientações ao longo da fibra β e α prevalecem em ambas as regiões. O progresso da recristalização não provoca o aparecimento de novas orientações, conforme pode ser observado nas ODFs para 62% de redução. Adicionalmente, ocorre uma diminuição sutil da intensidade das componentes Latão {110}<112>, Cobre {112}<111> e Goss {011}<100> para a 950°C na superfície. Ressalta-se que as amostras após recozimento interrompido a 900°C com reduções de 30% e 62% apresentaram a componente Cubo {001}<100> na região próxima ao centro.

Conforme visto anteriormente, a partir da temperatura de interrupção de 950°C não foi observada evidências de martensita α’. A austenita não apresentou modificação da textura para as temperaturas de 900°C e 950°C com 30% de redução. Para 62% de redução, a amostra retirada a 900°C já apresenta grãos recristalizados, no entanto, a textura também não apresentou mudanças. Estes fatos são um forte indício de que o mecanismo de reversão da martensita induzida por deformação no

AID em estudo acontece por cisalhamento (KUMAR; MAHATO e

BANDYOPADHYAY, 2005; KUMAR; MAHATO; et al., 2005; NEZAKAT; AKHIAMI; et

Figura 58 – ODFs das fases ferrítica e austenítica para as amostras após laminação a frio com 30% de redução e recozimento com interrupção em 900°C e 950°C: (a) superfície e (b) centro.

Figura 59 – ODFs das fases ferrítica e austenítica para as amostras após laminação a frio com 62% de redução e recozimento com interrupção em 900°C e 950°C: (a) superfície e (b) centro.

Fonte: Autor, 2016.

A Figura 60 apresenta as ODFs da fração de grãos com GOS < 1° e os mapas de GOS da amostra com 30% de redução e recozimento interrompido em 950°C referentes às regiões próximas à superfície e centro. O objetivo desta análise é