Parâmetros metalúrgicos

A liga 600, para efeito de aplicação na confecção dos bocais do MAB de RAP, sofre tratamento térmico na faixa de 870 a 980o_{C por 90 minutos ou mais,} exceto os fabricados na França que são tratados na faixa de 710 a 860oC se a tensão de escoamento exceder 343 MPa. Na fabricação, o processo de usinagem introduz tensões residuais e torna a tensão de escoamento maior do que a do material original. A solda de penetração e o processo de montagem dos bocais também introduzem tensões residuais e deformações, a interferência entre o bocal e o tampo introduz pequenas tensões circunferenciais (“hoop stresses”) que tendem a relaxar durante a soldagem [SHAH et al., 1994].

O material para fabricação dos bocais mais susceptível à CSTAP é aquele que recebeu um recozimento final com uma temperatura relativamente baixa re-cristalizando os grãos trabalhados a frio, mas que não causou dissolução dos precipitados de carbonetos. Esses carbonetos não dissolvidos restringem o crescimento de grãos resultando numa estrutura de grão fino com carbonetos intragranulares e poucos precipitados de carbonetos intergranulares; durante o resfriamento do recozimento final, os carbonetos não precipitam nos novos contornos de grãos por causa da falta de carbono na solução disponível para precipitação: esse é o caso, por exemplo, da caracterização do material dos bocais da unidade 2 de Calvert –Cliffs [HALL et al., 1992].

6.2. Microestrutura

A microestrutura é um dos parâmetros preponderantes na CST. A liga 600 é constituída de uma matriz austenítica de precipitados – carbonetos de cromo, carbonitretos e nitretos. A distribuição de carbonetos em contornos de grãos depende da temperatura TA do tratamento de laminação e recozimento (“mill annealing”). Geralmente se obtém três tipos de estrutura. Se a temperatura do tratamento é superior à de re-dissolução de carbonetos TS, a recristalização acompanha uma precipitação nos contornos de grãos durante o resfriamento. Isso conduz à estrutura do tipo I (Figura 6.1.a), cujo tamanho de grão está entre 20 m

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e 50 m. Por outro lado, se TA é inferior a TS , a dissolução dos carbonetos é parcial e a precipitação se fará no resfriamento principalmente sobre os carbonetos e numa menor medida sobre os contornos de grão. Obter-se-á a estrutura do tipo II (Figura 6.1.b), caracterizada por uma repartição dos carbonetos intragranulares sobre os contornos de grão da rede antiga de grãos. O tamanho dos grãos varia entre 10 m e 20 m. Observar-se-á a estrutura III (Figura 6.1.c) nas mesmas condições uma vez que a precipitação antes do tratamento é intragranular. A repartição de carbonetos é assim aleatória.

Figura 6.1. Diferentes tipos de microestrutura da liga 600 segundo o tratamento térmico. Ataque efetuado com ácido ortofosfórico [FOCT, 1999].

Estudos concluíram que aumenta na razão direta a susceptibilidade`a CST, quando se passa da estrutura metalográfica do tipo I ao tipo III. Essa influência da microestrutura é atribuída à distribuição de carbonetos nos contornos de grão. O tratamento térmico suplementar de normalização a 7000_C permite também que os carbonetos precipitem nos contornos de grão, o que melhora a resistência à CST, exceto no caso particular de um pré - encruamento à medida que os carbonetos precipitam nas bandas de deformação [FOCT, 1999].

Symons e outros pesquisadores estudaram amostras de liga 600 em água a alta temperatura hidrogenada com vapor e em três condições microestruturais

diferentes — material como recebido, recozido, recozido e deformado— através de metalografia óptica (MO) e microscopia eletrônica analítica (MEA): obtiveram diversas estruturas principalmente de grãos e seus contornos: nas amostras tratadas termicamente houve eliminação da subestrutura de discordâncias e aumento da precipitação da forma M7C3 em contornos de grãos de carbonetos intergranulares, havendo um diminuição da susceptibilidade à CST do material; o trabalho a frio produziu aumento dessa susceptibilidade entre outras conclusões

[SYMONS et al., 1997].

As precipitações de carboneto de cromo ocorrem prematuramente na liga 600 devido à solubilidade do carbono ser baixa mesmo a temperaturas muito altas, por exemplo 0,03% em peso a 10000C. Os precipitados nessa liga incluem o M7C3 e o M23C6, além de nitretos de titânio e carbonitretos. Após tratamentos de processo e subseqüentes tratamentos térmicos, a estrutura predominante é o M7C3 (M> 95% Cr), com a chamada estrutura cristalina pseudo-hexagonal. Com temperaturas de envelhecimento mais altas ou depois de tempos maiores em baixas temperaturas quando a atividade do carbono é menor, o M23C6 pode precipitar. Esse carboneto tem estrutura dendrítica (ramificada) e tem uma relação cubo-sobre-cubo com a matriz: seu conteúdo metálico é mais de 90% Cr e os precipitados intergranulares podem ser produzidos variando de pequenas ou grandes partículas discretas a porções semi-contínuas dessas partículas

[BRUEMMER & WAS, 1994].

Embora o mecanismo pelo qual essa precipitação de carbonetos nos contornos de grãos não seja perfeitamente conhecido [BRUEMMER & WAS, 1994], foi

proposta uma explicação para sua ação sobre a CST, com base nos efeitos sobre a plasticidade do material: observações através de microscopia eletrônica de transmissão demonstraram que os carbonetos intergranulares favorecem a emissão de discordâncias do contorno ao interior do grão, o que relaxa as tensões no contorno e assim diminui o aparecimento de trincas intergranulares, conforme é ilustrado na Figura 6.2. O efeito inverso é obtido para os carbonetos intragranulares que bloqueiam as discordâncias emitidas pelo contorno e reemitem essas para o contorno. Esse processo aumenta por conseqüência as tensões no contorno e acelera o aparecimento de trincas. Nesse caso, o efeito dos carbonetos intragranulares não é preponderante, face à sua baixa densidade volumétrica [FOCT, 1999].

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Figura 6.2. Efeito dos carbonetos (a) intergranulares e (b) intragranulares sobre as discordâncias, [FOCT, 1999].

Shah e outros autores [BRUEMMER & WAS, 1994], [HALL et al., 1992], [SHAH et al., 1994] afirmam que a experiência de campo e as pesquisas mostram que a

resistência à CSTAP da liga 600 é máxima quando os contornos de grãos são recobertos com carbonetos contínuos ou semi - contínuos. A resistência à CSTAP é mínima quando os contornos de grão são recobertos com carbonetos discretos e bastante espaçados (isto é, uma zona livre de precipitados ou PFZ- “precipitate free zone”). O tempo de iniciação da trinca por CSTAP cresce cinco vezes quando a cobertura de carbonetos nos contornos de grão cresce de 0 a 100 %. O contorno de carbonetos cresce para maior tamanho de grão e quando a temperatura do tratamento térmico é suficientemente alta para dissolver todo os carbonetos depositados antes do tratamento, resulta numa microestrutura mais resistente à CSTAP [SHAH et al., 1994].

Bruemmer também observa a partir de experimentos que a influência das porções semi-contínuas de carbonetos sobre a CSTIG depende bastante do meio em que a liga está imersa [BRUEMMER & WAS, 1994].

Gras resume o duplo papel que pode ter a precipitação de carbonetos: se a precipitação for intergranular, ela pode retardar significativamente o deslizamento intergranular e conseqüentemente a velocidade de propagação de trincas por CST; por outro lado, se a precipitação for intragranular, ela pode aumentar o deslizamento intergranular, através de deformação por fluência (“creep”) nos contornos de grãos, aumentando assim a velocidade de propagação de trincas por CST [GRAS, 1993].