Caracterização mecânica e análise da resistência à corrosão em diferentes solos, de aços inoxidáveis duplex

O aço inoxidável é um material de alta durabilidade e resistência, utilizado nos mais diversos setores comerciais. O conhecimento das suas características e propriedades é essencial para uma escolha mais seletiva e vantajosa. Pretende‐se com este trabalho, estudar as propriedades mecânicas, a resistência ao desgaste e o comportamento, em ambientes mais agressivos de três tipos de aços inoxidáveis duplex, produzidos pela OUTOKUMPU e comercialmente conhecidos pelas designações LDX 2101, SAF 2507 e o SAF 2205. Para tal efeito foram realizados ensaios de Dureza Vickers, antes e após dobragem; ensaios de tracção em duas diferentes situações: seguindo a norma NP EN 10002‐ 1:2006 e após a realização de alguns ciclos de carga e descarga; ensaio de Impacto à temperatura ambiente e após arrefecimento criogénico; ensaio de resistência à corrosão. Também foi feito o estudo de resistência ao desgaste com base na técnica de micro‐abrasão por esfera rotativa e o estudo metalográfico. Foi também objetivo deste trabalho, relacionar o uso dos referidos aços duplex e as consequências que esse uso tem para o meio ambiente, bem como o seu comportamento quando exposto a condições extremas. Para tal, foram colocadas amostras dos referidos aços, em dois tipos de solos com condições de humidade e acidez diferentes analisando o seu estado após imersão em solo com condições controladas durante 272 dias.

Estudo do mecanismo de corrosão por pites em água do mar de aços inoxidáveis supermartensíticos microligados com Nb e Ti

Os aços inoxidáveis supermartensíticos (SMSS) são usados em ambientes agressivos devido à sua boa soldabilidade, boas propriedades mecânicas em temperaturas elevadas e superior resistência à corrosão sob tensão. Aplicações na exploração de petróleo demandam superior combinação de propriedades e os aços inoxidáveis duplex e superduplex têm sido aplicados nessa área, a despeito de seus custos elevados. Os SMSS consistem numa alternativa técnica e econômica ao uso daqueles aços. Nesse trabalho, adições de Nb e Ti foram realizadas com o intuito de minimizar o efeito de sensitização, promover o refino de grãos e foram estudados os aspectos microestruturais e a resistência à corrosão por pites em água do mar. A formação e a evolução dos pites foram acompanhadas por ensaios de corrosão, microscopia óptica e eletrônica, focalizando suas morfologias. O aço com Ti apresentou o melhor desempenho quanto à corrosão, com o maior potencial de corrosão e menor potencial de pite entre os aços em estudo. O aço com Nb, apesar de apresentar potencial de corrosão superior ao do aço sem adição, teve um potencial de pite inferior ao do mesmo.

Estudo comparativo do comportamento de diferentes ferramentas na fresagem de aços duplex

A maquinagem por arranque de apara é, na actualidade, um dos processos de fabrico mais utilizados e de maior relevo no panorama da indústria metalomecânica mundial. Para além da forte evolução que se tem registado ao longo das últimas décadas nos equipamentos ligados à maquinagem, também as ferramentas têm visto o seu desempenho fortemente melhorado, graças essencialmente ao desenvolvimento de revestimentos finos, mono e multicamada, que têm proporcionado o conjunto de propriedades mais indicado a cada situação. Por outro lado, os aços inoxidáveis duplex têm registado um forte incremento na sua aplicação, a qual requer, em muitos casos, o uso da maquinagem para a obtenção das formas necessárias. Tendo em consideração estes dois factores, o presente trabalho visa, essencialmente avaliar qual a ferramenta mais adequada para trabalhar este tipo de ligas, em função do tipo de maquinagem e condições de corte. Para tal, foram utilizadas diferentes ferramentas dotadas da mesma geometria, e seleccionados parâmetros que constituíssem um denominador comum entre os valores indicados pelos diferentes fabricantes. Foram consideradas apenas condições de maquinagem com utilização de fluido de corte e realizados percursos de corte previamente determinados na fresagem, utilizando fresas de topo em condições de maquinagem de alta velocidade. A análise comparativa recaiu sobre a qualidade da superfície gerada por maquinagem, avaliada através de perfilometria, e o desgaste registado por cada uma das ferramentas utilizadas.

Estudo do mecanismo de corrosão por pites em água do mar de aços inoxidáveis supermartensíticos microligados com Nb e Ti

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Influência do aporte térmico da soldagem GTAW no balanço de fases Ferrita/Austenita do Aço Inoxidável Duplex UNS S32205

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Efeito da temperatura de revenimento sobre o grau de sensitização e resistência à corrosão por pite de aços inoxidáveis supermartensíticos contendo 13% Cr, 5% Ni, com e sem adições de Nb e Mo.

O desenvolvimento dos aços inoxidáveis Super-Martensíticos (SM) nasce da necessidade de implementar novas tecnologias, mais econômicas e amigáveis ao meio ambiente. Os aços inoxidáveis SM são uma derivação dos aços inoxidáveis martensíticos convencionais, diferenciando-se basicamente no menor teor de carbono, na adição de Ni e Mo. Foram desenvolvidos como uma alternativa para aços inoxidáveis duplex no uso de dutos para a extração de petróleo offshore em meados dos anos 90. Para que esses aços apresentem as propriedades mecânicas de resistência à tração e tenacidade é necessário que sejam realizados tratamentos de austenitização, seguido de têmpera, e de revenimento, onde, particularmente para este último, há várias opções de tempos e temperaturas. Como os tratamentos térmicos geram as propriedades mecânicas através de transformações de fase (precipitação) podem ocorrer alterações da resistência à corrosão. São conhecidos os efeitos benéficos da adição de Nb em aços inoxidáveis tradicionais. Por isso, o objetivo desta pesquisa foi estudar aços inoxidáveis SM contendo Nb. Foi pesquisada a influência da temperatura de revenimento sobre a resistência à corrosão de três aços inoxidáveis SM, os quais contêm 13% Cr, 5% Ni, 1% a 2% Mo, com e sem adições de Nb. No presente trabalho, foram denominados de SM2MoNb, SM2Mo e SM1MoNb, que representam aços com 2% Mo, 1% Mo e 0,11% Nb. Dado que os principais tipos de corrosão para aços inoxidáveis são a corrosão por pite (por cloreto) e a corrosão intergranular (sensitização), optou-se por determinar os Potenciais de Pite (Ep) e os Graus de Sensitização (GS) em função da temperatura de revenimento. Os aços passaram por recozimento a 1050°C por 48 horas, para eliminação de fase ferrita delta. Em seguida foram tratados a 1050 °C por 30 minutos, com resfriamento ao ar, para uniformização do tamanho de grão. A estrutura martensítica obtida recebeu tratamentos de revenimento em temperaturas de: 550 °C, 575 °C, 600 °C, 625 °C, 650 °C e 700 °C, por 2 horas. O GS foi medido através da técnica de reativação eletroquímica potenciodinâmica na versão ciclo duplo (DL-EPR), utilizando-se eletrólito de 1M H2SO4 + 0,01M KSCN. Para determinar o Ep foram realizados ensaios de polarização potenciodinâmica em 0,6M NaCl. Os resultados obtidos foram discutidos através das variações microestruturais encontradas. Foram empregadas técnicas de microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), simulação termodinâmica de fases através do programa Thermo-Calc e determinação de austenita revertida mediante difração de raios X (DRX) e ferritoscópio. A quantificação da austenita por DRX identificou que a partir de 600 °C há formação desta fase, apresentando máximo em 650 °C, e novamente diminuindo para zero a 700 °C. Por sua vez, o método do ferritoscópio detectou austenita nas condições em que a analise de DRX indicou valor nulo, sendo as mais críticas a do material temperado (sem revenimento) e do aço revenido a 700 °C. Propõe-se que tais diferenças entre os dois métodos se deve à morfologia fina da austenia retida, a qual deve estar localizada entre as agulhas de martensita. Os resultados foram discutidos em termos da precipitação de Cr23C6, Mo6C, NbC, fase Chi, austenita e ferrita, bem como das consequências do empobrecimento em Cr e Mo, gerados por tais microconstituintes. São propostos três mecanismos para explicar a sensitização: o primeiro é devido a precipitação de Cr23C6, o segundo a precipitação de fase Chi (rica em Cr e Mo) e o terceiro é devido a formação de ferrita durante o revenimento. O melhor desempenho quanto ao GS foi obtido para os revenimentos a 575 °C e 600°C, por 2 horas. Os resultados de Ep indicaram que o aço SM2MoNb, revenido a 575°C, tem o melhor desempenho quanto à resistência à corrosão por cloreto. Isso associado ao baixo GS coloca este aço, com este tratamento térmico, numa posição de destaque para aplicações onde a resistência à corrosão é um critério de seleção de material, uma vez que, segundo a literatura a temperatura de 575 °C está no intervalo de temperaturas de revenimento onde são obtidas as melhores propriedades mecânicas.

Sigma phase morphologies in cast and aged super duplex stainless steel

Solution annealed and water quenched duplex and super duplex stainless steels are thermodynamically metastable systems at room temperature. These systems do not migrate spontaneously to a thermodynamically stable condition because an energy barrier separates the metastable and stable states. However, any heat input they receive, for example through isothermal treatment or through prolonged exposure to a voltaic arc in the welding process, cause them to reach a condition of stable equilibrium which, for super duplex stainless steels, means precipitation of intermetallic and carbide phases. These phases include the sigma phase, which is easily identified from its morphology, and its influence on the material`s impact strength. The purpose of this work was to ascertain how 2-hour isothermal heat treatments at 920 degrees C and 980 degrees C affect the microstructure of ASTM A890/A890M GR 6A super duplex stainless steel. The sigma phase morphologies were found to be influenced by these two aging temperatures, with the material showing a predominantly lacy microstructure when heat treated at 920 degrees C and block-shaped when heat treated at 980 degrees C. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Microstructural characteristics and corrosion behavior of a super duplex stainless steel casting

The machining of super duplex stainless steel castings is usually complicated by the difficulty involved in maintaining the dimensional tolerances required for given applications. Internal stresses originating from the solidification process and from subsequent heat treatments reach levels that exceed the material`s yield strength, promoting plastic strain. Stress relief heat treatments at 520 degrees C for 2 h are an interesting option to solve this problem, but because these materials present a thermodynamically metastable condition, a few precautions should be taken. The main objective of this work was to demonstrate that, after solution annealing at 1130 degrees C and water quenching, stress relief at 520 degrees C for 2 h did not alter the duplex microstructure or impair the pitting corrosion resistance of ASTM A890/A890M Grade 6A steel. This finding was confirmed by microstructural characterization techniques, including light optical and scanning electron microscopy, and X-ray diffraction. Corrosion potential measurements in synthetic sea water containing 20,000 ppm of chloride ions were also conducted at three temperatures: 5 degrees C, 25 degrees C and 60 degrees C. (c) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Ultrasound, eddy current and magnetic Barkhausen noise as tools for sigma phase detection on a UNS S31803 duplex stainless steel

Sigma phase is a deleterious one which can be formed in duplex stainless steels during heat treatment or welding. Aiming to accompany this transformation, ferrite and sigma percentage and hardness were measured on samples of a UNS S31803 duplex stainless steel submitted to heat treatment. These results were compared to measurements obtained from ultrasound and eddy current techniques, i.e., velocity and impedance, respectively. Additionally, backscattered signals produced by wave propagation were acquired during ultrasonic inspection as well as magnetic Barkhausen noise during magnetic inspection. Both signal types were processed via a combination of detrended-fluctuation analysis (DFA) and principal component analysis (PCA). The techniques used were proven to be sensitive to changes in samples related to sigma phase formation due to heat treatment. Furthermore, there is an advantage using these methods since they are nondestructive. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Surface integrity analysis in the super duplex stainless steel ASTM-A890 after machining

The purpose of this paper was to study the main effects of the turning in the superficial integrity of the duplex stainless steel ASTM A890-6A. The tests were conducted on a turning centre with carbide tools and the main entrances variables were: tool material class, feed rate, cutting depth, cutting speed and cutting fluid utilisation. The answers were analysed: microstructural analysis by optical microscopy and x-ray diffraction, cutting forces measurements by a piezoelectric dynamometer, surface roughness, residual stress by x-ray diffraction technique and the microhardness measurements. The results do not show any changes in the microstructural of the material, even when the greater cutting parameters were used. The smaller feed rate (0.1 mm/v), smaller cutting speed (110 m/min) and the greater cutting depth (0.5 mm) provided the smaller values for the tensile residual stress, the smaller surface roughness and the greater microhardness.

Microstructure and texture of duplex stainless steel after melt-spinning processing

The microstructure and texture of melt-spun UNS S31803 (DIN W. Nr. 1. 4462) duplex stainless steel were analyzed after casting and solution treatment. The cast ribbons contained austenite (gamma) and ferrite (alpha or delta) with roughly equal compositions. The alpha and gamma had < 100 > and < 110 > partial fiber textures, respectively. After solution treatment, the texture was maintained, the amount of gamma phase increased, and the alloying elements were partitioned as expected, according to whether they were ferrite or austenite stabilizers. (c) 2006 Elsevier Inc. All rights reserved.

Corrosion Versus Mechanical Tests for Indirect Detection of Alpha Prime Phase in UNS S32520 Super Duplex Stainless Steel

Alpha prime formation leads to material embrittlement and deterioration of corrosion resistance. In the present study, the mechanical and corrosion behavior of super duplex stainless steel UNS S32520 aged at 475 degrees C from 0.5 h to 1,032 h was evaluated using microhardness measurements, Charpy impact tests, electrochemical impedance spectroscopy, and cyclic polarization curves. The sensibility of these tests to the effects of alpha prime phase was investigated. The microhardness test showed a gradual increase in hardness with aging time, whereas the impact tests revealed losses of about 80% in the energy absorption capacity for the material aged for 12 h in comparison with the solution-annealed samples. The most responsive analysis was the impact test, which indirectly revealed the presence of this deleterious phase in samples aged for 0.5 h. The electrochemical impedance spectroscopy and polarization tests were not highly sensitive to the alpha prime phase unless these are present in large amounts in the stainless steel.

Improvement of the cavitation erosion resistance of UNS S31803 stainless steel by duplex treatment

A duplex surface treatment consisting of High Temperature Gas Nitriding (HTGN) followed by Low Temperature Plasma Nitriding (LTPN) was carried out in an UNS S31803 duplex stainless steel. The HTGN treatment was intended to produce a relatively thick and hard fully austenitic layer giving mechanical support to the thinner and much harder expanded austenite layer. HTGN was performed at 1200 degrees C for 3 h, in a 0.1 MPa N(2) atmosphere while LTPN, was carried out in a 75% N(2) + 25% H(2) atmosphere, at 400 degrees C for 12 h, under a 250 Pa pressure, and 450 V. An expanded austenite gamma(N) layer, 2.3 mu m thick, 1500 HVO.025 hard, was formed on top of a 100 mu m thick, 330 HV 0.1 hard, fully austenitic layer, containing 0.9 wt% N. For comparison purposes LTPN was carried out with UNS S30403 stainless steel specimens obtaining a 4.0 mu m thick, 1500 HV 0.025 hard, expanded austenite layer formed on top of a fully austenitic matrix having 190 HV 0.1. The nitrided specimens were tested in a 20 kHz vibratory cavitation-erosion testing equipment. Comparison between the duplex treated UNS S31803 steel and the low temperature plasma nitrided UNS S30403 steel, resulted in incubation times almost 9 times greater. The maximum cavitation wear rate of the LTPN UNS S30403 was 5.5 g/m(2)h, 180 times greater than the one measured for the duplex treated UNS S31803 steel. The greater cavitation wear resistance of the duplex treated UNS S31803 steel, compared to the LTPN treated UNS S30403 steel was explained by the greater mechanical support the fully austenitic, 330 HV 0.1 hard, 100 mu m layer gives to the expanded austenite layer formed on top of the specimen after LTPN. A strong crystallographic textured surface, inherited from the fully austenitic layer formed during HTGN, with the expanded austenite layer showing {101} crystallographic planes//surface contributed also to improve the cavitation resistance of the duplex treated steel. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Intragranular formation of austenite during delta ferrite decomposition in a duplex stainless steel

A Fe-22.5%Cr-4.53%Ni-3.0%Mo duplex stainless steel was solution treated at 1,325 A degrees C for 1 h, quenched in water and isothermally treated at 900 A degrees C for 5,000 s. The crystallography of austenite was studied using EBSD technique. Intragranular austenite particles formed from delta ferrite are shown to nucleate on inclusions, and to be subdivided in twin-related sub-particles. Intragranular austenite appears to have planar-only orientation relationships with the ferrite matrix, close to Kurdjumov-Sachs and Nishyiama-Wassermann, but not related to a conjugate direction. Samples treated at 900 A degrees C underwent sparse formation of sigma phase and pronounced growth of elongated austenite particles, very similar to acicular ferrite.