Obtenção de Microestrutura da ZTA

INTRODUÇÃO

Problemas de fissuração em soldas resultam, principalmente, dos altos gradientes térmicos e velocidades de resfriamento impostos à peça durante a soldagem, que produzem tensões residuais elevadas e microestruturas desfavoráveis. Estas características, aliadas à presença de descontinuidades, formadas durante o processo e que atuam como concentradores de tensão, criam condições favoráveis ao aparecimento e propagação de trincas. Em aços estruturais, trincas podem se desenvolver por vários mecanismos, destacando-se a fissuração pelo hidrogênio. Este trabalho se insere numa pesquisa que pretende simular este processo num aço estrutural de alta resistência e baixa liga da classe API X 80 ligado ao boro, fabricado pela Usiminas, através de ensaios de fratura sob carregamento sustentado, em corpos de prova fragilizados por hidrogênio introduzido no material por carregamento catódico.

PRIMEIRA PARTE

SIMULAÇÃO DE MICROESTRUTURAS

DE ZTA DE AÇO ESTRUTURAL

1 - INTRODUÇÃO

Para a preparação dos corpos de prova, foi desenvolvida uma técnica de simulação, através de tratamentos térmicos com um leito de resfriamento controlado, de microestruturas comumente observadas na Zona Termicamente Afetada (ZTA) deste aço em condições similares às obtidas na soldagem. Tomou-se, como padrão, as microestruturas de dois cordões de solda correspondentes a condições de baixo e elevado aporte DE ENERGIA. Através de análise metalográfica, constatou-se, no primeiro caso, a presença de martensita  (prevalente) e bainita. No segundo caso, observou-se bainita e maior tamanho de grão austenítico que o metal de base. Testes diversos foram feitos variando-se a temperatura de austenitização e as condições de resfriamento e comparando as duas microestruturas da ZTAs com as obtidas em cada tratamento térmico foi possível chegar a uma microestruturas e microdureza razoavelmente parecidas com as das respectivas ZTAs.

2 - METODOLOGIA

Material:

Aço ARBL (alta resistência e baixa liga) da série API X 80 ligado ao boro fabricado pela USIMINAS, empregado na indústria petrolífera.

Duas ZTAs diferentes foram obtidas através de dois processos de soldagem - processo TIG, utilizado para a obtenção de uma solda de baixa aporte térmico;  processo MIG, utilizado para a obtenção de uma solda de alto aporte térmico. As duas soldas foram submetidas a uma preparação para análise metalográfica (cortadas, lixadas, polidas e atacadas com NITAL 2% ) e microestruturas e microdureza da ZTA  foram determinadas.

Para a obtenção de duas microestruturas e microdurezas semelhantes às das ZTAs obtidas nas soldagens, foram realizados diferentes tratamentos térmicos no mesmo tipo de aço usado no processo de soldagem. Estes tiveram suas microestruturas e microdurezas avaliadas, até que obteve-se condições semelhantes às das duas ZTA. O tratamento térmico foi realizado  em um leito de resfriamento com velocidade controlada(4).

3 - Condições de soldagem

A condição de alto aporte térmico foi obtida através do processo MIG

• gás      Ar - 25% CO2
• v = 25 cm/ min
• V = 32V
• I = 300A
• aporte = 2,3 KJ/mm

A condição de baixo aporte térmico foi obtida através do processo TIG

• gás      Ar puro    
• v = 25 cm/ min
• V = 12 V
• I = 240 A
• aporte = 0,7 KJ/mm

As duas ZTAs foram submetidas a análise metalográfica, tendo apresentado as seguintes características:

 ZTA (MIG): microestrutura bainítica , 315 Hv de dureza (fig. 1)

 ZTA (TIG):  microestrutura martensítica, 415 Hv de dureza (fig. 2)

Figura 1 - ZTA de alto aporte térmico     Figura 2 - ZTA de baixo aporte térmico

4 - TRATAMENTO TÉRMICO

Para a obtenção de dois aços com microestruturas e microdurezas semelhantes às das ZTAs em questão, o aço estudado foi submetido a diversos tratamentos térmicos. Através de tratamentos térmicos em um leito de resfriamento contínuo, obteve-se condições semelhantes às das duas ZTAs, descritos a seguir: