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Title: Efeito de tratamentos térmicos de têmpera com austenitização antercrítica sobre as transformações de fase e evolução microestrutural de um aço para aplicação na indústria de óleo e gás.
Authors: Schuttenberg, Arthur Cançado
metadata.dc.contributor.advisor: Faria, Geraldo Lúcio de
metadata.dc.contributor.referee: Faria, Geraldo Lúcio de
Magalhães, Charles Henrique Xavier Morais
Moreira, Paulo Sérgio
Keywords: Aço API 5CT L80
Metais - tratamento térmico - austenitização intercrítica
Metais - têmpera
Metais - tratamento térmico - evolução microestrutural
Metais - tratamento térmico - transformação martensítica
Issue Date: 2022
Citation: SCHUTTENBERG, Arthur Cançado. Efeito de tratamentos térmicos de têmpera com austenitização antercrítica sobre as transformações de fase e evolução microestrutural de um aço para aplicação na indústria de óleo e gás. 2022. 49 f. Monografia (Graduação em Engenharia Metalúrgica) - Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2022.
Abstract: Com o avanço da exploração em ambientes cada vez mais agressivos e transporte de hidrocarbonetos, melhorias na performance dos aços para fabricação de tubos são mais exigidas (principalmente no que tange à relação resistência mecânica/ductilidade). Como a microestrutura é considerada um dos fatores mais importantes para a determinação das propriedades mecânicas, o setor produtivo tem investido em pesquisas para obter produtos de elevado desempenho com microestruturas otimizadas pela aplicação de tratamentos térmicos bem planejados em aços com composições relativamente mais simples. Estudos voltados a aços de elevada resistência mecânica para aplicação automotiva têm mostrado que microestruturas bifásicas, constituídas por uma fase dura – martensita, dispersa em uma matriz dúctil de ferrita, podem proporcionar igual, ou melhor relação resistência mecânica/ductilidade em comparação a aços classicamente temperados e revenidos. Essa avaliação para aplicação na indústria de óleo e gás, entretanto, ainda é pouco investigada. O presente trabalho propôs avaliar o efeito de tratamentos térmicos de têmpera com austenitização intercrítica sobre as transformações de fase e o desenvolvimento de microestruturas bifásicas, para um aço de aplicação na indústria de óleo e gás, da classe API 5CT grau L80. Utilizando a técnica de dilatometria, as temperaturas críticas de início (Ac1) e final (Ac3) de austenitização foram determinadas e, a partir delas, planejou-se os tratamentos em diversas temperaturas intercríticas seguidos, sempre, de têmpera a 100°C/s. Por dilatometria, avaliou-se o efeito da temperatura de austenitização intercrítica sobre as temperaturas críticas de início (Ms) e final (Mf) da transformação martensítica e ajustou-se modelos matemáticos disponíveis na literatura aos dados de cinética de transformação martensítica. Também, foi possível propor uma equação de previsibilidade para as variações de Ms e Mf como função da temperatura de austenitização para o aço estudado. Analisou-se ainda o efeito da temperatura de austenitização sobre as microestruturas e microdurezas das amostras temperadas. Concluiu-se que os dados obtidos neste estudo permitiram completa caracterização e mapeamento do efeito de diferentes ciclos térmicos de têmpera com austenitização intercrítica sobre a cinética de transformação martensítica, evolução microestrutural de estruturas bifásicas e microdureza dos produtos obtidos. Exalta-se que a condição de menor temperatura de austenitização (750°C) apresentou microestrutura bifásica com dureza global consideravelmente maior do que a condição temperada e revenida (condição industrial), o que mostra o potencial da utilização do tratamento térmico proposto como possível alternativa às rotas convencionais de têmpera e revenimento utilizadas para a produção de tubos laminados sem costura API 5CT L80.
metadata.dc.description.abstracten: Considering the advancement of hydrocarbons exploration and its transport in increasingly aggressive environments, improvements in the performance of steels for line pipes manufacture are imperative, especially concerning the mechanical strength/toughness ratio. As microstructure isconsidered one of the most important factors on determining mechanical properties, the productive sector has invested in research to achieve high performance products with optimized microstructures by applying well-planned heat treatments to steels with increasingly simpler chemical compositions. Studies aimed at high-strength steels for automotive application have shown that dual phase microstructures, consisting of a hard phase - martensite, dispersed in a ductile ferrite matrix, can provide equal or better mechanical strength/toughness ratio compared to classically quenched and tempered steels. This assessment for application in the oil and gas industry, however, is yet insufficiently investigated. The present work proposed to evaluate the effect of quenching treatments with intercritical austenitizing on phase transformations and the development of dual phase microstructures, of a steel for application in the oil and gas industry, the API 5CT grade L80. For that, the critical austenitizing temperatures were determined by dilatometry techniques and from them, heat treatments were planned at various intercritical temperatures followed, always, by quenching at 100°C/s. By dilatometry, the effect of the intercritical austenitizing temperature on the critical temperatures of the martensitic transformation was evaluated and mathematical models available in the literature were fitted to the martensitic transformation kinetics data. In addition, it was possible to propose a predictability equation for the variation of Ms and Mf as a function of the austenitizing temperature for the studied steel. The effects of the austenitizing temperature on the microstructures and hardness of quenched samples were also evaluated. It was verified that the obtained data in this study allowed performing a complete characterization and mapping of the effect of different quenching cycles with intercritical austenitizing on the martensitic transformation kinetics, microstructural evolution of biphasic structures and hardness of the obtained products. It is remarkable that the lowest intercritical austenitizing temperature (750°C) provided a dual phase microstructure with global hardness significantly higher than the quenched and tempered state (industrial condition), representing as potential condition for alternative use to produce API 5CT L80 seamless line pipes.
URI: http://www.monografias.ufop.br/handle/35400000/4721
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