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[en] THREE-DIMENSIONAL TURBULENT FLOW IN A CONTINUOS CASTING TUNDISH / [pt] ESCOAMENTO TRIDIMENSIONAL TURBULENTO NUM DISTRIBUIDOR DE AÇO PARA LINGOTAMENTO CONTÍNUO

MARCUS VINICIUS ANDRADE BIANCHI 09 January 2012 (has links)
[pt] Análise do escoamento tridimensional turbulento, isotérmico, em regime permanente, num distribuir retangular de aço para lingotamento contínuo. No processo de lingo tamento contínuo, o distribuidor é um reservatório intermediário que tem como função distribuidor o metal fundido desde a panela de fundição até os moldes, e remover as inclusões não-metálicas que podem comprometer a qualidade do lingote. O escoamento turbulento foi modelado utilizando-se a analogia de Boussinesq para avaliar as tensões de Reynolds, e a viscosidade turbulenta foi avaliada através do modelo k-e de turbulência. Desenvolveu-se um algoritmo de solução de equações elípticas tridimensionais carte sianais de conservação utilizando o método dos volumes de controle. O acoplamento velocidade-pressão é tratado através do algoritmo SIMPLEC. As equações algébricas de conservação são resolvidas iterativamente de forma segregada, utilizando-se o algoritmo TDMA linha-por-linha e um algoritmo de correção por blocos para acelerar a convergência. O escoamento para um distribuidor sem barreiras e diferentes configurações com um dique e uma barragem foram estruturadas. Foi calculado o tempo de residência de uma partícula no distribuidor e um fator de limpeza foi estabelecido a fim de se poder qualificar diferentes configurações. Os resultados obtidos foram comparados com os disponíveis na literatura, apresentando excelente concordância. Comprovou-se que a utilização de barreiras traz benefícios para o processo de lingotamento contínuo, uma vez que sendo o tempo de residência no distribuidor maior, existe uma maior probabilidade de remoção das inclusões não-metálicas. / [en] The turbulent fluid flow was modelled by the Boussinesq analogy to evalute the Reynolds stress, and the turbulent viscosity was calculated by the k-e turbulence model. A computer program to soolve the tridimensional cartesian elliptic equations was developed using the control volume method approach. The velocity-pressure couppling was treated using the SIMPLEC algorithm. The algebric conservation equations were solved in a segregated way, using the TDMA line-by-line algorithm and a block correction was employed to acelerate convergence. The fluid flow was solved for a tundish without flow control and different configura tions with a weir and dam were also studied. The tome of residence inside the tundish was calculated and a cleanliness factor was adopted to quality diferent: configurations. The results were compared with solutions avaiable in the literature, showing an excelent comparison. It was shown that the use of a weir and a dam as flow control can be very atractive, as the time of residence inside the tundish is bigger, raising the probality of non-metalic inclusions separation.
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[en] BEHAVIOUR CORROSION OF API 5L X70 AND API 5L X80 STEELS IN A CO2 MEDIUM BY SURFACE ANALYSIS AND ELECTROCHEMICAL TECHNIQUES / [pt] AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO EM CORROSÃO DOS AÇOS API 5LX70 E API 5LX80 EM MEIO CONTENDO CO2 POR TÉCNICAS DE ANÁLISES SUPERFICIAIS E ELETROQUÍMICAS

MILAGROS MABEL GUILLEN NUNEZ 30 October 2006 (has links)
[pt] A seleção de materiais para o transporte de óleo e gás não é feita pela sua resistência à corrosão, mas sim pelas suas boas propriedades mecânicas, facilidade de fabricação e baixos custos. Devido às taxas de perda de material, causado pela corrosão interna, existe necessidade em se conhecer o comportamento dos aços de mais alta resistência, utilizados especialmente em gasodutos e oleodutos tais como API 5L X70 e API 5L X80. Um dos elementos responsáveis pela corrosão interna é o dióxido de carbono (CO2). O principal produto de corrosão da reação deste gás com o aço é um precipitado de carbonato de ferro que em determinada temperatura se acredita poder retardar o processo de corrosão, agindo como uma barreira à difusão das espécies. Neste trabalho foi estudado o comportamento destes aços numa solução de 1% NaCl contendo CO2, e a estabilidade do filme formado (FeCO3) à diferentes temperaturas. Técnicas de análise eletroquímicas como: curvas de polarização, resistência à polarização linear e de impedância eletroquímica foram usadas para estudar a formação do filme de carbonato de ferro sobre a superfície dos aços. O filme também foi observado e caracterizado por microscópio eletrônico de varredura (MEV) e difração de raios-X. / [en] The selection of materials for the transport of oil and gas, is not always made sufficiently emphasizing corrosion resistance, but rather good mechanical properties, ease of fabrication and low cost. Due to the material loss rates resulting from internal corrosion, it becomes necessary to thoroughly characterize the behaviour of the high strength steels which are used for oil and gas pipelines, such as API 5L X70 and API 5L X80. One the contributing factors responsible for internal corrosion is carbon dioxide (CO2). The main corrosion product resulting from the action of this gas, in solution, on the steel is an iron carbonate precipitate which is believed to retard further corrosion at some temperatures, acting as a diffusion barrier to the chemical species involved. The current work studies the behaviour of the above steels in a 1% NaCl solution containing CO2, and the stability of the FeCO3 film formed at different temperatures. Electrochemical analysis techniques, such as polarization curves, linear polarization resistance and impedance measurements were used to study the formation of the iron carbonate film on the surface of the steels. The film was also observed and characterized by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD).
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[en] QUENCHING AND PARTITIONING OF NI-ADDED HIGH STRENGTH STEELS: KINETICS MODELLING MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES / [pt] TÊMPERA E PARTIÇÃO EM AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA CONTENDO NI: MODELAGEM CINÉTICA, MICROESTRUTURA E PROPRIEDADES MECÂNICAS

ANA ROSA FONSECA DE AGUIAR MARTINS 03 December 2007 (has links)
[pt] Aços de alta resistência contendo frações significativas de austenita retida têm alcançado grande interesse comercial principalmente quando associados ao fenômeno TRIP durante o processo de conformação final. Recentemente, um novo conceito de tratamento térmico, denominado Têmpera e Partição, vem sendo estudado como mais uma alternativa no desenvolvimento de aços multifásicos. Neste processo, o controle da fração volumétrica da austenita retida é possível uma vez que durante o tratamento de partição, a supersaturação de carbono na martensita temperada é utilizada para estabilizar a austenita não transformada, evitando assim transformações futuras que poderiam ocorrer em temperaturas mais baixas. A seqüência de processamento térmico envolve o tratamento de têmpera numa faixa de temperatura entre Ms e Mf, seguido de partição numa temperatura igual ou superior à temperatura de têmpera. A partição do carbono da martenista para a austenita é possível caso reações competitivas, como por exemplo, a precipitação de carbetos, sejam suprimidas pela adição de elementos de liga tais como Si e/ou Al. Uma condição básica para o modelo está relacionada à restrição de movimentação da interface martensita/austenita, uma vez que a difusão em temperaturas baixas está limitada aos átomos interticiais. Essa restrição leva a um novo conceito de equilíbrio denominado Equilíbrio Constrito de Carbono, que é caracterizado pela igualdade do potencial químico na interface austenita-martensita apenas para o carbono. Nesse trabalho foram desenvolvidos quatro aços, contendo diferentes percentuais de C e Ni e com a presença dos elementos Si, Mn, Mo e Cr. A adição desses elementos teve finalidade reduzir a temperatura Bs, visando desacoplar o tratamento de têmpera e partição de uma eventual transformação bainítica. Um conjunto de condições para o tratamento de têmpera e partição foi então desenhado, envolvendo diferentes temperaturas de têmpera e diferentes temperaturas e tempos de partição. A avaliação microestrutural foi realizada utilizando recursos de microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura e de transmissão. A técnica de difração de raios-X foi empregada para quantificar a fração de austenita retida e seu enriquecimento em carbono. Foi modelado o processo de partição do carbono utilizando o programa DICTRATM. Os resultados dessas simulações foram analisados em termos dos parâmetros microestruturais, do tempo e da temperatura, e como essa combinação influência a cinética de partição do carbono. Os resultados obtidos para as amostras ensaiadas em tração indicaram uma vasta combinação de resistência e ductilidade, confirmando o potencial do processo na otimização das propriedades mecânicas. / [en] High strength steels containing significant fractions of retained austenite have been developed in recent years and are the subject of growing commercial interest when associated with the TRIP phenomenon during deformation. A new process concept, Quenching and Partitioning, has been recently proposed for production of steel microstructures containing carbon-enriched austenite. The heat treatment sequence involves quenching to a temperature between the martensite-start (Ms) and martensite-finish (Mf) temperatures, followed by a partitioning treatment, above or at the initial quench temperature, designed to enrich the remaining untransformed austenite with the carbon escaping from the supersaturated martensite phase, thereby stabilizing the retained austenite phase during the subsequent quench to room temperature. To enable the austenite enrichment, competing reactions, principally carbide precipitation, must be suppressed by appropriate alloying elements, such as Si and/or Al. The concept assumes a stationary martensite/austenite interface and the absence of shortrange movements of iron and substitutionals elements. The condition under which partitioning occur has been called Constrained Carbon Equilibrium (ECC), due to the restriction in movement of the interface and the assumption that only carbon equilibrates its chemical potencial at the interface. In this work, a group of four alloys was investigated, containing different additions of C and Ni and containing Si, Mn, Mo e Cr. These alloys were designed to preclude bainite formation at the partitioning temperatures of interest. Several heat-treatments, were performed in these alloys, using the Q&P concept, to evaluate its effect on the resulting microstructure and mechanical properties. Each alloy was quenched at selected temperatures and partitioned from 350 to 450°C for times ranging from 10 to 1000s. Microstructural characterization was performed by optical microcoscopy, scanning and transmission electron microscopy, while X-ray diffraction was used to determine both the fraction and the carbon content of the retained austenite. Partitioning kinetics were simulated with DICTRATM. The results were analyzed taking into consideration the scale of the microstructure, as well as the partitioning temperature. Tensile test results indicated that very high levels of strength with moderate toughness can be achieved confirming the potential of the Q&P to produce a superior combination of mechanical properties.
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[en] MICROSTRUCTURAL AND MECHANIC EVALUATION OF DUPLEX STAINLESS STEEL UNS S31803 UNDER DIFFERENT COOLING RATES / [pt] AVALIAÇÃO MICROESTRUTURAL E MECÂNICA DO AÇO INOXIDÁVEL DUPLEX UNS S31803 SUBMETIDO A DIFERENTES TAXAS DE RESFRIAMENTO

MARINA DI GIOLO BERNARDES GUIMARAES 20 April 2017 (has links)
[pt] Aços inoxidáveis duplex são constituídos de matriz austeno-ferrítica e denominados AID s. A presença simultânea das fases austenita e ferrita em proporções similares faz com que esse aço apresente excelente combinação de propriedades como, elevada resistência à corrosão e altos valores de resistência mecânica. As melhores propriedades são atingidas quando é obtido um balanço apropriado de austenita e ferrita, sem a presença de fases deletérias. No entanto, devido ao alto teor de elementos de liga presente na composição química, os aços duplex apresentam um comportamento complexo de transformação e precipitação de fases. Durante a soldagem destes aços estas transformações de fase são influenciadas pela taxa de resfria mento imposta pelos ciclos térmicos associados ao aporte de calor. O objetivo deste trabalho foi avaliar as transformações microestruturais e como estas influenciam as propriedades mecânicas, em função de diferentes taxas de resfriamento a partir de diferentes temperaturas de solubilização, para o aço inoxidável duplex da classe UNS S31803. Foi realizada solubilização em quatro diferentes temperaturas (1000, 1100, 1200 e 1300 graus Celsius) seguido de resfriamento em diferentes meios tais como água gelada, água na temperatura ambiente e óleo, os quais forneceram taxas de resfriamento partindo de 228, 98 e 62 graus Celsius/s, respectivamente. Foi observado que o aço UNS S31803 em estudo apresentou limite de escoamento, dureza e limite de resistência em acordo com na norma ASTM A240-2015 para todas as condições estudadas. Verificou-se ainda, que a variação da fração volumétrica de fases foi mais significativa para as temperaturas de solubilização a 1200 e 1300 graus celsius, independente da taxa de resfriamento aplicada, a qual se refletiu nas propriedades mecânicas do aço. / [en] Stainless steels constituted of austenitic-ferritic matrix are called duplex stainless steels (DSS). The presence of ferrite and austenite phases simultaneously in similar proportion causes to DSS an excellent arrangement of properties such as high corrosion resistance and high mechanical strength values. The best properties are reached by obtaining an appropriate balance of austenite and ferrite without deleterious phases. However, due to the high presence of alloying elements in its chemical composition, the DSS has a complex behavior of transformation and precipitation phases. During the welding process the phase transformation are influenced by the cooling rate imposed by the thermal cycles associated with the heat input. The purpose of the present work is to evaluate the UNS S31803 (DSS) microstructural transformation behavior and its mechanical properties variations based on different cooling rates from different solubilization temperatures. Four different temperatures were used (1000, 1100, 1200 and 1300 Celsius degrees) followed by cooling in ice water, water at room temperature and oil, which provided cooling rates starting respectively from 228, 98 and 62 Celsius/s degrees. In the test results, the studied DSS proved to have satisfactory response regarding the mechanical limits specified in ASTM A240-2015 for all conditions applied. Furthermore, the variation in the fractions of phases were more significant for solubilization temperatures at 1200 and 1300 Celsius degrees, regardless of the cooling rate applied, which was reflected in the mechanical properties of the steel.
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[pt] ANÁLISE DA FALHA DE UM SONOTRODO PARA CORTE DE BORRACHA / [en] FAILURE ANALYSIS OF A SONOTRODE FOR RUBBER CUT

MARCELO GOMES FARINHAS 18 April 2016 (has links)
[pt] Os processos industriais de uma maneira geral são compostos de várias etapas que promovem a transformação de materiais, seja na sua forma primária, ou na forma de subprodutos, que vão posteriormente formar o produto final. Neste contexto, na indústria fabricação de pneus, existe uma etapa bastante específica que é o corte de borracha, etapa esta, que pode ser realizada de várias formas e técnicas sendo que uma delas, é o corte por ultrassom. Apesar do corte por ultrassom ser eficiente e proporcionar ao material um acabamento nas superfícies superior aos demais, os sistemas de corte por este método apresentam fraturas excessivas do componente que realiza o corte, chamado de sonotrodo. Neste trabalho, foram investigadas algumas das causas possíveis (causas raízes) para as falhas apresentadas pelos sonotrodos. O estudo envolveu a análise química qualitativa do material, a análise de tensões utilizando o método de elementos finitos, ensaios mecanográficos e caracterização mecânica do material. Os resultados obtidos permitiram a identificação do mecanismo de dano acumulado no componente durante sua vida em serviço, permitindo a indicação de possíveis causas raiz que levam o sonotrodo a falhar de maneira prematura. / [en] Industrial processes generally are comprised of several steps that promote the transformation of materials, whether in their primary form, or as by-products, which will subsequently form the final product. In this context, the tire manufacturing industry, there is a very specific step is the cutting of rubber; this step can be performed in various ways and techniques one of which is the cutting by ultrasound. Although efficient cutting and the cut material presenting a finish of the cut surfaces higher than the other cutting systems ultrasound have excessive fractures component that performs cutting, called sonotrode. In this study, we investigated some of the possible (root cause) for failures made by sonotrode. The study involved a qualitative chemical analysis of the material, stress analysis using the finite element method, metallographic tests and mechanical characterization of the material. The results obtained allowed the identification of the accumulated damage mechanism in the component during its service life, allowing indication of possible root because that lead the sonotrode to fail prematurely.
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[en] QUANTIFICATION OF AUSTENITE-MARTENSITE IN LOW ALLOY STEEL BY IMAGE ANALYSIS / [pt] QUANTIFICAÇÃO POR MICROSCOPIA DIGITAL DO MICROCONSTITUINTE AUSTENITA-MARTENSITA EM AÇO DE BAIXA LIGA

JULIO DAMIAN SUNI MAMANI 05 May 2014 (has links)
[pt] O objetivo deste trabalho foi desenvolver uma metodologia para quantificação, por microscopia, do microconstituinte Austenita-Martensita (AM) em um aço de alta resistência e baixa liga (ABRL) da classe API5LX80. Foram obtidas imagens de Microscopia Ótica (MO) em campo claro e Eletrônica de Varredura (MEV), nos modos de elétrons secundários (SE) e retroespalhados (BSE). As imagens foram quantificadas por Processamento e Análise Digital de Imagens (PADI) e os resultados dos dois tipos de microscopia foram comparados. O principal desafio foi discriminar AM em meio a uma microestrutura multifásica complexa, com frações variadas de ferrita, bainita e do próprio AM. Para revelar a presença de AM foram testadas diferentes sequências de ataques químicos e eletrolíticos. Os resultados demostraram que o ataque químico misto, acrescentando um passo Lepera modificado gerou uma melhora acentuada do contraste em imagens de MO e de MEV no modo BSE. Imagens de MEV no modo SE apresentaram problemas de borda devido à posição do detector de elétrons, o que impediu a correta discriminação das regiões de AM. No modo BSE, a tensão de aceleração foi reduzida para 5 kV, para reduzir a penetração do feixe de elétrons e aumentar o contraste devido à fina camada de AM. Estas imagens foram filtradas para reduzir ruído e segmentadas por limiar simples para quantificar o AM. Nas imagens coloridas de MO, o AM foi segmentado por limiares nos espaços de cor RGB e HSB e em seguida foi quantificado. Utilizando Microscopia Co-Localizada (MCL) foram obtidas imagens de campos idênticos no MEV e no MO, permitindo comparar as técnicas. Mostrou-se que, no mesmo aumento, a microscopia ótica tende a subestimar a fração de AM quando comparada à microscopia eletrônica de varredura, no modo BSE. / [en] This dissertation proposed the development of a quantification method, by microscopy, of the microconstituent Martensite-Austenite (MA) in a High Strength Low Alloy (HSLA) steel of the API5LX80 class. Images were obtained by Optical Microscopy (OM) and Scanning Electron Microscopy (SEM), in secondary electron (SE) and backscattered electron (BSE) modes. Digital Image Processing and Analysis (IA) was employed to process and quantify the acquired images and compare the results of the two types of microscopy. The main challenge was to discriminate the MA amidst a complex multiphase microstructure with varying fractions of ferrite, bainite and MA itself. To reveal the MA different chemical and electrolytic etching sequences were tested. The results showed that a mixed combination with an extra step of modified LePera etchant issued the best contrast for both OM and BSE mode SEM. SEM images in SE mode showed edge problems due to the location of the electron detector, what prevented the correct discrimination of MA regions. The accelerating voltage in the BSE mode was reduced to 5 kV which in turn decreased beam penetration and increase contrast due to the thin MA layer. These images were filtered to reduce noise and segmented by a simple threshold to quantify MA. In the color OM images MA was segmented by thresholds in the RGB or HSB color spaces and subsequently quantified. Employing Co-Site Microscopy images of identical fields acquired by OM and SEM, a direct comparison of the techniques was allowed. It was show that, for the same magnification, optical microscopy tends to underestimate the MA fraction when compared to electron microscopy in BSE mode.
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[en] COOLING WATER TREATMENT USING HYDROGEN PEROXIDE / [pt] TRATAMENTO DE ÁGUAS DE RESFRIAMENTO COM PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO

FERNANDO ANTONIO SERRAPIO PERES 24 August 2006 (has links)
[pt] O tratamento de águas de resfriamento normalmente é feito com a adição de cloro, porém este produto apresenta algumas desvantagens em sua aplicação. Como alternativa ao cloro, algumas indústrias no Brasil e no exterior estão começando a utilizar outros biocidas, dentre estes o peróxido de hidrogênio, um poderoso oxidante que apresenta forte ação biocida. O objetivo deste trabalho foi comparar a eficiência do cloro e do peróxido de hidrogênio como biocidas em diferentes condições, através de testes em água da torre de resfriamento de uma indústria siderúrgica localizada no Rio de Janeiro. A contaminação microbiológica desta água foi medida sem a adição dos biocidas e com a adição de cloro e peróxido de hidrogênio, permitindo assim comparar o desempenho destas substâncias no combate aos grupos bacterianos presentes na amostra. Foi realizado também um estudo sobre o efeito corrosivo destas substâncias através de testes de corrosão em aço carbono 1020, que permitiram avaliar a taxa de corrosão por perda de massa provocada pela aplicação destes produtos na água. Os resultados mostraram que o peróxido de hidrogênio possui uma ação biocida satisfatória para aplicações em águas de resfriamento. Foi constatado que o efeito biocida do peróxido de hidrogênio é mais limitado do que o cloro e que sua eficiência depende do tempo de contato e pode ser afetada pela presença de impurezas dissolvidas na água. Os ensaios de corrosão revelaram que o peróxido de hidrogênio provoca um efeito corrosivo comparável ao do cloro no material testado. / [en] Cooling water treatment generally is made with the addition of chlorine, although it´s application has some disadvantages. There is an active development in Brazil and other countries to use alternative chemical disinfectants in place of chlorine, such as hydrogen peroxide, a powerful oxidant which is known for its high biocidal efficiency. The aim of this research is to study the effectiveness of hydrogen peroxide as a disinfectant compared to chlorine in different operational conditions. The experiments were carried out using an water sample from a cooling water system of a steelmaking plant in the city of Rio de Janeiro. The microbial contamination of this water sample was measured without adding any kind of disinfectant. After that, water sample was treated by adding hydrogen peroxide and chlorine, in order to compare and evaluate the efficiency of the two biocides to control bacterial growth in water. Besides microbiological tests, experiments were conducted to compare the degree of corrosion caused by the addition of hydrogen peroxide and chlorine in water. The experimental methodology employed 1020 carbon steel specimens and corrosion rates were measured by weight loss determination after the period of exposure. The results showed that the application of hydrogen peroxide leads to satisfactory bacterial control. However, compared to chlorine, hydrogen peroxide is a rather poor disinfectant. The efficiency of hydrogen peroxide depends on reaction time and it is affected by dissolved polluants in water. Evaluation of corrosion rates showed that hydrogen peroxide causes basically the same corrosion rates than chlorine.
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[en] EFFECT OF THE HIGH FREQUENCY HOT INDUCTION BENDING PARAMETERS AND POST TEMPERING HEAT TREATMENT ON THE STRENGTHENING MECHANISM OF AN API 5L X80 PIPE STEEL / [pt] INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DE CURVAMENTO A QUENTE POR INDUÇÃO DE ALTA FREQUÊNCIA E REVENIMENTO POSTERIOR SOBRE OS MECANISMOS DE ENDURECIMENTO DE TUBO DE AÇO API 5L X80

RAFAEL DE ARAUJO SILVA 13 March 2019 (has links)
[pt] As correlações dos parâmetros de processamento com a microestrutura e propriedades mecânicas resultantes apresentam grande relevância para o controle da qualidade e manutenção do grau API do tubo curvado por indução. Este trabalho enfoca principalmente nas alterações dos mecanismos de endurecimento para avaliar os efeitos do curvamento a quente e do revenimento posterior. Foi observado que além do refino de grão, a precipitação fina dos microligantes na austenita e a densidade de discordâncias são responsáveis pelas propriedades mecânicas do material como recebido. O endurecimento por solução sólida caracterizado para todas as amostras foi aproximadamente igual. O endurecimento devido ao refino de grão dependeu do fator de endurecimento. Nas curvas as transformações de fases de baixas temperaturas foram induzidas pela elevação da temperabilidade em função de maiores temperaturas de curvamento, contudo a extensão das camadas temperadas ficou limitada pelas taxas de resfriamento. A principal alteração promovida pelo curvamento a quente e diretamente associada ao projeto de liga do aço é devido à inibição da precipitação do vanádio e sua manutenção em solução sólida. O endurecimento das curvas a quente devido à precipitação do molibdênio, transformação de fases e densidade de discordâncias não foi suficiente para atingir o limite de escoamento mínimo especificado pela API, para o grau X80, sem a aplicação de revenimento posterior a 600 graus Celsius para obter precipitação fina de vanádio. / [en] The correlation between high frequency hot induction bending parameters with microstructure and mechanical properties is very important in order to keep the bent pipe within the API grade, in according with the API Specification 5L after the induction bending. The measured values of yield strength are a function of hardening mechanisms in both the tangent end and the bent section. The changes imposed by the thermal cycles of hot bending and tempering can modify the contribution of the strengthening mechanisms. This work aims to evaluate the changes of mechanical properties in the tangent end and the bent section from the point of view of the strengthening mechanisms such as phase transformation, dislocation density and precipitation. The results of the microstructural evaluations of the tangent section have shown that the hardening by grain refinement, precipitation in the austenite and the high dislocation density were responsible for high yield strength. The restrict range of cooling rate originated from the hot bending temperature was the most significant parameter on the microstructure, precipitation, dislocation density and hardening of the layers of the bent section. However, in the bend sections the restriction of precipitation of Vanadium significantly decreased the yield strength level. After hot bending the contributions of the strengthening mechanisms such as precipitation, phase transformation and dislocation hardening did not produce the desired minimum value of 552 MPa for the yield strength. Only after the tempering heat treatment at 600 Celsius degrees it was possible to obtain an increase in the yield strength.
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[en] MODELLING OF THE GMAW PROCESS THERMAL CYCLE IN DUPLEX STAINLESS STEEL USING FINITE ELEMENTS METHOD / [pt] MODELAGEM DO CICLO TÉRMICO DO PROCESSO GMAW EM AÇOS INOXIDÁVEIS DUPLEX PELO MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS

THIAGO GUERRA 29 January 2019 (has links)
[pt] Os aços inoxidáveis Duplex são materiais metálicos que tendem a aliar uma excelente resistência à corrosão em meios agressivos com elevada resistência mecânica devido à sua microestrutura bifásica. Essa microestrutura é composta por uma matriz ferrítica e ilhas de austenita, a temperatura ambiente, com frações volumétricas aproximadamente iguais dessas duas fases. Com isso, estas ligas costumam ser utilizadas em tubulações e equipamentos industriais onde se requer elevada relação resistência/peso, especialmente em empreendimentos de construção e montagem off-shore. Este trabalho apresenta uma metodologia desenvolvida com a utilização de um modelo numérico parametrizado baseado no método de elementos finitos para analisar o efeito dos ciclos térmicos de soldagem nos aços duplex e leanduplex. O modelo desenvolvido faz uso da análise térmica transiente da soldagem, em que as propriedades térmicas dos materiais envolvidos são termo dependentes, e grandes gradientes térmicos são gerados entre a região da solda e as áreas afastadas dela. Procedimentos experimentais para medição dos ciclos térmicos empregados sob determinados regimes de soldagem são utilizados para calibrar o modelo numérico. A metodologia é aplicada ao estudo do comportamento de uma solda na forma de cordão sob chapa contendo um único passe, realizada com o processo GMAW, em chapas planas de 10mm de espessura dos aços duplex UNS32205 e leanduplex UNS32304, através de um modelo de elementos finitos. Os resultados mostram uma boa correspondência entre o modelo numérico e o resultado experimental. / [en] Duplex stainless steels are metallic materials that tend to combine excellent corrosion resistance in aggressive environment with high mechanical strength due to their biphasic microstructure. This microstructure is composed of a ferritic matrix and austenite islands, at room temperature, with approximately equal volume fractions of these two phases. As a result, these alloys are often used in pipes and industrial equipment where high resistance / weight ratio is required, especially in offshore assembly and construction field. This work presents a methodology developed with the use of a parameterized numerical model based on the finite element method to analyze the effect of thermal welding cycles on duplex and leanduplex stainless steels. The developed model uses the transient thermal analysis of welding, in which the thermal properties of the materials involved are thermo-dependent, and large thermal gradients are generated between the region of the weld and the areas away from it. Experimental procedures for measuring the thermal cycles employed under certain welding conditions are used to calibrate the numerical model. The methodology is applied to the study of the behavior of a weld in the form of a strand in sheet form containing a single pass, realized with the GMAW process, in flat plates of 10mm thickness of the duplex steels UNS32205 and leanduplex UNS32304, through a finite element model. The results show a good correspondence between the numerical model and the experimental result.
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[en] RECYCLING OF LD DRY DUSTS AND BLAST FURNACE C-CONTAINED RESIDUES IN STEEL BATH AND SELF-REDUCTION PROCESSES / [pt] RECICLAGEM DOS PÓS DO DESPOEIRAMENTO A SÊCO DE ACIARIA LD E DE ALTO FORNO NA REFRIGERAÇÃO DE AÇO LÍQUIDO E NOS PROCESSOS DE AUTORREDUÇÃO

JERSON EDWIN ALVARADO QUINTANILLA 27 March 2018 (has links)
[pt] O pó de aciaria (fração Fina-F e fração Grossa-G) gerado no sistema de despoeiramento à seco dos gases de exaustão do conversor LD, e o pó de alto forno-AF recuperado pelo sistema de tratamento de gases do setor de redução (coletor de gases), têm papel relevante entre os materiais secundários gerados nos vários elos da cadeia produtiva de uma siderúrgica integrada, seja pelas quantidades produzidas, seja por suas composições. Por serem portadores principalmente de unidades de ferro e carbono e algumas vezes zinco, esses resíduos são sempre alvo de iniciativas tecnológicas que objetivem recuperá-los ou reciclá-los. Além disso, os materiais particulados gerados pelo sistema de despoeiramento a seco, diferentemente dos à úmido, ainda carecem de estudos aprofundados para suas reciclagens. Embora antiga, a briquetagem atualmente vem se tornando uma tecnologia cada vez mais importante entre os processos de aglomeração. Assim, nesta Tese foi estudado, numa primeira etapa, a viabilidade de fabricação dos chamados briquetes F-G simples, constituídos apenas pelos pós Finos e Grossos, nas proporções percentuais de 50-50 e 70-30, respectivamente, e o exame teórico e experimental de seus usos como carga ferrosa nos processos de redução e como materiais alternativos às sucatas e pelotas, quando adicionados ao aço líquido do conversor LD para o controle de sua temperatura. Na fabricação dos briquetes F-G simples, também buscou-se testar os aglomerantes cimento ARI e melaço de cana de açúcar, isoladamente ou quando misturados, atendendo às relações água/cimento de 0,5 e água/melaço de 0,7. O processo experimental de cura a frio dos aglomerados se estendeu até 28 dias. A resistência à compressão obtida em prensa hidráulica instrumentada foi o principal parâmetro para avaliar a qualidade mecânica dos briquetes. A metodologia experimental envolveu a técnica do planejamento fatorial, 2(k), níveis (mínimo e máximo), com três variáveis (resíduos, aglomerantes e água). Nos resultados verificou-se que a resistência à compressão dos briquetes F-G simples, usando o binômio cimento-melaço sempre apresentou valores mais elevados do que os briquetes quando aglutinados com as duas substancias isoladamente. Além disso, dentre os aglomerados produzidos os de teores mais elevados de fração Grossa (briquetes 50-50), apresentaram maior resistência mecânica que os briquetes tipo 70-30. Em relação aos efeitos de resfriamento que provocam quando adicionados ao aço liquido, os balanços térmicos mostraram que os briquetes do tipo 70-30 apresentariam melhores índices no controle da temperatura do banho de aço, que os do tipo 50-50. A fim de verificar como se comportariam os briquetes F-G anteriores, quando se adicionava o pó de coletor de AF nas suas constituições como fonte supridora de carbono e apenas o cimento ARI como aglutinante, foram produzidos os denominados briquetes autorredutores, também dos tipos F-G, 50-50 e 70-30. Além da viabilidade de fabricação desses aglomerados, foram determinadas suas qualidades mecânicas e levantadas suas metalizações em ensaios de redução nas temperaturas de 1100 graus Celsius e 1150 graus Celsius. O estudo cinético da autorredução foi realizado avaliando-se o grau de conversão a ferro metálico e examinada a fenomenologia de sua evolução. Os resultados evidenciaram que o grau de conversão metálica cresceu com o aumento da temperatura e com a quantidade da fonte de carbono, que a metalização apresentou uma morfologia final do tipo shell layer e que o modelo cinético testado, tipo reação continua, apresentou uma correlação acima de 99 por cento. Além disso, os balanços de energia mostraram que o efeito de resfriamento imposto ao aço liquido pelos briquetes F-G autorredutores, sempre se mostrou superior aos dos briquetes F-G simples. Adicionalmente, afim de melhor interpretar os resultados obtidos foram realizados testes adicionais, como o de reatividade do coque metalúrgico, via a norma ASTM D5341-99 e por aná / [en] The steel dusts (fine-F and coarse-G fractions) generated in the dry dedusting equipment of the LD converter exhaust system, and in the blast furnace-AF dust collector, play a relevant role among secondary materials generated in the various steps of the integrated steelmaking chain, either by the quantities produced and their compositions. Because they mainly contain iron and carbon units and sometimes zinc in their compositions, actually these wastes are being the target of several technological initiatives, aiming to recover or recycle them. Moreover, the particulate materials generated by the LD dry dedusting system, unlike those collected in the wet system of the same LD processes, still lack in-depth studies for recycling. Nowadays briquetting is increasing in importance among agglomeration processes, mainly due to its feature in treat particulate materials with a wide range of size. This thesis studied, in a first stage, the feasibility of manufacturing the so-called simple F-G briquettes, in the proportions of 50-50 and 70-30, respectively, as well as their theoretically and experimentally possibilities to be charged as a ferrous burden in reduction processes and as an alternative material to the scrap and pellets, when used to control the liquid steel temperature in LD converters. In the manufacture of the simple F-G briquettes, was also tested the binders ARI cement and sugarcane molasses, alone or when mixed, taking into account the water / cement ratio of 0,5 and the water / molasses ratio of 0,7. For the briquettes studied in this research, all cure operations lasted for up to 28 days and the compressive strength parameter obtained to evaluate the mechanical quality of the briquettes. The experimental methodology involved the technique of factorial planning, 2(k) levels (minimum and maximum), with three variables (residues, agglomerates and water). The results showed that the compressive strengths of the simple F-G briquettes, when using the cement-molasses mixture, always achieved higher values than that for briquettes using the cement or molasses separately. Moreover, the higher content of coarser fraction (briquettes 50-50) always leads to higher mechanical resistance than the finer one (70-30). On the other hand, the energy balances showed that the simple F-G briquettes 70-30, have presented the better cooling indexes for the liquid steel temperature control than the 50-50 briquettes. Regarding the second part of the thesis, two types of F-G self-reducing briquettes were also produced, containing stoichiometric and 10 percent excess of BF-collector dusts. After curing, they were tested on compression and reduced in temperatures of 1100 Celsius degrees and 1150 Celsius degrees. The kinetic study of the self-reducing briquettes was carried out evaluating the metallic iron conversion and the metallic iron phenomenology and morphology formation. The results showed: a) that the iron conversion increased as higher the temperature and amount of carbon; b) that the iron metallization presented a shell-layer type morphology and, c) that the continuous-reaction type kinetic model, adjusted very well the experimental reduction results, with a correlation factor above 99 percent. Additionally, in order to better understand the experiment results, the metallurgical coke reactivity was obtained using the ASTM D5341-99 test and the Differential Thermogravimetric analyzes (DTG), as well as confirmed the hydrated water amount in the passivated F and G dusts, also using the DTG methodology. Finally, considering the manufacturing feasibility of the both, simple and self-reducing F-G briquettes, the following could be also marked: I) The use of both briquettes type for liquid steel temperature control in LD converters, as effective alternative materials to scraps and pellets, considering the following comparative cooling indexes: a) 2,1 and 2,4 times the scrap, for the self-reducing briquettes 50-50 and 70-30, respectively, both with 10 percent excess; b) 1,7 and 1,9 times the scrap, for the simple briquettes, 50-50 and 70

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