[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.

[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.

[pt] Os aços inoxidáveis duplex (AID) são uma classe de aços que combinam a alta resistência mecânica da ferrita e a ductilidade da austenita possuindo alto limite de escoamento e resistência à corrosão, sendo empregados em meios corrosivos com solicitações mecânicas elevadas. As boas propriedades mecânicas e de resistência à corrosão se devem a microestrutura duplex (ferrita e austenita), com proporções volumétricas similares, e cujo balanço é controlado por meio da composição química e tratamentos térmicos durante a fabricação. No entanto, durante processos de fabricação e manutenção, como a soldagem por fusão, em função do processo utilizado e dos ciclos térmicos impostos, assim como pela presença de gases de proteção que induzem determinada atmosfera, as propriedades do metal de solda e da zona termicamente afetada (ZTA), podem ser alteradas. Deste modo, a composição química, a distribuição dos elementos de liga e balanço das fases destas regiões serão suscetíveis a transformações de fases como ferritização, precipitação de fases indesejáveis e perda de elementos de liga, como níquel e nitrogênio, resultando em redução da resistência à corrosão. A presença de nitrogênio nos aços duplex, tanto em conjunto ou como substituto para o níquel, influencia na formação da austenita e também no controle da cinética de transformação de fases durante o resfriamento. O presente trabalho teve como objetivo estudar os efeitos do nitrogênio e do níquel na transformação de fases de dois aços inoxidáveis duplex (SAF 2304 e 2507) durante dois processos de soldagem: autógena e com metal de adição contendo Ni. Ambas as soldagens foram realizadas com aporte térmico fixo e com um e dois passes, utilizando a técnica de cordão sobre chapa para a soldagem com metal de adição. Foram utilizados dois gases de proteção, Ar e Ar + N2. Foram avaliadas a dureza e a resistência à corrosão por cloreto. A microestrutura da ZTA e composição química final do metal de solda alteraram significativamente, comparados ao metal de base. A fração volumétrica da fase austenítica na ZTA reduziu em todas as situações avaliadas. A presença de nitrogênio no gás de proteção manteve o teor deste elemento constante ou mais elevado no metal de solda. Cada conjunto de condições de soldagem aplicada apresentou diferentes características de dureza e resistência à corrosão por pites, sendo que na soldagem autógena do SAF 2507 foram encontradas durezas mais altas e menores perdas de massa após ensaio de corrosão. Com a adição de N2 no gás de proteção o teor de nitrogênio final aumentou em relação ao teor de nitrogênio no metal base, porém a fração volumétrica de austenita não se elevou da mesma forma. / [en] Duplex stainless steels (DSS) combines high yield stress from ferrite and ductility from austenite, good mechanical and corrosion resistance. It has been used in corrosive environments associated with severe mechanical stress. The good mechanical strength and corrosive resistance properties are due to the duplex microstructure (ferrite and austenite), with the same volumetric fraction, whose balance is controlled by chemical composition and heat treatment during steel manufacturing. However, when welded by process such as fusion welding the high thermal cycles and the presence of shielding gases inducing a certain atmosphere, the properties of the weld metal (WM) and the heat affected zone (HAZ) can be significantly changed. Therefore, the chemical composition, element partioning and the phase balance in these regions (WM and HAZ) will be susceptible to phase transformations such as ferritization, precipitation of secondary phases and alloy element losses, such as nitrogen and nickel, resulting in the decrease of the corrosion resistance. The presence of nitrogen in the duplex steels, either together or as a substitute for nickel, influences the austenite formation and controls phase transformation kinetics during cooling as well. The objective of this work was to study the effect of nitrogen and nickel on the phase transformation of two duplex stainless steels (SAF 2304 and 2507) during two welding processes: autogenous and with Ni-containing filler metal, considering a fixed thermal input and welds with one and two passes, using the technique of bead on plate for the weld with filler metal. Two shielding gases were used, Ar and Ar + N2. Hardness and corrosion resistance in chloride environment were evaluated for each studied condition. Both HAZ microstructure and final chemical composition of the weld metal modified significantly, when compared to the base metal. The HAZ volume fraction of austenite was reduced, and the presence of nitrogen in the shielding gas helped to keep the nitrogen content the same or increased in the weld metal. Each set of weld parameters applied presented different characteristics of hardness and pitting resistance corrosion. The autogenous welding of the SAF 2507 presented higher hardness and low weight losses. In a general way, the addition of N2 in the shielding gas increased the nitrogen content of the weld metal for all conditions of lean duplex material, compared to the base metal, but the austenite volumetric phase did not increased in the HAZ.

[pt] Os aços inoxidáveis duplex (AID) possuem uma estrutura mista de Delta-ferrita e Gamma-austenita em frações de volume aproximadamente iguais e combinam muitas das propriedades benéficas das duas fases, a ferrita fornece alta resistência mecânica e resistência à corrosão, enquanto que a austenita aumenta a ductilidade e a resistência à corrosão uniforme. Uma vantagem dos AID é a resistência à trincas de solidificação, que está associado à soldagem. Pela combinação de propriedades, esses aços são amplamente utilizados na indústria de equipamentos químicos, petróleo e gás, plantas de dessalinização, controle de poluição, usinas elétricas e, mais recentemente, em aplicações off-shore como na extração de petróleo em águas profundas. No entanto, a exposição destes aços a temperaturas elevadas entre 600 graus celsius e 1000 graus celsius, que ocorre durante a soldagem por fusão resulta na precipitação de diferentes compostos, sendo os mais frequentemente encontrados a fase sigma, a fase x, os nitretos de cromo e os carbonetos que reduzem tanto a resistência mecânica quanto a resistência a corrosão. Este trabalho teve como objetivo simular fisicamente as microestruturas da zona termicamente afetada (ZTA) dos AIDs UNS S32304, S32205 e S32750. De modo a obter diferentes ZTAs foi utilizado o simulador termo-mecânico Gleeble, por meio deste simulador foram aplicados vários aportes de calor que permitiram avaliar a evolução microestrutural e as propriedades mecânicas destas zonas. As temperaturas utilizadas nas simulações físicas foram determinadas por meio do software Thermo-Calc assegurando assim as faixas de transformações microestruturais. A temperatura de pico utilizada foi de 1350 graus celsius por 2 segundos; seguida de resfriamento em acordo com o modelo Rykalin-2D, onde um grupo de amostras sofreu resfriamento até alcançar a temperatura de 500 graus celsius seguido de uma têmpera em água e um outro grupo até 250 graus celsius seguido de uma têmpera. Este procedimento foi adotado de modo a identificar a influência dos aportes de calor e as taxas de resfriamento na frações volumétricas das fases obtidas. Foi observado um aumento da fração volumétrica da austenita, assim como um aumento do tamanho de grão da ferrita e um crescimento nos grãos da austenita, em função do aumento do aporte de calor durante as simulações físicas das ZTAs. Estas variações microestruturais ocasionaram o decréscimo da resistência mecânica nos três AID avaliados quando comparados ao respectivo metal de base. / [en] The duplex stainless steels (DSS) have a structure that consist of approximately equivalent amounts of delta-austenita and gamma-ferrite, exhibit excellent properties combinations of both phases. DSS combine the high strength and resistance to stress corrosion cracking come from ferrite, whereas the austenite phase influences ductility and uniform corrosion resistance. The advantage of DSS is solidification cracking resistance; it is associated to welding processes. The application of DSS have being increasingly used as structural material in various industrial sectors, such as chemical, petrochemical, pulp and paper, power generation, desalination, oil and gas, for the constructions in marine and chemical industries and most recently for manufacturing components used in off-shore oil platforms for oil extraction in deep water. However, the exposure of these steels to high temperatures between 600 celsius degrees and 1000 celsius degrees, which occurs during fusion welding results in different compounds precipitation, the most frequently encountered being the sigma phase, the X phase, the chromium nitrides and carbides which reduce both mechanical strength and corrosion resistance. The aim of this work was to simulate physically the Heat Affected Zone (HAZ) microstructures in DSS UNS S32304, S32205 and S32750. In order to obtain different HAZ the Gleeble system was used. Several heat inputs were applied through this simulator, which allowed evaluate the microstructural evolution and the mechanical properties of these zones. The temperatures used in physical simulations were determined by Thermo-Calc Software, this supplied the microstructural transformations temperature ranges. The peak temperature used was 1350 celsius degrees for 2 seconds; followed by cooling in accordance with the Rykalin-2D model; one sample set was cooled to 500 celsius degrees followed by water quenching, and the second sample set was cooled to 250 celsius degrees followed by quenching. This procedure was adopted in order to identify the effect of the final temperature on the phases volume fraction obtained. An increase in the austenite volume fraction, as well as an increase in the ferrite grain size and a widening in the austenite grains, due to the increase of the heat input during the physical simulations of the ZTAs was observed. These microstructural variations caused the tensile strength and Yield strength decreasing in HAZ of DSS evaluated when these zones were compared to the respective base metal.