Com o intuito de minimizar os defeitos superficiais em tarugos do lingotamento contínuo, realizou-se o estudo do comportamento das variáveis de oscilação frente aos defeitos superficiais tipo trincas transversais. Buscou-se ao longo deste trabalho, caracterizar as diferentes condições de oscilação em modo de operação diferenciado, com frequência e tempo de estripamento negativo constante em função da velocidade de lingotamento. Foram avaliadas as características físicas e químicas da região no entorno das marcas de oscilação, identificando a distância, profundidade e largura das marcas. As análises utilizadas foram macrografia, micrografia e ensaio não destrutivo de partículas magnéticas nos tarugos e no produto laminado. Os resultados mostram que elevados tempos de estripamento negativo formam marcas mais profundas que, por consequência, impactam na nucleação de sítios de fragilidade para a propagação de trincas transversais. Foi caracterizada a microestrutura das marcas onde foi possível evidenciar a formação dos ganchos e verificar a presença de elementos danosos à qualidade do produto. / In order to minimize surface defects in continuous casting billets the behavior of the variables compared to the oscillating surface defects – transversal cracks – was carried out. It was tried to characterize the different conditions of oscillation (frequency and negative strip time) dependent on the casting speed. It was evaluated the physical and chemical characteristics in the vicinity of the oscillation marks, identifying the distance, depth and width of marks. The analyses used were macrograph, micrograph and non-destructive testing of magnetic particles on billets and rolled products. The results show that highly negative strip time will cause deeper marks and consequently impact in nucleation sites of fragility for propagation of transversal cracks. It was characterized the microstructure of oscillation marks where it was possible to observe the formation of hooks and verify the presence of harmful elements to quality.

Elementos estruturais de aço são comumente utilizados nas mais variadas áreas da engenharia. No Brasil, as normas de dimensionamento ABNT NBR8800 e ABNT NBR14762 têm recebido atualizações que as tornam mais modernas e alinhadas com as tendências atuais de metodologias de projeto. Nos últimos anos, os métodos computacionais têm aumentado sua confiabilidade como ferramentas de cálculo não só na obtenção de esforços e deslocamentos considerando os sistemas lineares, como também no cálculo das ações que produzem o colapso de estruturas de aço. As normas não podem ficar alheias a essa etapa de transição, entre os métodos de dimensionamento tradicionais e os que utilizam essas ferramentas computacionais, portanto, existem em algumas normas, metodologias híbridas que permitem aliar soluções numéricas com expressões analíticas, tais como: (i) a norma ABNT NBR8800 para dimensionamento de perfis laminados e soldados, que permite através da seção 5.5.2.3 o dimensionamento de elementos constituídos por seções quaisquer, possibilitando o dimensionamento de elementos não convencionais e de geometria complexa, que por sua vez utiliza métodos numéricos aliados com expressões analíticas; (ii) a norma NBR14762 para o dimensionamento de perfis formados a frio a qual permite utilizar o método da resistência direta, que combina curvas analíticas ajustadas através de ensaios experimentais com métodos numéricos que permitem a determinação das cargas críticas de flambagem elástica. Este estudo explora esses métodos híbridos, analisando criticamente os resultados obtidos e comparando estes com resultados obtidos através de outros métodos. Nesse intuito, foram realizados os cálculos para cinco aplicações diferentes, de maneira a explorar as capacidades das metodologias empregadas, possibilitando, assim, a análise e o debate sobre estas. Para isso, foram estudados três perfis convencionais: perfil I, perfil caixão e perfil C, procurando analisar vários modelos, com diferentes particularidades. Na última aplicação, realiza-se uma análise para a seção mestra de uma embarcação, aplicando, assim, os cálculos para uma estrutura de geometria não convencional e, por fim, os resultados obtidos são discutidos. / Structural steel elements are commonly used in several areas of engineering. In Brazil, the standards of steel design ABNT NBR8800 and ABNT NBR14762 have received updates which make them modern and in line with current trends of design methodologies. In recent years, computational methods have increased its reliability as calculation tools not only in linear analysis to obtain forces and displacements, as well as in the calculation of the loads that produce the collapse of steel structures. The rules from standards cannot get beyond this stage of transition between the traditionally methods and others that use computational tools, in some standards hybrid methodologies are exposed that enable numerical solutions combined with analytical expressions such as: (i) the NBR8800 standard for rolled and builtup sections, which allows the use of item 5.5.2.3 for non-prismatic sections, allowing the design of unconventional elements and complex geometry, which in turn uses numerical methods allies with analytical expressions; (ii) the NBR14762 standard for the design of coldformed sections which allows to use the Direct Strength Method (DSM), which combines analytical curves adjusted through experimental tests with numerical methods that allow the determination of elastic buckling critical loads. This study explores these both hybrid methods, analyzing critically the results obtained and comparing these with results obtained by analytical methods. In lieu of that objective, five different numerical applications were developed, in order to explore the capabilities of the methodologies employed, allowing, thus, the analysis and the discussion on these numerical tools. Three conventional section were studied: Wide Flange (I section), box section and C section, with different alternatives. In the latest application a vessel section is studied and, thus, the calculations for an unconventional geometry structure. Finally, the results obtained are discussed.

Este trabalho teve por objetivo definir as composições químicas e os parâmetros de tratamento térmico mais adequados para atendimento às rígidas especificações exigidas para fixadores utilizados na indústria de óleo, gás e energia eólica, visando à minimização dos custos de produção e a garantia da qualidade dos produtos. Para tal, foram realizados testes em escala laboratorial variando-se as temperaturas de austenitização e de revenimento para três composições químicas diferentes, tendo como base o aço SAE 4140 com variações nos teores de carbono, cromo e vanádio. Foi avaliada a influência da composição química e dos parâmetros de beneficiamento sobre a microestrutura, tenacidade e resistência mecânica, por meio de análises em microscópio eletrônico de varredura, ensaios de resistência ao impacto e à tração e ensaios de dureza. Quanto à composição química, foram utilizados os aços SAE 4140, SAE 4140 Modificado ao Vanádio e SAE 4145. No tratamento térmico, primeiramente foram realizadas curvas de revenimento, avaliando-se a dureza em função da temperatura de revenimento em uma faixa de 575 a 675 ºC e temperatura de austenitização fixa de 880 °C. Após a obtenção e análise das curvas de revenimento, foram escolhidas duas temperaturas de revenimento específicas para avaliação mais detalhada das propriedades mecânicas, com a realização de ensaios de resistência à tração e impacto. Nesta etapa também foi avaliada a influência da temperatura de austenitização. Foram utilizadas as temperaturas de 880 e 920 °C. Os resultados possibilitaram encontrar uma relação de compromisso entre a resistência mecânica e a tenacidade, tanto em relação ao desempenho do produto final quanto em relação aos custos de produção. / This study aims to determine the chemical composition and heat treatment parameters most suitable for meeting the strict specifications required for fasteners used in oil and gas and wind energy industries, in order to minimize production costs and ensure product quality. For this, laboratory tests were performed varying the austenitizing and tempering temperatures for three different chemical compositions based on SAE 4140 with variations on carbon, chromium and vanadium contents. The influence of chemical composition and heat treatment parameters on microstructure, toughness and strength were evaluated through scanning electron microscope analysis and hardness, tensile and impact tests. SAE 4140, SAE 4140 (Vanadium Modified) and SAE 4145 were the steel grades used. The first stage was to perform tempering curves, evaluating the hardness results as a function of tempering temperature in the range of 575 to 675 °C. The austenitizing temperature was fixed on 880°C. In the second stage, two specific tempering temperatures were chosen for a more detailed evaluation of microstructure and mechanical properties. In this stage, the influence of austenitizing temperature was also evaluated. Temperatures of 880 and 920 °C were tested. The results had shown an optimal trade-off between the strength and toughness in relation to the final product performance as well as production costs.

Este trabalho tem por objetivo avaliar a influência do tratamento criogênico em um aço DIN 1.4110, verificando sua resistência mecânica e propriedades metalúrgicas antes e depois dos testes realizados. Para isso amostras do aço foram tratadas termicamente em um forno de atmosfera controlada a 1060°C para realização da tempera, após foi realizado um revenimento a 300°C por 1,5 hora. O tratamento criogênico foi realizado entre a tempera e o revenimento e os parâmetros variados foram a temperatura do tratamento e o tempo de exposição (1, 6 e 12 horas). As temperaturas utilizadas foram duas e variaram conforme o método utilizado: -80°C (Tratamento criogênico superficial), para esta temperatura foi utilizado o sistema de nebulização direta com controle de temperatura; para as peças tratadas a -196°C (Tratamento criogênico profundo) foi utilizado o método de imersão direta. Para avaliar a microestrutura foram realizadas metalografias e análises através de microscópio óptico e MEV. Na avaliação do desgaste foi utilizado um tribômetro tipo esfera/plano e perfilômetro para avaliar os canais de desgaste. Também foi realizado ensaios de dureza e de difratometria de raio-X para avaliar a quantidade de austenita retida. Os resultados obtidos apontam para uma melhoria das propriedades mecânicas em relação à amostra não tratada (dureza elevada e melhoria na resistência ao desgaste de até 15 %) em ambos os casos: tratamento criogênico profundo a -196 C e superficial a - 80 ° C. Os valores encontrados para a quantidade de austenita retida que eram de 61,4% para as amostras não tratadas variaram de 27,7% até 20,3% para as tratadas. Não houve alteração microestrutural visível em nenhuma amostra com relação á distribuição de carbonetos. O coeficiente de atrito das amostras não apresentou uma alteração significativa, ficando com valor próximo a 0,8 em todas as amostras. / This study aims to evaluate the influence of cryogenic treatment on a steel DIN 1.4110, checking its mechanical strength and metallurgical properties before and after the tests. To do such work, steel samples were heat treated in a controlled atmosphere furnace to 1060 ° C to do the quenching after tempering was carried out at 300 ° C for 1.5 hour. The cryogenic treatment was performed between the quenching and tempering and the parameters varied were temperature and the exposure time (1, 6, and 12 hours). The temperatures used were two and varied according to the method used: -80 ° C (Shallow cryogenic treatment), to reach this temperature was used a direct misting system with temperature control, for pieces treated at -196 ° C (deep cryogenic treatment) the method used was immersion. To evaluate the micro structure metalografies were analyzed by optical microscope and SEM. The wear resistance was analyzed with a tribometer (ball/ plan) and profilometer to evaluate the wear channels. It was also performed hardness tests and X-ray diffraction to evaluate the amount of retained austenite. The results obtained show improved mechanical properties compared to untreated sample (high hardness and improved wear resistance of up to 15%) in both cases: deep cryogenic treatment at -196 C to - 80 ° C and superficial. The values found for the amount of retained austenite which were 61,4% for the untreated samples ranged from 27.7% to 20.3% for those treated. There wasn't any micro structural variation or difference in the carbide distribution between the samples. The friction coefficient of the samples did not show a significant change, getting a value close to 0.8 for all samples.

Este trabalho buscou avaliar a resistência à fadiga em flexão e caracterizar os mecanismos de iniciação e propagação de trincas por fadiga de aços cementados e dos aços temperados por indução. Para o tratamento de cementação foram utilizados os aços SAE 8620 e SAE 4820. O tratamento de têmpera por indução foi utilizado o aço SAE 8650. Foram realizados diferentes ciclos de cementação visando determinar a influência da microestrutura na tenacidade e resistência à fadiga, dando-se especial ênfase na influência da austenita retida sobre estas propriedades. A caracterização geométrica das trincas de fadiga através de exames fractográficos permitiu, com aplicação de técnicas da Mecânica da Fratura Linear Elástica, a determinação da tenacidade à fratura de camadas de aços cementados. Os resultados encontrados para tenacidade à fratura variaram de 11.8 a 23 MPa.m-1/2, tendo sido constatada influência da tensão máxima aplicada sobre a tenacidade à fratura. / This work aims to evaluate the bending fatigue behavior and describes fatigue crack initiation and propagation in carburized steels and induction hardened steel. For the carburizing treatment the steels SAE 4820 and SAE 8620 were used. For the induction heat treatment the SAE 8650 was used. Different carburi zing processes were taken to examine the effect of microstructure on bending fatigue and on fracture toughness behavior of carburized steels, an special emphasis was gi ven to the influence of retained austenite on those properties. The geometric characterization of bending fatigue cracks thought fracture analysis, allowed to calculate the fracture toughness of the carburized case by linear elastic fracture mechanics. The fracture toughness of the carburized case ranged from 11.8 to 23 MPa.m-1/2 , also was found that case fracture toughness increases with increasing maximum applied stress during fatigue testing.

Estudou-se o comportamento à corrosão e à corrosão-sob-tensão do aço eutetóide empregado em concreto protendido utilizando diversas técnicas experimentais, como curvas de polarização, ensaios de tração com velocidades de deformação média, e ensaios fractomecânicos. Utilizou-se como meio, simulando, o que é usualmente encontrado nos poros do concreto, o Ca(OH)2 saturado, contaminado com diversos teores de cloreto e sulfatos. Com fins comparativos, utilizou-se a solução de tiocianato de amônia padronizada para avaliar a susceptibilidade de aços à fragilização por hidrogênio de aços em concreto. A influência de parâmetros como potencial, temperatura (entre 0° e 90 ) e temperatura de revenido, entre outros são avaliados. O mecanismo de ruptura é avaliado tendo o hidrogênio uma participação importante neste processo. / The corrosion and stress corrosion behaviour of AISI 1080 steel employed in concrete prestressed tendon was studied with different experimental techniques. A simulated solution usually found in concrete with and without contaminants as chlorides and sulphates was used. For comparison purpose the standard ammonium tiocianate solution was employed in some Polarization tests, constant extention rate tests with intermediate velocities and fractomechanic tests. The influence of parameters like potentiall temperature (between 0° and 90°), temper temperature of the steell was studied. The results showed that the fracture mechanism is associated with hydrogen action in the stress corrosion cracking process.

O presente trabalho teve como objetivo analisar o comportamento do crescimento de trinca em corpos de prova ensaiados a 538 °C retirados de uma junta soldada do aço 2 1/4 Cr 1 Mo de uma tubulação de 2,5 polegadas de espessura e 20 polegadas de diâmetro, que operou 100.000 horas a uma pressão de 115 kgf/cm2 (11,5 MPa). Foram comparadas as velocidades de propagação de trinca da zona afetada pelo calor, interface ZAC/metal de solda e metal de solda das juntas soldadas em função do fator de intensidade de tensões na ponta da trinca (K) e do fator não linear C*. Além dos ensaios em atmosfera normal, alguns testes de propagação de trinca em alta temperatura foram realizados com atmosfera inerte com o objetivo de avaliar a formação e a influência dos óxidos na velocidade de propagação da trinca. Os experimentos realizados incluem a avaliação metalográfica, fractográfica, ensaios de mecânica da fratura em alta temperatura e ensaios termogravimétricos. Os resultados indicaram que o material apresentou maior velocidade de propagação de trinca na região de interface ZAC/MS, para um mesmo valor de K e de C*, região esta onde foi encontrada uma mudança microestrutural acentuada; e que a atmosfera inerte de argônio não diminuiu a velocidade de propagação da trinca. / The aim of this present work is to characterize the crack growing behaviour in a welded joint of the 2 1/4 Cr, 1 Mo steel of a steam pipe, with 2,5 inches of thickness and 20 inches of diameter, that worked at 115 Kgf/cm2 (11 ,5 MPa) pressure for 100.000 hours. The cracking propagation rates were compared between heat affected zone, interface HAZ/weld and weld of a weld joint as a function of the K and C*. Also some tests of cracking propagation in high temperature were made with inert atmosphere with the objective of to analyse the influence of the oxides in the crack propagation rate. The performed experiment included metallographic evaluation, fractography, tests of fracture mechanics in high temperature and thermogravimetry tests. The results indicated that cracking showed more velocity in the region of interface of the HAZ/weld for a same K and C*, region where there was changes in the microstructure; and that the inert atmosphere didn't affect the cracking growth rate.

Este trabalho buscou analisar as características de ruptura e os mecanismos de propagação de trinca em alta temperatura de aços inoxidáveis austeníticos do tipo AISI 304. Foram comparadas as características de aços nunca expostos a trabalho, de aços envelhecidos em laboratório, de aços que trabalharam por mais de 105 horas em linha de craquearnento catalítico em temperaturas da ordem de 650-730°C e destes mesmos aços expostos a trabalho submetidos a tratamentos de solubilização. Os tratamentos de envelhecimento nos aços novos e de solubilização nos aços expostos a trabalho foram realizados com o intuito de enfatizar a influência de precipitados de segunda fase na resistência e nos mecanismos de propagação de trinca em alta temperatura do aço inoxidável, sendo as partículas de segunda fase precipitados de carbonetos e componentes intermetálicos. Cada grupo de teste foi realizado mediante a aplicação de carga constante em corpos de prova pré-trincados (disk-shaped ) mantidos a urna temperatu ra constante de 600°C, tendo corno parâmetro principal de comparação o nível inicial de intensidade de tensões aplicado à ponta da trinca. / This work aims to analyse rupture and crack propagation mechanisms during AISI 304 high temperature expossure. Virgin materials, laboratory aged materials, service exposed materials that worked for more than 100 000 hours in catalitic lines in a temperature range of 923-1003 K and these service exposed materials solution treated were compared. Aging and solution treatments were made to give emphasis on second phase particles influence in high temperature resistance and crack growth, and th is particles are either carbide phases or intermettalic phases. Each group of tests were carried out under constant load and temperature (873 K) in compact-tension disk shaped specimens, with the initial stress intensity factor in crack tip being the main parameter to compare the performance ofthe materials.

Este trabalho tem como objetivo o estudo de características químicas e de deformação de inclusões não metálicas de aços aplicados na construção mecânica provenientes do processo de lingotamento contínuo, relacionando aspectos de deformação de várias inclusões com as fases apresentadas. As análises referentes às fases presentes foram realizadas por técnicas de mjcroanálise de raios X, e as referentes a suas características de deformabilidade através de ensaios de compressão a quente. Buscou-se comparar os resultados de análises químicas em várias inclusões através do uso de espectrometria por dispersão de comprimento de onda (WDS) com resultados de análises por espectrometria por dispersão de energia (EDS), sendo a última tomada como rotineira e a primeira como técnica de base. Em relação ao mecanismo de deformação, amostras que continham inclusões e que eram provenientes de tarugos brutos de fusão foram submetidas a ensaios de compressão a quente com diferentes graus de deformação final e diferentes velocidades de deformação. Desta forma pode ser gerada uma rotina de análise que possibilitou o agrupamento das inclusões analisadas de acordo com suas características químicas e morfológicas, as quais foram relacionadas com as características de deformação. / The aim of this work is to correlate the chemical and deforrnation characteristics of nonmetallic inclusions presented in structural carbon steels produced by the continuous casting process, with their microestrutural and morphological protile. The microestrutural analyses were carried out by X-ray microanalysis techniques, and the deformation analysis by hot compression tests. The results from chemical analysis by Wavelength Dispersive Spectrometry (WDS) were compared with those obtained by Energy Dispersive Spectrometry (EDS), with the fust one applied as basis analysis and the second as routine analysis. In terms of deforrnation mechanisms, samples with inclusions from continuous casting billets were submitted to hot compression tests with different final deformation degrees and different deforrnation rates. In such way, an anal ysis routine could be obtained, making possible to relte the chemical and morphological features of the inclusions with their deforrnation characteristics.

O principal objetivo deste estudo foi avaliar a capacidade de uma membrana de aço 1010 absorver hidrogênio, quando submetida à corrosão por fresta em meios simulando as condições encontradas entre o aço e o concreto, comumente empregados na construção civil. Além disso, desenvolveu-se uma técnica para confecção de frestas, com áreas e espessuras específicas. No desenvolvimento deste trabalho, foi empregada a técnica de eletropermeação de hidrogênio em membranas de ferro, desenvolvida por Devanathan e Stachursky [1]. O fluxo de hidrogênio permeado foi medido no potencial de corrosão e em diferentes potenciais aplicados. Nos eletrólitos de medida - solução saturada de hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) - variou-se o pH da solução e/ou a concentração de íons cloreto (CI-). A variação desses parâmetros teve como objetivo medir o efeito dos mesmos na absorção de hidrogênio em membranas de ferro expostas a frestas com diferentes espessuras. As superfícies das membranas expostas em eletrólitos variando-se o pH entre 12,4 e 6,5 foram examinadas ao microscópio eletrônico de varredura (MEV). Verificou-se, nas condições estudadas, que a nucleação da corrosão por fresta ocorreu após um período de aproximadamente 1 h, provocando também absorção de hidrogênio pelo aço. Maiores concentrações de cloreto produzem maiores taxas de absorção de hidrogênio. A solução contida na fresta sofre isolamento do restante da solução pela formação de um muro de magnetita. Isto explica a pouca influência da espessura da fresta na absorção de hidrogênio (H), para frestas com corrosão já nucleadas. Em valores mais baixos de pH ocorre a dissolução parcial do muro de magnetita e aumento da taxa de absorção de hidrogênio. / The principal aim of this work was to evaluate the absorption of hydrogen of a steel 1010 membrane, submitted to crevice corrosion in mediums simulating the conditions between steel and reinforced concrete in civil engineering. Moreover, a technique was developed to produce crevices with specific areas and widths. During this work, the hydrogen electropermeation technique developed by Devanathan and Stachursky [1] was applied to an iron membrane, The flux of permeated hydrogen was measured at the corrosion potential as well as under potentiostatic polarization. In the eletrolyte which consisted of a saturated calcium hidroxide solution (Ca(OH)2, the pH of the solution and/or the chloride concentration (CI-) were varied. The change of these parameters had the aim to measure their effect on the hydrogen absoption of the iron membrane exposed to crevices with different widths. Scanning electron microscopic examinations were performed with the surfaces of membranes, which had been exposed to saturated Ca(OH)2 solution, the pH of which varied between 12.4 and 6.5. Under the conditions studied in this work, the crevice corrosion usually started after ca. 1 hour. The solution inside the crevice was isolated from the bulk solution due to the formation of a magnetite wall. This probably explains the poor influence of the crevice width on the hydrogen absorption. Partial dissolution of this wall and an increase of the hydrogen absorption rate occurred at lower pH-values.