Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro Universitário da Fei, São Bernardo do Campo, 2014

Este trabalho buscou caracterizar e avaliar o efeito fragilizante da fase-σ e demais fases formadas, em tubulações de aço inoxidável austenítico AISI 316, que estiveram em operação durante 80.000 horas a 660°C. Estas tubulações faziam parte do sistema aquecimento/reação (área quente) de urna unidade de processamento petroquímico de hidrodealquilação de tolueno. Medidas de propriedades de tenacidade destes materiais revelaram urna significativa queda da energia absorvida pelo ensaio de impacto Charpy-V. Os experimentos realizados incluem avaliação metalográfica, ensaios potenciodinâmicos, extração eletrolítica de precipitados, caracterização de fases por difração de raios X, bem como medidas de algumas propriedades mecânicas. Os resultados indicaram a ocorrência do envelhecimento metalúrgico, com a formação de carbonetos do tipo M23C6, fase-σ e fase-η que explicam a baixa tenacidade. / This work aims to characterize and to evaluate the embrittlement effect of the σ-phase and other formed phases in AISI 316 austenitic stainless steel tubes which were exposed to temperature around 660°C during 80,000 hours. These tubes were used in a heating I reaction system (hot area) of a petrochemical process unit. Measurements of toughness properties of this materials showed low values in the Charpy-V impact test. The performed experiments included metallographic evaluation, potentiodynamic tests, eletrolytic extraction, phase characterization by X-ray diffraction and measurements of some mechanical properties. The results indicated a aging process with the formation of M23C6 type carbide, σ-phase and η-phase which justify the low toughness of these materials.

O processo de desfosforação oxidante do aço inoxidável, neste trabalho, apresentou fases distintas com relação ao uso do agente estabilizante do fluxo de desfosforação. Inicialmente, a etapa de desfosforação, foi feita com o uso do óxido de bário (BaO-30%) combinado com óxido de cálcio (CaO-10%), como agentes estabilizante do P2O5 na escória. Os demais componentes do fluxo de desfosforação (100g/kg-metal), os agentes oxidante (Fe2O3 -10g/kg-metal) e fluidizante (BaCl2 -60%) , foram mantidos constantes em todas as etapas do trabalho. As variáveis estudadas com a combinação BaO+CaO foram: tempo de reação fluxo-banho (tempo zero, 2, 4 e 5 minutos), teor de carbono do banho (1,5 e 2,0%) e redução do teor do agente estabilizante (BaO-15%+CaO-5% e BaO-30%+CaO- 5%). Com estas variáveis chegou-se a um grau de desfosforação (G .P.) de aproximadamente 30%. Na segunda etapa do trabalho, com o uso de BaO-40% como agente estabilizante, foram estudadas as variáveis: tempo de reação fluxo-banho banho (0 ,053; 1,0; (2, 4, 5 e 8 minutos), teor de carbono do 1,5; 2,0 e 3,0%) e a redução do teor de BaO (de 40 para 10% e de 40 para 20%). Foram obtidos com o uso de BaO-40%, valores em torno de 40% de G.P.. A terceira etapa da desfosforação oxidante caracterizou-se pelo grupamento das variáveis: teor de carbono do banho (3%) com a redução do teor do agente estabilizante (de 40 para 30%-BaO), e teor de carbono do banho (3%) com o tempo de reação fluxo-banho (6 minutos). Com o grupamento de variáveis chegou-se a valores de aproximadamente 50% de G.P.. Todos os experimentos foram realizados num forno de indução de alta freqüência com capacidade de 7,5 kg e refratário a base de MgO. A sucata de aço inoxidável, com teor inicial de fósforo de 0,043%, num total de 5 kg, foi primeiramente fundida e "dessiliciada", para depois receber o tratamento de desfosforação. / The oxidant desphosphorization process of stainless steel, in the present work, shows distinct phases in relation to the use of stabilizants agents of desphosphorization flux. The first stage, desphosphorization, was conducted using barium oxide (BaO-30%) combined with calcium oxide (CaO-10%) as stabilizant agents of P2O5 in slag. Others components of desphosphorization fluxs, (100g/Kg-metal), oxidants agents (Fe2O3-10g/Kg-metal) and fluidizants (BaCl2-60%), were kept constant in all work stages. The variables studied with the combination of BaO+CaO were: Reaction time flux -bath (zero time, 2, 4 and 5 minutes), bath carbon content (1,5 and 2,0%) and reduction content of stabilizant agent (BaO-15%+CaO-5% + BaO-30%+CaO-5%). With these variables, desphosphoration degrees (G.P.) around 30% were achieved. In the second work stage, using BaO-40% as stabilizant agent, the following variables were studied: reaction time (2, 4, 5 and 8 minutes) bath carbon content (0,053; 1,0; 1,5; 2,0 and 3,0%) and content reduction o f BaO (from 40 up to 10% and from 40 to 20%). Using BaO-40% values a round 40% of G.P. were obtained. The third desphosphorization oxidant stage was characterized by assembly of the following variables: carbon bath content (3%) with reduction of stabilizant agent (from 40 to 30% BaO) and carbon bath content (3%) with reaction time flux-bath (6 min). With variables assembly the values were obtained next to 50%. All experiments were made in a high frequency induction furnace with capacity of 7,5 Kg and crucible of MgO . The stainless steel scrap, with a 0.043% phosphorus initial content, in a total of 5 Kg, was first of all melting and dessiliconized, and afterwards was submitted to the desphosphorization treatment.

Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo, 2015.

Um estudo sobre a suscetibilidade à corrosão-sob-tensão do aço inoxidável austenítico SAE 304 foi feito utilizando-se principalmente uma solução aquosa MgCl2 a 125°C pelo método da tração com baixa taxa de elongamento. Para tanto montou-se um sistema que pudesse realizar os testes, constituído por uma máquina de tração e acessórios. Constatou-se a eficácia deste sistema por meio de ensaios onde se procuravam os potenciais críticos para a solução pura ou adicionada de NaNO3. Os potenciais críticos encontrados para a solução de MgCl2 pura estiveram entre -145 e -160 mVH, e entre -90 e -100 mVH para a solução adicionada de 2,5% de NaNO3. A comparação destes resultados com outros provindos de testes com carga constante mostrou haver uma boa correlação. Usando-se soluções aquosas de NaCl em concentrações de 10 e 25%, os resultados mostraram-se pouco claros, devido ao uso de uma taxa de elongamento inadequada. / A study has been made of the stress corresion cracking susceptibility of type 304 austenitic stainless steel rainly in aquesus solution of MgCl2 at 125°C using strain-rate technique. A system was built up wich constitutes of a tensile test machine and the peripheric equipment. The efficacy of this system has been tested by running experiments for determination of critical potentials in MgCl2 with or without aditions of NaNO3. Critical potentials were found be between -145 and -160 mVH for pure MgCl2 and between -90 and -100 mVH for MgCl2 plus 2,5% NaNO3. From comparisons of these results with others of constant load tests a good agreement was found. With aqueous solution of 10% an 25% NaCl the results were not clear due to the inadequacy of the imposed strain-rate.

O presente trabalho estuda o polimento eletrolítico de aço inoxidável ABNT 302 em soluções de ácidos sulfúrico e fosfórico, contendo, como aditivos, três glicóis de massas moleculares pequena, média e grande. Neste estudo, foi seguido um procedimento experimental dividido em três etapas sequenciais, partindo do geral para o particular. Assim, na primeira etapa foram executados ensaios em célula de Hull, os quais tiveram o objetivo de selecionar as soluções mais promissoras. Em sequência, foram traçadas curvas de polarização potenciostáticas anódicas das soluções selecionadas que apresentaram características comuns no traçado. Nas curvas obtidas foram calculadas as resistências ôhmicas totais e parciais. Em função deste critério, foram selecionadas duas soluções de maior e duas de menor resistência. Na última etapa, foram realizados ensaios de polimento nas quatro soluções selecionadas de um total inicial de noventa e seis soluções, que foram avaliados em função do abrilhantamento e rugosidade produzidos. O trabalho, como um todo, proporcionou identificar comportamentos característicos e efeitos produzidos pelas soluções investigadas. Pela célula de Hull, faixas de densidades rle corrente nas quais se obtém abrilhantamento; pelas curvas de polarização potenciostáticas, patamares de passividade e pseudopassividade; nas soluções selecionadas, pelo critério da maior e menor resistência ôhmica, o efeito produzido em termos de abrilhantamento e rugosidade. / The present work studies the electrolytic polishing of ABNT 302 stainless steel in sulfuric and phosphoric acid solutions containing, as additives, three glycols of low, medium and high molecular weights. In this study, the experi.mental procedure was done in three successive stages, starting with the whole to a more specific case. At the first stage, experinents were done in Hull cell with the aim of selecting most promising solutions. The second part of the experiments was the plot of anodic potentiostatic polarization curves of the selected solutions. These curves presented similar characteristics in the cing. In the obtained curves the total and partial ohnic resistances werc calculated. Owing to this criteria, two solutions of major and minar resistance were selected. In the last stage, polishing experiments were done in four solutions, selected from ninety six initial ones, which were evaluated in accordance with the brightening and roughness produced. The work, as a whole, made it possible to identify typical behaviours and effects produced by the investigated solutions. Through the Hull cell, current densities zones, where brightening is obtained, were identified. Using the potentionstatic polarization curves, effect brightening and roughness was determined.

Este trabalho buscou caracterizar e avaliar o efeito fragilizante da fase-σ e demais fases formadas, em tubulações de aço inoxidável austenítico AISI 316, que estiveram em operação durante 80.000 horas a 660°C. Estas tubulações faziam parte do sistema aquecimento/reação (área quente) de urna unidade de processamento petroquímico de hidrodealquilação de tolueno. Medidas de propriedades de tenacidade destes materiais revelaram urna significativa queda da energia absorvida pelo ensaio de impacto Charpy-V. Os experimentos realizados incluem avaliação metalográfica, ensaios potenciodinâmicos, extração eletrolítica de precipitados, caracterização de fases por difração de raios X, bem como medidas de algumas propriedades mecânicas. Os resultados indicaram a ocorrência do envelhecimento metalúrgico, com a formação de carbonetos do tipo M23C6, fase-σ e fase-η que explicam a baixa tenacidade. / This work aims to characterize and to evaluate the embrittlement effect of the σ-phase and other formed phases in AISI 316 austenitic stainless steel tubes which were exposed to temperature around 660°C during 80,000 hours. These tubes were used in a heating I reaction system (hot area) of a petrochemical process unit. Measurements of toughness properties of this materials showed low values in the Charpy-V impact test. The performed experiments included metallographic evaluation, potentiodynamic tests, eletrolytic extraction, phase characterization by X-ray diffraction and measurements of some mechanical properties. The results indicated a aging process with the formation of M23C6 type carbide, σ-phase and η-phase which justify the low toughness of these materials.

Tribocorrosion ist für viele Jahre durch Elektrochemischewissenschaftler sowie durch Tribologiewissenschaftler mit unterschiedlichen Fokus studiert worden. Electrochemists und Korrosionwissenschaftler sind an der Studie der Kinetik von repassivation der Metalloberflächen interessiert worden, die durch das Scrating Prozeß aktiviert werden. Andererseits sind tribologists interessiert worden an, wie Oberflächenoxidation während des Rubbing die Rate des mechanischen Verschleißes beeinflußt. Vor kurzem hat die gegenseitige Abhängigkeit der mechanischen und Elektrochemieeinheiten erhöhte Aufmerksamkeit aufgeworfen. Die elektrochemischen Methoden sind besonders entsprochen für dieses purpoise wohles, weil sie eine beschleunigte ätzende Effektsimulation durch die Potentialsteuerung und die konsequente Stromdichteantwort zur Verfügung stellten. Diese Studie berichtet über eine tribocorrosion System Entwicklung. Der wichtigste Aspekt für dieses Arbeit ist das interection zwischen den mechanischen und elektrochemischen Parametern und den Maßen dieses Prozesses. Die tribology Tests wurden mit einem tribometer mit einem linearen Schieben gebildet. Elektrochemische Parameter wurden durch eine Galvanostat/Potentiostat EGE&G PAR 273 A gesteuert. Die Schnittstelle Zelle war mit der drei Elektroden Konfiguration wütend - bearbeiten Sie Elektrode in der horizontalen Position, SSC (gesättigtes Kalomel) Bezugselektrode mit einer Luggin Kapillare und Pint Gegenelektrode. Das Zelle Material war acrylsauer und die Temperatur wurde durch warmes Wasser gesteuert. Die potenciostatic Tests mit rostfreiem Stahl zeigten eine gute Reproduzierbarkeit der Resultate und eine gute Kapazität der Materialkennzeichnung unter tribocorrosion Bedingungen. / Em muitos sistemas tribológicos os materiais em contato estão expostos a um meio corrosivo e, assim, são submetidos simultaneamente a solicitações mecânicas e químicas ou eletroquímicas. Como exemplo típico tem-se os implantes ortopédicos e bombas químicas. A interação destas solicitações pode ser chamada de tribocorrosão e tem sido estudada há muitos anos sob diferentes enfoques. Eletroquímicos e cientistas em corrosão têm se interessado no estudo da cinética de repassivação de superfícies metálicas ativadas através do risco. Já os tribologistas têm seu interesse voltado para a o efeito da oxidação superficial no processo de desgaste mecânico. Mais recentemente, a atenção sobre a dependência mútua dos mecanismos mecânicos e eletroquímicos tem crescido. No estudo desta interação, o uso de métodos eletroquímicos são bastante adequados, uma vez que permitem a simulação do efeito corrosivo do meio através da imposição de potenciais, tendo como resposta densidades de corrente. Este trabalho trata do desenvolvimento de um sistema de medidas de tribocorrosão. Este sistema envolve os seguintes aspectos: controle dos parâmetros tribológicos e eletroquímicos e o uso célula eletroquímica de interface (STCzelle). Os parâmetros tribológicos foram aplicados através de um tribômetro que permite movimentos de deslocamento linear. Para aplicação e controle dos parâmetros eletroquímicos foi utilizado um potenciostato/galvanostato EG&G PAR 273. A célula eletroquímica de interface (STCzelle) possui a configuração de três eletrodos, onde o eletrodo de trabalho se localizava na parte inferior, na posição horizontal, o eletrodo de referência de calomelano saturado com o prolongamento de um capilar de Luggin e contra-eletrodo de Pt em forma de espiral. A célula foi construída em acrílico com circulação de água quente para controle da temperatura. Os testes potenciostáticos e potenciodinâmicos realizados com aço inoxidável AISI 316L apresentaram uma excelente reprodutibilidade dos resultados e uma boa caracterização do material sob condições de esforços mecânicos e eletroquímicos combinados. / Tribocorrosion has been studied for many years by electrochemists as well as by tribologists, using different approaches. Electrochemists and corrosion scientists have been interested in the study of kinetics of repassivation of metal surfaces activated by scrating process. On the other hand, tribologists have been interested in how surface oxidation during rubbing affects the rate of mechanical wear. More recently the mutual dependence of mechanical and electrochemistry mechanisms has raised increased attention. Electrochemical methods are particularly well suited for this purpose, because they provided an accelerated corrosive effect simulation through the potentials control and the consequent current density response. This study reports a tribocorrosion system development. The most important aspect for this work is the interection between mechanical and electrochemical parameters and the measurements of this process. The tribology tests were made with a tribometer with a linear sliding. Electrochemical parameters were controlled by a Galvanostat/Potentiostat EGE&G PAR 273 A. The interface cell was mad with three electrodes configuration - work electrode in the horizontal position, SSC (Saturated Calomel) reference electrode with a Luggin capillary and Pt counter-electrode. The cell material was acrylic and the temperature was controlled by warm water. The potenciostatic tests with stainless steel showed a good reproducibility of the results and a good capacity of materials characterization under tribocorrosion conditions.

A escória é um dos principais resíduos resultantes do processo de produção do aço. Ao contrário dos demais tipos de escória, como as de alto-forno, que são largamente recicladas, as escórias de aço inoxidável de aciaria elétrica têm pouca ou nenhuma utilização. A presença de altos teores de cromo confere periculosidade a este resíduo, o qual é normalmente mantido em depósitos cobertos devido às regulamentações dos órgãos de proteção ambiental. Em vista da necessidade de estoque e do grande volume de escória gerada, várias propostas de reciclagem ou reaproveitamento deste material têm surgido. Entre elas, está o projeto de reaproveitamento da escória de inox no próprio processo que a gerou. O primeiro passo na direção de se atingir plenamente este objetivo é a caracterização do material, objetivo deste trabalho. A importância de caracterizar a escória reside no fato de que, uma vez lançada no forno como adição, será necessário prever o seu comportamento no aquecimento e fusão. Consequentemente, será preciso saber como os seus constituintes estão arranjados. Devido à heterogeneidade do material, por vezes esta caracterização se torna difícil, razão pela qual foram escolhidas técnicas variadas, como difração de raios-x, microscopia eletrônica de varredura com microssonda acoplada, análise térmica. Os resultados obtidos mostram que a escória apresenta temperatura liquidus na faixa de 1100-1200ºC e sua microestrutura é composta principalmente por: matriz, fase poligonal constituída por óxido de cromo e magnésio, óxido de magnésio e fase metálica retida. / Slag is one of the main wastes generated in the iron and steelmaking processes. The blast-furnace slags have been highly recycled in almost every country, on the other hand stainless steelmaking slags have little or none recycling use. The presence of chromium in high contents confers hazardousness to this waste, which is usually maintained in covered deposits due environmental protection agency regulations. Due to the storage and the high volume of generated slag, some recycling and reutilization proposals have been emerged. Between them, it can be pointed out the slag reutilization in steelmaking process where it was generated. The first step on this direction is the waste characterization which is the aim of this work. The importance of slag characterization brings the fact that, for its possible addition as input material in the furnace it will be necessary to predict its behaviour under heating up and melting. As a consequence, the constituints structure must be known. Due to the heterogenity of the material, which turns the characterization quite difficult, some different techniques were used as x-ray diffraction, SEM with EDS and thermal analysis. The results have shown that the slag presents liquidus temperature between 1100- 1200°C, and its microstructure is formed mainly by: matrix, polygonal phase containing chromium and magnesium oxide, magnesium oxide and a retained metallic phase.

O desenvolvimento de novas ligas de aços inoxidáveis austeníticos é cada vez mais importante visto que a redução de custos de fabricação e novas aplicações são fundamentais para a manutenção da competitividade das indústrias. Uma nova liga que não necessite a adição de Níquel para manter a microestrutura totalmente austenítica a temperatura ambiente é uma proposta muito interessante. A matéria-prima usada na fabricação do aço deve ter o menor custo possível, e o Níquel aparece como o principal responsável pela variação de preço e custo do aço inoxidável austenítico, o que dificulta o planejamento de custos e vendas das grandes empresas. A substituição do Níquel por Nitrogênio e Manganês é uma ótima opção, já que seus custos e sua flutuação de preço são mais razoáveis e ainda há a chance de usar a combinação dos dois para estabilizar a Austenita e ainda alcançar uma liga com melhores propriedades quando comparados aos aços austeníticos tradicionais. A possibilidade de haver transformação martensítica pode direcionar a utilização do aço inoxidável para aplicações específicas visto que o aumento da resistência mecânica devido a esta mudança de fase pode resultar em diminuição da resistência frente à corrosão. A estabilidade microestrutural de cinco diferentes ligas após deformação plástica foi investigada e caracterizada através das técnicas de Difração de Raios-X e medição de saturação magnética do material, possibilitando a identificação e quantificação das fases austenítica, Martensita α’ e Martensita ε além de suas eventuais transformações. / The development of new austenitic stainless steel alloys is becoming more important since new applications and cost reduction are the main targets of the industries. A new alloy which does not need the addition of Nickel to maintain the microstructure fully austenitic at room temperature in an extremely interesting proposition. Raw material should be costless as possible, and Nickel comes to the austenitic stainless steels as the main responsible for its high price and cost variation. The variations at the market make the sales planning more difficult. The substitution of Nickel by Nitrogen and Manganese is interesting since their price are much more reasonable and the opportunity to mix these both elements and reach an alloy with distinguished properties is feasible. Strain induced martensite can occurs and lead to a strengthening of the alloy while the resistance against corrosion could decrease. The microstructural stability of five different alloys after mechanical deformation were investigated and characterized by X-Ray Diffraction and magnetic saturation measurements to quantify the evolution of α’ martensite and ε martensite.