O objetivo deste trabalho é avaliar o comportamento das propriedades mecânicas e a resistência a corrosão sob fadiga de um segmento de duto de aço micro-ligado API 5L X65 revestido internamente com aço inoxidável AISI 308 L Si pelo processo de soldagem GMAW. Para esta avaliação, o duto foi revestido por soldagem e seccionado obtendo corpos de prova retangulares a fim de realizar os seguintes ensaios: dobramento, fadiga ao ar, fadiga em meio agressivo, ensaio de push-off, ensaios de microdureza e, ainda, análises metalográfica, fractográfica e análise química. Os ensaios de dobramento e os ensaios de fadiga foram feitos a três pontos. O ensaio de dobramento serviu para qualificar o revestimento e determinar os parâmetros de carga para os ensaios de fadiga. Estes resultados de fadiga ao ar e fadiga em meio agressivo (corrosão-fadiga) foram apresentados em uma Curva S-N. Já os ensaios de push-off foram realizados para verificar a aderência do revestimento, sendo este um ensaio qualitativo. A tensão de cisalhamento obtida pelo ensaio push-off apresentou-se satisfatória. Os ensaios de microdureza juntamente com as análises metalográficas foram empregados para caracterizar o material mecanicamente e microestrutural. A análise fractográfica caracterizou a posição no qual originaram as falhas decorrentes dos ensaios, além do tipo de falha e mecanismo de fratura. Na análise química observou-se que houve uma redução no teor de cromo no revestimento quando comparada a composição química do arame utilizado para a deposição. Esta queda é devido a diluição do metal de adição com o metal base durante o processo de soldagem. O revestimento apresentou boa ductilidade e com um bom comportamento em fadiga ao ar, e comportamento insatisfatório quando exposto em meio agressivo. As falhas apresentadas nos ensaios de fadiga ocorreram de forma dúctil e iniciaram nos pontos de maior tensão no corpo de prova. / This work aims to evaluate the mechanical properties behaviour and the corrosion fatigue resistance of a micro-alloyed API 5L X65 stell pipe segment internally coated with an AISI 308 L stainless steel by the GMAW welding process. Rectangular specimens were machined from the coated pipe in order to perform the following tests such as: bending test, in air fatigue test, environment fatigue test, push-off test, microhardeness test, metallographic and fractographic evaluation and chemical analysis. The bending test as well as the fatigue test were carried out in a three-pointbending arrangement. The fatigue load parameters and welding qualification were based on results obtained from the bending test. These fatigue results were presented in an S-N plot diagram. The push-off test were performed in order to check the adherence of the covering, layer and being a qualitative test. The shear stress obtained from these test showed itself satisfactory. The microhardness tests as well as the metallographic analysis contributed for the mechanical and microstructural characterization. The initiation failure region and the fracture mechanism involved were obtained by fractographic analysis. The fractographic analysis characterized the position that fatigue tests failure, kind of failure and failure mechanism. This analysis was split in three sub analysis, the visualization of fracture surface, fracture metallographic when a failure was present and metallographic of recover surface before your failure. According to the chemical analysis it was observed a reduction in the chrome content in comparison with the coating wire. This alloying element loss can be probably attributed to the dilution phenomena inherent from the welding process. The coated showed good ductility and satisfactory in-air fatigue results, however, it was observed an undermatching in the fatigue behaviour when submitted to the aggressive environment. The failures presented a ductile morphology and its initiation were localized in the higher tension points of the specimens.

Neste trabalho foi investigado o efeito inibidor da cafeína nos processos corrosivos do aço-carbono em etanol p.a., utilizando como eletrólito suporte LiCl ou LiClO4. Avaliouse também o efeito inibidor do composto sobre o comportamento do metal em soluções mais agressivas, com adição de água, cloreto e ácido acético, na presença e na ausência de cafeína. As propriedades inibidoras da cafeína foram avaliadas por ensaios de perda de massa, espectroscopia de impedância eletroquímica, voltametria cíclica, curvas de Tafel e cronoamperometria. As curvas de Tafel mostraram tratar-se de um inibido anódico. As diferentes técnicas utilizadas tiveram um resultado similar, mostrando que a cafeína é um bom inibidor para o aço-carbono em etanol, inclusive quando se aumenta a agressividade do meio, com adição de contaminantes. As medidas mostraram que o primeiro passo da interação entre a cafeína e a superfície do metal é através do processo de adsorção. Os valores encontrados para a variação da energia livre de adsorção de Gibbs sugerem um processo de adsorção químico e espontâneo. Em alguns casos constatou-se a diminuição da eficiência de proteção para valores de concentrações maiores de cafeína. Este resultado foi relacionado ao efeito quelante do composto. Alguns dos métodos utilizados mostraram que, mesmo no meio onde se simulou a presença de ácido acético como contaminante, a cafeína participa no sentido de melhorar a eficiência de inibição. A presença de cloreto, analisado como contaminante, também não impediu a cafeína de atuar como inibidora dos processos corrosivos do metal. / In this work it was determined the inhibitory effect of caffeine on the corrosion processes of low-carbon steel in pure ethanol, using Lithium chloride or Lithium perchloride as supporting electrolyte. More aggressive solutions containing water, chloride and acetic acid were tested also in absence and in the presence of caffeine. The inhibitory ability of caffeine was confirmed by weight loss experiments; cyclic voltammetry; polarization curves; chronoamperometric tests and electrochemical impedance spectroscopy studies. It is presented experimental evidences by Tafel curves that caffeine has an ability to block anodic charge transfer reactions on the electrode surface. Despite of the different methodologies used it was unequivocal the conclusion that caffeine may be considered an excellent corrosion inhibitor for the low-carbon steel in ethanol even at more aggressive conditions. It was unequivocal from the measurements to conclude that the first step of the interaction between the electrode surface and caffeine started with the adsorption process. The values of free adsorption Gibbs energy determined suggest a chemical and spontaneous process. However, in some experiments it was clear the chelating effect of the caffeine. The addition of acetic acid as contaminant it was observed a kind of synergism between caffeine and acetate anion. The inhibitory effect of the caffeine was visible even in the presence of a controlled amount of chloride as contaminant.

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.

Este trabalho tem como objetivo a caracterização tecnológica dos aços Bake Hardening (BH 180 e BH 220); o cálculo do coeficiente de atrito; e a simulação numérica para validação dos dados analíticos durante o processo de estampagem profunda. A caracterização tecnológica foi realizada através da mensuração das propriedades mecânicas convencionais (limite de escoamento, limite de resistência, índice de encruamento, índice de anisotropia,...) e da curva limite de conformação. Para cálculo do coeficiente de atrito, foi utilizado o processo de embutimento profundo de um copo, no qual, através da mensuração da força máxima de embutimento, consegue-se estimar o coeficiente de atrito do processo pela formulação de Panknin. Com o auxílio da simulação computacional, pretende-se avaliar os resultados analíticos, a fim de validar o cálculo do coeficiente de atrito do processo através da comparação das forças máximas. A caracterização do material demonstra que tais materiais possuem boa estampabilidade. Foram analisadas as deformações que os copos obtiveram durante o processo de embutimento profundo, comprovando o aumento de espessura na região do flange. Os coeficientes de atrito, calculados no embutimento dos copos, foram dados de entrada no software de simulação para comparação das curvas das forças de embutimento, mostrando a coerência entre as curvas, validando assim uma metodologia para cálculo do coeficiente de atrito no processo. / This work has as objective the technological characterization of Bake Hardening steel (BH 180 e BH 220), the friction factor calculation and the numerical simulation for validation of analytical data during the deep drawing process. The technological characterization was carried out through the measuring of conventional mechanical properties (yield point, strength limit, yield index, anisotropy index...) and forming limit curve. For calculation of friction factor, it was used the deep drawing process of a cup, in which, through the measurement of maximum force of deep drawing is possible to esteem the friction factor of this process through formulation of Panknin. With the support of computational simulation, the analytical results are intended to be evaluated, in order to validate the calculation of the friction factor of the process through the comparison of the maximum force. The characterization of the material shows that such materials have good drawability. The deformations that the cups got during the deep drawing process were analyzed, proving the raising of thickness in the region of the flange. The friction factors calculated in the deep drawing cups were entry data in the software of simulation to the comparison of the curves of the deep drawing power, showing the coherence between the curves, in this way validating a methodology for calculation of the factor of friction in the process.

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.

Este trabalho tem por objetivo avaliar a influência da rota de processamento no surgimento de crescimento anormal de grão em anéis internos de juntas homocinéticas de aço DIN 16MnCr5 forjado a morno, assim como seu efeito na dispersão da dimensão entre-rolos do estriado deste anel. Para tanto foram realizados experimentos utilizando a rota de processamento corrente – forjamento, usinagem, cementação e têmpera – e uma rota de processo experimental – forjamento, cementação, usinagem e têmpera – além de adição de elementos de liga reconhecidos como ancoradores do crescimento de grão austenítico. Para calcular o tamanho de grão austenítico foi empregada a norma ASTM E112. A microestrutura das amostras foi determinada através de metalografia e a medição da dimensão entre-rolos do estriado foi realizada utilizando um dispositivo Frenco modelo IVM 3x2. A partir dos resultados obtidos foi possível determinar que a rota de processamento que possui as etapas de cementação não conjugadas é a mais adequada para que se obtenha um tamanho de grão fino e homogêneo, bem como uma dispersão de medidas do entre-rolos do estriado que minimize as perdas durante a manufatura de peças. / The aim of the work is to analyze the influence of process route on the appearance of abnormal grain growth in DIN 16MnCr5 warm forged constant velocity joints inner races as well as its effect on the dispersion of spline dimension between pins measurements. In order to do this, experiments using current process flow – forging, machining, case carburizing and quenching – and an experimental process route – forging, case carburizing, machining and quenching – were carried out. Further more, alloying elements well known for its ability to control austenitic grain growth were added. The standard applied in order to calculate the austenitic grain size was ASTM E112. The microstructure of the samples was determined through metallographic analysis and spline’s between pins dimension was measured using a Frenco gage model IVM 3x2. From the obtained results it was possible to determine that the process route which has case carburizing and quenching stages not conjugated is more adequated to obtain a fine and homogeneous austenitic grain size distribution as well as a dispersion of between pins dimensions that minimizes the wastes during parts manufacturing.

Este trabalho analisa, através da utilização de simulador físico, o perfil de deformação imposto ao material durante a realização de ensaios de compressão planar de um aço AISI 1141. Para este estudo foi utilizada a temperatura de encharque de 1000°C, uma taxa de deformação de 2/s e três valores de deformações de 20%, 30%, 40%. Após a aplicação da deformação nominal desejada os corpos de prova foram temperados para facilitar a visualização do bandeamento microestrutural. Depois de obtidos os resultados das deformações dos corpos de prova ensaiados foi feito o comparativo dos mesmos com o modelamento computacional realizado via elementos finitos, a fim de comparar comportamento real de deformação com comportamento ideal. Os resultados indicaram comportamentos semelhantes, ou seja, ocorre ausência de deformação na superfície de contato com as bigornas do simulador e valores irrelevantes nas regiões subsuperficiais até máximos valores no centro dos corpos de prova. Esses máximos valores de deformação no centro, chegando a valores mais altos que os programados inicialmente no simulador ocorrem para compensar a ausência de deformação na superfície, ocasionando um equilíbrio ao longo das regiões que recebem solicitações do simulador. Por isso foram feitos imagens no software ABAQUS no intuito de desenvolver e um “mapa de deformações”, a fim de localizar os valores de deformação programados via simulador Gleeble nos corpos de prova envolvidos nos ensaios. / This work analyses, through of the utilization of a Gleeble physical simulator, the deformation profile of a planar compression test of an AISI 1141 steel. During the study a soaking temperature of 1000°C, deformation rate on 2/s and three deformations of 20%, 30% and 40% were utilized. Afterwards the application of the nominal deformation desired the samples were quenched to facilitate analysis of the deformation along segregation lines preset in the material. The deformations results from samples were compared with Finite Element modeling techniques in order to compare the real behavior with ideal deformation behavior. The results showed up similar behaviors, in other words, the absence of deformation at contact surface against to anvils of the Gleeble machine and values not relevant on subsurface up to maximum values at samples center. Such maximum values at the center reaching to higher than those programmed occurs to compensate the absence of deformation at surface.

O objetivo deste trabalho é fazer um mapeamento do sistema de dutos do despoeiramento de uma aciaria elétrica, identificando pontos de maior desgaste, validando parâmetros significativos da manutenção, bem como propor mudanças no acompanhamento de desgaste do sistema, com vistas a garantir uma melhor segurança operacional, aumentar a vida útil dos elementos do sistema filtrante e garantir controle de emissões atmosféricas. O trabalho foi desenvolvido na aciaria da Gerdau Guaíra, a partir de uma consulta bibliográfica sobre sistemas filtrantes para aciarias elétricas, parâmetros de operação, análise dos dados estatísticos das medições, além de trabalhos já realizados sobre este tema. A principal técnica utilizada para o mapeamento térmico foi a termografia. Com o trabalho proposto, pode-se: (1) adquirir conhecimento sobre o funcionamento de sistemas filtrantes para aciaria elétrica e suas principais vulnerabilidades, (2) identificar como pontos de maior desgaste os dutos da saída da câmara de combustão, (3) estabelecer relação entre o desgaste dos dutos e a posição de operação, (4) verificar que os gases provenientes do circuito primário tem uma boa homogeneidade do perfil de temperatura após o encontro do duto proveniente do sistema secundário. / The objective of this study is to map the system of dust collection of an electric arc furnace melt shop, identify points of greatest wear, validate the significant parameters of maintenance, and propose changes in the monitoring system of wear, in order to ensure better operational safety increase the life of the filter elements and ensure control of atmospheric emissions. The study was conducted at the Gerdau Guaíra steel making plant, from a bibliographic research on filtering systems for electric arc furnace, operating parameters, analyzing statistical measurements, and work already done on this subject. The main technique used for thermal mapping was the thermography. With the proposed work can be: (1) acquire knowledge about the operation of filter systems for electric melt shop and main vulnerabilities, (2) to identify that duct at the end of combustion chamber has critical for wear analisys (3) establish relationship between wear of the duct and the operating position, (4) found that the gases from the primary circuit has a good homogeneity of the temperature after meeting the duct from the secondary system.

Este trabalho analisa, através do emprego de simulador físico, os efeitos da adição do nióbio no aço SAE 1141 e seu comportamento como refinador de grão e endurecedor por precipitação, nas altas temperaturas de forjamento e tempos de reaquecimento aplicados industrialmente. Analisa também qual a influência das deformações e velocidades de resfriamento sobre o tamanho de grão austenítico, microestrutura, dureza, cinética da precipitação e propriedades finais. Na definição dos parâmetros de simulação foram observadas rotinas de produção de peças forjadas comercialmente, a literatura técnica, e possíveis alterações que otimizassem as propriedades do aço em estudo. Para tanto foram definidas as temperaturas de forjamento 1100, 1200 e 1250°C, a taxa de deformação de 1/s, as deformações de 30, 50 e 70%, e as velocidades de resfriamento de 36, 60, 100 e 150°C/min. Os resultados indicaram que a velocidade de resfriamento tem papel preponderante na microestrutura final, que variou de um agregado de ferrita e perlita para bainita (às vezes com alguma martensita) a medida em que a velocidade de resfriamento aumenta. A simulação térmica indicou que tamanho de grão austenítico aumenta a medida em que se eleva a temperatura de reaquecimento e que existe apenas um pequeno efeito ancorador de grão do nióbio nesse quesito, quando não estiver presente alguma deformação Foi observado, através da simulação física que, com a presença de deformação, principalmente para as temperaturas menores de reaquecimento, a precipitação induzida por deformação parece ancorar o crescimento dos grãos recristalizados, resultando num tamanho de grão austenítico menor. Esse trabalho constitui parte integrante do projeto de desenvolvimento da tecnologia dos aços microligados, num esforço conjunto do Laboratório de Metalurgia Física – LAMEF, através do Grupo de Desenvolvimento de Aços Microligados, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, em parceria com a Aços Finos Piratini e DANA – Albarus, com o apoio da CAPES.

Este trabalho tem por objetivo otimizar os parâmetros de nitretação a plasma para a formação de camadas nitretadas com propriedades tribológicas adequadas para a utilização em ponteiras de conexão utilizadas em “risers” de completação de poços de petróleo. Para atingir este objetivo, amostras de aço inoxidável endurecível por precipitação 17-4 PH foram nitretadas a plasma em um reator com mistura gasosa de 76%N2 e 24%H2 durante 4 horas. As temperaturas utilizadas no processo foram 400, 450, 480 e 550°C. As camadas nitretadas produzidas foram avaliadas quanto à morfologia, espessura, composição, dureza, resistência à corrosão e resistência ao desgaste. Os resultados demonstraram que as condições de nitretação utilizadas foram eficientes no endurecimento superficial das amostras. A utilização de temperatura elevada (550°C) não é adequada para a nitretação de aços inoxidáveis endurecíveis por precipitação 17-4 PH. A amostra nitretada a 450°C apresentou a melhor combinação de propriedades para aplicação nas ponteiras de “risers” de completação.