Com o envelhecimento das estruturas de concreto armado, ficou evidente sua deterioração num período de tempo muito menor do que o previsto, pois sempre foram consideradas construções de elevada vida útil. Entre os fenômenos de maior gravidade para a sua estabilidade estrutural está a corrosão das armaduras de aço. Visando melhorar o desempenho das construções, aumentando a vida útil e diminuindo custos com manutenção, esta dissertação propõe o desenvolvimento de um vergalhão com melhor resistência à corrosão, de microestrutura dual-phase. O objetivo principal foi propor uma rota de produção viável, agregando o mínimo de custo possível, de forma a se obter um produto competitivo. A simulação da produção do vergalhão, desde o refino na aciaria, passando por tratamento térmico e propriedades mecânicas, foi realizada com auxílio da termodinâmica computacional, através do software FactSage. A simulação consistiu de três etapas: 1) determinação das temperaturas A1 e A3 e janelas de tratamento térmico; 2) cálculo das propriedades mecânicas a partir de modelos empíricos; 3) comportamento das inclusões durante o refino, durante a solidificação e durante a laminação. O estudo das inclusões é importante porque os aços simulados possuem alto teor de silício (de 1% a 2,5% em massa), podendo precipitar óxidos sólidos nos moldes de lingotamento contínuo. O estudo termodinâmico apontou que a produção de vergalhões com aços dual-phase com alto teor de silício é possível e sugere-se a fabricação pela seguinte rota: aciaria elétrica convencional, com ajuste final do teor de silício após a desoxidação e adição de alumínio controlada para obter inclusões com 15% a 25% de Al2O3, ajuste da escória, rica em CaO, de maneira a obter inclusões favoráveis ao lingotamento contínuo e laminação, e após o último passe de laminação, têmpera por resfriamento em água online (Thermex/Tempcore). / With the aging of reinforced concrete structures, their premature wearing became evident. Among the phenomena of greater severity to the structural stability of buildings is the corrosion of the steel rebar. To improve the performance of these structures, increase their service life and reduce maintenance costs, this work proposes the development of a rebar with better corrosion resistance, with a dual-phase microstructure. The main objective was to propose a viable production route, which adds the least possible cost, so as to obtain a competitive product. The thermodynamic simulation of the rebar manufacturing, from steelmaking to heat treatment and mechanical properties was carried out with the aid of computational thermodynamics using the FactSage software. The simulation consisted of three steps: 1) determining the temperatures A1 and A3 and the heat treatment windows; 2) calculating the mechanical properties from empirical models; 3) analyzing the behavior of inclusions during refining, solidification and hot-rolling. The study of the inclusion system is important because the simulated steels have high silicon content (from 1% to 2.5% by weight) and solid oxides may precipitate in the continuous casting molds. As a result of the study, it was found that the production of rebars with dual-phase microstructure and high silicon content is possible and the manufacturing route proposed is as follows: conventional electric steelmaking, with final adjustment of the silicon content after deoxidation and controlled addition of aluminum to obtain inclusions with 15% to 25% of Al2O3, refining slag rich in CaO, in order to obtain inclusions favorable to continuous casting and hot-rolling, and direct water quenching after the final rolling step (Thermex / Tempcore processes).

O desenvolvimento dos veículos atuais vem sendo impulsionado pela necessidade de redução de massa associada com o aumento da segurança para os passageiros. Na procura de novos materiais e processos para atender estas exigências, os aços bifásicos ferrítico-martensíticos ou DP vêm se destacando entre os aços avançados de alta resistência (AHSS), por apresentar elevada resistência mecânica e boa ductilidade. Da mesma forma, a soldagem a laser vem se mostrando promissora para junção desta classe de materiais. Este processo permite unir os aços DP com boa qualidade metalúrgica sem significativas distorções dimensionais. Embora os aços DP apresentem boa soldabilidade, um amolecimento localizado na zona afetada pelo calor (ZAC) também é observado, especialmente no aço DP1000, que apresenta elevada fração de martensita. Desta forma, esta Tese propõe a soldagem a laser do aço DP1000 de espessura 1,80 mm, seguida de uma sistemática caracterização microestrutural, visando a produção de juntas soldadas suficientemente resistentes. Para isto, foram produzidos cordões numa chapa de aço DP1000, variando a potência nominal de soldagem entre 0,4 e 2,0 kW e a velocidade de soldagem entre 20 e 150 mm/s. A caracterização microestrutural foi conduzida com o auxílio das técnicas de microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRX) e difração de elétrons retroespalhados (EBSD). As juntas soldadas mais representativas foram submetidas a ensaios de dureza Vickers e tração uniaxial. Os resultados mostram que é possível produzir juntas soldadas resistentes no aço DP1000. Todavia, é fundamental que a combinação de parâmetros gere soldas com penetração total e mínima largura de ZAC, limitando a quantidade de amolecimento da martensita prévia e a fração volumétrica de austenita retida. Na presente Tese, os melhores resultados foram obtidos para uma potência de 2,0 kW e velocidade de 150 mm/s. / The development of modern vehicles has been driven by the need of mass reduction associated with the increase of the safety of passengers. In the search for new materials and processes to meet these requirements, ferritic-martensitic dual-phase (DP) steels are potential candidates among advanced high-strength steels (AHSS), because of their high mechanical strength and good ductility. In that sense, laser beam welding has been shown promising for joining this class of materials. This process allows joining DP steels with good metallurgical quality without large dimensional distortions. Although DP steels show good weldability, a localized softening in the heat affected zone (HAZ) is also observed, especially in DP1000 steel which contains large amounts of martensite. Thus, laser beam welding has been performed in DP1000 steel with thickness of 1.80 mm, followed by a systematic microstructural characterization, aiming at the production of resistant welded joints. For this, bead-on-plate welds were carried out in DP1000 steel, varying the welding power between 0.4 and 2.0 kW and the welding speed between 20 and 150 mm/s. The microstructural characterization was conducted with the aid of light optical microscopy (LOM), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and electron backscattered diffraction (EBSD). The most representative welded joints were tested for Vickers hardness and uniaxial tensile test. Results show that it is possible to produce sound and resistant welded joints in DP1000 steel. However, it is critical that the combination of parameters allows the obtainment of welds with full penetration and minimum HAZ width, limiting the amount of softening of prior martensite and the volume fraction of retained austenite. In the present Thesis, this was achieved using a power of 2.0 kW and a welding speed of 150 mm/s.

The key to the understanding of the mechanical behavior of dual phase (DP) steels is to a large extent to be found in the microstructure. The microstructure is in its turn a result of the chemical composition and the process parameters during its production. In this thesis the connection between microstructure and mechanical properties is studied, with focus on the microstructure development during annealing in a continuous annealing line. In-line trials as well as the lab simulations have been carried out in order to investigate the impact of alloying elements and process parameters on the microstructure. Further, a dislocation model has been developed in order to analyze the work hardening behavior of DP steels during plastic deformation. From the in-line trials it was concluded that there is an inheritance from the hot rolling process both on the microstructure and properties of the cold rolled and annealed product. Despite large cold rolling reductions, recrystallization and phase transformations, the final dual phase steel is still effected by process parameters far back in the production chain, such as the coiling temperature following the hot rolling. Lab simulations showed that the microstructure and consequently the mechanical properties are impacted not only by the chemical composition of the steel but also by a large number of process parameters such as soaking temperature, cooling rate prior to quenching, quench and temper annealing temperature. / QC 20101004

Com o envelhecimento das estruturas de concreto armado, ficou evidente sua deterioração num período de tempo muito menor do que o previsto, pois sempre foram consideradas construções de elevada vida útil. Entre os fenômenos de maior gravidade para a sua estabilidade estrutural está a corrosão das armaduras de aço. Visando melhorar o desempenho das construções, aumentando a vida útil e diminuindo custos com manutenção, esta dissertação propõe o desenvolvimento de um vergalhão com melhor resistência à corrosão, de microestrutura dual-phase. O objetivo principal foi propor uma rota de produção viável, agregando o mínimo de custo possível, de forma a se obter um produto competitivo. A simulação da produção do vergalhão, desde o refino na aciaria, passando por tratamento térmico e propriedades mecânicas, foi realizada com auxílio da termodinâmica computacional, através do software FactSage. A simulação consistiu de três etapas: 1) determinação das temperaturas A1 e A3 e janelas de tratamento térmico; 2) cálculo das propriedades mecânicas a partir de modelos empíricos; 3) comportamento das inclusões durante o refino, durante a solidificação e durante a laminação. O estudo das inclusões é importante porque os aços simulados possuem alto teor de silício (de 1% a 2,5% em massa), podendo precipitar óxidos sólidos nos moldes de lingotamento contínuo. O estudo termodinâmico apontou que a produção de vergalhões com aços dual-phase com alto teor de silício é possível e sugere-se a fabricação pela seguinte rota: aciaria elétrica convencional, com ajuste final do teor de silício após a desoxidação e adição de alumínio controlada para obter inclusões com 15% a 25% de Al2O3, ajuste da escória, rica em CaO, de maneira a obter inclusões favoráveis ao lingotamento contínuo e laminação, e após o último passe de laminação, têmpera por resfriamento em água online (Thermex/Tempcore). / With the aging of reinforced concrete structures, their premature wearing became evident. Among the phenomena of greater severity to the structural stability of buildings is the corrosion of the steel rebar. To improve the performance of these structures, increase their service life and reduce maintenance costs, this work proposes the development of a rebar with better corrosion resistance, with a dual-phase microstructure. The main objective was to propose a viable production route, which adds the least possible cost, so as to obtain a competitive product. The thermodynamic simulation of the rebar manufacturing, from steelmaking to heat treatment and mechanical properties was carried out with the aid of computational thermodynamics using the FactSage software. The simulation consisted of three steps: 1) determining the temperatures A1 and A3 and the heat treatment windows; 2) calculating the mechanical properties from empirical models; 3) analyzing the behavior of inclusions during refining, solidification and hot-rolling. The study of the inclusion system is important because the simulated steels have high silicon content (from 1% to 2.5% by weight) and solid oxides may precipitate in the continuous casting molds. As a result of the study, it was found that the production of rebars with dual-phase microstructure and high silicon content is possible and the manufacturing route proposed is as follows: conventional electric steelmaking, with final adjustment of the silicon content after deoxidation and controlled addition of aluminum to obtain inclusions with 15% to 25% of Al2O3, refining slag rich in CaO, in order to obtain inclusions favorable to continuous casting and hot-rolling, and direct water quenching after the final rolling step (Thermex / Tempcore processes).

Com o envelhecimento das estruturas de concreto armado, ficou evidente sua deterioração num período de tempo muito menor do que o previsto, pois sempre foram consideradas construções de elevada vida útil. Entre os fenômenos de maior gravidade para a sua estabilidade estrutural está a corrosão das armaduras de aço. Visando melhorar o desempenho das construções, aumentando a vida útil e diminuindo custos com manutenção, esta dissertação propõe o desenvolvimento de um vergalhão com melhor resistência à corrosão, de microestrutura dual-phase. O objetivo principal foi propor uma rota de produção viável, agregando o mínimo de custo possível, de forma a se obter um produto competitivo. A simulação da produção do vergalhão, desde o refino na aciaria, passando por tratamento térmico e propriedades mecânicas, foi realizada com auxílio da termodinâmica computacional, através do software FactSage. A simulação consistiu de três etapas: 1) determinação das temperaturas A1 e A3 e janelas de tratamento térmico; 2) cálculo das propriedades mecânicas a partir de modelos empíricos; 3) comportamento das inclusões durante o refino, durante a solidificação e durante a laminação. O estudo das inclusões é importante porque os aços simulados possuem alto teor de silício (de 1% a 2,5% em massa), podendo precipitar óxidos sólidos nos moldes de lingotamento contínuo. O estudo termodinâmico apontou que a produção de vergalhões com aços dual-phase com alto teor de silício é possível e sugere-se a fabricação pela seguinte rota: aciaria elétrica convencional, com ajuste final do teor de silício após a desoxidação e adição de alumínio controlada para obter inclusões com 15% a 25% de Al2O3, ajuste da escória, rica em CaO, de maneira a obter inclusões favoráveis ao lingotamento contínuo e laminação, e após o último passe de laminação, têmpera por resfriamento em água online (Thermex/Tempcore). / With the aging of reinforced concrete structures, their premature wearing became evident. Among the phenomena of greater severity to the structural stability of buildings is the corrosion of the steel rebar. To improve the performance of these structures, increase their service life and reduce maintenance costs, this work proposes the development of a rebar with better corrosion resistance, with a dual-phase microstructure. The main objective was to propose a viable production route, which adds the least possible cost, so as to obtain a competitive product. The thermodynamic simulation of the rebar manufacturing, from steelmaking to heat treatment and mechanical properties was carried out with the aid of computational thermodynamics using the FactSage software. The simulation consisted of three steps: 1) determining the temperatures A1 and A3 and the heat treatment windows; 2) calculating the mechanical properties from empirical models; 3) analyzing the behavior of inclusions during refining, solidification and hot-rolling. The study of the inclusion system is important because the simulated steels have high silicon content (from 1% to 2.5% by weight) and solid oxides may precipitate in the continuous casting molds. As a result of the study, it was found that the production of rebars with dual-phase microstructure and high silicon content is possible and the manufacturing route proposed is as follows: conventional electric steelmaking, with final adjustment of the silicon content after deoxidation and controlled addition of aluminum to obtain inclusions with 15% to 25% of Al2O3, refining slag rich in CaO, in order to obtain inclusions favorable to continuous casting and hot-rolling, and direct water quenching after the final rolling step (Thermex / Tempcore processes).

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:36:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcos Roberto de Castro.pdf: 4644159 bytes, checksum: f40f63d43113b21cb1a927d0acc6160b (MD5) Previous issue date: 2012-01-27 / In this work it was analyzed a dual phase steel concerning its mechanical properties, the microstructure and its performance comparing with micro alloyed steel. These steels have the potential to achieve cost and weight savings while improving performance. The trend for the use of AHSS (Advanced high strength steels) in automotive industry has grown in the last decades in an exponential way and has encouraged researches around the world to study processes that enhance the characteristics of actual steel, in order to optimize weight for fuel economy and structural stiffness in safety. This work analyzed the DP 800 steel (1.2 mm thickness) as a potential replacement for steel HSLA (micro alloyed steel) HX 260 PD (1.5 mm thickness) as a component of a vehicle body production. This replacement allowed 20% mass reduction of the vehicle. It was studied the following characteristics: processing, chemical composition, microstructure and mechanical properties. For microstructure analysis has been used optical. The chemical element analysis was made by an optical emission spectrometer instrument. Tensile tests were made in both materials. The obtained mechanical values were the input to the CAE software: simulation of stamping and virtual crash test. With the results of the tests and simulations were able to evaluate the feasibility of replacing steel micro alloyed steel for dual phase steel. Dual phase steel showed similar formability and service performance (structural integrity in the crash test simulation). / Neste trabalho foi analisado um aço conhecido comercialmente por dual phase, compreendendo a obtenção deste tipo de aço, suas propriedades mecânicas, a relação entre sua microestrutura e seu desempenho e um comparativo com um aço microligado. Comparados aos aços convencionais, os aços bifásicos, em virtude do melhor desempenho em serviço, podem proporcionar redução de peso e consequentemente de custo nos componentes. O trabalho analisou o aço DP 800 (espessura = 1,2 mm) como potencial material em substituição a um aço microligado H260 PD (espessura = 1,5 mm) em um componente estampado de carroceria de um veiculo em produção. Esta troca possibilitou a redução de 20% de massa da peça. Foram estudadas as seguintes características: processamento, composição química, microestrutura e propriedades mecânicas. Para análise micro estrutural foi utilizada microscopia óptica. A caracterização química foi feita por meio de um espectrômetro de emissão óptica. Foram feitos ensaios de tração nos dois materiais em estudo. O ensaio de tração serviu para a obtenção de curvas tensão-deformação cujos valores alimentaram softwares de CAE visando simulação de estampagem e crash-test virtual. Com os resultados dos ensaios e das simulações foi possível verificar a viabilidade da substituição do aço microligado pelo aço bifásico (dual phase). O aço bifásico apresentou similar conformabilidade e desempenho em serviço (integridade estrutural na simulação do teste de impacto frontal).

O desenvolvimento dos veículos atuais vem sendo impulsionado pela necessidade de redução de massa associada com o aumento da segurança para os passageiros. Na procura de novos materiais e processos para atender estas exigências, os aços bifásicos ferrítico-martensíticos ou DP vêm se destacando entre os aços avançados de alta resistência (AHSS), por apresentar elevada resistência mecânica e boa ductilidade. Da mesma forma, a soldagem a laser vem se mostrando promissora para junção desta classe de materiais. Este processo permite unir os aços DP com boa qualidade metalúrgica sem significativas distorções dimensionais. Embora os aços DP apresentem boa soldabilidade, um amolecimento localizado na zona afetada pelo calor (ZAC) também é observado, especialmente no aço DP1000, que apresenta elevada fração de martensita. Desta forma, esta Tese propõe a soldagem a laser do aço DP1000 de espessura 1,80 mm, seguida de uma sistemática caracterização microestrutural, visando a produção de juntas soldadas suficientemente resistentes. Para isto, foram produzidos cordões numa chapa de aço DP1000, variando a potência nominal de soldagem entre 0,4 e 2,0 kW e a velocidade de soldagem entre 20 e 150 mm/s. A caracterização microestrutural foi conduzida com o auxílio das técnicas de microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRX) e difração de elétrons retroespalhados (EBSD). As juntas soldadas mais representativas foram submetidas a ensaios de dureza Vickers e tração uniaxial. Os resultados mostram que é possível produzir juntas soldadas resistentes no aço DP1000. Todavia, é fundamental que a combinação de parâmetros gere soldas com penetração total e mínima largura de ZAC, limitando a quantidade de amolecimento da martensita prévia e a fração volumétrica de austenita retida. Na presente Tese, os melhores resultados foram obtidos para uma potência de 2,0 kW e velocidade de 150 mm/s. / The development of modern vehicles has been driven by the need of mass reduction associated with the increase of the safety of passengers. In the search for new materials and processes to meet these requirements, ferritic-martensitic dual-phase (DP) steels are potential candidates among advanced high-strength steels (AHSS), because of their high mechanical strength and good ductility. In that sense, laser beam welding has been shown promising for joining this class of materials. This process allows joining DP steels with good metallurgical quality without large dimensional distortions. Although DP steels show good weldability, a localized softening in the heat affected zone (HAZ) is also observed, especially in DP1000 steel which contains large amounts of martensite. Thus, laser beam welding has been performed in DP1000 steel with thickness of 1.80 mm, followed by a systematic microstructural characterization, aiming at the production of resistant welded joints. For this, bead-on-plate welds were carried out in DP1000 steel, varying the welding power between 0.4 and 2.0 kW and the welding speed between 20 and 150 mm/s. The microstructural characterization was conducted with the aid of light optical microscopy (LOM), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and electron backscattered diffraction (EBSD). The most representative welded joints were tested for Vickers hardness and uniaxial tensile test. Results show that it is possible to produce sound and resistant welded joints in DP1000 steel. However, it is critical that the combination of parameters allows the obtainment of welds with full penetration and minimum HAZ width, limiting the amount of softening of prior martensite and the volume fraction of retained austenite. In the present Thesis, this was achieved using a power of 2.0 kW and a welding speed of 150 mm/s.