[pt] O objetivo principal desta pesquisa foi caracterizar o fenômeno de corrosão localizada na região da junta soldada de elos de amarras do tipo ORQ utilizados em sistemas de ancoragem offshore. Para tal, foram selecionados elos de amarras retirados de serviço ao final de sua vida útil programada e sem sinais de corrosão localizada (elos sem corrosão) e elos de amarras que tiveram abreviada sua vida útil em função de corrosão localizada (elos com corrosão). Inicialmente, promoveu-se a determinação das características microestruturais, na qual se destacou o intenso bandeamento microestrutural de ferrita/perlita, bem como as propriedades mecânicas e de fratura das juntas soldadas em ambas as condições. Em seguida, ensaios eletroquímicos avaliaram a susceptibilidade à corrosão das diferentes regiões da junta soldada. Os resultados mostraram a zona termicamente afetada como anódica, com alta taxa de corrosão em elos com corrosão, enquanto que, em elos sem corrosão, esta mesma região foi catódica, com baixa velocidade de corrosão. Após tais ensaios, a zona termicamente afetada dos elos com corrosão foi submetida a diferentes tratamentos térmicos visando a diminuição de sua taxa de corrosão. O tratamento térmico de recozimento, prévio à têmpera e revenido, foi importante para a diminuição da taxa de corrosão desta região. Finalmente, as juntas soldadas em ambas as condições foram analisadas por difração de raios-X, que evidenciou a presença de partículas de segunda fase contendo níquel e cromo na zona termicamente afetada dos elos com corrosão. Tais partículas foram apontadas, possivelmente, como causadoras do endurecimento e da maior susceptibilidade à corrosão desta região. / [en] The purpose of this work was to characterize the localizated corrosion phenomenom in the weld region of offshore mooring chains type ORQ. In this sense, a number of chain links were selected after finishing their projected life time without corrosion signs (chains without corrosion) as well as chain links which showed a reduced life time caused by localizated corrosion (chains with corrosion). Initially, a microetructural characterization, that revealed a strong ferrite-pearlite banding, as well as mechanical testing were carried out for both material´s conditions. In the sequence, eletrochemistry tests evaluated the corrosion susceptibility of the different regions of the weld joint. The results showed that the heat affected zone concerning the chains with corrosion was the anodic region, with high corrosion rate, while the same region on the not corroded chains was the cathodic one, with low corrosion rate. After that, the heat affected zone regarding the corroded chains was subjected to different heat treatments aiming to reduce its corrosion rate. The annealing heat treatment, previous to quenching and tempering, was considered important in order to decrease the corrosion rate of this region. Finally, the welded joints in both conditions were analyzed by means of X-ray diffraction, which pointed to the presence of second phase particles containing nickel and chromium in the heat affected zone of the corroded chains. The hardening and the high corrosion susceptibility showed by this region was attributed for these particles.

Na presente dissertação foram investigadas as propriedades mecânicas e microestruturais, antes e após o processo de soldagem, dos aços ZSTE380 e DOGAL800, que são aços de alta resistência e baixa liga (ARBL), além do aço convencional ZAR230. O principal objetivo do trabalho foi avaliar possíveis modificações nessas propriedades e verificar a possibilidade de substituir o aço convencional por um dos aços ARBL. Por serem mais resistentes os aços ARBL podem ser usados em elementos estruturais menos robustos, o que reduz o peso e a emissço de gases poluentes dos veículos. Primeiramente, verificaram-se diferentes extensões da zona termicamente afetada para os três aços soldados, onde é observada a maior extensão no DOGAL800 e a menor no ZAR230. A análise microestrutural revelou o crescimento do tamanho de grão austenítico em relação ao metal base nessa região para os aços ZSTE380 e DOGAL800, gerando um pronunciado aumento da resistência devido à transformação martensítica. O caso mais marcante ocorreu no DOGAL800, em cuja zona termicamente afetada observou-se a formação de martensita de baixo carbono, que é uma fase dura do aço, porém de baixa ductilidade. Os perfis de microdureza indicaram que não houve uma alteração significativa na dureza da zona termicamente afetada no ZAR230, enquanto que para o DOGAL800 observa-se um considerável aumento na mesma, confirmando a formaçao de martensita. Os limites de escoamento determinados pelos ensaios de tração não apresentaram diferenças significativas entre os corpos de prova com e sem solda se analisados de forma global, porém um ensaio de microtração, isso seria revelado. Contudo, nos ensaios de fadiga dos corpos de prova sem solda observou-se uma maior resistência à fadiga para os aços DOGAL800 e ZSTE380 em relação ao ZAR230. Após o processo de soldagem, os aços ARBL apresentam uma significativa redução da resistência a fadiga, estando abaixo da resistência à fadiga do ZAR230 para ensaios acima de um milhão de ciclos. Os resultados apresentados são explicados com base na relação entre as características microestruturais e propriedades mecânicas dos aços antes e após a soldagem. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-05-21T16:18:45Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Felipe Perini.pdf: 4638294 bytes, checksum: 04b47e3d737143948a0776e96d6588a1 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-21T16:18:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Felipe Perini.pdf: 4638294 bytes, checksum: 04b47e3d737143948a0776e96d6588a1 (MD5) / In the present work we investigated the mechanical and microstructural proprieties of the ZSTE380 and DOGAL800 high strength low alloys steels (HSLA), comparing to the conventional ZAR230 steel, before and after welding. The main purpose is to detect possible modifications on these steels during the welding process, and to verify the possibility of replacing the conventional ZAR230 steel by one of the HSLAs. Since HSLA steels possess higher mechanical resistance, they can be used in less robust structures, which reduce the weight of the automobiles, and consequently reduce the emission of pollutant gases. We observed different extensions of the heat-affected zone for the three welded steels, with a higher extension in the DOGAL800 and the smaller extension in the ZAR230. Microstructural analysis revealed austenite grain growth in the heat-affected zone, in relation to the base metal in this region for the steels ZSTE380 and DOGAL800, becoming a remarkable increase of resistance due to martensite transformation. The most remarkable case happened in the DOGAL800, where we observed formation of low carbon martensite in the heat-affected zone, being this a harder phase of the steel, but with low ductility. The microhardness profiles indicated that it did not happen a significant change in hardness of the heat-affected zone of the ZAR230, while for the DOGAL800 it is observed a considerable increase in hardness, corroborating the hypothesis of martensite formation. The yield strength obtained form stress-strain curves didn?t revealed any significant differences between welded and without weld samples, if analyzed in a global way, but in a microtensile test, it would be reveled. The samples without weld submitted to the high-cycle fatigue test presented different fatigue resistance, where the DOGAL800 showed the greatest fatigue resistance, followed by the ZSTE380 and finally the ZAR230. However after the welding process we observed a significant reduction in the fatigue resistance of the HSLA steels, even below the ZAR230 resistance for tests above 1 million cycles. The results were explained relating the microstructure properties and the mechanical properties of the three steels, before and after welding.

Na presente dissertação foram investigadas as propriedades mecânicas e microestruturais, antes e após o processo de soldagem, dos aços ZSTE380 e DOGAL800, que são aços de alta resistência e baixa liga (ARBL), além do aço convencional ZAR230. O principal objetivo do trabalho foi avaliar possíveis modificações nessas propriedades e verificar a possibilidade de substituir o aço convencional por um dos aços ARBL. Por serem mais resistentes os aços ARBL podem ser usados em elementos estruturais menos robustos, o que reduz o peso e a emissço de gases poluentes dos veículos. Primeiramente, verificaram-se diferentes extensões da zona termicamente afetada para os três aços soldados, onde é observada a maior extensão no DOGAL800 e a menor no ZAR230. A análise microestrutural revelou o crescimento do tamanho de grão austenítico em relação ao metal base nessa região para os aços ZSTE380 e DOGAL800, gerando um pronunciado aumento da resistência devido à transformação martensítica. O caso mais marcante ocorreu no DOGAL800, em cuja zona termicamente afetada observou-se a formação de martensita de baixo carbono, que é uma fase dura do aço, porém de baixa ductilidade. Os perfis de microdureza indicaram que não houve uma alteração significativa na dureza da zona termicamente afetada no ZAR230, enquanto que para o DOGAL800 observa-se um considerável aumento na mesma, confirmando a formaçao de martensita. Os limites de escoamento determinados pelos ensaios de tração não apresentaram diferenças significativas entre os corpos de prova com e sem solda se analisados de forma global, porém um ensaio de microtração, isso seria revelado. Contudo, nos ensaios de fadiga dos corpos de prova sem solda observou-se uma maior resistência à fadiga para os aços DOGAL800 e ZSTE380 em relação ao ZAR230. Após o processo de soldagem, os aços ARBL apresentam uma significativa redução da resistência a fadiga, estando abaixo da resistência à fadiga do ZAR230 para ensaios acima de um milhão de ciclos. Os resultados apresentados são explicados com base na relação entre as características microestruturais e propriedades mecânicas dos aços antes e após a soldagem. / In the present work we investigated the mechanical and microstructural proprieties of the ZSTE380 and DOGAL800 high strength low alloys steels (HSLA), comparing to the conventional ZAR230 steel, before and after welding. The main purpose is to detect possible modifications on these steels during the welding process, and to verify the possibility of replacing the conventional ZAR230 steel by one of the HSLAs. Since HSLA steels possess higher mechanical resistance, they can be used in less robust structures, which reduce the weight of the automobiles, and consequently reduce the emission of pollutant gases. We observed different extensions of the heat-affected zone for the three welded steels, with a higher extension in the DOGAL800 and the smaller extension in the ZAR230. Microstructural analysis revealed austenite grain growth in the heat-affected zone, in relation to the base metal in this region for the steels ZSTE380 and DOGAL800, becoming a remarkable increase of resistance due to martensite transformation. The most remarkable case happened in the DOGAL800, where we observed formation of low carbon martensite in the heat-affected zone, being this a harder phase of the steel, but with low ductility. The microhardness profiles indicated that it did not happen a significant change in hardness of the heat-affected zone of the ZAR230, while for the DOGAL800 it is observed a considerable increase in hardness, corroborating the hypothesis of martensite formation. The yield strength obtained form stress-strain curves didn?t revealed any significant differences between welded and without weld samples, if analyzed in a global way, but in a microtensile test, it would be reveled. The samples without weld submitted to the high-cycle fatigue test presented different fatigue resistance, where the DOGAL800 showed the greatest fatigue resistance, followed by the ZSTE380 and finally the ZAR230. However after the welding process we observed a significant reduction in the fatigue resistance of the HSLA steels, even below the ZAR230 resistance for tests above 1 million cycles. The results were explained relating the microstructure properties and the mechanical properties of the three steels, before and after welding.

Os aços inoxidáveis duplex (AIDs) são materiais com um excelente desempenho tanto mecânico como à corrosão. Inúmeras pesquisas tem sido desenvolvidas para aprimorar a soldabilidade destas ligas. Algumas transformações de fase, que são passíveis de ocorrer durante o processo de soldagem, podem prejudicar seriamente o desempenho das juntas. Foram simuladas microestruturas da região da zona afetada pelo calor submetida a temperaturas elevadas (ZACTE), utilizando um modelo proposto de fluxo de calor. Abordaram-se aspectos fundamentais da precipitação de austenita secundária, de nitreto de cromo e as suas interações na ZACTE de soldas multipasse. Finalmente, foram realizados testes de tenacidade e de resistência à corrosão para avaliar o efeito das transformações de fase estudadas no desempenho das juntas soldadas. Os tratamento térmicos e simulações da ZACTE foram realizadas num equipamento GleebleÒ. As microestruturas foram analisadas mediante microscopia ótica e eletrônica de varredura e de transmissão. Junto com a microscopia eletrônica foram realizadas microanálises químicas das fases estudadas. Baseando-se nos resultados obtidos, verificou-se que nem todos os AIDs são susceptíveis de ferritizar. Este fato tem uma grande influência no comportamento metalúrgico e na soldabilidade destes aços. Quanto aos aspectos fundamentais da metalurgia destes aços, observou-se uma estreita interação entre a precipitação da austenita secundária e os nitretos de cromo, chegando-se a propor um mecanismo de nucleação da austenita secundária intragranular a partir dos nitretos. Por último, foi constatado que o efeito deletério da austenita secundária intragranular na resistência à corrosão pode ser evitado mediante a adequada elaboração do procedimento de soldagem. / Duplex stainless steels (DSS) have excellent mechanical and corrosion properties. Many researches have been developed regarding the weldability of these alloys. There are some phase transformations that take place during the welding process, which may impair the welded joint behavior. High temperature heat-affected zone (HTHAZ) microstructures were simulated using a proposed heat flow model. Fundamental aspects of the secondary austenite and chromium nitride precipitation, and its interactions in the HTHAZ of multipass welds, were studied. In addition, toughness and corrosion tests were done to evaluate the influence of the studied phase transformations on the weld behavior. A GleebleÒ system was used to do the heat treatments and HTHAZ simulations. The microstructures were analyzed by means of optic and electron microscopy. Along with the electron microscopy it was done chemical microanalysis of the studied phases. Based on results, it was verified that not all DSSs can be ferritized. This fact has a strong influence on metallurgical behavior and weldability of these alloys. Regarding to the metallurgical fundamental aspects of these steels, it was observed a remarkable interaction between secondary austenite and chromium nitride precipitation. Thus, it was proposed a mechanism of intragranular secondary austenite precipitation from chromium nitrides. It was also verified, how the deleterious effect of intragranular secondary austenite in the corrosion resistance can be avoided by means of appropriate welding procedures.

Os aços inoxidáveis duplex são ligas Cr-Fe-Ni-Mo, que possuem uma microestrutura balanceada austenita-ferrita, e com excelentes propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Estas características os fazem muito utilizados nas industrias química, petroquímica, de papel, alimentícia e farmacêutica. O processamento destes aços geralmente envolve processos de soldagem, os quais devem ser elaborados cuidadosamente. Durante os ciclos térmicos experimentados na soldagem na zona afetada pelo calor, dependo do tempo de permanência no intervalo de temperaturas entre 650°C-950°C, podem ser precipitadas fases intermetálicas, como a fase sigma, que prejudicam as propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Três ligas comerciais de aços inoxidáveis duplex (AID) e superduplex (AISD) de denominação UNS S32304(AID), UNS S32750(AISD) e UNS S32760(AISD) foram submetidos a soldagem multipasse e a simulações de ciclos de soldagem na zona afetada pelo calor de temperatura baixa (ZACTB). As simulações foram realizadas em um dilatômetro e em um equipamento Gleeble®. Foram feitas comparações entre as microestruturas obtidas nas soldas reais e nos corpos-de-prova simulados. As microestruturas foram analisadas através de microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura. Foram também analisadas as fases precipitadas através de difração de Raios-X de resíduos extraídos, química e eletroliticamente, das amostras simuladas. Realizaram-se ensaios de corrosão intergranular e de polarização cíclica, para determinar o comportamento dos materiais à corrosão após a soldagem. Achou-se um bom acordo entre as microestruturas das soldas reais e as microestruturas simuladas. Encontrou-se que o aço UNS S32304 não precipitou nenhuma fase. No entanto, nos aços UNS S32750 e UNS S32760 foram encontradas fases precipitadas nos contornos de grão ferrítico. Essas fases foram identificadas como sigma e Cr2N. Entre estes dois últimos achou-se que o aço mais susceptível à precipitação de fases é o UNS S32760, provavelmente pela presença do W. Quanto ao comportamento à corrosão, não se observou nenhuma variação nos potenciais de pite após a simulação, enquanto que os potenciais de proteção sofreram uma queda comparando-se aos materiais na condição como-recebidos. / Duplex stainless steels are Cr-Fe-Ni-Mo alloys. They possess balanced austenitic/ ferritic microstructure, excellent mechanical and corrosion resistance properties. Thus, these characteristics make them very used in chemical, petrochemical, cellulose, food and pharmaceutical industries. The processing of these steels generally involves welding processes, which should be carried out carefully. Depending on time from 650°C to 950°C temperature range during thermal cycles in heat affected zone, intermetallic phases can be precipitated, as sigma phase for instance. As a consequence, mechanical and corrosion resistance might be impaired. Three duplex (DSS) and superduplex (SDSS) stainless steel alloys, with denomination of UNS S32304 (DSS), UNS S32750 (SDSS), and UNS S32760 (SDSS), were submitted to real multipass welding and welding thermal cycles simulations of low temperature heat affected zone. The simulations were accomplished in a dilatometer and in a Gleeble® equipment. They were made comparisons among microstructures obtained in actual welds and simulated welding thermal cycles. Microstructures were analyzed by optical and electronic microscopy. X-ray diffraction analyses of extracted residues were studied. Tests of intergranular corrosion and cyclic potentiodynamic polarization were performed. Results indicated good agreement between actual welding and thermal cycles simulated microstructures. UNS S32304 steel did not precipitate any intermetallic phase. On the other hand, in UNS S32750 and UNS S32760 steels were found precipitated phases in the ferritic grain boundary. Those phases were identified as sigma and Cr2N. UNS S32760 were more susceptible phase precipitation, probably due to tungsten as an additional alloying element in this steel. Corrosion results indicated no observed variation in pitting potentials of simulated samples, meanwhile pitting protection potentials suffered a fall compared to materials in the as received condition.

O presente trabalho avalia e compara os resultados da tenacidade à fratura da zona termicamente afetada (ZTA) de soldas múltiplos passes por meio de ensaios de CTOD. Para este estudo, foi utilizado um aço alta resistência e baixa liga (ARBL) resistente à corrosão ambiental. As soldas foram realizadas com insumo de calor de 30 e 50 kJ/cm em um chanfro 1/2 K. Os resultados dos ensaios de CTOD mostraram que a solda produzida com maior insumo de calor apresenta tenacidade à fratura mais elevada. A análise microestrutural revelou que as microestruturas de elevada dureza e baixa tenacidade, formadas na ZTA de granulação grosseira, para a condição de 30 kJ/cm, deram lugar às microestruturas de tenacidade mais elevada, para o insumo de calor de 50 kJ/cm. / In this work the fracture toughness results of the heat affected zone (HAZ) in a multiple pass welds using a crack tip opening displacement (CTOD) concept were evaluated and compared. It was used an ambiental resistent high strengh low alloy steel. The welds were carried out using a heat input of 30 and 50 kJ/cm in a bevel preparation 1/2 K. The results of CTOD testing showed that increasing heat input, caused an improvement in the weldments fracture toughness. Microstructural analysis revealed that the high hardness and low toughness microstructures formed at coarse grain HAZ, near fusion line, for welding condition 30 kJ/cm were changed to higher toughness microstructure using a heat input of 50 kJ/cm.

This thesis deals with research of cutting defects at laser cutting of 15 mm thick carbon steel by Bystronic fiber laser with emphasis on wide cutting gap, which causes enlargement of wide of cutting gap and deterioration of roughness of cutting edge and increase of creation fo heat. The introduction describes the main types of lasers used for cutting sheet of metal and compare their advantages and disadvantages. Also described is a cutting process and its parameters, and also the possible cutting defects. An experiment was conducted on steels S355MC and S235JR and cutting defects were analyzed in relation to the set of cutting parameters. Next part determines the extent of the recommended parameters that should be chosen for specific cutting conditions and is balanced recommendations regarding the choice of material to be cut, and technological adaptations parts. In the last part is measured roughness of a wide cutting gap, the width of the heat affected zone and micro-hardness of the material.

This study has been conducted with the aim to examine the extent of the heat affected zone in order to use laser cutting when making samples for tensile testing. When cutting with a laser the material absorbs heat energy from the laser beams which causes changes in the microstructure. The heat affected zone affects the properties of the materials, lowering the accuracy of the tensile test. Therefore, it is desired to know the extent of the heat affected zone in order to remove it before tensile testing. In this study two materials were used, the high strength steel Docol 1000DP and the duplex stainless steel LDX 2101. The materials were cut in the shape of dog bones for tensile testing using two different laser powers, 2500 W and 3500 W. The samples were cut with different cutting speeds, starting at lower cutting speed, increasing until the laser was unable to cut through. Thereafter, the heat affected zone, and the surface quality was examined. The results from this study showed that the heat affected zone decreases with increased cutting speed. When cutting with high cutting speeds in Docol 1000DP it is enough to turn away 0.30 mm in order to remove the heat affected zone with margin. Negligible difference in heat affected zone was observed between the samples cut with 2500 W and 3500 W. The heat affected zone in LDX 2101 was very small, in order of 50 μm, making it hard to measure. This resulted in no exact measurements being made. However, the heat affected zone was in the order of 50 μm for all samples, concluding that turning away 0.15 mm is sufficient to remove the heat affected zone with margin. No difference could be observed between the samples cut with a laser power of 2500 W or 3500 W. Common to both materials is that the amount of dross decreases with increased cutting speed. / Denna studie har utförts i syfte att undersöka utsträckningen av den värmepåverkade zonen för att kunna använda laserskärning för att skära prover till dragprovning. Ett problem med laserskärning är att metaller absorberar värmeenergin, vilket orsakar förändringar i mikrostrukturen. Denna värmepåverkade zon bör minimeras och avlägsnas från metallen, då det minskar kvalitén på proverna samt på dragprovningen. I denna studie har två material undersökts, det höghållfasta stålet Docol 1000DP och det duplexa rostfria stålet LDX 2101. Stålen skars ut i form av hundben för dragprovning med två olika effekter på lasern 2500 W och 3500 W. Proverna skars ut med olika skärhastigheter, började med lägre hastigheter och ökade sedan tills lasern inte längre kunde skära igenom materialet. Därefter undersöktes både den värmepåverkade zonen och kvaliteten på skärytan. Resultaten från denna studie visade att den värmepåverkade zonen minskar med ökad skärhastighet. Vid skärning i Docol 1000DP med höga skärhastigheter räcker det att avlägsna 0,30 mm för att ta bort den värmepåverkade zonen med marginal. Ingen skillnad i värmepåverkad zon observerades mellan proverna skurna med 2500 W och 3500 W vid skärning med högsta skärhastigheten för varje lasereffekt. Den värmepåverkade zonen i LDX 2101 var mycket liten, i storleksordningen 50 μm, vilket gjorde den svårt att mäta. Slutsatsen gav att det är tillräckligt att avlägsna 0,15 mm för att avlägsna den värmepåverkade zonen med marginal. Ingen skillnad kunde observeras mellan proverna skurna med en lasereffekt på 2500 W eller 3500 W. Gemensamt för båda materialen var att gradbildningen minskade med ökad skärhastighet.

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