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).

Estudou-se a cinética das transformações de fase em resfriamento contínuo e em tratamentos isotérmicos de cinco ligas de aços TRIP microligados com Nb, contendo teores variáveis de Mn e Si, através de ensaios dilatométricos, de caracterização morfológica dos produtos de transformação e de cálculos termodinâmicos e simulações numéricas usando os programas Thermocalc ® e Dictra®. Foram determinados os diagramas RC para a transformação da austenita, e foi estudada a influência da precipitação de ferrita pró-eutetóide e de bainita na fração volumétrica de austenita retida. Através dos diagramas de resfriamento contínuo foi possível delimitar a extensão do campo intercrítico dos cinco aços analisados, com determinação da janela de resfriamento e seus intervalos de temperaturas. Isso permitiu projetar os ciclos de resfriamento controlado a serem aplicados durante o processamento termomecânico dos Aços TRIP-D, TRIP-E e TRIP-H. Os cálculos pelo modelo numérico de redistribuição de carbono e de elementos substitucionais na interface ferrita/austenita, bem como as medidas de microanálise química por WDS e EDS permitiram verificar que a taxa de crescimento da ferrita pró-eutetóide é controlada pela difusão do carbono na austenita. Para tempos curtos de tratamento, o modelo de crescimento que melhor se ajusta é o do equilíbrio local com partição negligível de soluto. Verificou-se através de tratamentos isotérmicos no campo bainítico, que o silício atrasa a precipitação de carbonetos durante a reação bainítica, o que justifica o aumento da estabilidade da austenita retida no aço de maior Si (TRIP-H), quando comparado com o aço de menor Si (TRIP-E). Baseado nos resultados dos estudos das transformações de fase por resfriamento contínuo foram selecionadas as ligas TRIP-D, TRIP-E e TRIP-H, para simular dois esquemas de laminação controlada por meio de ensaios de torção a quente. Nesses ensaios foram variados o grau de deformação e a temperatura de acabamento, de modo a estudar os efeitos dos parâmetros de deformação mecânica na fração transformada dos diferentes constituintes microestruturais, e em particular na fração volumétrica de austenita retida. O primeiro ensaio refere-se à laminação controlada por recristalização estática (LCRE) e o segundo à laminação convencional (LCC), com temperatura de acabamento de 1030°C e 850°C, respectivamente. O resfriamento consistiu em dois tratamentos isotérmicos consecutivos: o primeiro no campo intercrítico (austenita + ferrita), e o segundo no campo bainítico. O aumento do grau de deformação na simulação por torção a quente da laminação controlada por recristalização estática, levou a um aumento da porcentagem de austenita retida obtida durante o resfriamento controlado (de 9 a 14,0 %). O acúmulo de energia de deformação abaixo da TNR na simulação do processo de laminação controlada convencional provocou uma diminuição da fração volumétrica de austenita retida bem como da concentração de carbono contido nela. Os perfis de Mn e C obtidos a partir de análises químicas com EDS e WDS em amostras do aço TRIP-E, deformadas com deformação total de 2,1 e deformação total de 2,8, mostram a contribuição do refinamento de grão para a difusão destes elementos na frente da interface ferrita/austenita, durante a precipitação de ferrita pró-eutetóide. / The phase transformation kinetics of five Nb microalloyed Si-Mn TRIP steels was studied under continuous cooling and isothermal treatments, using dilatometric techniques, morphologic characterization, Thermocalc computational thermodynamics and Dictra numerical simulation. WDS and EDS X-ray microanalysis and Dictra numerical modeling of C, Mn and Si distribution during transformation showed that the reaction is carbon diffusion controlled and growth occurs under local equilibrium with negligible partition. CCT diagrams for austenite transformation were determined and the effect of the amount of proeutectoid ferrite and bainite precipitation on the volume fraction of retained austenite was also estimated. The CCT diagrams allowed determining the boundaries of the critical zone and the processing window to obtain bainite plus austenite microstructures. Based on this information cooling cycles were selected to perform thermomechanical treatments. Three TRIP steels were selected to simulate, in a hot torsion testing machine, two different controlled rolling sequences: Recrystallization Controlled Rolling and Conventional Controlled Rolling. The influence of the degree of deformation and the finishing temperature on the amount of retained austenite was studied. After rolling the cooling cycle comprised two isothermal treatments, one in the austenite + ferrite field and the other in the bainitic field. Increasing the strain during simulation of Recrystallization Controlled Rolling led to an increase in the volume fraction of retained austenite to the range 9 to 14 %. The energy stored during simulation bellow TNR of the Conventional Controlled Rolling led to a decrease in the volume fraction and in the carbon content of retained austenite. The Mn and C contents measured by EDS and WDS analysis of TRIP-E steel, showed that grain refinement due to recrystallization contributes to diffusion of these elements in front of the ferrite/austenite interface during precipitation.

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).

Estudou-se a cinética das transformações de fase em resfriamento contínuo e em tratamentos isotérmicos de cinco ligas de aços TRIP microligados com Nb, contendo teores variáveis de Mn e Si, através de ensaios dilatométricos, de caracterização morfológica dos produtos de transformação e de cálculos termodinâmicos e simulações numéricas usando os programas Thermocalc ® e Dictra®. Foram determinados os diagramas RC para a transformação da austenita, e foi estudada a influência da precipitação de ferrita pró-eutetóide e de bainita na fração volumétrica de austenita retida. Através dos diagramas de resfriamento contínuo foi possível delimitar a extensão do campo intercrítico dos cinco aços analisados, com determinação da janela de resfriamento e seus intervalos de temperaturas. Isso permitiu projetar os ciclos de resfriamento controlado a serem aplicados durante o processamento termomecânico dos Aços TRIP-D, TRIP-E e TRIP-H. Os cálculos pelo modelo numérico de redistribuição de carbono e de elementos substitucionais na interface ferrita/austenita, bem como as medidas de microanálise química por WDS e EDS permitiram verificar que a taxa de crescimento da ferrita pró-eutetóide é controlada pela difusão do carbono na austenita. Para tempos curtos de tratamento, o modelo de crescimento que melhor se ajusta é o do equilíbrio local com partição negligível de soluto. Verificou-se através de tratamentos isotérmicos no campo bainítico, que o silício atrasa a precipitação de carbonetos durante a reação bainítica, o que justifica o aumento da estabilidade da austenita retida no aço de maior Si (TRIP-H), quando comparado com o aço de menor Si (TRIP-E). Baseado nos resultados dos estudos das transformações de fase por resfriamento contínuo foram selecionadas as ligas TRIP-D, TRIP-E e TRIP-H, para simular dois esquemas de laminação controlada por meio de ensaios de torção a quente. Nesses ensaios foram variados o grau de deformação e a temperatura de acabamento, de modo a estudar os efeitos dos parâmetros de deformação mecânica na fração transformada dos diferentes constituintes microestruturais, e em particular na fração volumétrica de austenita retida. O primeiro ensaio refere-se à laminação controlada por recristalização estática (LCRE) e o segundo à laminação convencional (LCC), com temperatura de acabamento de 1030°C e 850°C, respectivamente. O resfriamento consistiu em dois tratamentos isotérmicos consecutivos: o primeiro no campo intercrítico (austenita + ferrita), e o segundo no campo bainítico. O aumento do grau de deformação na simulação por torção a quente da laminação controlada por recristalização estática, levou a um aumento da porcentagem de austenita retida obtida durante o resfriamento controlado (de 9 a 14,0 %). O acúmulo de energia de deformação abaixo da TNR na simulação do processo de laminação controlada convencional provocou uma diminuição da fração volumétrica de austenita retida bem como da concentração de carbono contido nela. Os perfis de Mn e C obtidos a partir de análises químicas com EDS e WDS em amostras do aço TRIP-E, deformadas com deformação total de 2,1 e deformação total de 2,8, mostram a contribuição do refinamento de grão para a difusão destes elementos na frente da interface ferrita/austenita, durante a precipitação de ferrita pró-eutetóide. / The phase transformation kinetics of five Nb microalloyed Si-Mn TRIP steels was studied under continuous cooling and isothermal treatments, using dilatometric techniques, morphologic characterization, Thermocalc computational thermodynamics and Dictra numerical simulation. WDS and EDS X-ray microanalysis and Dictra numerical modeling of C, Mn and Si distribution during transformation showed that the reaction is carbon diffusion controlled and growth occurs under local equilibrium with negligible partition. CCT diagrams for austenite transformation were determined and the effect of the amount of proeutectoid ferrite and bainite precipitation on the volume fraction of retained austenite was also estimated. The CCT diagrams allowed determining the boundaries of the critical zone and the processing window to obtain bainite plus austenite microstructures. Based on this information cooling cycles were selected to perform thermomechanical treatments. Three TRIP steels were selected to simulate, in a hot torsion testing machine, two different controlled rolling sequences: Recrystallization Controlled Rolling and Conventional Controlled Rolling. The influence of the degree of deformation and the finishing temperature on the amount of retained austenite was studied. After rolling the cooling cycle comprised two isothermal treatments, one in the austenite + ferrite field and the other in the bainitic field. Increasing the strain during simulation of Recrystallization Controlled Rolling led to an increase in the volume fraction of retained austenite to the range 9 to 14 %. The energy stored during simulation bellow TNR of the Conventional Controlled Rolling led to a decrease in the volume fraction and in the carbon content of retained austenite. The Mn and C contents measured by EDS and WDS analysis of TRIP-E steel, showed that grain refinement due to recrystallization contributes to diffusion of these elements in front of the ferrite/austenite interface during precipitation.