Estudos anteriores de precipitação, em outros aços superferríticos, constataram a ocorrência de precipitação das fases sigma, qui, de Laves e até de austenita, que no posterior resfriamento pode se transformar em martensita. O objetivo principal do presente trabalho foi estudar a precipitação de fases de Laves no aço inoxidável superferrítico X 1 CrNiMoNb 28 4 2 (Werkstoff-Nr. 1.4575). Para isto foram utilizadas algumas técnicas complementares de análise microestrutural, tais como microscopia óptica, eletrônica de varredura (MEV) e eletrônica de transmissão (MET). A composição química das fases foi estudada por análise de raios X por dispersão de energia tanto no MEV como no MET. A estrutura cristalina das fases foi estudada por difração de elétrons em área selecionada no MET. A fase que se precipita em maior quantidade no aço 1.4575 é a fase sigma. No entanto, também foram identificadas de maneira inequívoca, nos contornos de grãos, após envelhecimento a 850 ºC, pequenas quantidades de fase de Laves do tipo MgZn2, com estrutura hexagonal compacta e composição química (Fe,Cr,Ni)2(Nb,Mo,Si). O crescimento da fase de Laves é inibido pelo envolvimento da fase sigma, que também precipita nos contornos de grãos, mas em maior quantidade. Não foram detectadas as presenças das fases qui e austenita na temperatura estudada. / Previous precipitation studies in other superferritic stainless steels observed the occurrence of precipitations of sigma, chi and Laves phases and even of austenite, which on subsequent cooling may transform into martensite. The main objective of the present work was to study the Laves phase precipitation in a X 1 CrNiMoNb 28 4 2 (Werkstoff- Nr. 1.4575) superferritic stainless steel. Therefore, several complementary techniques have been employed such as optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The chemical composition of the phases has been studied using X-ray energy dispersive analysis both in SEM and TEM. Crystal structure of the phases has been analyzed using selected area electron diffraction in the TEM. The phase that precipitates in larger quantity in the 1.4575 steel is the sigma phase. However, it has been identified, in an unequivocal manner, on grain boundaries, after aging at 850 ºC, small quantities of Laves phase of the MgZn2 type, with a compact hexagonal structure and a chemical composition of (Fe,Cr,Ni)2(Nb,Mo,Si). Growth of the Laves phases is inhibited through the involvement of the sigma phase, which precipitates in higher quantities on grain boundaries. No chi and austenite phases have been detected in the studied temperature.

Estudos anteriores de precipitação, em outros aços superferríticos, constataram a ocorrência de precipitação das fases sigma, qui, de Laves e até de austenita, que no posterior resfriamento pode se transformar em martensita. O objetivo principal do presente trabalho foi estudar a precipitação de fases de Laves no aço inoxidável superferrítico X 1 CrNiMoNb 28 4 2 (Werkstoff-Nr. 1.4575). Para isto foram utilizadas algumas técnicas complementares de análise microestrutural, tais como microscopia óptica, eletrônica de varredura (MEV) e eletrônica de transmissão (MET). A composição química das fases foi estudada por análise de raios X por dispersão de energia tanto no MEV como no MET. A estrutura cristalina das fases foi estudada por difração de elétrons em área selecionada no MET. A fase que se precipita em maior quantidade no aço 1.4575 é a fase sigma. No entanto, também foram identificadas de maneira inequívoca, nos contornos de grãos, após envelhecimento a 850 ºC, pequenas quantidades de fase de Laves do tipo MgZn2, com estrutura hexagonal compacta e composição química (Fe,Cr,Ni)2(Nb,Mo,Si). O crescimento da fase de Laves é inibido pelo envolvimento da fase sigma, que também precipita nos contornos de grãos, mas em maior quantidade. Não foram detectadas as presenças das fases qui e austenita na temperatura estudada. / Previous precipitation studies in other superferritic stainless steels observed the occurrence of precipitations of sigma, chi and Laves phases and even of austenite, which on subsequent cooling may transform into martensite. The main objective of the present work was to study the Laves phase precipitation in a X 1 CrNiMoNb 28 4 2 (Werkstoff- Nr. 1.4575) superferritic stainless steel. Therefore, several complementary techniques have been employed such as optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The chemical composition of the phases has been studied using X-ray energy dispersive analysis both in SEM and TEM. Crystal structure of the phases has been analyzed using selected area electron diffraction in the TEM. The phase that precipitates in larger quantity in the 1.4575 steel is the sigma phase. However, it has been identified, in an unequivocal manner, on grain boundaries, after aging at 850 ºC, small quantities of Laves phase of the MgZn2 type, with a compact hexagonal structure and a chemical composition of (Fe,Cr,Ni)2(Nb,Mo,Si). Growth of the Laves phases is inhibited through the involvement of the sigma phase, which precipitates in higher quantities on grain boundaries. No chi and austenite phases have been detected in the studied temperature.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Superferritic stainless steels are widely used in heat exchangers and in petrochemical power plant because of their excellent mechanical properties coupled to corrosion resistance in chloride rich environments. In this research new superferritic alloys with high Cr, Mo, and Ni contents were produced for oil industry applications. Therefore, two superferritic stainless steels model alloys were developed, one with 0.07% B addition and another one without this alloying element. The phase diagrams for both materials were carried out by Thermo-Calc computacional program. Microstructure characterization was performed using the following techniques: optical and scanning electron microscopy, energy-dispersive spectroscopy, and Xray diffraction. The mechanical properties were assessed by hardness measurements, Charpy impacts and tensile tests. Corrosion resistance of the model alloys in aqueous solution 0.6 M NaCl was investigated by open circuit potential, potentiodynamic cyclic anodic polarization, and electrochemical impedance spectroscopy. Furthermore, critical pitting temperature was determined. The results showed that the superferritic stainless steel model alloy without B addition achieved better mechanical properties than the one of the two commercial superferritic stainless steels alloys. The corrosion resistance of this alloy was similar to the one of the superaustenitic stainless steels, and superduplex in aqueous solution 0.6 M NaCl. However, there was the formation of eutectoid lamellar constituent like perlite for the superferritic stainless steel model alloy with B addition. This eutectoid constituent was deleterious to mechanical properties, as well as to corrosion resistance for the material developed and studied in this thesis. / Os aÃos inoxidÃveis superferrÃticos sÃo amplamente utilizados em trocadores de calor e em plantas petroquÃmicas, devido a suas excelentes propriedades mecÃnicas associadas à resistÃncia à corrosÃo em ambientes ricos em cloreto. Nesta pesquisa foram produzidas novas ligas superferrÃticas com elevados teores de Cr, Mo e Ni para aplicaÃÃo em plantas petrolÃferas. Portanto, foram desenvolvidas duas ligas modelo de aÃo inoxidÃvel superferrÃtico, uma com 0,07% de B e outra sem adiÃÃo deste elemento de liga. Os diagramas de fases para os materiais foram construÃdos a partir do programa computacional Thermo-Calc. A caracterizaÃÃo microestrutural foi realizada usando as tÃcnicas; microscopia Ãptica, microscopia eletrÃnica de varredura, espectroscopia de energia dispersiva de raios-X e difraÃÃo de raios-X. As propriedades mecÃnicas foram avaliadas por medidas de dureza, ensaios de impacto Charpy e ensaios de traÃÃo. A resistÃncia à corrosÃo das ligas modelo, em soluÃÃo aquosa de 0,6M NaCl, foi avaliada por monitoramento do potencial de circuito aberto, polarizaÃÃo potenciodinÃmica cÃclica e espectroscopia de impedÃncia eletroquÃmica. AlÃm de determinar a temperatura crÃtica de pite. Os resultados obtidos demonstram que, a liga modelo de aÃo inoxidÃvel superferrÃtico sem boro apresentou melhores propriedades mecÃnicas, comparada com duas ligas de aÃo inoxidÃvel superferrÃtico comerciais. A resistÃncia à corrosÃo dessa liga foi similar a um aÃo inoxidÃvel superaustenÃtico e a um aÃo inoxidÃvel superduplex, em soluÃÃo aquosa de 0,6M de NaCl. Entretanto, para a liga modelo com boro, ocorreu a formaÃÃo de um constituinte eutetÃide lamelar semelhante à perlita. Este constituinte eutetÃide à deletÃrio para as propriedades mecÃnicas, assim como, na resistÃncia à corrosÃo do material desenvolvido e estudado nesta tese.

Pesquisas anteriores sobre aÃos ferrÃticos experimentais com alto teor de molibdÃnio (Mo) constataram que embora o Mo seja responsÃvel por aumentar a resistÃncia à corrosÃo em meios ricos em Ãcidos naftÃnicos e em complexos de enxofre, teores acima de 5% Mo favorecem a formaÃÃo de fases deletÃrias e reduzem a tenacidade do aÃo. Para melhorar a tenacidade dessas ligas, mantendo-se a estabilidade da fase ferrÃtica, o presente trabalho adicionou nÃquel (Ni) à composiÃÃo, elevou o teor de cromo (Cr) para 25% e manteve o elevado teor de Mo. Essas novas ligas pertencem a uma famÃlia de aÃos denominados aÃos inoxidÃveis superferrÃticos, desenvolvidos inicialmente para uso em trocadores de calor e ambientes marinhos. Este trabalho faz parte de um estudo para adaptar a composiÃÃo de aÃos superferrÃticos comerciais para utilizaÃÃo em plantas petrolÃferas que refinam petrÃleos ricos em compostos de enxofre atravÃs do aumento do teor de Mo na liga. A cinÃtica de precipitaÃÃo de fases em ligas com composiÃÃes experimentais (Fe25%Cr5-7%Mo2-4%Ni) com adiÃÃo de niÃbio (Nb) e titÃnio (Ti) foi estudada para temperaturas de 400ÂC a 900ÂC em diferentes tempos de tratamento. Foi realizado o estudo termodinÃmico das ligas empregando o Thermo-Calc para determinar a temperatura de estabilidade da fase ferrÃtica e identificar as possÃveis fases intermetÃlicas precipitadas em condiÃÃes de equilÃbrio. As ligas foram envelhecidas a 400 e 475ÂC para estudar a precipitaÃÃo da fase alfa linha (αâ) e seus efeitos nas propriedades mecÃnicas, magnÃticas e de resistÃncia à corrosÃo. Foram realizados tratamentos isotÃrmicos de 600 a 900ÂC para estudar a cinÃtica de precipitaÃÃo das fases intermetÃlicas. As alteraÃÃes microestruturais, nas propriedades mecÃnicas e na resistÃncia à corrosÃo devido a variaÃÃo da composiÃÃo e do tratamento tÃrmico foram estudadas. Os resultados obtidos nas ligas experimentais tratadas a 400 e 475ÂC indicaram aumento na dureza e reduÃÃo da fase ferrita, acompanhada de aumento da suscetibilidade a corrosÃo por pite sendo mais crÃtico a 475ÂC, com melhor desempenho observado para a liga 5Mo4Ni. Para as amostras tratadas de 600 a 900ÂC a liga 7Mo2Ni apresentou a menor quantidade de fases deletÃrias precipitadas e menor suscetibilidade a corrosÃo por pite. Ocorreu precipitaÃÃo de austenita para as ligas contendo 4%Ni tratadas a 800ÂC e 900ÂC. A liga 7Mo4Ni apresentou pior desempenho comparada Ãs outras ligas experimentais em todas as condiÃÃes estudadas. / Previous research on experimental ferritic steel with high Mo content showed that Mo increases the resistance to naphthenic corrosion and sulfur complexes. However, Mo content above 5 wt% favored the formation of deleterious phases and reduced the toughness of the steel. To improve the toughness of these alloys and keep the ferrite phase stable, was added Ni, increased Cr content to 25% and maintained high Mo content. These new alloys belong to a family of steels known as superferritic stainless steels. They were originally developed for use in heat exchangers and marine environments. There is a current trend to use these alloys in the oil industry driving the research on the effect of the increase of Mo content on the microstructure of these steels. The kinetics of phase precipitation in experimental compositions (Fe25%Cr 5-7%Mo 2-4%Ni) with addition of Nb and Ti will be investigated for temperatures from 400  C to 900  C for different treatment times. In this first stage, Thermo-Calc software was used to determine the temperature stability of the ferritic phase and to identify possible intermetallic phases precipitated at thermodynamic equibrium. The alloys were aged at 400 and 475ÂC for study the alfa prime phase precipitation and their effects on the mechanical, magnetic and corrosion properties. Isothermal treatments were carried out 600 ÂC to 900  C to study the kinetics of precipitation of intermetallic phases. The microstructural changes on the mechanical and corrosion properties due to variation in composition and heat treatment were studied. The results obtained in the experimental alloys treated at 400 and 475ÂC indicated an increase in hardness, while wt% of ferrite had decreased, accompanied by increased susceptibility to pitting corrosion, the best performance observed for 5Mo4Ni alloy these conditions. For samples treated 600 to 900ÂC the 7Mo2Ni alloy showed the smallest amount deleterious phase precipitated and less susceptibility to pitting corrosion. Austenite phase precipitation occurred for the alloys containing 4%Ni treated at 800ÂC and 900ÂC. The 7Mo4Ni alloy showed worse performance compared to other experimental alloys in all conditions studied.