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.

Com a tendência da indústria automobilística em produzir motores com maior potência e menor consumo de combustível, a redução em peso dos componentes tem sido cada vez mais exigida. Isto tem desafiado a Ciência dos Materiais em desenvolver novos produtos que apresentem alta resistência mecânica para compensar a redução de peso desejada. No entanto, a fabricação de aços especiais implica em características de produto e de processamento altamente complexas. As diferentes rotas de fabricação apresentam limitações termodinâmicas, cinéticas e físicas, de recursos e de equipamentos, que devem ser balanceadas, visando viabilidade produtiva mas atendendo às especificações e às exigências da aplicação final. Assim são os desenvolvimentos de elementos de suspensão automotiva, que tem característica fundamental a redução de peso, implicando portanto em desafio constante para o projeto da peça e para o aço especificado. O presente trabalho teve como objetivo principal o desenvolvimento de um aço para aplicação em suspensão automotiva com alto desempenho em fadiga, menor peso e custo otimizado. A rota simplifica o processo produtivo, eliminando etapas intermediárias e também abre possibilidade da utilização de aços de aciaria elétrica, uma rota inovadora e desafiadora em relação à utilização de matéria-prima reciclada. Os objetivos foram alcançados através de um processo de engenharia de inclusões. O controle e a caracterização destas inclusões foram fundamentais, sendo necessárias técnicas diferenciadas como complemento às técnicas tradicionais. Foram utilizadas técnicas de microscopia ótica, microscopia eletrônica, espectrometria e dissolução ácida, visando complementar as caracterizações superficiais, volumétricas, e composicionais, além de testes dinâmicos, aumentando-se a amostragem tradicionalmente utilizada. O material estudado foi gentilmente cedido pela Gerdau Aços Especiais Brasil de Pindamonhangaba - SP, onde também foram realizados os testes e análises. Observou-se que a metodologia com diferentes técnicas de caracterização mostrou-se boas para avaliação do aço. Ainda, que o controle dos parâmetros de fabricação do aço líquido é fundamental para o desempenho final do produto e que a rota de aciaria elétrica e lingotamento contínuo mostraram-se viáveis para produção da matéria-prima de elementos de suspensão de alto desempenho. No entanto, é necessário um controle diferenciado de inclusões. Essa rota e controles levaram ao desenvolvimento de um material com alto limite de resistência mecânica, até 2100Mpa conforme as condições de tratamento térmico. Foi possível também associar a vida em fadiga às dimensões das inclusões, sendo que inclusões acima de 30?m reduziram a vida em fadiga do arame em 4 vezes. / Following the tendency of automotive industry to produce motors with higher power and less fuel consumption, weight reduction of components has been more and more demanded. This has defied Materials Science to develop new materials with higher mechanical resistance, to match the aimed weight reduction. However, production of special steel grades implies in highly complex product and process characteristics. There are different production routes, with thermodynamic, kinetic and physical limitations, as well of resources and of equipment, which must be balanced, aiming production feasibility and also matching product specifications and its final applications. Development of automotive suspension components have, for example, the weight reduction as main characteristic, what implies a constant challenge to the design project and also to the specified steel. This work aimed to develop a new steel applied to automotive suspension, with high fatigue performance, lower weight and optimized cost. The proposed route simplifies the productive process, eliminating intermediate steps and also uses steel melted in electric arc furnace, an innovative and challenging route concerning recycled raw material. The objectives were achieved through a process of inclusion engineering. The control and characterization of these inclusions were fundamental, and differentiated techniques were used, complementing the traditional ones. It was used optical microscopy, electron microscopy, spectrometry and acid dissolution, to complement the surface, volumetric and compositional characterization, and also dynamic testing, increasing the usual sampling. The studied material was kindly provided by Gerdau Aços Especiais Brasil - Pindamonhangaba - SP, where the tests and analysis were performed. It was observed that the methodology was suitable for the steel evaluation. And that the control of the steelmaking parameters is fundamental for the final performance of the product. It was also possible to conclude that the steelmaking based on electric arc furnace and continuous casting can be feasible to produce raw-material for high-performance suspension applications, once a differentiated inclusion control is applied. It was concluded that the methodology with different characterization techniques was good for the analysis, complementing each other. Liquid steel parameters control is fundamental for the final performance of the product. Electric Arc Furnace and Continuous Casting route are reliable for the production of raw material for high performance suspension parts. However, it is necessary to control the inclusions. The applied route created a material with high mechanical resistance, up to 2100MPa, depending on the heat treatments conditions. It was also possible to associate the fatigue life to the inclusion dimensions, and the inclusions above 30?m reduced the fatigue life of the wire in about four times.

A soldagem a ponto por resistência é o processo mais usado na montagem de estruturas, tais como: automóveis, caminhões, aviões, vagões de trem, etc. Como exemplo, na montagem das carrocerias de automóveis são necessários em média 5.000 pontos de solda. Segundo a ANFAVEA a produção em 2010 no Brasil ultrapassou 3,5 milhões de automóveis, ou seja, aproximadamente 17,5 bilhões de pontos de solda por ano. Estes fatos evidenciam a importância deste processo de soldagem na montagem de carroceria devido a sua eficiência, rapidez e facilidade na automação. Além disso, o comportamento da soldagem a ponto por resistência é extremamente importante para a qualidade de toda a estrutura soldada. O presente trabalho será voltado para a avaliação e estudo da soldabilidade de chapas de aço de 0,8 mm, revestidas e não revestidas com zinco, na indústria automotiva, comparando-se dois equipamentos de soldagem com dois tipos de corrente de soldagem: corrente alternada (CA) e corrente contínua de média freqüência (CC). Foram feitos diagramas de soldabilidade: corrente (kA) x tempo (ms) com força constante e corrente (kA) x força (kgf) com tempo (s) de soldagem constante e localizada suas respectivas áreas comuns. Em seguida foram feitos diagramas em terceira dimensão (3D) com os três principais parâmetros (força, corrente e tempo) e localizado um ponto otimizado. Posteriormente foram analisadas, nos pontos otimizados, as dimensões geométricas do ponto através da macrografia, a resistência mecânica com ensaio de tração e, durante a soldagem, a resistência dinâmica e a energia elétrica dinâmica. Foram seguidos como requisitos técnicos para qualificação de soldagem conforme norma. Os resultados mostraram que, a soldagem em CC apresentou-se melhor em chapas sem revestimento se comparada com a soldagem em CA. E a soldagem em CA apresentou-se melhor em chapas com revestimento de zinco se comparada com a soldagem em CC. A queima do revestimento de zinco e a rugosidade superficial das chapas não afetaram a formação do ponto de solda. As durezas nas regiões da ZAC e no ponto de solda apresentaram-se maiores em chapas sem revestimento. Todos os pontos de solda com os parâmetros otimizados, encontrados pelo método apresentado neste trabalho, foram aprovados conforme norma. / Resistance spot welding is highly used in the structures assembly, such as: cars, trucks, planes, trains, etc. For example, 5.000 weld spots are necessary in an auto-body assembly. According to ANFAVEA, Brazilian production in 2010 overtook 3.5 millions of cars, in order words, around 17,5 billions weld spot per year. This fact evidences the importance of this welding process due to its efficiency, rapidity and easiness in the automation. Moreover, the resistance spot welding behavior is highly important for all the welded structure quality. This work aimed to study the weldability of zinc non-coated and zinc coated steel sheets of 0,8 mm thickness for automotive industry, comparing two welding equipments with two kinds of current: alternating current (AC) and medium frequency direct current (DC). The weld lobes are presented: current (kA) x time (s) with constant force (kgf) and current (kA) x force (kgf) with constant welding time. After, lobes in third dimension (3D) with the three main parameters were done (force, current and time) and located the great point. Afterwards, the great points were characterized using, optic metallografly, mechanical resistance with tensile-shear test and, during welding, the dynamic resistance and dynamic energy. The describe techniques were followed as technical requisites according to the standard. The results showed that the welding in DC presented better performance in uncoated sheets when compared to the AC welding. And the AC welding presented better performance in zinc coated sheets when compared to DC welding. Zinc coating burning and sheets surface roughness did not affect the spot weld formation. The hardness in the HAZ regions and in the spot weld was higher in uncoated sheets. All spot welds with the optimized parameters, found by the method presented in this work, were approved according to the standard.

A corrosão seletiva de fases de dois tipos de aços inoxidáveis fundidos foi analisada, ao serem submetidos a vários valores constantes de potencial, a partir da região catódica para a anódica da curva de polarização. Os aços estudados foram: austenítico (ACI CF-3M) solubilizado e martensítico (ACI CA-6NM) normalizado e revenido. As curvas de polarização foram traçadas potenciodinamicamente, a uma velocidade de varredura de 0,16 m.V.s-1 em solução aerada contendo H2SO4 1M e NaCl 1M, pH 0,35, à temperatura ambiente. Vários valores de potencial foram selecionados, previamente localizados nas regiões catódica, ativa, passiva e transpassiva da curva de polarização. Potenciostaticamente, foram atingidos os valores de potencial selecionados, sendo eles mantidos fixos por 1800 s. Após o ataque potenciostático, as aparências metalográficas dos aços foram verificadas, desde a região catódica até a anódica. Por microssonda eletrônica, foram quantificados os elementos químicos presentes nas fases dos aços. Para melhor avaliar o início de propagação de pite, foi determinada a porcentagem de íons liberados para o eletrólito, após a imposição de valores de potencial críticos de pite predeterminados pelas curvas de polarização, pelas aparências metalográficas e pelas curvas de densidade de corrente em função do tempo. / The selective corrosion of phases present in two types of cast stainless steels was analyzed, when submitled to several constant values of potential, starting from the cathodic to the anodic regions of the polarization curve. The cast stainless steels were: austenitic (ACI CF-3M) solubilized and martensitic (ACI CA-6NM) normalized and tempered. The polarization curves were obtained at a scanning rate of 0.16 mV.s-1 in 1M H2S04 and 1M NaCI solution, pH 0.35 and at room temperature. Several potential values were selected, previously located in the cathodic, active, passive and transpassive regions of the polarization curve. The values of the selected potential were maintained fixed for 1800 s. After the potentiostatic etching, the metallographic appearances of the steels were verified, from the cathodic to the anodic region. Through electronic microprobe analysis, the present chemical elements were quantified in the phases of the steels. For betler evaluating the beginning of pitling propagation in the studied steels, liberated ion percentage for the solution was determined, after the imposition of critic pitting potential values predetermined from the polarization curves, through the metallographic appearances obtained after potentiostatic etching of the samples and the current density curves as a function of time.

More complex and bigger structures have increased the applicability of low alloy high strength steels due to weight and cost reductions in these projects. One of the requirements for the use of these materials is the preservation of performance after welding. Meanwhile, the norms on which the Welding Procedures Specifications (WPS) are based have not yet considered the development of modern steel and its new production process, resulting in unnecessary welding costs that diminish the profits of the application of this type of steel. This thesis aimed to develop and evaluate an experimental methodology to guide the creation and control of welding procedures for structural steel through a microstructural atlas of the heat affected zone (HAZ) in a thermomechanical control process (TMCP), 65 ksi steel (ASTM A572 Grade 65). This steel was used in the project of an industrial building for CBMM in Araxá, Minas Gerais, Brazil. It is proposed that through a microstructural atlas of a given steel, it is possible to determine the range of cooling rates that the steel may suffer during welding without affecting mechanical properties and without risking cold cracks. When comparing the microstructure of steel welds performed in field conditions, it is possible to determine the heat input range for a given process in the preparation of a WPS. The selected case study is from a high strength low alloy class 65 ksi steel (ASTM A572 Grade 65) that was used in the structure of an industrial building. The steel was produced using TMCP. The atlas was created via the construction of a continuous cooling transformation diagram using physical simulation (dilatometer and Gleeble) of the coarse grain HAZ (GCHAZ). The characterization of the simulated region was performed by metallography and mechanical tests. The microstructure of real welds made by a qualified WPS were compared to the atlas in order to certify the correct use of parameters and to validate the method. The methodology was also qualified and the potential economic benefits were quantified (based only on the reduction of consumables used and the increased availability of the welding process machine) for the selected industrial project. The mapped microstructures varied from martensite (at high cooling rates) to pearlite/ferrite with large grain size (at low cooling rates). There was remarkable prevalence of bainitic microstructure in a wide range of cooling rates, consistent with the chemical composition of the steel studied. Comparisons with real weld microstructures showed the atlas is compatible with them, and that it can more accurately describe the effective thermal cycle xi that occurs in the coarse grain region of the HAZ (other regions were not included). The application of this methodology in the development of new WPS would allow greater flexibility in the welding procedures, including welding without preheating. In this respect alone, it was possible to forecast savings of approximately R$200,000.00, 1,000 hours of processing and 172 tonnes of carbon equivalent emissions. / Estruturas cada vez mais complexas e de maiores dimensões vêm aumentando a aplicabilidade de aços de baixa liga e alta resistência, devido à redução de peso e custo dessas estruturas. Um dos requisitos para o uso desses materiais é a manutenção do desempenho após soldagem. Entretanto, as normas em que se baseiam as Especificações de Procedimentos de Soldagem (EPS) ainda não consideram aços mais modernos em termos de rota de fabricação, o que pode fazer com que custos desnecessários de soldagem minimizem os ganhos da aplicação desses aços. Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento e avaliação de uma metodologia para, experimentalmente, orientar a elaboração e o controle da aplicação de procedimentos de soldagem para aços estruturais, através de atlas microestrutural de regiões da zona afetada pelo calor (ZAC). Propõe-se que, através de um atlas microestrutural de um dado aço, seja possível determinar a faixa otimizada de energia de soldagem para um dado processo na elaboração e aplicação da EPS e, consequentemente, as velocidades de resfriamento que o aço possa sofrer durante a soldagem, sem perder as propriedades mecânicas e sem colocálo em risco quanto a trincas a frio. Tomou-se como estudo de caso o aço produzido por laminação controlada de classe de resistência de 65 ksi (ASTM A572 Grau 65), utilizado em um projeto de um prédio industrial na empresa CBMM. Trata-se de um aço fabricado pelo processo TMCP com resfriamento acelerado. A elaboração do Atlas se deu através da construção de um diagrama CCT, por simulação física (dilatômetro e Gleeble), da região de grãos grosseiros da zona afetada pelo calor (ZAC GG). Foram feitas caracterizações metalográficas e mecânicas das regiões simuladas. Microestruturas de soldas realizadas com EPS qualificadas foram comparadas com as do Atlas para se certificar da adequabilidade dos parâmetros utilizados e validação da abordagem. Foram realizadas ainda a qualificação e quantificação de potenciais benefícios econômicos no citado projeto industrial, obtidos pelo uso desta metodologia. As microestruturas apresentadas no mapa variavam de martensíta, para altas taxas de resfriamento, até perlita/ferrita de tamanho de grão elevado, para baixas taxas de resfriamento. Observou-se notável predominância da microestrutura bainítica em uma larga faixa de taxas de resfriamento, compatível com as propriedades e composição do aço estudado (alta soldabilidade). As comparações com as microestruturas de soldas reais mostraram que o Atlas pode descrever de forma precisa o ciclo térmico efetivamente imposto ix na ZAC GG. Concluiu-se que a aplicação desta metodologia na elaboração de novas EPS permitiria uma maior flexibilidade nos procedimentos de soldagem, admitindo inclusive soldagem sem pré-aquecimento. Em relação a não necessidade de pré-aquecimento, podese prever uma economia significante de custos e redução de emissão de gases que provocam efeito estufa. / Mestre em Engenharia Mecânica

Neste trabalho, propõe-se um modelo numérico-computacional representativo dos processos de tratamento térmico, que seja uma ferramenta eficiente e forneça meios para um entendimento efetivo do mecanismo de geração de tensões residuais durante a têmpera de aços. Foram investigados os fenômenos térmicos, mecânicos e de transformação de fase observados na têmpera, bem como o acoplamento entre esses três fenômenos. O modelo utiliza o Método dos Elementos Finitos (MEF) e o programa ABAQUS®, além de rotinas numéricas em FORTRAN responsáveis pela resolução do problema termo-mecânico-microestrutural acoplado. A utilização de sub-rotinas, que implementam uma alteração na formulação (matemática e numérica) do programa de Elementos Finitos, permite incluir no modelo as informações presentes em uma curva CRC (curva de resfriamento contínuo) do aço SAE 4140, implementando o cálculo de deformações da peça simulada de modo incremental e cumulativo. Os resultados mostram que a utilização das sub-rotinas desenvolvidas neste trabalho permitiu implementar, conjuntamente com o programa ABAQUS®, o cálculo das frações volumétricas, durezas, distorções e tensões que surgem em um tratamento térmico de têmpera, simulando as transformações martensítica, perlítica, bainítica e ferrítica. Os resultados dos modelos foram equivalentes aos relatados pela literatura, principalmente no que se refere às durezas e tensões associadas a cada transformação de fase. Em particular, os resultados indicam que a transformação martensítica está sempre associada à formação de tensões compressivas. Ensaios experimentais foram realizados a fim de validar os modelos computacionais propostos, utilizando-se um teste Jominy adaptado e instrumentado, de modo a permitir a amostragem da variação de temperaturas no material. Ensaios metalográficos permitiram correlacionar as frações volumétricas transformadas durante a têmpera do corpo de prova Jominy aos valores calculados pelo modelo numérico acoplado. / The objective of this work is to analyze residual strains and stresses and volumetric expansion due to phase transformations that occur during quenching of a steel body, as well as to predict these phase transformations. The coupled thermo-mechanical-phase transformation problem was analyzed, specifically in terms of the quenching process. Different computational models were presented, based on the finite element software ABAQUS® and on the use of FORTRAN subroutines. The continuous-cooling-transformation (CCT) diagrams of SAE 4140 steel are represented differently in each model, depending on the transformed phases and correspondent volumetric expansion. These subroutines include information from the CCT diagrams of SAE 4140 into a FORTRAN code. The subroutine calculates all the microstructures resulting from quenching (ferrite, pearlite, bainite, and martensite), depending on cooling rate. The numerical analysis conducted in this work provided results in terms of the temperature and stresses developed during quenching. The properties determined in this work are hardness, yield strength, volumetric fraction and distortion. Hardness has been predicted by the use of analytical equations. The finite element analyses were able to explain and reproduce phenomena observed during quenching of a steel cylinder. In particular, numerical results indicated that martensite formation is always related to a compressive stress field. The results of the models are in qualitative agreement with data provided by literature, particularly, in relation to the stresses originated by each different phase transformation during quenching process. Experimental testing was conducted, based on the analysis of the quenching of a Jominy probe, in order to validate the computational model developed in this work.

A crescente demanda de aplicações de aços inoxidáveis austeníticos e a constante pressão para redução de custo nas empresas siderúrgicas, devido à alta volatilidade no custo do níquel, resultaram em novos desenvolvimentos de aços da série 200. Esta nova classe de aços inoxidáveis austeníticos contém elevados teores de manganês e nitrogênio em substituição ao elemento níquel. A justificativa para a realização deste trabalho é a escassez de estudos comparativos entre aços inoxidáveis austeníticos da série 200 e série 300 disponíveis na literatura em relação ao comportamento da transformação de fase induzida pela deformação e da resistência à corrosão. Os principais fatores que afetam a microestrutura no endurecimento por deformação são: a energia de defeito de empilhamento, composição química, temperatura, grau, taxa e modo de deformação. Realizou-se uma análise crítica e adequação dos conceitos de níquel e cromo equivalente para os aços AISI 201 e AISI 304. Amostras desses aços foram solubilizadas, laminadas e racionadas em diferentes condições para caracterização microestrutural com o auxílio de técnicas de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X, ferritoscópio e microdureza. Curvas de endurecimento em função do grau de deformação, fração volumétrica de martensita em função do grau de deformação, assim como a evolução microestrutural e sua respectiva identificação de fase com o grau de deformação foram resultados obtidos deste trabalho. Em geral, aumentando a deformação plástica a frio, maior é a dureza para ambos os aços e maior é a fração volumétrica de martensita induzida por deformação. O aço AISI 201 é mais susceptível a transformação de fase do que o aço AISI 304 devido a sua menor EDE. Ensaios eletroquímicos de espectroscopia de impedância eletroquímica e polarização potenciodinâmica anódica foram realizados para avaliação da resistência a corrosão e para avaliar o comportamento da repassivação. Ambos os aços apresentaram comportamento similares quanto à resistência à corrosão, além de apresentarem potenciais de corrosão da ordem de 10-8 A/cm², típico de materiais passivos. / The continuous increase in the application demand of austenitic stainless steels and the constant pressure for cost reduction in the steelmaking industry, due to the high instability of nickel price, has conduced to new developments of the AISI 200 series steels. This new austenitic stainless steel series employes high manganese and nitrogen contents in substitution to nickel. The reason of this work is the lack of comparative studies in the literature between austenitic stainless steels of 200 and 300 series relative to the martensite strain induced phase transformation and its corrosion resistance. The main factors that affect microstructure on strain-hardening are: stacking fault energy, chemical composition, temperature, strain and strain rate. A critical analysis of the concept related to the nickel and chrome equivalents for the AISI 201 and AISI 304 steels has been carried out. Samples of these steels were heat treated and cold rolled to different strains for subsequent microstructural evaluation using equipments such as optical microscope, scanning electron microscope, X-ray diffraction, microhardness and ferritoscope. Strain hardening versus strain, martensite volume fraction versus strain, as well as microstructure evolution and its respective phase identification with strain are some of the main results obtained in this study. In general, increasing the strain hardening, the higher will be the hardness of both stainless steels and higher is the induced martensite volume fraction. The AISI 201 steel presented higher susceptibility to induced phase transformation in comparison to the AISI 304 steel due to its lower stacking fault energy. Electrochemical impedance spectroscopy and anodic potenciodynamic polarization were the techniques used in this work to evaluate the corrosion resistance and passivation behavior respectively. Both steels presented similar corrosion resistance, apart from presenting a corrosion potential of about 10-8 A/cm² , which is typical for passivated materials.

O aumento no consumo energético mundial e a perspectiva de esgotamento das reservas de combustíveis fósseis têm estimulado o desenvolvimento de tecnologias e materiais para aplicações nos futuros reatores de fusão nuclear e reatores de fissão a nêutrons rápidos. O foco deste trabalho é avaliar a estabilidade microestrutural de um material tecnologicamente promissor por meio de diferentes técnicas de caracterização. O material estudado, o aço ODS-EUROFER, é um aço ferrítico-martensítico de atividade reduzida de composição 9%Cr-1%W (em massa) endurecido pela dispersão de 0,3% (em massa) de óxido de ítrio. Amostras foram laminadas até 80% de redução e submetidas a tratamentos isotérmicos em 800 °C por até 6 meses (4320 h) de duração para se investigar a ocorrência de fenômenos tais como recuperação, recristalização, crescimento de grão, precipitação e engrossamento de Ostwald. Outro conjunto de amostras foi recozido por 1 hora em temperaturas entre 900 e 1300 °C para se estudar a transformação martensítica neste material. Diversas técnicas de caracterização microestrutural complementares entre si (MEV, MET, DRX, EBSD, APT, ensaios de microdureza Vickers, dilatometria, DTA e magnetização) foram empregadas. Os resultados obtidos indicam que a dispersão de partículas nanométricas de Y2O3 confere uma grande resistência à recristalização primária, favorecendo a recuperação estática como principal mecanismo de amolecimento durante o recozimento prolongado deste aço. De modo similar, o crescimento de grão foi suprimido no campo austenítico em temperaturas tão altas quanto 1200 °C. / The rise in the world energy consumption and the possibility of depletion of the fossil fuel reserves have stimulated the development of new technologies and new materials for applications in the future nuclear fusion reactors and in the fast breeder fission reactors. The aim of this study is to evaluate the microstructural stability of a technologically promising material by using different characterization techniques. The investigated material, the ODS-EUROFER steel, is 9Cr-1W (%wt) reduced-activation ferritic-martensitic steel reinforced with a dispersion of 0.3%wt of yttrium oxide nanoparticles. Samples were cold rolled to 80% thickness reduction and subjected to isothermal annealing at 800 °C for up to 6 months (4,320 h) to investigate the occurrence of phenomena such as recovery, recrystallization, grain growth, precipitation, and Ostwald ripening. Another set of samples was annealed for 1 hour at temperatures between 900 and 1300 °C to study the martensitic transformation in this steel. Several complementary microstructural characterization techniques were employed (SEM, TEM, XRD, EBSD, APT, Vickers hardness, dilatometry, DTA and magnectic measurements). The results suggest that the dispersion of nanoscaled particles of Y2O3 provides a high resistance to discontinous recrystallization and favors static recovery as the main softening mechanism during long-term annealing in this steel. Similarly, grain growth was suppressed even in temperatures as high as 1200 °C in the austenitic field.

O objetivo deste trabalho é analisar e comparar o comportamento quanto à resistência à corrosão, permeabilidade de hidrogênio e sua relação com a susceptibilidade ao trincamento induzido por hidrogênio de aços ARBL, em ambientes contendo H2S, enfatizando a influência da microestrutura. Foram realizados tratamentos térmicos de normalização e têmpera (em água) de dois tipos de tubos API 5L X65 para aplicação sour service, obtendo-se três condições com diferentes microestruturas para cada tubo. Assim, as duas amostras tais como recebidas apresentavam microestruturas de: ferrita/perlita e, o outro, ferrita/ferrita acicular; após tratamento de normalização os dois tipos de amostras apresentaram microestrutura de ferrita/perlita; e, por último, os aços que passaram por têmpera constituíram-se de martensita. O eletrólito empregado foi a solução A (ácido acético contendo cloreto de sódio) da norma NACE TM0284-2011, saturado com H2S. Os materiais foram submetidos a: ensaios de polarização linear para determinação da Resistência de Polarização (Rp), ensaios de permeabilidade de hidrogênio - baseado na ASTM G148-2003 - e ensaios de resistência ao trincamento induzido por hidrogênio (HIC) segundo a norma NACE TM0284-2011; exames em microscópio óptico e eletrônico de varredura para caracterização microestrutural, da morfologia da corrosão e do trincamento. Após os ensaios de polarização linear, foi observada uma diferença pequena dos valores de Rp entre as diferentes amostras estudadas, entre 120 ?.cm2 e 210 ?.cm2; dentro desta faixa, as microestruturas de martensita (aços temperados) apresentaram a menor resistência à corrosão. Foi realizado o tratamento dos dados obtidos por polarização linear com a metodologia desenvolvida por Mansfeld (1973) para cálculo da taxa de corrosão, observando mudanças nos declives de Tafel evidenciando a formação de produtos de corrosão. Apesar da formação destes produtos a taxa de corrosão não foi afetada, já que estes produtos são dissolvidos na solução A, oferecendo uma baixa proteção contra à corrosão. Nos ensaios de permeabilidade de hidrogênio foi utilizada uma célula modificada tipo Devanathan-Stachurski, com a solução A, com injeção de H2S no lado de geração de hidrogênio e 0,2M NaOH no lado de detecção. Foi realizado o tratamento dos dados com o método tlag, calculando a difusividade aparente, concentração de hidrogênio no metal e quantidade de sítios de ancoramento de hidrogênio. Também foi utilizado um método de ajuste da curva experimental com a equação obtida a partir da segunda lei de Fick para calcular a difusividade aparente. Foram comparados os valores obtidos com os dois métodos, obtendo-se resultados similares de difusividade aparente. As amostras temperadas foram as que apresentaram menor difusividade aparente, maior concentração de hidrogênio e maior número de sítios de ancoramento. Após o ensaio de resistência ao trincamento induzido por hidrogênio os exames em microscópio óptico mostraram que as amostras de tubos API 5L X65 como recebidas e normalizadas não apresentaram trincamento, já as amostras que passaram por tratamento de têmpera apresentaram trincas. A realização dos ensaios e tratamento dos dados permitiram observar a relação entre a quantidade de interface e a taxa de corrosão: assim a microestrutura martensítica apresenta a maior taxa de corrosão devido a maior quantidade de interfaces. A difusividade de hidrogênio também é afetada por esta mesma microestrutura, por ter maior quantidade de interface e maior número de discordâncias, apresentando menor difusividade aparente, maior concentração de hidrogênio e maior quantidade de sítios de ancoramento, tem-se que a microestrutura de martensita apresenta maior susceptibilidade ao trincamento induzido por hidrogênio. A nucleação e propagação das trincas nesta microestrutura depende de vários mecanismos que atuam simultaneamente: (i) nucleação das microtrincas, (ii) formação de H2 nas microcavidades com aumento da pressão local e (iii) migração de átomos de hidrogênio até a ponta da trinca diminuindo a força coesiva do reticulado facilitando a propagação. No entanto, esta relação entre microestrutura e HIC não pode ser generalizada, pois a susceptibilidade ao trincamento depende tanto da quantidade de sítios de ancoramento, como de sua energia de ligação, localização microestrutural e tamanho destes sítios. Outro fator importante é a presença de regiões de pouca ductilidade onde as trincas nucleadas tenham maior facilidade para sua propagação. Este trabalho contribuiu para o melhor entendimento dos mecanismos que levam à fragilização e danos provocados pelo hidrogênio, mostrando a relação entre microestrutura, corrosão, difusão e trincamento. Permitiu ampliar o conhecimento sobre os testes utilizados para avaliar o desempenho de aços microligados para aplicações em ambientes severos. / Pipelines produced from High Strength Low Alloy steels (HSLA) are a safe and cheap way to transport large quantities of petroleum and gas. HSLA steels offers mechanical and economic advantages. When HSLA steels are exposed to environments containing hydrogen sulphide (H2S), the steel can corrode and generate atomic hydrogen in the surface wich can diffuse and trapped, leading loss of mechanical properties and subsequent failures. The infrastructure to transport oil and gas represent a high cost investment, in adittion, they must be free from degradation processes that can causes severe health and environmental impacts. For this reason, the development of materials with high performance in aggressive environments is required. The aim of this study is to analyze and compare the corrosion behavior, hydrogen permeability and its relation with the susceptibility to Hydrogen Induced Cracking (HIC) of HSLA steels in environments containing H2S, with emphasis on the influence of microstructure. Normalizing and quenching heat treatments were applied in two different API 5L X65 pipelines for sour service. Three conditions were obtained (as received, normalized and quenched). The as received has a microstructure of ferrite / pearlite and ferrite / acicular ferrite, respectively; the microstructure of normalized specimens consist of ferrite / pearlite and finally quenched steels presented a microstructure of martensite. Solution A (acetic acid containing sodium chloride), according to NACE TM0284-2011 standard and saturated with H2S was used. The materials were tested by linear polarization technique, hydrogen permeability and Hydrogen Induced Cracking test (HIC). HIC tests were performed according to NACE TM0284-2011 standard. Optical microscope and scanning electron microscope were used for microstructural, corrosion and cracking characterization. Rp values show a slight difference between the different samples studied (120 ?.cm2 e 210 ?.cm2); the martensite microstructure (quenched) showed the lower corrosion resistance. Mansfeld (1973) method was used to calculate the corrosion rates from polarization curves. The Tafel slopes are differents between samples making evident the formation of corrosion products. Despite the growth of those corrosion products, the corrosion rate was not affected, since these products are dissolved in the solution A, providing a low corrosion protection. A modified Devanathan-Stachurski cell was used for the hydrogen permeability tests. It was used the solution A, with injection of H2S in the charging cell, and 0.1M NaOH solution on the oxidation cell. The hydrogen effective diffusivity, sub-surface concentration of atomic hydrogen at the charging side and number of hydrogen-trap sites were calculate by tlag method. Moreover, the experimental data were fitted using an equation derived from Fick\'s second law, in order to determinate the diffusion coefficient. The diffusion coefficient obtained from both methods were compare showing similar results. The quenching samples showed the lower diffusion coefficient, higher hydrogen concentration and number of trap sites. The steels in the as received and normalized conditins did not show cracks in Hydrogen Induced Cracking test; in the other hand, quenched samples presents cracks. The results shoed the relationship between the amount of interface and the corrosion rate. Being the martensitic microstructure the one with the higher corrosion rate. The diffusion coefficient in the martensitic microstructure, is a result of the high amount of interfaces and high dislocation density, leading to a lower diffusion coefficient, higher hydrogen concentration and number of trap sites. In the Hydrogen induced Cracking test the martensitic microstructure has shown the lower resistance to crack. The nucleation and propagation of the cracks in martensite depend of mechanisms that may act simultaneously: (i) nucleation of micro-cracks in preferential sites, (ii) formation of H2 in micro-cavities, with increase the local pressure, and (iii) hydrogen migration to the tip of the crack, decreasing the cohesive force in the lattice. However, the relationship between microstructure and Hydrogen Induced Cracking can not be generalized, since the susceptibility to cracking depends of several factors, like number of trap sites, binding trap energy, microstructural distribution and trap sizes. In addition, the presence of regions of low ductility can result in easy cracks nucleation and propagation. This thesis contributed to the understanding of the mechanisms that lead to hydrogen embrittlement and hydrogen damage, showing the relationship between microstructure, corrosion rate, diffusion and cracking, I ncreasing the scientific knowledge about the standard tests actually used to evaluate the performance of microalloyed steels in sour environments.

Caracterizar propriedades de resistência à propagação de trinca em materiais dúcteis é um elemento central em métodos de avaliação de integridade estrutural de dutos destinados ao transporte de gás, petróleo e seus derivados que utilizam os aços ARBL. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi estudar as propriedades de fratura dúctil do aço API 5L X80, através da obtenção da curva de resistência à propagação estável de defeitos (curvas J-R) do material. O ensaio de tenacidade à fratura para obtenção da curva J-R foi conduzido utilizando a técnica do corpo-de-prova único (single specimen) empregando o método da flexibilidade no descarregamento (unloading compliance), segundo a norma de ensaios ASTM E1820-96. Os corpos-de-prova compactos C(T) apresentaram espessura B=15mm, largura W=2B e uma relação aproximada entre o tamanho de trinca (a) e a largura, a/W=0,6. O ensaio foi conduzido numa máquina universal de ensaios (MTS) servo-controlada e capacidade máxima de 250kN. Adicionalmente, foram conduzidos ensaios convencionais de tração (limite de escoamento – 550MPa, limite de resistência – 676MPa e alongamento total em 50mm – 27%), ensaios de impacto Charpy (energia absorvida de 220J à 0ºC – sentido longitudinal) e análises metalográficas (microestrutura refinada composta por ferrita, colônias de perlita e presença do constituinte MA). Tais caracterizações permitirão uma maior precisão na comparação da curva J-R do aço API 5L X80 em estudo com estudos futuros de tenacidade à fratura. / Assessments of crack growth resistance in ductile materials play a key role in structural integrity procedures for high strength, low alloy (HSLA) pipeline steels commonly employed in gas and petroleum trasmission systems. This work presents an investigation of the ductile tearing properties for an API 5L X80 pipeline steel using experimentally measured crack growth resistance curves (J-R curves) for the material. Testing of the X80 pipeline steel employed compact tension (C(T)) fracture specimens to determine the J-R curves based upon the unloading compliance method using a single specimen technique in accordance with the ASTM E1820 standard procedure. The C(T) specimens have thickness B=15mm, width W=2B and a ratio between crack size (a) and width, a/W=0,6. The experimental tests utilized a 250 kN MTS universal machine. Conventional tensile tests were also performed to determine the tensile properties for the tested material: yield strength of 550MPa, tensile strength of 676MPa and elongation of 27% (gage length of 50 mm). The Charpy V-notch impact tests also provided and absorbed energy of 220J at 0ºC. The metallographic analysis showed colonies of perlite and MA constituent islands in a ferrite matrix. This experimental characterization provides additional toughness and mechanical data against which the general behavior of X80 class pipeline steel can be compared.