Neste trabalho foi feito o estudo comparativo da composição química, da microestrutura e das propriedades mecânicas entre metais de solda com e sem adição de pó metálico de aço alta resistência baixa liga (ARBL). Foram feitos oito cordões pelo processo de soldagem por arco submerso, utilizando-se corrente de 660A, tensão de 34V, velocidade de soldagem de 28,8 cm/min e vazão de pó de 4,5 kg/h. Foram utilizados os arames EM-12K e EB-2, os fluxos OK1071 e BX200. O arame e o fluxo foram alternados para os oito cordões de solda. Foi adicionado o pó metálico PD-3 em quatro cordões de solda. Utilizou-se chapa de aço USI-SAC-50. Fez-se a metalografia, a quantificação da microestrutura e da austenita retida dos oito cordões. Os cordões sem adição de pó metálico apresentaram maiores porcentagens de ferrita acicular e maiores porcentagens de austenita retida. As propriedades mecânicas foram obtidas por ensaios de dureza, tração e impacto. Os cordões sem adição de pó apresentaram maiores valores de dureza e maiores limites de escoamento. Dos resultados obtidos foi concluído que a austenita retida influenciou na queda do patamar de energia dúctil para metais de solda com baixos teores de oxigênio e também influenciou no aumento da AFTI (aparência da fratura na temperatura de transição) quando em porcentagens relativamente altas nos cordões de solda como soldados. / The comparative study of the composition, microstructure and mechanical properties among weld metals with and without alloyed metal powder of High Strength Low Alloyed (HSLA) steel were dane. Eight submerged are weld metals were made, using welding current of 660A, are voltage of 34V, travel speed of 28,8 cm/min and a powder flow of 4,5 kg/h. EM-12K and EB-2 wires and OK1071 and BX200 fluxes were used. The wire and the flux were alternated for eight weld metals. PD-3 alloyed metal powder was used in four weld metals. The USI/SAC-50 steel was used in this work. The metallography, microstructure quantification and retained austenite quantification of eight weld metals were done. The weld metals without alloyed metal powder showed higher percentages of acicular ferrite and retained austenite. The mechanical properties were obtained through tests of hardness, strength and impact. The weld metals without alloyed metal powder showed higher hardness and yield strength. From the results obtained, it was concluded that the retained austenite influenced on both depress of the upper shelf depressed for weld metals with low oxygen content and on the increase of the fracture appearance transition temperature (FATT), when in higher percentages, in weld metals as-welded.

Análise dilatométrica e medida de dureza Vickers foram utilizadas para avaliar os efeitos microestruturais do reaquecimento e resfriamento em amostras retiradas de metais de solda obtidos pela soldagem a arco submerso com e sem a adição de pó metálico, sendo inicialmente caracterizada a macro e microestruturas originais desses metais de solda. O procedimento de soldagem envolveu a utilização dos eletrodos AWS EM12K e EB2 para um mesmo aporte de calor teórico de 4,8 kJ/mm. As juntas foram preparadas com chanfro em ângulo de 50º e a deposição do pó metálico, caracterizado como de médio teor de Mn, foi realizada na quantidade de 260 g/m. Em relação aos efeitos na macroestrutura dos cordões de solda, conclui-se que a adição do pó metálico interferiu na diluição do metal de base e na distribuição da energia disponível de soldagem. Com respeito às consequências da edição do pó metálico no desenvolvimento microestrutural desses metais de solda, os resultados da quantificação dos constituintes microestruturais permitiram concluir que a incidência da ferrita acicular nos metais de solda obtidos foi dependente apenas do efeito da composição química participante, nominalmente os teores de Cr e Mn, enquanto que a presença das microfases M-A foi dependente do efeito competitivo entre a composição química participante e velocidade de resfriamento. As curvas CCT, construídas a partir da análise dilatométrica, mostraram que as composições químicas participantes dos metais de solda obtidos com o eletrodo EB2 são mais propensas ao favorecimento na incidência da ferrita acicular em relação aos obtidos com o eletrodo EM12K, independente da participação do pó metálico, quando do reaquecimento e resfriamento dos mesmos na faixa de velocidades de resfriamento entre 8ºC/s e 25ºC/s. Em todos os metais de solda reaquecidos e resfriados as microfases M-A diminuiram com o aumento da velocidade de resfriamento. / Dilatometric analysis and Vickers hardness measurements were utilized in order to evaluate the microstructural effects of reheating and re-cooling in samples collected from weld metals obtained by submerged are welding with and without the addition of metallic powder, inittially being characterized the original macro and microstructures of these weld metals. The welding procedure made use of the AWS EM12K and EB2 electrodes for the same theoretical heat input of 4,8 kJ/mm. The joints were prepared with groove angle at an 50° and the deposition of metallic powder, characterized as medi um content of Mn, was carried out at the rate of 260 g/m. Concerning the effects at the macrostructure of weld beads, after welded, it has been concluded that the addition of metallic powder has interfered at the dilution of base metal and at the distribution of the available energy for welding. Concerning the results of the metallic powder addition over the microstructural development of these weld metals, the quantification of the microstructural constituents allowed to conclude that the incidence of the acicular ferrite in the obtained weld metals was only based on the effect of the participating chemical composition, mainly of Cr and Mn contents, while the presence of the M-A microphases was dependent upon the competitive effect between the participating chemical composition and the cooling rate. The CCT curves, built using the dilatometric analysis, showed that the participating chemical composition of the weld metals obtained with the EB2 electrode, are more inclined to help the incidence of acicular ferrite when compared to those obtained with the EM12K electrode, independent of the metallic powder addition, when reheating and cooling them at the cooling rate range between 8ºC/s and 25ºC/s. In all of the weld metals reheated and cooled the incidence of the microphases M-A has decreased with the cooling rate increase.

Análise dilatométrica e medida de dureza Vickers foram utilizadas para avaliar os efeitos microestruturais do reaquecimento e resfriamento em amostras retiradas de metais de solda obtidos pela soldagem a arco submerso com e sem a adição de pó metálico, sendo inicialmente caracterizada a macro e microestruturas originais desses metais de solda. O procedimento de soldagem envolveu a utilização dos eletrodos AWS EM12K e EB2 para um mesmo aporte de calor teórico de 4,8 kJ/mm. As juntas foram preparadas com chanfro em ângulo de 50º e a deposição do pó metálico, caracterizado como de médio teor de Mn, foi realizada na quantidade de 260 g/m. Em relação aos efeitos na macroestrutura dos cordões de solda, conclui-se que a adição do pó metálico interferiu na diluição do metal de base e na distribuição da energia disponível de soldagem. Com respeito às consequências da edição do pó metálico no desenvolvimento microestrutural desses metais de solda, os resultados da quantificação dos constituintes microestruturais permitiram concluir que a incidência da ferrita acicular nos metais de solda obtidos foi dependente apenas do efeito da composição química participante, nominalmente os teores de Cr e Mn, enquanto que a presença das microfases M-A foi dependente do efeito competitivo entre a composição química participante e velocidade de resfriamento. As curvas CCT, construídas a partir da análise dilatométrica, mostraram que as composições químicas participantes dos metais de solda obtidos com o eletrodo EB2 são mais propensas ao favorecimento na incidência da ferrita acicular em relação aos obtidos com o eletrodo EM12K, independente da participação do pó metálico, quando do reaquecimento e resfriamento dos mesmos na faixa de velocidades de resfriamento entre 8ºC/s e 25ºC/s. Em todos os metais de solda reaquecidos e resfriados as microfases M-A diminuiram com o aumento da velocidade de resfriamento. / Dilatometric analysis and Vickers hardness measurements were utilized in order to evaluate the microstructural effects of reheating and re-cooling in samples collected from weld metals obtained by submerged are welding with and without the addition of metallic powder, inittially being characterized the original macro and microstructures of these weld metals. The welding procedure made use of the AWS EM12K and EB2 electrodes for the same theoretical heat input of 4,8 kJ/mm. The joints were prepared with groove angle at an 50° and the deposition of metallic powder, characterized as medi um content of Mn, was carried out at the rate of 260 g/m. Concerning the effects at the macrostructure of weld beads, after welded, it has been concluded that the addition of metallic powder has interfered at the dilution of base metal and at the distribution of the available energy for welding. Concerning the results of the metallic powder addition over the microstructural development of these weld metals, the quantification of the microstructural constituents allowed to conclude that the incidence of the acicular ferrite in the obtained weld metals was only based on the effect of the participating chemical composition, mainly of Cr and Mn contents, while the presence of the M-A microphases was dependent upon the competitive effect between the participating chemical composition and the cooling rate. The CCT curves, built using the dilatometric analysis, showed that the participating chemical composition of the weld metals obtained with the EB2 electrode, are more inclined to help the incidence of acicular ferrite when compared to those obtained with the EM12K electrode, independent of the metallic powder addition, when reheating and cooling them at the cooling rate range between 8ºC/s and 25ºC/s. In all of the weld metals reheated and cooled the incidence of the microphases M-A has decreased with the cooling rate increase.

Neste trabalho foi feito o estudo comparativo da composição química, da microestrutura e das propriedades mecânicas entre metais de solda com e sem adição de pó metálico de aço alta resistência baixa liga (ARBL). Foram feitos oito cordões pelo processo de soldagem por arco submerso, utilizando-se corrente de 660A, tensão de 34V, velocidade de soldagem de 28,8 cm/min e vazão de pó de 4,5 kg/h. Foram utilizados os arames EM-12K e EB-2, os fluxos OK1071 e BX200. O arame e o fluxo foram alternados para os oito cordões de solda. Foi adicionado o pó metálico PD-3 em quatro cordões de solda. Utilizou-se chapa de aço USI-SAC-50. Fez-se a metalografia, a quantificação da microestrutura e da austenita retida dos oito cordões. Os cordões sem adição de pó metálico apresentaram maiores porcentagens de ferrita acicular e maiores porcentagens de austenita retida. As propriedades mecânicas foram obtidas por ensaios de dureza, tração e impacto. Os cordões sem adição de pó apresentaram maiores valores de dureza e maiores limites de escoamento. Dos resultados obtidos foi concluído que a austenita retida influenciou na queda do patamar de energia dúctil para metais de solda com baixos teores de oxigênio e também influenciou no aumento da AFTI (aparência da fratura na temperatura de transição) quando em porcentagens relativamente altas nos cordões de solda como soldados. / The comparative study of the composition, microstructure and mechanical properties among weld metals with and without alloyed metal powder of High Strength Low Alloyed (HSLA) steel were dane. Eight submerged are weld metals were made, using welding current of 660A, are voltage of 34V, travel speed of 28,8 cm/min and a powder flow of 4,5 kg/h. EM-12K and EB-2 wires and OK1071 and BX200 fluxes were used. The wire and the flux were alternated for eight weld metals. PD-3 alloyed metal powder was used in four weld metals. The USI/SAC-50 steel was used in this work. The metallography, microstructure quantification and retained austenite quantification of eight weld metals were done. The weld metals without alloyed metal powder showed higher percentages of acicular ferrite and retained austenite. The mechanical properties were obtained through tests of hardness, strength and impact. The weld metals without alloyed metal powder showed higher hardness and yield strength. From the results obtained, it was concluded that the retained austenite influenced on both depress of the upper shelf depressed for weld metals with low oxygen content and on the increase of the fracture appearance transition temperature (FATT), when in higher percentages, in weld metals as-welded.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-08-17T15:03:40Z No. of bitstreams: 1 JAIME MATIAS DA SILVA NETO- DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 3496418 bytes, checksum: 6c6b6ae8738da4d0e77cbcedcb6bb9d6 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-17T15:03:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JAIME MATIAS DA SILVA NETO- DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 3496418 bytes, checksum: 6c6b6ae8738da4d0e77cbcedcb6bb9d6 (MD5) Previous issue date: 2018-02-27 / CNPq / O presente trabalho teve como objetivo avaliar a influência da aplicação de vibração mecânica durante o processo da soldagem sobre o refino de grãos em metais de solda obtidos na soldagem do aço ASTM A516 Gr.60, aplicado em caldeiras e vasos de pressão. Para o tratamento de vibração mecânica foi utilizado o processo VWC (Condicionamento de Soldagem Vibratória), e para a soldagem foram empregados dois tipos de processos: SMAW (Arco Elétrico com Eletrodo Revestido) e GMAW (Soldagem ao arco elétrico com proteção gasosa). Os consumíveis utilizados foram o arame AWS ER 70S-6 com 1,2 mm de diâmetro protegido com CO2 no processo GMAW e o eletrodo AWS E7018 com 2,25 mm de diâmetro no processo SMAW. Foi projetada e desenvolvida uma bancada vibratória para realização dos experimentos. As juntas foram executadas sem e com vibração, submetidas a amplitudes que variaram de 7,2 a 51,2 m/s2 e frequências de 205 a 220 Hz. A vibração promoveu uma melhor distribuição da microestrutura no metal de solda, promovendo um refino de até 113% para uma amplitude de 51,2 m/s2 e frequência de 220 Hz no processo GMAW, em relação a condição sem vibração. Já no processo SMAW a redução chegou a 25% com amplitude de 7,2 m/s2 e frequência de 205 Hz. As reduções nos desvios padrões médios de dureza chegaram a 71% para uma amplitude de 48,9 m/s2 e frequência de 215 Hz, no processo GMAW. Enquanto que no processo SMAW, o desvio padrão médio de microdureza reduziu 27%, com amplitude 7,2 m/s2 e frequência de 205 Hz, em relação a condição sem vibração. / The present work had the objective of evaluating the influence of mechanical vibration during the welding process on grain refining in brazing metals obtained in the welding of steel ASTM A516 Gr.60, applied in boilers and pressure vessels. For the mechanical vibration treatment VWC (Vibration Welding Conditioning) process was used.. , The welds were done using the SMAW (Electric Arc with Coated Electrode) and GMAW (Electric Arc Welding with Gaseous Protection) process. AWS ER 70S-6 wire with 1.2 mm of diameter protected with CO2 in the GMAW process and the electrode E7018 with 2.25 mm of diameter in the process SMAW were used as consumable. A vibratory bed was designed and developed to perform the experiments. The joints were performed without and with vibration, subjected to amplitudes ranging from 7.2 to 51.2 m/s2 and frequencies from 205 to 220 Hz. The vibration promoted a better distribution of the microstructure in the weld metal, promoting a refining of up to 113% for an amplitude of 51.2 m/s2 and a frequency of 220 Hz in the GMAW process, in relation to the condition without vibration. In the SMAW process the reduction reached 25% with amplitude 7.2 m/s2 and frequency of 205 Hz. The reductions in the average hardness standard deviations reached 71% for a range of 48.9 m/s2 and a frequency of 215 Hz, in the GMAW process. Using the SMAW process, the mean standard deviation of microhardness value decreased by 27%, with amplitude 7.2 m/s2 and a frequency of 205 Hz, in relation to the condition without vibration.

[pt] Tradicionalmente, tanto os metais de solda, quanto os aço da classe Cr-Mo, são considerados susceptíveis ao fenômeno de fragilização ao revenido. O presente trabalho tem como objetivo avaliar metais de solda do tipo 2,25%Cr-1,0%Mo com diferentes teores de Mn (0,4% - 1,1%) obtidos pelo processo de eletrodo revestido submetidos aos tratamentos térmicos de alívio de tensões (TTAT), de step-cooling (TTSC) e TTAT seguido de TTSC. Verificou-se através de ensaios de impacto Charpy-V que o TTAT, promoveu um ganho de tenacidade e resistência para teores de Mn entre 0,9% - 1,1%, enquanto que a aplicação do TTSC não promoveu mudanças significativas na tenacidade para todos os teores estudados. Observou-se que, as variações microestruturais em função dos tratamentos térmicos aplicados para uma estrutura predominantementebainítica, detectáveis por microscopia eletrônica de varredura, foram pequenas para os teores de Mn estudados. A utilização dos índices tradicionais como o fator X , fator PE e fator J de susceptibilidade à fragilização se mostrou incompatível com as respostas obtidas nos ensaios de impacto dos metais de solda avaliados, sugerindo a necessidade de uma revisão dos fatores para a avaliação da tendência para a fragilização ou mesmo considerar que os materiais atualmente produzidos não sejam mais susceptíveis ao fenômeno fragilização ao revenido mesmo após tratamentos térmicos de alívio de tensões. / [en] Traditionally, both Cr-Mo class steels and the weld metals produced in joining such materials have been considered to be susceptible to the phenomenon of temper embrittlement. The current study evaluates 2,25%Cr-1,0%Mo type weld metals with varying Mn levels (0,4%- 1,1%), produced using coated electrodes with an SMAW process. The welded joints were subjected to three types of heat treatment; either stress relief annealing, or step cooling or stress relief annealing and step cooling. Charpy-V impact testing results indicated a gain in toughness and tensile strength for materials with Mn levels in the 0,9% to 1.1% range, and that the step cooling alone did not cause any appreciable changes in toughness for any of the Mn levels studied. Furthermore, scanning electron microscopy revealed that the bainitic microstructure of the materials studied was relatively little affected by the applied heat treatments. The values obtained for the traditional embrittlement indexes, X -Factor, PE-Factor and J-Factor were observed to be inconsistent and incompatible with the actual quantified impact behaviour of the weld metals investigated. This would suggest that a reevaluation of these traditional embrittlement indexes should be considered. The temper embrittlement susceptibility of steels of this type as they are currently manufactured may, in this way, come to be considered much lower than would otherwise be the case, even after post weld heat treatments.

Os aços Grau 91 vêm sendo amplamente utilizados como componentes para trabalhar em elevadas temperaturas nas indústrias de geração de energia, petroquímica e refinarias de petróleo em consequência da sua excelente resistência a fluência e corrosão em altas temperaturas. Apesar destas notáveis propriedades têm sido encontradas dificuldades na soldagem do aço Grau 91, visto que pode apresentar valores de dureza fora dos limites especificados e provocando redução de diversas propriedades mecânicas. Foram confeccionadas juntas tubulares do aço Grau 91, por meio de soldagem usando o processo TIG na raiz e o processo Eletrodo Revestido nas camadas de soldagem subsequentes. As juntas soldadas foram submetidas ao tratamento térmico póssoldagem (TTPS) a 760°C com diferentes tempos de patamar (1h, 4h e 8h) e posteriormente, as propriedades mecânicas foram analisadas para verificar o atendimento aos requisitos normativos, por meio da realização de ensaios de tração convencional e à quente (540°C), impacto Charpy, dureza Vickers e caracterização microestrutural. Os resultados mostraram que as propriedades mecânicas do aço Grau 91 sofreram alterações, como uma melhor resistência ao impacto e diminuição da dureza com o aumento do tempo de patamar de temperatura, indicando que é possível obter uma melhor combinação de resistência mecânica e tenacidade com o tempo de patamar maior do que 4 horas no TTPS nas condições utilizadas. / Grade 91 steels have been widely used as components to work at high temperatures in power generation plants, petrochemicals and oil refineries as a result of their excellent creep and corrosion resistance at high temperatures. Despite these remarkable properties, difficulties in welding Grade 91 have been encountered, as they may exhibit hardness values outside the specified limits and cause a reduction in various mechanical properties. Grade 91 tubular joints were made through welding by using the GTAW process at the root and the SMAW process in the subsequent welding layers. The welded joints were subjected to PWHT at 760°C with different tempering times (1h, 4h and 8h) and their mechanical properties were evaluated by performing conventional tensile, elevated-temperature tensile (540°C), Charpy V-notch impact toughness, Vickers hardness testing and microstructural characterization. Results indicated that mechanical properties of grade 91 steel change with increasing tempering time, and a better combination of strength and toughness can be reached with more than 4 hours of PWHT, under certain conditions.

Os aços Grau 91 vêm sendo amplamente utilizados como componentes para trabalhar em elevadas temperaturas nas indústrias de geração de energia, petroquímica e refinarias de petróleo em consequência da sua excelente resistência a fluência e corrosão em altas temperaturas. Apesar destas notáveis propriedades têm sido encontradas dificuldades na soldagem do aço Grau 91, visto que pode apresentar valores de dureza fora dos limites especificados e provocando redução de diversas propriedades mecânicas. Foram confeccionadas juntas tubulares do aço Grau 91, por meio de soldagem usando o processo TIG na raiz e o processo Eletrodo Revestido nas camadas de soldagem subsequentes. As juntas soldadas foram submetidas ao tratamento térmico póssoldagem (TTPS) a 760°C com diferentes tempos de patamar (1h, 4h e 8h) e posteriormente, as propriedades mecânicas foram analisadas para verificar o atendimento aos requisitos normativos, por meio da realização de ensaios de tração convencional e à quente (540°C), impacto Charpy, dureza Vickers e caracterização microestrutural. Os resultados mostraram que as propriedades mecânicas do aço Grau 91 sofreram alterações, como uma melhor resistência ao impacto e diminuição da dureza com o aumento do tempo de patamar de temperatura, indicando que é possível obter uma melhor combinação de resistência mecânica e tenacidade com o tempo de patamar maior do que 4 horas no TTPS nas condições utilizadas. / Grade 91 steels have been widely used as components to work at high temperatures in power generation plants, petrochemicals and oil refineries as a result of their excellent creep and corrosion resistance at high temperatures. Despite these remarkable properties, difficulties in welding Grade 91 have been encountered, as they may exhibit hardness values outside the specified limits and cause a reduction in various mechanical properties. Grade 91 tubular joints were made through welding by using the GTAW process at the root and the SMAW process in the subsequent welding layers. The welded joints were subjected to PWHT at 760°C with different tempering times (1h, 4h and 8h) and their mechanical properties were evaluated by performing conventional tensile, elevated-temperature tensile (540°C), Charpy V-notch impact toughness, Vickers hardness testing and microstructural characterization. Results indicated that mechanical properties of grade 91 steel change with increasing tempering time, and a better combination of strength and toughness can be reached with more than 4 hours of PWHT, under certain conditions.