X-ray diffraction (XRD) profile fitting (Rietveld method) was used in this study to characterize the microstructure for seven microalloyed steels, which were produced through thermomechanical controlled processing (TMCP). Microstructure characterization was conducted through the strip thickness. The microstructural variables studied include subgrain size, dislocation density, texture index and weight percent of retained austenite. The subgrain size was also analyzed by electron backscatter diffraction (EBSD) and transmission electron microscopy (TEM). The effects of processing parameters, including coiling temperature, cooling rate and alloying elements, on the microstructure were also investigated. It was found that decreasing the coiling temperature resulted in a finer subgrain size and higher dislocation densities. The texture index was observed to increase with decreasing coiling temperature. The subgrain size decreased and dislocation density increased as the amount of alloying elements (Ni, Mo and Mn) were increased. The amount of retained austenite increased at the strip center with increasing coiling temperature and increasing C and Ni content. / Materials Engineering

A tecnologia dos aços microligados para transporte de gás natural e petróleo tem sido pressionada pelo descobrimento das novas jazidas e o aumento da demanda no mundo. As solicitações ambientais e de resistência mecânica são os parâmetros para o desenvolvimento de aços de alta resistência baixa liga para o transporte de gás e petróleo a menor custo e de forma segura. Neste contexto esta pesquisa investiga, em um aço microligado para tubos API 5L X80, o efeito das transformações de fase obtidas por resfriamentos controlados na fratura induzida por hidrogênio Hydrogen Induced Cracking-(HIC) e nas propriedades mecânicas. Os testes de HIC foram realizados no material como recebido, na espessura da chapa submetida a resfriamentos contínuos e em amostras do material tratadas de forma a simular as regiões de grão grosso da zona afetada pelo calor (GGZAC). Segundo o ciclo de resfriamento, os aços microligados têm microestruturas complexas, como é caso do aço microligado em estudo, onde sua microestrutura, estudada em trabalhos anteriores, é formada principalmente por ferrita, bainita, perlita e microconstituinte austenita/martensita (AM). A morfologia, tamanho, quantidade e distribuição dos produtos de transformação na chapa mudam as propriedades do aço. Esses fenômenos são de grande interesse tecnológico em aços microligados para a fabricação de tubos soldados para o transporte de gás e petróleo, tanto quando a solda é realizada em campo como também durante o encurvamento por indução; aqui as propriedades mecânicas do tubo decorrentes do processo de fabricação termomecânico podem ser degradadas pela ação do aquecimento e dos resfriamentos experimentados na zona afetada pelo calor (ZAC), principalmente na região de GGZAC. A simulação dos ciclos térmicos para o estudo da HIC na espessura da chapa foram realizados em CP austenitizados a 900ºC e submetidos a resfriamentos contínuos no dilatômetro de têmpera. Para simular os ciclos térmicos com resfriamentos controlados focados na GGZAC e a seguir obter CP de tamanho adequado para testes de tração e Charpy, foi necessário fazer os tratamentos térmicos a 1300ºC e resfriamentos contínuos em um simulador termomecânico e dilatômetro Gleeble. O maior tamanho da amostra tratada termicamente neste último equipamento permitiu extrair amostras para avaliar as propriedades mecânicas e a HIC do material, pois as diferentes regiões da ZAC em uma solda real são restritas e não permitem este tipo de ensaios em uma região específica da ZAC. Os resultados permitiram identificar a suscetibilidade de cada microestrutura produto da transformação da austenita na espessura da chapa, sendo a região central da chapa a mais sensível ao hidrogênio no aço como recebido e quando tratado a baixas taxas de resfriamento de 0,5°C/s após austenitizado a 900°C. As bandas grosseiras formadas por estruturas de maior dureza que a matriz na região central diminuíram a resistência à HIC. Da mesma forma nos corpos de prova que simulam a região GGZAC, a fratura induzida pelo hidrogênio foi localizada na região central da espessura embora apresente bainita e ferrita acicular. A falha possivelmente se deve aos elementos remanescentes segregados nesta região central e partição de carbono para os sub contornos de grão da bainita e ferrita que cresceram a partir a austenita primária. As inclusões e precipitados, segundo seu tipo, forma e localização na microestrutura, participam ou não da nucleação e propagação da trinca, sendo a posição mais crítica quando localizadas dentro das estruturas bandeadas. Não foi observada a nucleação de trincas na presença de hidrogênio em precipitados de Nb e Ti. / The technology of microalloyed steels for the transportation of natural gas and oil has been pressed by the discovery of new deposits and the increased demand in the world. Environmental requests for safety and ever increasing mechanical strength are the parameters for the development of high strength low alloy steels for transporting gas and oil at lower cost and safely. In this context, this research investigates, in a microalloyed steel pipe API 5L X80, the effect of phase transformations obtained by controlled cooling on the behavior when loaded with hydrogen - Hydrogen Induced Cracking - (HIC) and in the mechanical properties. HIC tests were performed on as-received material, on samples extracted from the thickness of the plate and subjected to continuous cooling and on samples of the material treated to simulate the coarse-grained regions of heat affected zone (CGHAZ). According to the cooling cycle, the microalloyed steels have complex microstructures: in the steel under evaluation its microstructure, studied in a previous work, consists mainly of ferrite, bainite, pearlite and austenite/martensite constituent (AM). The morphology, size, quantity and distribution of the products of transformation change the properties of plate steel. These phenomena are of great technological interest in microalloyed steels for the fabrication of welded tubes for the transport of gas and oil, when the welding is performed in the field as well as during hot bending; here the mechanical properties of the tube from the process of thermomechanical fabrication can be degraded by the action of heating and cooling experienced in the heat affected zone (HAZ), mainly in the region of CGHAZ. Simulations of thermal cycles for the study of HIC on sheet thickness were performed in coupons subjected to austenitization at 900ºC followed by continuous cooling in the dilatometer. To simulate the thermal cycles with controlled cooling, focused in the CGHAZ, and getting suitable sample sizes for tensile testing and Charpy, it was necessary to austenitize at 1300ºC followed by continuous cooling using the thermal and thermomechanical simulator in a Gleeble dilatometer. Samples heat treated in this equipment were suitable to evaluate the mechanical properties and the HIC of the material for different regions of HAZ, while a real weld would not have enough material to allow this type of testing on a specific region of HAZ. The results showed the susceptibility of each microstructure product of austenite transformation and of the position on the plate thickness. The central region of the plate was more sensitive to hydrogen in the steel as-received and when treated at low cooling rates of 0.5°C/s after austenitization at 900°C. The bands formed by coarse structures of greater hardness than the matrix in the central region decreased the resistance to HIC. Likewise in coupons that simulate the CGHAZ region, the fracture induced by hydrogen was located in the central thickness line, even when the microstructure were bainite and acicular ferrite. Failure there was possibly due to remnants of segregated elements in this central region and carbon partition to the subboundaries of the bainite and ferrite grain that grew from the primary austenite. Inclusions and precipitates, according to their type, shape and location in the microstructure, participating or not in the nucleation and propagation of the crack, were more critical when located within the banded structures; crack nucleation in the presence of hydrogen was not observed at Nb and Ti precipitates.

O crescente consumo de energia produzida a partir do petróleo e do gás natural conduz a melhoria das propriedades mecânicas dos aços microligados empregados na construção dos oleodutos e gasodutos para incrementar o transporte dos recursos a menores custos e elevar a confiabilidade. O aumento do controle das diferentes fases, agregados eutetóides, microconstituintes e precipitados neste tipo de aço, garante a melhoria na resistência mecânica, tenacidade e soldabilidade. Dentro deste contexto foi realizado um trabalho de caracterização microestrutural do aço um microligado para tubos API 5L X80 em amostras de aço como recebido e em diferentes condições de resfriamento. Para o estudo da cinética das transformações de fase, o aço microligado foi submetido a ensaios de dilatometria onde foram identificadas as temperaturas e tempos de início e fim de transformação de fases, para varias velocidades de resfriamento. A partir das diferentes temperaturas e tempos obtidos, em função das taxas de resfriamento, foi possível extrair a curva de Transformação por Resfriamento Continuo (TRC). Os dados da curva TRC foram comparados com as microestruturas de cada corpo de prova por meio de microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de varredura com Field Emission Gun (FEG) e microdureza, caracterizando a evolução morfológica da matriz ferrítica, agregados eutetóides e microconstituinte austenita/martensita (MA). Para a caracterização microestrutural das amostras também foram utilizadas técnicas de análise microestrutural como, nanodureza, análise por difração de raios X em amostras obtidas por extração de precipitados, saturação magnética e microscopia de força atômica (AFM). A técnica de saturação magnética foi desenvolvida por médio de curvas de histerese medidas em um histeresígrafo com peças polares e anel de Rowland para diversas amplitudes de intensidade de campo magnético. Esta técnica permitiu a detecção da saturação magnética do aço sem tratamento térmico e a saturação máxima nos aços com tratamento térmico, o que indicou a total transformação da austenita retida. A relação das duas saturações permitiu determinar a fração de austenita retida no MA. Para as medidas de nanodureza foi utilizado um nanodurômetro acoplado ao microscópio de força atômica (AFM). As nanodurezas obtidas em diferentes grãos foram comparadas com os valores constantes na literatura para identificar as fases, agregados eutetóides e possíveis precipitados da microestrutura. / The continuous increase of energy generated from petroleum and natural gas created the need to improve the mechanical properties of microalloyed steels used in gas and oil pipelines, in order to increase their flow with smaller costs and higher reliability. The control of the different phases, morphology of microconstituents like ferrite plus carbide aggregates and precipitates in this kind of steels is essential to the improvement of mechanical strength, toughness and weldability. In this context, a work of microestrutural characterization of a microalloyed steel for API X80 pipelines was carried out both on an as-received steel sample as in samples submitted to different cooling conditions. The kinetics of austenite transformations was investigated using dilatometric experiments, identifying start and end of the phase transformations as well as the time spent temperatures for the phase transformations at each cooling rate. The temperature and time curves obtained as a function of the cooling rates allowed the determination of a Continuous Cooling Transformation curve (CCT). The data from the CCT curve was compared with the microstructures of each sample through optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), scanning electron microscopy with Field Emission Gun (FEG) and microhardness, characterizing the morphologic evolution of the ferritic matrix, ferrite plus carbide eutectoid aggregates (perlite and bainite) and the microconstituent martensite/austenite (MA). The microestrutural characterization of the samples was performed also using different techniques of microestrutural analysis: precipitate extraction followed by Xrays diffraction analysis, magnetic saturation and atomic force microscopy (AFM) measurements. The magnetic saturation technique was developed through hysteresis curves measured with a hysteresigraph with polar pieces and Rowland ring for several ranges of magnetic field intensity. This technique allowed to detect the magnetic saturation of the steel without thermal treatment and the maximum saturation in the heat treated steels were the retained austenite has transformed. The relationship between those saturations curves allowed a determination of the retained austenite fraction in the MA microconstituent. The nanohardness was measured using a specific device coupled to a atomic force microscope (AFM). The nanohardness of different grains were compared with the hardness values from the literature in order to help identify phases and microconstituents, as well as possible precipitates.

Constitutive behavior models for steels are typically semi-empirical, however recently neural network is also being used. Existing neural network models are highly complex with a large network structure i.e. the number of neurons and layers. Furthermore, the network structure is different for different grades of steel. In the present study a simple neural network structure, 3:4:1, is developed which models flow behavior better than other models available in literature. Using this neural network structure constitutive behavior of 8 steels: 4 carbon steels, V and V-Ti microalloyed steels, an austenitic stainless steel and a high speed steel could be modeled with reasonable accuracy. The stress-strain behavior for the vanadium microalloyed steel was obtained from hot compression tests carried out at 850-1150 C and 0.1-60 s-1. It is found that a better estimate of the constants in the semi-empirical model developed for this steel could be obtained by simultaneous nonlinear regression. A model that can predict the effect of chemical composition on the constitutive behavior would be industrially useful for e.g., in optimizing rolling schedules for new grades of steel. In the present study, a neural network model, 5:6:1, is developed which predicts the flow behavior for a range of carbon steels. It is found that the effect of manganese is best accounted for by taking Ceq=C+Mn/6 as one of the inputs of the network. Predictions from this model show that the effect of carbon on flow stress is nonlinear. The hot strip mill at Jindal Vijaynagar Steel Ltd., Toranagallu, Karnataka, India, was simulated for calculating the rolling loads, finish rolling temperature (FRT) and microstructure evolution. DEFORM-2d a commercial finite element package was used to simulate deformation and heat transfer in the rolling mill. The simulation was carried out for 18 strips of 2-4 mm thickness with compositions in the range and 0.025-0.139 %C. The rolling loads and FRT could be calculated within 15 % and 15 C respectively. Analysis based on the variation in the roll diameter, roll gap and the effect of roll flattening and temperature of the roll showed that an error of 6 % is inherent in the prediction of loads. Simulation results indicated that strain induced transformation to ferrite occurred in the finishing mill. The microstructure after rolling was validated against experimental data for ferrite microstructure and mechanical properties. The mechanical properties of steels with predominantly ferrite microstructures depend on the prior austenite grain size, strain retained before transformation and cooling rate on the run-out table. A parametric study based on experimental data available in literature showed that a variation in cooling rate by a factor of two on the run-out table gives rise to only a 20 MPa variation in the mechanical properties.

Low temperature cleavage fracture behaviour was investigated using four experimental microalloyed bainitic plate steels. The four plate samples were produced by different thermomechanical processing (TMP) schedules and had yield strengths in the range 540 - 670 MPa. Microstructures were characterized by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and electron back scattered diffraction (EBSD). Quantitative data was obtained for prior austenite grain (PAG) size, volume fractions of two bainite types (conventional bainite and acicular ferrite) and EBSD 15° domain size. Charpy impact tests (using two notch orientations) were carried out over a range of temperatures. Cleavage facet sizes were measured on -196°C Charpy samples. The range of TMP schedules produced variations in PAG width, type of bainite and 15° domain size. The effects of these three microstructural features on cleavage crack propagation are discussed. Results indicate that the microstructures are controlled by i) deformation below TNR and ii) accelerated cooling rate. Domain structure reflects TMP. There is no clear correlation between domain size and cleavage facet size. / Thesis (Master, Mechanical and Materials Engineering) -- Queen's University, 2009-07-30 19:17:01.25

[pt] O desenvolvimento de um aço microligado para a produção de vergalhões nervurados, busca atender a modernização das estruturas de concreto armado e a industrialização na construção civil que solicitam novos desenvolvimentos nas técnicas de construção e nos materiais aplicados. As barras de aço nervuradas são um dos principais produtos empregados na produção de peças e estruturas de concreto armado sendo usadas largamente por todo o mundo. A otimização da aplicação final, a necessidade de manter baixos custos de produção e atender a combinação de alta resistência com grande ductilidade em um material com características de soldabilidade destinados a armaduras de concreto armado, se tornou um grande desafio para os produtores de vergalhões para a construção civil. Aplicando a tecnologia desenvolvida ao longo dos últimos 50 anos, este trabalho oferece a alternativa de se empregar aços microligados ao vanádio e nióbio para a produção em laminadores de alta produção de rolos de vergalhões capazes de atender a indústria da construção civil nos mais rigorosos atributos solicitados. Os experimentos foram realizados em escala industrial testando aços com faixa de 0,14 porcento a 0,20 porcento de vanádio e até 0,04 porcento de nióbio. Os resultados atendem as normas mais exigentes no mercado mundial. / [en] The development of microalloyed steel for the production of reinforcement bars (rebar) seeks to achieve the modernization of reinforced concrete structures and streamline industrialization in civil construction that demands new developments in techniques and applied materials. Rebar is one of the main products used in the production of reinforced concrete all over the world. The optimization of the final application and the necessity to keep production low costs while attempting to combine high resistance with great ductility in a material with weldability characteristics, became a great challenge for the producers of rebars. Applying the technology developed throughout the last 50 years, this work offers the alternative of using vanadium and niobium microalloyed steel to produce large quantities of rebars in rolling mills. Upon completion these rebar are used in coils capable of meeting the most rigorous demands of the civil construction industry. The experiments made in an industrial environment, applied steels with 0.14 percent to 0.20 percent of vanadium and up to 0.04 percent of niobium. The results met the most demanding standards in the world-wide market.

O crescente consumo de energia produzida a partir do petróleo e do gás natural conduz a melhoria das propriedades mecânicas dos aços microligados empregados na construção dos oleodutos e gasodutos para incrementar o transporte dos recursos a menores custos e elevar a confiabilidade. O aumento do controle das diferentes fases, agregados eutetóides, microconstituintes e precipitados neste tipo de aço, garante a melhoria na resistência mecânica, tenacidade e soldabilidade. Dentro deste contexto foi realizado um trabalho de caracterização microestrutural do aço um microligado para tubos API 5L X80 em amostras de aço como recebido e em diferentes condições de resfriamento. Para o estudo da cinética das transformações de fase, o aço microligado foi submetido a ensaios de dilatometria onde foram identificadas as temperaturas e tempos de início e fim de transformação de fases, para varias velocidades de resfriamento. A partir das diferentes temperaturas e tempos obtidos, em função das taxas de resfriamento, foi possível extrair a curva de Transformação por Resfriamento Continuo (TRC). Os dados da curva TRC foram comparados com as microestruturas de cada corpo de prova por meio de microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de varredura com Field Emission Gun (FEG) e microdureza, caracterizando a evolução morfológica da matriz ferrítica, agregados eutetóides e microconstituinte austenita/martensita (MA). Para a caracterização microestrutural das amostras também foram utilizadas técnicas de análise microestrutural como, nanodureza, análise por difração de raios X em amostras obtidas por extração de precipitados, saturação magnética e microscopia de força atômica (AFM). A técnica de saturação magnética foi desenvolvida por médio de curvas de histerese medidas em um histeresígrafo com peças polares e anel de Rowland para diversas amplitudes de intensidade de campo magnético. Esta técnica permitiu a detecção da saturação magnética do aço sem tratamento térmico e a saturação máxima nos aços com tratamento térmico, o que indicou a total transformação da austenita retida. A relação das duas saturações permitiu determinar a fração de austenita retida no MA. Para as medidas de nanodureza foi utilizado um nanodurômetro acoplado ao microscópio de força atômica (AFM). As nanodurezas obtidas em diferentes grãos foram comparadas com os valores constantes na literatura para identificar as fases, agregados eutetóides e possíveis precipitados da microestrutura. / The continuous increase of energy generated from petroleum and natural gas created the need to improve the mechanical properties of microalloyed steels used in gas and oil pipelines, in order to increase their flow with smaller costs and higher reliability. The control of the different phases, morphology of microconstituents like ferrite plus carbide aggregates and precipitates in this kind of steels is essential to the improvement of mechanical strength, toughness and weldability. In this context, a work of microestrutural characterization of a microalloyed steel for API X80 pipelines was carried out both on an as-received steel sample as in samples submitted to different cooling conditions. The kinetics of austenite transformations was investigated using dilatometric experiments, identifying start and end of the phase transformations as well as the time spent temperatures for the phase transformations at each cooling rate. The temperature and time curves obtained as a function of the cooling rates allowed the determination of a Continuous Cooling Transformation curve (CCT). The data from the CCT curve was compared with the microstructures of each sample through optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), scanning electron microscopy with Field Emission Gun (FEG) and microhardness, characterizing the morphologic evolution of the ferritic matrix, ferrite plus carbide eutectoid aggregates (perlite and bainite) and the microconstituent martensite/austenite (MA). The microestrutural characterization of the samples was performed also using different techniques of microestrutural analysis: precipitate extraction followed by Xrays diffraction analysis, magnetic saturation and atomic force microscopy (AFM) measurements. The magnetic saturation technique was developed through hysteresis curves measured with a hysteresigraph with polar pieces and Rowland ring for several ranges of magnetic field intensity. This technique allowed to detect the magnetic saturation of the steel without thermal treatment and the maximum saturation in the heat treated steels were the retained austenite has transformed. The relationship between those saturations curves allowed a determination of the retained austenite fraction in the MA microconstituent. The nanohardness was measured using a specific device coupled to a atomic force microscope (AFM). The nanohardness of different grains were compared with the hardness values from the literature in order to help identify phases and microconstituents, as well as possible precipitates.

A tecnologia dos aços microligados para transporte de gás natural e petróleo tem sido pressionada pelo descobrimento das novas jazidas e o aumento da demanda no mundo. As solicitações ambientais e de resistência mecânica são os parâmetros para o desenvolvimento de aços de alta resistência baixa liga para o transporte de gás e petróleo a menor custo e de forma segura. Neste contexto esta pesquisa investiga, em um aço microligado para tubos API 5L X80, o efeito das transformações de fase obtidas por resfriamentos controlados na fratura induzida por hidrogênio Hydrogen Induced Cracking-(HIC) e nas propriedades mecânicas. Os testes de HIC foram realizados no material como recebido, na espessura da chapa submetida a resfriamentos contínuos e em amostras do material tratadas de forma a simular as regiões de grão grosso da zona afetada pelo calor (GGZAC). Segundo o ciclo de resfriamento, os aços microligados têm microestruturas complexas, como é caso do aço microligado em estudo, onde sua microestrutura, estudada em trabalhos anteriores, é formada principalmente por ferrita, bainita, perlita e microconstituinte austenita/martensita (AM). A morfologia, tamanho, quantidade e distribuição dos produtos de transformação na chapa mudam as propriedades do aço. Esses fenômenos são de grande interesse tecnológico em aços microligados para a fabricação de tubos soldados para o transporte de gás e petróleo, tanto quando a solda é realizada em campo como também durante o encurvamento por indução; aqui as propriedades mecânicas do tubo decorrentes do processo de fabricação termomecânico podem ser degradadas pela ação do aquecimento e dos resfriamentos experimentados na zona afetada pelo calor (ZAC), principalmente na região de GGZAC. A simulação dos ciclos térmicos para o estudo da HIC na espessura da chapa foram realizados em CP austenitizados a 900ºC e submetidos a resfriamentos contínuos no dilatômetro de têmpera. Para simular os ciclos térmicos com resfriamentos controlados focados na GGZAC e a seguir obter CP de tamanho adequado para testes de tração e Charpy, foi necessário fazer os tratamentos térmicos a 1300ºC e resfriamentos contínuos em um simulador termomecânico e dilatômetro Gleeble. O maior tamanho da amostra tratada termicamente neste último equipamento permitiu extrair amostras para avaliar as propriedades mecânicas e a HIC do material, pois as diferentes regiões da ZAC em uma solda real são restritas e não permitem este tipo de ensaios em uma região específica da ZAC. Os resultados permitiram identificar a suscetibilidade de cada microestrutura produto da transformação da austenita na espessura da chapa, sendo a região central da chapa a mais sensível ao hidrogênio no aço como recebido e quando tratado a baixas taxas de resfriamento de 0,5°C/s após austenitizado a 900°C. As bandas grosseiras formadas por estruturas de maior dureza que a matriz na região central diminuíram a resistência à HIC. Da mesma forma nos corpos de prova que simulam a região GGZAC, a fratura induzida pelo hidrogênio foi localizada na região central da espessura embora apresente bainita e ferrita acicular. A falha possivelmente se deve aos elementos remanescentes segregados nesta região central e partição de carbono para os sub contornos de grão da bainita e ferrita que cresceram a partir a austenita primária. As inclusões e precipitados, segundo seu tipo, forma e localização na microestrutura, participam ou não da nucleação e propagação da trinca, sendo a posição mais crítica quando localizadas dentro das estruturas bandeadas. Não foi observada a nucleação de trincas na presença de hidrogênio em precipitados de Nb e Ti. / The technology of microalloyed steels for the transportation of natural gas and oil has been pressed by the discovery of new deposits and the increased demand in the world. Environmental requests for safety and ever increasing mechanical strength are the parameters for the development of high strength low alloy steels for transporting gas and oil at lower cost and safely. In this context, this research investigates, in a microalloyed steel pipe API 5L X80, the effect of phase transformations obtained by controlled cooling on the behavior when loaded with hydrogen - Hydrogen Induced Cracking - (HIC) and in the mechanical properties. HIC tests were performed on as-received material, on samples extracted from the thickness of the plate and subjected to continuous cooling and on samples of the material treated to simulate the coarse-grained regions of heat affected zone (CGHAZ). According to the cooling cycle, the microalloyed steels have complex microstructures: in the steel under evaluation its microstructure, studied in a previous work, consists mainly of ferrite, bainite, pearlite and austenite/martensite constituent (AM). The morphology, size, quantity and distribution of the products of transformation change the properties of plate steel. These phenomena are of great technological interest in microalloyed steels for the fabrication of welded tubes for the transport of gas and oil, when the welding is performed in the field as well as during hot bending; here the mechanical properties of the tube from the process of thermomechanical fabrication can be degraded by the action of heating and cooling experienced in the heat affected zone (HAZ), mainly in the region of CGHAZ. Simulations of thermal cycles for the study of HIC on sheet thickness were performed in coupons subjected to austenitization at 900ºC followed by continuous cooling in the dilatometer. To simulate the thermal cycles with controlled cooling, focused in the CGHAZ, and getting suitable sample sizes for tensile testing and Charpy, it was necessary to austenitize at 1300ºC followed by continuous cooling using the thermal and thermomechanical simulator in a Gleeble dilatometer. Samples heat treated in this equipment were suitable to evaluate the mechanical properties and the HIC of the material for different regions of HAZ, while a real weld would not have enough material to allow this type of testing on a specific region of HAZ. The results showed the susceptibility of each microstructure product of austenite transformation and of the position on the plate thickness. The central region of the plate was more sensitive to hydrogen in the steel as-received and when treated at low cooling rates of 0.5°C/s after austenitization at 900°C. The bands formed by coarse structures of greater hardness than the matrix in the central region decreased the resistance to HIC. Likewise in coupons that simulate the CGHAZ region, the fracture induced by hydrogen was located in the central thickness line, even when the microstructure were bainite and acicular ferrite. Failure there was possibly due to remnants of segregated elements in this central region and carbon partition to the subboundaries of the bainite and ferrite grain that grew from the primary austenite. Inclusions and precipitates, according to their type, shape and location in the microstructure, participating or not in the nucleation and propagation of the crack, were more critical when located within the banded structures; crack nucleation in the presence of hydrogen was not observed at Nb and Ti precipitates.

Foram estudados dois tipos de aços, aço convencional ZAR 230 (ZAR - Zincagem de alta resistência) e aço microligado ZSTE 380 (segundo norma SEW 093), sendo que foram avaliadas as suas propriedades mecânicas visando a substituição do aço convencional por aço microligado na estrutura tubular de uma carroceria para veículos de transporte coletivo de passageiros. O aço convencional vem sendo utilizado pela indústria de carrocerias há vários anos, já o aço microligado é utilizado basicamente em estruturas específicas que requeiram boas propriedades mecânicas e conseqüentemente redução de peso. A análise de viabilidade para a substituição de aço convencional por aço microligado em um módulo estrutural completo requereu uma série de ensaios: ensaios padronizados em laboratório foram executados para avaliação de suas principais propriedades mecânicas e químicas; ensaios de nós estruturais submetidos a uma carga forneceram informações para o uso em software de elementos finitos tanto para execução de cálculos estruturais, quanto para calibração de resultados. Os módulos estruturais foram preparados de acordo com as regulamentações ECE R66-00 (mercado europeu) e CONTRAN 811/96 (mercado brasileiro) e foram ensaiados exaustivamente até se obter o melhor resultado de deslocamento comparativamente aos dois materiais analisados. A validação da estrutura tubular foi obtida com a utilização do software Ansys Workbench 9.0 e a confecção de estrutura representativa de uma carroceria ensaiada conforme regulamentação CONTRAN 811/96. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-05-05T19:51:22Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Magnus Geder Henz Cruz.pdf: 4706762 bytes, checksum: 44526b5417018356b3a33f57c828c75e (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-05T19:51:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Magnus Geder Henz Cruz.pdf: 4706762 bytes, checksum: 44526b5417018356b3a33f57c828c75e (MD5) / Two kinds of steel were studied, conventional steel ZAR 230 (a standard for high strength galvanizing) and microalloyed steel ZSTE 380 (according to the regulation SEW 093). The study of its mechanical properties aimed to replace the steel for microalloyed steel in bodywork s tubular structure for collective transport vehicles of passengers. The conventional steel has been used for the bodywork industry for years, and the microalloyed steel is basically used in specific structures, those who require good mechanical properties and mass reduction. The analysis of the feasibility for the replacement of conventional steel for microalloyed steel in a complete structural model requires a series of tests. Lab tests were done to evaluate their main mechanical and chemical properties. The tests of the structural nodes and the structural behaviour when subjected to a load provided information to be used in the finite elements method software to do structural calculation and to calibrate the results. The structural modules were prepared according to the regulations ECE R66-00 (European market) and CONTRAN 811/96 (Brazilian market) and these modules were tested exhaustively to achieve the best displacement between the two materials that were analysed comparatively. The validation of the tubular structure was obtained using the software Ansys Workbench 9.0 and the production of the representative structure of a bodywork tested according the regulation CONTRAN 811/96.

Foram estudados dois tipos de aços, aço convencional ZAR 230 (ZAR - Zincagem de alta resistência) e aço microligado ZSTE 380 (segundo norma SEW 093), sendo que foram avaliadas as suas propriedades mecânicas visando a substituição do aço convencional por aço microligado na estrutura tubular de uma carroceria para veículos de transporte coletivo de passageiros. O aço convencional vem sendo utilizado pela indústria de carrocerias há vários anos, já o aço microligado é utilizado basicamente em estruturas específicas que requeiram boas propriedades mecânicas e conseqüentemente redução de peso. A análise de viabilidade para a substituição de aço convencional por aço microligado em um módulo estrutural completo requereu uma série de ensaios: ensaios padronizados em laboratório foram executados para avaliação de suas principais propriedades mecânicas e químicas; ensaios de nós estruturais submetidos a uma carga forneceram informações para o uso em software de elementos finitos tanto para execução de cálculos estruturais, quanto para calibração de resultados. Os módulos estruturais foram preparados de acordo com as regulamentações ECE R66-00 (mercado europeu) e CONTRAN 811/96 (mercado brasileiro) e foram ensaiados exaustivamente até se obter o melhor resultado de deslocamento comparativamente aos dois materiais analisados. A validação da estrutura tubular foi obtida com a utilização do software Ansys Workbench 9.0 e a confecção de estrutura representativa de uma carroceria ensaiada conforme regulamentação CONTRAN 811/96. / Two kinds of steel were studied, conventional steel ZAR 230 (a standard for high strength galvanizing) and microalloyed steel ZSTE 380 (according to the regulation SEW 093). The study of its mechanical properties aimed to replace the steel for microalloyed steel in bodywork s tubular structure for collective transport vehicles of passengers. The conventional steel has been used for the bodywork industry for years, and the microalloyed steel is basically used in specific structures, those who require good mechanical properties and mass reduction. The analysis of the feasibility for the replacement of conventional steel for microalloyed steel in a complete structural model requires a series of tests. Lab tests were done to evaluate their main mechanical and chemical properties. The tests of the structural nodes and the structural behaviour when subjected to a load provided information to be used in the finite elements method software to do structural calculation and to calibrate the results. The structural modules were prepared according to the regulations ECE R66-00 (European market) and CONTRAN 811/96 (Brazilian market) and these modules were tested exhaustively to achieve the best displacement between the two materials that were analysed comparatively. The validation of the tubular structure was obtained using the software Ansys Workbench 9.0 and the production of the representative structure of a bodywork tested according the regulation CONTRAN 811/96.