Os aços-ferramenta têm importante participação no mercado mundial de aços. São usados na indústria metal-mecânica como ferramentas de corte, moldes, punções, matrizes, etc. Devido ao uso de grande responsabilidade, é importante discutir a relação entre microestrutura e propriedades mecânicas, porque é uma prática comum na indústria especificar os tratamentos térmicos com base principalmente na dureza final do material, sem considerar que para um mesmo valor de dureza um aço-ferramenta pode apresentar diferenças nas propriedades mecânicas, dependendo do ciclo de tratamento térmico aplicado. Logo, esta seleção de tratamento térmico é um aspecto tecnológico relevante no desempenho de aços-ferramentas.Os materiais selecionados foram os aços VND, Calmax, VF-800 e Vanadis 10, sendo os três primeiros produzidos por fundição – rota convencional e o último produzido por processo de pressão isostática a quente (HIP) – rota sinterizada.O objetivo deste trabalho foi avaliar o tratamento térmico, a microestrutura e as propriedades mecânicas destes quatro açosferramenta para trabalho a frio, para determinar o tratamento térmico capaz de promover a melhor relação dureza-tenacidade. Os resultados mostraram para o aço VND a possibilidade de se trabalhar com nível de dureza um pouco superior ao recomendado pelo fabricante, com sensível melhora nos parâmetros de resistência sem, no entanto, a ocorrência de um decréscimo importante em termos de tenacidade. Para o aço Calmax os resultados mostraram a possibilidade de trabalhar com dureza um pouco inferior à recomendada pelo fabricante, com significativa melhora nos parâmetros de tenacidade, sem a ocorrência de um decréscimo na resistência. Para os aços VF-800 e Vanadis 10, os resultados obtidos utilizando-se temperatura de revenimento inferior à recomendada pelo fabricante mostraram um ótimo desempenho em todos os ensaios, com particular atenção aos resultados de energia absorvida. / Tool steels have important participation in the worldwide market of steels. They are used by metal-mechanical industry as cutting tools, molds, punches, dies etc.Due to the use of great responsibility, it is important to discuss the relationship between microstructure and mechanical properties because it is a common practice in industry to specify heat treatments based mainly in the final hardness of the material without considerations about that for the same value of hardness a tool-steel can present differences in mechanical properties, depending on the heat treatment cycle applied. Thus, the selection of the heat treatment is a relevant technological aspect in the performance of tool steels. The materials selected were VND, Calmax, VF800 and Vanadis 10, being the three first produced by hot ingot casting followed by hot working - conventional route, and the last one by hot isostatic pressing (HIP) process – sintering route. The aim of this work was to evaluate the heat treatment, microstructure and mechanical properties of these four tool steels for cold work application in order to determine the heat treatment able to promote the best relationship hardness-toughness. The results have shown for VND steel the possibility of working with hardness slightly higher than that recommended by the manufacturer, with sensible improvement of strength without, however, the occurrence of an important decrease in toughness. For the Calmax steel the results have shown the possibility of working with hardness values slightly lower than that recommended by the manufacturer, with significant improvement in toughness, without the occurrence of a strength decreasing. For the steels VF-800 and Vanadis 10, the results of lower temperature of tempering than the recommended by the manufacturer have indicated good performance in all mechanical tests, with attention to the absorbed energy results.

Os aços-ferramenta têm importante participação no mercado mundial de aços. São usados na indústria metal-mecânica como ferramentas de corte, moldes, punções, matrizes, etc. Devido ao uso de grande responsabilidade, é importante discutir a relação entre microestrutura e propriedades mecânicas, porque é uma prática comum na indústria especificar os tratamentos térmicos com base principalmente na dureza final do material, sem considerar que para um mesmo valor de dureza um aço-ferramenta pode apresentar diferenças nas propriedades mecânicas, dependendo do ciclo de tratamento térmico aplicado. Logo, esta seleção de tratamento térmico é um aspecto tecnológico relevante no desempenho de aços-ferramentas.Os materiais selecionados foram os aços VND, Calmax, VF-800 e Vanadis 10, sendo os três primeiros produzidos por fundição – rota convencional e o último produzido por processo de pressão isostática a quente (HIP) – rota sinterizada.O objetivo deste trabalho foi avaliar o tratamento térmico, a microestrutura e as propriedades mecânicas destes quatro açosferramenta para trabalho a frio, para determinar o tratamento térmico capaz de promover a melhor relação dureza-tenacidade. Os resultados mostraram para o aço VND a possibilidade de se trabalhar com nível de dureza um pouco superior ao recomendado pelo fabricante, com sensível melhora nos parâmetros de resistência sem, no entanto, a ocorrência de um decréscimo importante em termos de tenacidade. Para o aço Calmax os resultados mostraram a possibilidade de trabalhar com dureza um pouco inferior à recomendada pelo fabricante, com significativa melhora nos parâmetros de tenacidade, sem a ocorrência de um decréscimo na resistência. Para os aços VF-800 e Vanadis 10, os resultados obtidos utilizando-se temperatura de revenimento inferior à recomendada pelo fabricante mostraram um ótimo desempenho em todos os ensaios, com particular atenção aos resultados de energia absorvida. / Tool steels have important participation in the worldwide market of steels. They are used by metal-mechanical industry as cutting tools, molds, punches, dies etc.Due to the use of great responsibility, it is important to discuss the relationship between microstructure and mechanical properties because it is a common practice in industry to specify heat treatments based mainly in the final hardness of the material without considerations about that for the same value of hardness a tool-steel can present differences in mechanical properties, depending on the heat treatment cycle applied. Thus, the selection of the heat treatment is a relevant technological aspect in the performance of tool steels. The materials selected were VND, Calmax, VF800 and Vanadis 10, being the three first produced by hot ingot casting followed by hot working - conventional route, and the last one by hot isostatic pressing (HIP) process – sintering route. The aim of this work was to evaluate the heat treatment, microstructure and mechanical properties of these four tool steels for cold work application in order to determine the heat treatment able to promote the best relationship hardness-toughness. The results have shown for VND steel the possibility of working with hardness slightly higher than that recommended by the manufacturer, with sensible improvement of strength without, however, the occurrence of an important decrease in toughness. For the Calmax steel the results have shown the possibility of working with hardness values slightly lower than that recommended by the manufacturer, with significant improvement in toughness, without the occurrence of a strength decreasing. For the steels VF-800 and Vanadis 10, the results of lower temperature of tempering than the recommended by the manufacturer have indicated good performance in all mechanical tests, with attention to the absorbed energy results.

[pt] Nesse trabalho foi realizada uma avaliação microestrutural da influência do ciclo térmico em três aços da classe API5LX80: Nb-Cr, Nb-Cr-Mo e Nb-Cr-Mo-V fabricados no Brasil. Estes aços foram fabricados através de processo termo-mecânico controlado sem passarem por uma etapa subseqüente de resfriamento acelerado. Foi realizada uma caracterização microestrutural em duas condições, pós- laminação e austenitização a 900oC seguida de três (3) ciclos térmicos: resfriamento ao ar (1,5oC/s), ao óleo (30oC/s) e a água (115oC/s). Na condição de pós-laminado, os aços Nb-Cr, Nb-Cr-Mo, e Nb-Cr-Mo-V não apresentaram diferenças significativas quanto ao TG, distribuição de fases (ferrita, bainita e AM), dureza e microdureza mas foram verificadas diferenças em suas subestruturas (subgrãos, células e precipitação fina) observada em MET. Concluise que a inclusão de Mo e V nos aços Nb-Cr-Mo e Nb- Cr-Mo-V não ocasionou influência a nível microestrutural, mas ocasionou mudanças a nível subestrutural verificadas em MET que talvez possam justificar a diferença entre propriedades mecânicas.Verificamos a diminuição do tamanho de grão com o aumento da taxa de resfriamento nos aços Nb- Cr, Nb-Cr-Mo, e Nb-Cr-Mo-V. Os valores de dureza e microdureza são os mesmos para os aços Nb-Cr e Nb-Cr-Mo na condição de após aplicação dos ciclos térmicos, e uma associação pode ser feita com a quantidade de fases de cada um, pois a distribuição quantitativa das fases para ambos os aços é muito similar. O aço Nb-Cr-Mo-V apresenta uma distribuição diferente, com a formação da fase martensítica já no resfriamento ao óleo (30oC/s) e o aumento da quantidade desta fase a medida que a taxa de resfriamento diminui. / [en] The present work presents a microstructural evaluation of three different chemical compositions of API5LX80 classified as Nb-Cr, Nb-Cr-Mo e Nb-Cr- Mo-V steel in two conditions, as received and after three applied cooling rates: air-cooled (1,5oC/s), oil-cooled (30oC/s) e water- cooled (115oC/s). This material under study is a microalloyed HSLA steel used for pipeline purposes produced in Brazil. Usually this steel is processed by thermo- mechanical controlled hot rolling followed by accelerated cooling. However, the material under study was not accelerated cooled after thermo-mechanical controlled hot rolling. Instead, chemical composition was changed to obtain similar mechanical properties of this class of steel. The Nb-Cr, Nb-Cr-Mo, e Nb-Cr-Mo-V as-received steels studied in this work presented the same quantitative distribution of grain size and volumetric fraction of the phases (ferrite, bainite and MA), as well as, the same hardness Rockwell (HRB) and Vickers (HV100). However, the substructures (subgrains, cells and fine precipitation) of the three steels were different when examed in Transmission Electron Microscopy - TEM. The Nb-Cr, Nb-Cr- Mo, e Nb-Cr-Mo- V steels, after submitted to the three cooling rates, presented a decrease in grain size with the increasing of the cooling rate. The same hardness Rockwell (HRB) and Vickers (HV100) values were found for Nb-Cr e Nb- Cr-Mo steels and this fact can be associated to the volumetric fraction of both steels, because both have very similar phase distribution. The Nb-Cr-Mo-V steel presented a different phase distribution with increased of martensite as the cooling rate decreases.

[pt] O presente trabalho apresenta um estudo da influência dos tratamentos térmicos de têmpera e revenido sôbre a resistência à fratura do aço estrutural R4, adotado na fabricação de elos para sistemas de ancoragem de unidade offshore e soldados pelo processo de centelhamento. Corpos de prova do tipo CT foram retirados da região da solda dos elos, usinados com orientação L-R e submetidos a diferentes tratamentos térmicos de têmpera (temperaturas de austenitização de 810, 840, 870 e 900ºC) e revenido (640 e 680ºC), num total de quatro condições microestruturais. Após pré-trincamento em fadiga, os corpos de prova foram submetidos a carregamento monotônico em tração, com o objetivo de se determinar a resistência à fratura do material com base no parâmetro CTOD (Crack Tip Opening Displacement). Os resultados do ensaio de CTOD demonstraram que houve uma redução da resistência à fratura do aço estrutural R4 com o aumento da temperatura de austenitização (810, 840 e 870°C) e temperatura de revenido de 640°C. Entretanto, para maiores temperaturas de austenitização (900°C) e revenido (680°C), houve um aumento do parâmetro CTOD. Modificações microestruturais no material causadas pelos tratamentos térmicos foram associadas com as variações da tenacidade. / [en] This study has been made concerning the influence of quenching and tempering heat treatments on the fracture resistance of a grade R4 structural steel, largely used for fabricating offshore mooring chains by flash welding. CT specimens were taken from the welded joints region in L-R and machined following orientation and subjected to different quenching (austenizing temperatures of 810, 840, 870 and 900ºC) and tempering (640 ºC and 680ºC) treatments, in a total of four microstructural conditions. After fatigue precracking, the specimens were monotonically loaded in tension in order to determine the fracture resistance of the material on the basis of the CTOD (Crack Tip Opening Displacement) parameter. The results of the CTOD tests showed that the fracture resistance of the grade R4 structural steel has decreased when increasing the austenitizing temperature (810, 840 and 870°C) and tempering at 640ºC. However, when adopting higher austenitizing (900°C) and tempering (680° C) temperatures, the parameter CTOD has increased. The microstructural modifications caused by the heat treatments were associated with the toughness modifications.

[pt] Esta pesquisa teve como objetivos promover variações microestruturais em um ferro fundido nodular ferrítico tipo ASTM A536 60-40-18, pelo do uso de resfriadores durante a solidificação do material e pela adoção de tratamentos térmicos pós-fundição, bem como avaliar a influência de tais variações microestruturais sobre as propriedades mecânicas e vida em fadiga do material. Inicialmente, amostras do material foram fundidas em areia com e sem o uso de resfriadores. Após a fundição, algumas amostras de ambas as condições de resfriamento sofreram normalização, enquanto outras foram recozidas, perfazendo seis diferentes condições microestruturais: sem resfriador bruta de fundição (SRB); sem resfriador normalizada (SRN); sem resfriador recozida (SRR); com resfriador bruta de fundição (CRB); com resfriador normalizada (CRN) e com resfriador recozida (CRR). Em seqüência, corpos de prova de todas as condições mencionadas acima foram ensaiados em tração e, posteriormente, sofreram análises metalográficas qualitativas e quantitativas. Dando continuação a etapa experimental, levantaramse as curvas tensão versus número de ciclos para a falha das condições microestruturais SRB, SRR, CRB e CRR, por meio de ensaios de fadiga em flexão rotativa. A vida em fadiga do material também foi relacionada com às características metalúrgicas de cada condição. / [en] The objectives of the present work were to promote microstructural variations in an ASTM A 536 60-40-18 ferritic nodular cast iron, making use of cast coolers during and adopting heat treatments after casting, as well as to evaluate the influence of the microstructural variations on the mechanical properties and fatigue life of the material. Initially, samples of the material were cast in sand moulds with and without internal coolers. After casting, a number of samples in both cooling conditions were subjected to normalizing and annealing heat treatments and, therefore, six different microstructural conditions were obtained: as- cast without cooler (SRB), normalized without cooler (SRN), annealed without cooler (SRR), as-cast with cooler (CRB), normalized with cooler (CRN) and annealed with cooler (CRR). Tensile test were carried out on specimens representing the above mentioned conditions and their microstructures were analysed by qualitative and quantitative metallography. In the sequence of the experimental procedure, rotating bend fadigue test were performed in order to establish the stress-life curves for the SRB, SRR, CRB and CRR microstructural conditions. The fadigue life of the material was also related to the metallurgical characteristics of each condition. The metallographic analysis has indicated that the use of coolers increases the number of graphite nodules, reduces the graphite nodule size and otimizes the spherical morphology. However, these microstructural modifications seam to have no significant influence on the mechanical properties of the material. As to the effect of normalizing annealing, boht treatments not imply in significant changes in the mechanical properties of the as-cast conditions. Regarding the fadigue resistance of the material in the as-cast conditions, the CRB sample showed a longer fatigue life than the SRB samples and this performance under cyclic loading was attributed to the fact that the CRB condition is characterized by a higher number of graphite nodules of class VI. A comparison between the as-cast and annealed conditions indicated that the microstructural conditions SRR and CRR presented a lower fatigue resistance than the conditions SRB and CRB, respectively. This behaviour was associated with the microstructural features of the as-cast conditions, namely the smaller graphite nodule size, the higher microhardness of the matrix and the presence of the bull`s-eye structure. Finally, the experimental stress-life curves were modelled by means of Coffin-Manson law, which was considered efficient in the fadigue life data of ferritic nodular cast iron.

[pt] O processo de Têmpera e Partição (T&P) possibilita a produção de aços com frações controladas de austenita retida, a partir do enriquecimento da austenita pela partição de carbono da martensita sem a precipitação de carbonetos. A austenita retida proporciona o efeito TRIP (plasticidade induzida por transformação), que confere ao material uma deformação uniforme e uma melhor absorção de energia durante o impacto. Os aços produzidos por este processo atendem principalmente às necessidades da indústria automobilística, que busca aços com melhores propriedades para a diminuição de peso e aumento da segurança dos automóveis. Nesta dissertação, ligas de aço com diferentes composições e tamanhos de grão foram produzidos pelo processo de Têmpera e Partição e a fração de austenita retida foi medida por difração de raios-X. As ligas também foram caracterizadas por nanoindentação, microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura. As amostras estudadas foram produzidas com uma austenitização completa a 930°C, realizada para promover um aumento no tamanho de grão, e os resultados foram comparados com amostras estudadas anteriormente com temperatura de austenitização de 890°C. Os resultados obtidos indicaram um aumento da fração de austenita retida com o aumento do grão austenítico original. Estes resultados foram interpretados com base no modelo teórico desenvolvido para o processo T&P. / [en] The Quenching and Partitioning (Q&P) process allows the production of steels with controlled fractions of retained austenite from the enrichment of the austenite by carbon partitioning from the martensite without carbide precipitation. The retained austenite is responsible for the TRIP effect (transformation induced plasticity), which enhances the material behavior providing a uniform strain and a better energy absorption during impact. Steels produced by this process match the requirements of the automotive industry, which looks for weight reduction and safety improvements in cars. In the present dissertation, steels with different compositions and grain sizes were produced by the Quenching and Partition process and their retained austenite fraction was measured by x-ray diffraction. The steels were also characterized by nanoindentation, optical microscopy and scanning electron microscopy. The specimens studied were produced by a complete austenitization at 930°C, to promote an increase in the austenitic grain size, and the results were compared with previously studied specimens produced by a complete austenitization at 890°C. The experimental results indicate an increase of austenite fraction with an increase in grain size of the original austenite. These results were analyzed based on the theoretical model develop for the Q&P process.

[pt] O objetivo principal desta pesquisa foi caracterizar o fenômeno de corrosão localizada na região da junta soldada de elos de amarras do tipo ORQ utilizados em sistemas de ancoragem offshore. Para tal, foram selecionados elos de amarras retirados de serviço ao final de sua vida útil programada e sem sinais de corrosão localizada (elos sem corrosão) e elos de amarras que tiveram abreviada sua vida útil em função de corrosão localizada (elos com corrosão). Inicialmente, promoveu-se a determinação das características microestruturais, na qual se destacou o intenso bandeamento microestrutural de ferrita/perlita, bem como as propriedades mecânicas e de fratura das juntas soldadas em ambas as condições. Em seguida, ensaios eletroquímicos avaliaram a susceptibilidade à corrosão das diferentes regiões da junta soldada. Os resultados mostraram a zona termicamente afetada como anódica, com alta taxa de corrosão em elos com corrosão, enquanto que, em elos sem corrosão, esta mesma região foi catódica, com baixa velocidade de corrosão. Após tais ensaios, a zona termicamente afetada dos elos com corrosão foi submetida a diferentes tratamentos térmicos visando a diminuição de sua taxa de corrosão. O tratamento térmico de recozimento, prévio à têmpera e revenido, foi importante para a diminuição da taxa de corrosão desta região. Finalmente, as juntas soldadas em ambas as condições foram analisadas por difração de raios-X, que evidenciou a presença de partículas de segunda fase contendo níquel e cromo na zona termicamente afetada dos elos com corrosão. Tais partículas foram apontadas, possivelmente, como causadoras do endurecimento e da maior susceptibilidade à corrosão desta região. / [en] The purpose of this work was to characterize the localizated corrosion phenomenom in the weld region of offshore mooring chains type ORQ. In this sense, a number of chain links were selected after finishing their projected life time without corrosion signs (chains without corrosion) as well as chain links which showed a reduced life time caused by localizated corrosion (chains with corrosion). Initially, a microetructural characterization, that revealed a strong ferrite-pearlite banding, as well as mechanical testing were carried out for both material´s conditions. In the sequence, eletrochemistry tests evaluated the corrosion susceptibility of the different regions of the weld joint. The results showed that the heat affected zone concerning the chains with corrosion was the anodic region, with high corrosion rate, while the same region on the not corroded chains was the cathodic one, with low corrosion rate. After that, the heat affected zone regarding the corroded chains was subjected to different heat treatments aiming to reduce its corrosion rate. The annealing heat treatment, previous to quenching and tempering, was considered important in order to decrease the corrosion rate of this region. Finally, the welded joints in both conditions were analyzed by means of X-ray diffraction, which pointed to the presence of second phase particles containing nickel and chromium in the heat affected zone of the corroded chains. The hardening and the high corrosion susceptibility showed by this region was attributed for these particles.