Os aços inoxidáveis duplex são ligas Cr-Fe-Ni-Mo, que possuem uma microestrutura balanceada austenita-ferrita, e com excelentes propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Estas características os fazem muito utilizados nas industrias química, petroquímica, de papel, alimentícia e farmacêutica. O processamento destes aços geralmente envolve processos de soldagem, os quais devem ser elaborados cuidadosamente. Durante os ciclos térmicos experimentados na soldagem na zona afetada pelo calor, dependo do tempo de permanência no intervalo de temperaturas entre 650°C-950°C, podem ser precipitadas fases intermetálicas, como a fase sigma, que prejudicam as propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Três ligas comerciais de aços inoxidáveis duplex (AID) e superduplex (AISD) de denominação UNS S32304(AID), UNS S32750(AISD) e UNS S32760(AISD) foram submetidos a soldagem multipasse e a simulações de ciclos de soldagem na zona afetada pelo calor de temperatura baixa (ZACTB). As simulações foram realizadas em um dilatômetro e em um equipamento Gleeble®. Foram feitas comparações entre as microestruturas obtidas nas soldas reais e nos corpos-de-prova simulados. As microestruturas foram analisadas através de microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura. Foram também analisadas as fases precipitadas através de difração de Raios-X de resíduos extraídos, química e eletroliticamente, das amostras simuladas. Realizaram-se ensaios de corrosão intergranular e de polarização cíclica, para determinar o comportamento dos materiais à corrosão após a soldagem. Achou-se um bom acordo entre as microestruturas das soldas reais e as microestruturas simuladas. Encontrou-se que o aço UNS S32304 não precipitou nenhuma fase. No entanto, nos aços UNS S32750 e UNS S32760 foram encontradas fases precipitadas nos contornos de grão ferrítico. Essas fases foram identificadas como sigma e Cr2N. Entre estes dois últimos achou-se que o aço mais susceptível à precipitação de fases é o UNS S32760, provavelmente pela presença do W. Quanto ao comportamento à corrosão, não se observou nenhuma variação nos potenciais de pite após a simulação, enquanto que os potenciais de proteção sofreram uma queda comparando-se aos materiais na condição como-recebidos. / Duplex stainless steels are Cr-Fe-Ni-Mo alloys. They possess balanced austenitic/ ferritic microstructure, excellent mechanical and corrosion resistance properties. Thus, these characteristics make them very used in chemical, petrochemical, cellulose, food and pharmaceutical industries. The processing of these steels generally involves welding processes, which should be carried out carefully. Depending on time from 650°C to 950°C temperature range during thermal cycles in heat affected zone, intermetallic phases can be precipitated, as sigma phase for instance. As a consequence, mechanical and corrosion resistance might be impaired. Three duplex (DSS) and superduplex (SDSS) stainless steel alloys, with denomination of UNS S32304 (DSS), UNS S32750 (SDSS), and UNS S32760 (SDSS), were submitted to real multipass welding and welding thermal cycles simulations of low temperature heat affected zone. The simulations were accomplished in a dilatometer and in a Gleeble® equipment. They were made comparisons among microstructures obtained in actual welds and simulated welding thermal cycles. Microstructures were analyzed by optical and electronic microscopy. X-ray diffraction analyses of extracted residues were studied. Tests of intergranular corrosion and cyclic potentiodynamic polarization were performed. Results indicated good agreement between actual welding and thermal cycles simulated microstructures. UNS S32304 steel did not precipitate any intermetallic phase. On the other hand, in UNS S32750 and UNS S32760 steels were found precipitated phases in the ferritic grain boundary. Those phases were identified as sigma and Cr2N. UNS S32760 were more susceptible phase precipitation, probably due to tungsten as an additional alloying element in this steel. Corrosion results indicated no observed variation in pitting potentials of simulated samples, meanwhile pitting protection potentials suffered a fall compared to materials in the as received condition.

Os aços inoxidáveis duplex (AIDs) são materiais com um excelente desempenho tanto mecânico como à corrosão. Inúmeras pesquisas tem sido desenvolvidas para aprimorar a soldabilidade destas ligas. Algumas transformações de fase, que são passíveis de ocorrer durante o processo de soldagem, podem prejudicar seriamente o desempenho das juntas. Foram simuladas microestruturas da região da zona afetada pelo calor submetida a temperaturas elevadas (ZACTE), utilizando um modelo proposto de fluxo de calor. Abordaram-se aspectos fundamentais da precipitação de austenita secundária, de nitreto de cromo e as suas interações na ZACTE de soldas multipasse. Finalmente, foram realizados testes de tenacidade e de resistência à corrosão para avaliar o efeito das transformações de fase estudadas no desempenho das juntas soldadas. Os tratamento térmicos e simulações da ZACTE foram realizadas num equipamento GleebleÒ. As microestruturas foram analisadas mediante microscopia ótica e eletrônica de varredura e de transmissão. Junto com a microscopia eletrônica foram realizadas microanálises químicas das fases estudadas. Baseando-se nos resultados obtidos, verificou-se que nem todos os AIDs são susceptíveis de ferritizar. Este fato tem uma grande influência no comportamento metalúrgico e na soldabilidade destes aços. Quanto aos aspectos fundamentais da metalurgia destes aços, observou-se uma estreita interação entre a precipitação da austenita secundária e os nitretos de cromo, chegando-se a propor um mecanismo de nucleação da austenita secundária intragranular a partir dos nitretos. Por último, foi constatado que o efeito deletério da austenita secundária intragranular na resistência à corrosão pode ser evitado mediante a adequada elaboração do procedimento de soldagem. / Duplex stainless steels (DSS) have excellent mechanical and corrosion properties. Many researches have been developed regarding the weldability of these alloys. There are some phase transformations that take place during the welding process, which may impair the welded joint behavior. High temperature heat-affected zone (HTHAZ) microstructures were simulated using a proposed heat flow model. Fundamental aspects of the secondary austenite and chromium nitride precipitation, and its interactions in the HTHAZ of multipass welds, were studied. In addition, toughness and corrosion tests were done to evaluate the influence of the studied phase transformations on the weld behavior. A GleebleÒ system was used to do the heat treatments and HTHAZ simulations. The microstructures were analyzed by means of optic and electron microscopy. Along with the electron microscopy it was done chemical microanalysis of the studied phases. Based on results, it was verified that not all DSSs can be ferritized. This fact has a strong influence on metallurgical behavior and weldability of these alloys. Regarding to the metallurgical fundamental aspects of these steels, it was observed a remarkable interaction between secondary austenite and chromium nitride precipitation. Thus, it was proposed a mechanism of intragranular secondary austenite precipitation from chromium nitrides. It was also verified, how the deleterious effect of intragranular secondary austenite in the corrosion resistance can be avoided by means of appropriate welding procedures.

Os aços inoxidáveis duplex (AIDs) são materiais com um excelente desempenho tanto mecânico como à corrosão. Inúmeras pesquisas tem sido desenvolvidas para aprimorar a soldabilidade destas ligas. Algumas transformações de fase, que são passíveis de ocorrer durante o processo de soldagem, podem prejudicar seriamente o desempenho das juntas. Foram simuladas microestruturas da região da zona afetada pelo calor submetida a temperaturas elevadas (ZACTE), utilizando um modelo proposto de fluxo de calor. Abordaram-se aspectos fundamentais da precipitação de austenita secundária, de nitreto de cromo e as suas interações na ZACTE de soldas multipasse. Finalmente, foram realizados testes de tenacidade e de resistência à corrosão para avaliar o efeito das transformações de fase estudadas no desempenho das juntas soldadas. Os tratamento térmicos e simulações da ZACTE foram realizadas num equipamento GleebleÒ. As microestruturas foram analisadas mediante microscopia ótica e eletrônica de varredura e de transmissão. Junto com a microscopia eletrônica foram realizadas microanálises químicas das fases estudadas. Baseando-se nos resultados obtidos, verificou-se que nem todos os AIDs são susceptíveis de ferritizar. Este fato tem uma grande influência no comportamento metalúrgico e na soldabilidade destes aços. Quanto aos aspectos fundamentais da metalurgia destes aços, observou-se uma estreita interação entre a precipitação da austenita secundária e os nitretos de cromo, chegando-se a propor um mecanismo de nucleação da austenita secundária intragranular a partir dos nitretos. Por último, foi constatado que o efeito deletério da austenita secundária intragranular na resistência à corrosão pode ser evitado mediante a adequada elaboração do procedimento de soldagem. / Duplex stainless steels (DSS) have excellent mechanical and corrosion properties. Many researches have been developed regarding the weldability of these alloys. There are some phase transformations that take place during the welding process, which may impair the welded joint behavior. High temperature heat-affected zone (HTHAZ) microstructures were simulated using a proposed heat flow model. Fundamental aspects of the secondary austenite and chromium nitride precipitation, and its interactions in the HTHAZ of multipass welds, were studied. In addition, toughness and corrosion tests were done to evaluate the influence of the studied phase transformations on the weld behavior. A GleebleÒ system was used to do the heat treatments and HTHAZ simulations. The microstructures were analyzed by means of optic and electron microscopy. Along with the electron microscopy it was done chemical microanalysis of the studied phases. Based on results, it was verified that not all DSSs can be ferritized. This fact has a strong influence on metallurgical behavior and weldability of these alloys. Regarding to the metallurgical fundamental aspects of these steels, it was observed a remarkable interaction between secondary austenite and chromium nitride precipitation. Thus, it was proposed a mechanism of intragranular secondary austenite precipitation from chromium nitrides. It was also verified, how the deleterious effect of intragranular secondary austenite in the corrosion resistance can be avoided by means of appropriate welding procedures.

Os aços inoxidáveis duplex são ligas Cr-Fe-Ni-Mo, que possuem uma microestrutura balanceada austenita-ferrita, e com excelentes propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Estas características os fazem muito utilizados nas industrias química, petroquímica, de papel, alimentícia e farmacêutica. O processamento destes aços geralmente envolve processos de soldagem, os quais devem ser elaborados cuidadosamente. Durante os ciclos térmicos experimentados na soldagem na zona afetada pelo calor, dependo do tempo de permanência no intervalo de temperaturas entre 650°C-950°C, podem ser precipitadas fases intermetálicas, como a fase sigma, que prejudicam as propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Três ligas comerciais de aços inoxidáveis duplex (AID) e superduplex (AISD) de denominação UNS S32304(AID), UNS S32750(AISD) e UNS S32760(AISD) foram submetidos a soldagem multipasse e a simulações de ciclos de soldagem na zona afetada pelo calor de temperatura baixa (ZACTB). As simulações foram realizadas em um dilatômetro e em um equipamento Gleeble®. Foram feitas comparações entre as microestruturas obtidas nas soldas reais e nos corpos-de-prova simulados. As microestruturas foram analisadas através de microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura. Foram também analisadas as fases precipitadas através de difração de Raios-X de resíduos extraídos, química e eletroliticamente, das amostras simuladas. Realizaram-se ensaios de corrosão intergranular e de polarização cíclica, para determinar o comportamento dos materiais à corrosão após a soldagem. Achou-se um bom acordo entre as microestruturas das soldas reais e as microestruturas simuladas. Encontrou-se que o aço UNS S32304 não precipitou nenhuma fase. No entanto, nos aços UNS S32750 e UNS S32760 foram encontradas fases precipitadas nos contornos de grão ferrítico. Essas fases foram identificadas como sigma e Cr2N. Entre estes dois últimos achou-se que o aço mais susceptível à precipitação de fases é o UNS S32760, provavelmente pela presença do W. Quanto ao comportamento à corrosão, não se observou nenhuma variação nos potenciais de pite após a simulação, enquanto que os potenciais de proteção sofreram uma queda comparando-se aos materiais na condição como-recebidos. / Duplex stainless steels are Cr-Fe-Ni-Mo alloys. They possess balanced austenitic/ ferritic microstructure, excellent mechanical and corrosion resistance properties. Thus, these characteristics make them very used in chemical, petrochemical, cellulose, food and pharmaceutical industries. The processing of these steels generally involves welding processes, which should be carried out carefully. Depending on time from 650°C to 950°C temperature range during thermal cycles in heat affected zone, intermetallic phases can be precipitated, as sigma phase for instance. As a consequence, mechanical and corrosion resistance might be impaired. Three duplex (DSS) and superduplex (SDSS) stainless steel alloys, with denomination of UNS S32304 (DSS), UNS S32750 (SDSS), and UNS S32760 (SDSS), were submitted to real multipass welding and welding thermal cycles simulations of low temperature heat affected zone. The simulations were accomplished in a dilatometer and in a Gleeble® equipment. They were made comparisons among microstructures obtained in actual welds and simulated welding thermal cycles. Microstructures were analyzed by optical and electronic microscopy. X-ray diffraction analyses of extracted residues were studied. Tests of intergranular corrosion and cyclic potentiodynamic polarization were performed. Results indicated good agreement between actual welding and thermal cycles simulated microstructures. UNS S32304 steel did not precipitate any intermetallic phase. On the other hand, in UNS S32750 and UNS S32760 steels were found precipitated phases in the ferritic grain boundary. Those phases were identified as sigma and Cr2N. UNS S32760 were more susceptible phase precipitation, probably due to tungsten as an additional alloying element in this steel. Corrosion results indicated no observed variation in pitting potentials of simulated samples, meanwhile pitting protection potentials suffered a fall compared to materials in the as received condition.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The joining of metals is often associated to metallurgical problems. Specifically, metallurgical transformations in the HAZ (Heat Affected Zone) can occur, what lead to undesirable microestructural changes. The HAZ is a difficult region for studying due to its small dimensions and high thermal gradientes. Thus, in order to overcome this limitation of the HAZ study, there are in the literature different proposes of HAZ-simulator machines (physical simulation), which uses the Joule effect for heating specific coupons that cool down by conduction and convection. This approach intends to simulate the thermal cycle in a real HAZ obtained in a real welding. However, the use of traditional coupons with cylindrical geometry presents restrictions of portraying the real case, i.e., the welding. In the cylindrical geometry option, the obtained thermal cycles do not present temperature gradients closer to the ones in real weldments. Hence, to overcome this limitation, finite elements modeling was carried out and different coupon geometries were simulated. The objective is to reach thermal cycles as close as possible to the ones obtained in a real situation, for a subsequent physical simulation. This approach showed proper and the physical and numerical present coherent results. The next step is the physical simulation validation by comparing to real weldments. This would be the most intuitive way. However, it was proposed to conduct this validation by determining CCT (Continuous Cooling Transformation) diagrams. This approach has the advantage of reaching important technological results at the same time of validating the physical simulation, since CCD diagrams dedicated to welding are very difficult to find in literature. It is possible to concluded that the physical simulation does represent the HAZ and can be used to build up CCT diagrams / Freqüentemente a união de materiais metálicos está associada a problemas metalúrgicos. Especificamente, podem ocorrer modificações metalúrgicas na ZAC (zona afetada pelo calor), levando a alterações microestruturais não adequadas. Contudo esta é uma região de difícil estudo devido a sua pequena dimensão e grandes gradientes térmicos. Assim, a fim de superar esta limitação com relação ao estudo da ZAC, existem na literatura proposições de máquinas de simulação física, que fazem uso do Efeito Joule para o aquecimento de determinados corpos de prova, que se resfriam por condução e convecção, de forma a simular o ciclo térmico obtido por soldagem real. Entretanto, o uso de corpos de provas cilíndricos apresenta restrições em retratar o caso real. Nesta opção de geometria cilíndrica, os ciclos térmicos não apresentam gradientes de temperatura que sejam fiéis àqueles encontrados em uma soldagem. Desta forma, foram realizadas simulações numéricas em elementos finitos, variando-se a geometria dos corpos de prova, de forma a obter ciclos térmicos o mais próximos da realidade para uma posterior simulação física. Esta abordagem de variação da geometria do corpo de prova calculada via simulação numérica mostrou-se adequada, onde os resultados obtidos pela simulação física e numérica mostraram-se coerentes. Como forma de validar os resultados finais obtidos via simulação física, ao invés de se conduzir soldagens reais, o que seria mais intuitivo, optou-se pelo levantamento de Diagramas CCT (Transformação em Resfriamento Contínuo) dedicados à soldagem. Este direcionamento tem a vantagem de se, concomitantemente à validação da simulação física, atingir resultados tecnologicamente muito importantes que são as curvas CCT de difícil acesso na literatura. Conclui-se pela viabilidade da simulação física em retratar a ZAC e pela viabilidade em se conseguir Diagramas CCT para soldagem. / Mestre em Engenharia Mecânica