INFLUÊNCIA DO TRATAMENTO TÉRMICO NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO AÇO ALTA RESISTÊNCIA BAIXA LIGA COM 1%CROMO-0,2%MOLIBDÊNIO SOLDADO POR HFIW.

De Oliveira, M.A.1, De Lima, M.V.2, Payão Filho, J.C., 1moliveira@metalmat.ufrj.br, bolsista da CAPES; 2mvlima@metalmat.ufrj.br, bolsista de IC do CNPQ.

*Laboratório de Soldagem, PEMM-COPPE-UFRJ, CP 68505, 21941-972, Rio de Janeiro, RJ

ResumoO objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de diferentes ciclos de têmpera e revenido nas propriedades mecânicas do aço alta resistência baixa liga 1%Cr e 0,2%Mo, utilizado na fabricação de tubos soldados pelo processo de alta frequência (HFIW). Foram analisadas amostras temperadas em água após serem austenitizadas a 890°C e a 1000°C, e revenidas entre 300°C a 700°C. A microestrutura foi analisada com microscopia ótica e eletrônica de varredura (MEV); as propriedades mecânicas, por ensaios de tração, dureza e Charpy V.

Palavras-chave: Aço ARBL, Microestrutura, Tenacidade.

IntroduçãoTubos com adições de 1%Cr e 0,2%Mo podem ser usados conferindo melhores propriedades após têmpera e revenido. Este trabalho foi desenvolvido com o intuito de se determinar as melhores condições de tratamento térmico para um tubo experimental de aço com 0,22%C ligado ao Cr e Mo, de forma a alcançar microestrutura e propriedades mecânicas suficientes para atendimento aos graus P110, L80 e C110 da norma API 5CT [1].

Materiais e métodosA tabela 1 apresenta a composição química do aço estudado.

Tabela 1 - Composição Química

COMPOSIÇÃO QUÍMICA C Mn Mo Cr P S Si

0,22 0,51 0,196 0,987 0,015 0,0033 0,201

Para realização do ensaio de tenacidade e tração foram utilizados corpos de prova conforme ASTM A370 [2], retirados na posição longitudinal do tubo. Os corpos de prova de tenacidade ao impacto Charpy V foram do tipo reduzidos (“sub size”), com 3,3 mm, ensaiados a 0°C. Foram utilizados corpos de prova de tração de seção retangular. Os ensaios de dureza Rockwell foram realizados de acordo com a norma ISO 6508 [3]. O tamanho médio do grão da austenita prévia foi determinado conforme orienta a norma ASTM E112 [4] por contagem de interceptos,

utilizando micrografias com aumento de 500X revelado utilizando o reagente preparado com 4 gramas de ácido pícrico, 4 gramas de cloreto férrico e 200 ml de água destilada.

Resultados e discussãoA Composição química para os graus P110 e L80(1) estão de acordo com a solicitada por norma, entretanto, para o grau C110, o teor de Mo do aço investigado (0,196%), encontra-se abaixo da faixa especificada (0,25 a 1,00%).

A norma API 5CT solicita que tubos do tipo C110 tenham um tamanho de grão da austenita prévia ASTM 5 ou mais fino. Para os graus L80 e P110 não há exigências quanto ao tamanho de grão. Nas figuras 1 e 2 são apresentadas as micrografias do tamanho de grão austenítico prévio do aço produzido com têmpera a partir de 890°C com tamanho de grão ASTM 7,3 e 1000°C com tamanho de grão ASTM 4,6, respectivamente.

Figura 1 e 2 - Austenita prévia, amostras temperada a

890°C e 1000°C.

As figuras 3 e 4 mostram que a têmpera a partir de 1000°C produz uma microestrutura de ripas de

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martensita significativamente mais grosseiras do que a têmpera a partir de 890°C, um reflexo da diferença de tamanhos de grão austeníticos.

Figura 3 e 4 – Microscopia ótica, amostras temperadas a 890°C e 1000°C. Aumento de 500X.

A comparação das micrografias das amostras temperadas e revenidas permite observar a formação de pequenos precipitados, que se tornam visivelmente mais grosseiros na amostra revenida a 700°C.

Figura 5 e 6 – Microscopia eletrônica de varredura, amostra temperada a 890°C e revenida a 300°C e

700°C, respectivamente.

O ensaio de tração, mostra que apesar da diferença significativa de tamanho de grão austenítico e das ripas de martensita, as propriedades em tração foram similares, entre o grupo de amostras austentizadas a 890°C e 1000°C, conforme figura 7 e 8. A tabela 2 mostra resumidamente os requisitos da norma API 5CT [1].

Figura 7 e 8 – Limite de Escoamento e Limite de Resistência x Temperatura de revenimento.

Tabela 2 - Requisitos de tração e dureza para os aços L80, C110 e P110 da norma API 5L

As figuras 9 e 10 mostram a fractografia das amostras de Charpy, que permitem observar uma fratura com aspecto completamente dúctil.

Figura 9 e 10 – Fractografia amostra temperada a 890°C e revenida a 300°C e 700°C. Magnificação de 1000X.

ConclusõesO material temperado a partir de 1000°C, não atende ao requisito de tamanho de grão da austenita previa para o grau C110 da norma API 5CT.

O aço investigado não apresentou fragilidade do revenido, visto que sua tenacidade aumentou continuamente com o revenido no intervalo entre 300 e 700oC. A superfície de fratura adquire aspecto completamente dúctil com os revenidos a 300oC e 700oC.

A adequação das propriedades mecânicas ao grau API 5CT L80 não podem ser alcançada pelos tratamentos térmicos realizados, visto que o limite de escoamento esteve sempre acima do máximo permitido (655 MPa).

A adequação das propriedades mecânicas ao grau API 5CT C110 são atingidas através do revenido a

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600oC. Deve-se lembrar, que o grau C110 tem requisitos relacionados ao ensaio de corrosão sob tensão segundo a norma NACE 0177, que não foram abordados neste trabalho.

A adequação das propriedades mecânicas ao grau API 5CT P110 podem ser alcançadas mediante o revenido a 600oC, salientando-se que este grau não tem requisito de ensaio de corrosão sob tensão.

Referências[1] ISO, ISO FDIS 11960.2 - APICT, Petroleum and natural gas industries — Steel pipes for use as casing or tubing for wells, Ed43. [2] ASTM, ASTM A370, Standard Test Method and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products, 2011.[3] ISO, ISO 6508-1, Metallic materials, Rockwell hardness test, 2005.[4] KRAUSS, G. Steels: Heat Treatment and Processing Principals, ASM International, pp.497, 1990.

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