PROPEM - Mestrado (Dissertações)

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Efeito da fração da fase sigma sobre o desempenho mecânico em tração e em desgaste de tubos formadores de espiras de aço inoxidável duplex UNS S32750 utilizados em laminação de fio máquina.
(2023) Moreira, Guilherme Duarte; Faria, Geraldo Lúcio de; Faria, Geraldo Lúcio de; Dafé, Sara Silva Ferreira de; Lima, Margarida Márcia Fernandes
Tubos formadores de espiras são componentes essenciais no processo de laminação de fio máquina. Eles são responsáveis por modificar a geometria do fio de seção longitudinal reta para helicoidal em velocidades de até 125m/s possibilitando a formação de bobinas que otimizam o armazenamento e o transporte do produto. Estes tubos trabalham em temperaturas na faixa de 850°C a 950°C, sendo fabricados em aços com características muito específicas no que diz respeito à evolução microestrutural e desempenho em desgaste, sendo o aço inoxidável duplex UNS S32750 um destaque atual. Entretanto, na indústria há constantes relatos de falhas por desgaste prematuro dos tubos, nos quais identificam-se canais irregulares formados pelo contato do fio máquina com a superfície interna do tubo. Na região de contato, o tubo é continuamente termicamente tratado e há potencial para aumento da fração de fases intermetálicas, em especial a fase sigma. Consequentemente, ocorre aumento da dureza local, da resistência ao desgaste e dificulta-se a nucleação de trincas. Por outro lado, a formação da fase sigma provoca queda da resistência à corrosão, da tenacidade à fratura e da resistência ao crescimento de trincas. Neste contexto, este trabalho se propôs a realizar uma análise de falha de um tubo formador de espiras que falhou prematuramente em serviço, incluindo uma avaliação das características microestruturais, dureza e perfis de desgaste do tubo estudado, comparando com tubos de bom desempenho. Verificou-se que o canal inicialmente formado no tubo tem uma relação direta com o desempenho do mesmo, assim como as propriedades mecânicas tais como limite de resistência, dureza e taxa de desgaste, que são muito influenciadas pela temperatura e pelo intervalo de tempo pelo qual a superfície de contato do tubo é termicamente tratada. A partir de uma microestrutura inicialmente solubilizada, verificou-se uma significativa aderência entre a simulação computacional e os resultados experimentais no que tange à cinética de precipitação de fase sigma a 850°C e 950°C. Desta forma, pode-se perceber que estas alterações microestruturais que ocorrem nos primeiros min de operação são fundamentais para garantir o bom desempenho do mesmo.
Efeito de tratamentos térmicos de têmpera após austenitização intercrítica sobre as transformações de fases, resistência mecânica por tração, dureza e desempenho em corrosão de um aço para aplicação na indústria de óleo e gás.
(2022) Lima, Verônica Stela da Silva; Faria, Geraldo Lúcio de; Faria, Geraldo Lúcio de; Lima, Margarida Márcia Fernandes; Sicupira, Dalila Chaves; Corrêa, Elaine Carballo Siqueira
As necessidades de extração e condução de óleo e gás em condições cada vez mais agressivas vêm exigindo que tubos de aço sem costura estejam em constante processo evolutivo, no que diz respeito à relação microestrutura-propriedades. No entanto, com a simplificação das adições de elementos de liga nos aços, há a necessidade de se aprimorar os processos de fabricação, principalmente às linhas de tratamentos térmicos. Atualmente algumas composições químicas de aços possibilitam que, quando temperados e revenidos, propriedades mecânicas que o classifiquem como da classe API 5CT K55 sejam alcançadas. A martensita revenida pode conferir a essa classe de aços uma boa relação entre resistência mecânica e tenacidade. Entretanto, diversos estudos voltados a aços de alta resistência para aplicação automotiva, têm mostrado que microestruturas bifásicas, constituídas por ferrita e martensita, podem proporcionar igual, ou melhor relação, sendo a martensita a principal responsável por conferir resistência mecânica e a ferrita, ductilidade. Caso esse conceito seja adaptado com sucesso para o cenário de linhas industriais de fabricação de tubos de aço sem costura, por meio da aplicação de tratamentos térmicos de têmpera com austenitização intercrítica, o impacto sobre o custo e tempo de produção poderiam diminuir significativamente. Nesse contexto, o presente projeto se propõe a avaliar o efeito de tratamentos térmicos de têmpera com austenitização intercrítica sobre as transformações de fases, evolução microestrutural, propriedades mecânicas e desempenho em corrosão de um aço para aplicação na indústria de óleo e gás visando atender requisitos da norma API 5CT grau K55. As temperaturas críticas de austenitização fora do equilíbrio estão entre 750°C e 820°C, sendo a máxima fração possível de ferrita primária não transformada (aproximadamente 34%) obtida na austenitização a 750°C. A fração de martensita e, consequentemente a microdureza Vickers do material é diretamente proporcional ao aumento da temperatura de austenitização intercrítica. O efeito autocatalítico no início da transformação é mais atuante quanto maior a temperatura de austenitização intercrítica. De acordo com os ensaios de tração, a aplicação de tratamentos térmicos de têmpera e revenimento após austenitização intercrítica possuem bom potencial para o desenvolvimento de tubos de aço do grau K55 com boa relação entre resistência mecânica e ductilidade. Entretanto, deve-se destacar que, para o aço estudado, a utilização de tratamentos térmicos de têmpera após austenitização intercrítica, sem revenimento, configura uma condição insegura para aplicação. Os ensaios de corrosão mostraram que a martensita revenida piorou o desempenho em corrosão.