MODESTO HURTADO FERRER

ESTUDO DAS TRANSFORMAES DE FASE DE AOS TRIP AO Si Mn

MICROLIGADOS COM Nb

So Paulo 2003

Tese apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo para a obteno do Ttulo de Doutor em Engenharia

MODESTO HURTADO FERRER

ESTUDO DAS TRANSFORMAES DE FASE DE AOS TRIP AO Si Mn

MICROLIGADOS COM Nb

rea de Concentrao:

Engenharia Metalrgica e de Materiais

Orientador: Prof. Liv. Doc. Andr Paulo Tschiptschin

So Paulo 2003

Tese apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo para a obteno do Ttulo de Doutor em Engenharia

FICHA CATALOGRFICA

Hurtado Ferrer, Modesto

Estudo das transformaes de fase de aos TRIP ao Si-Mn microligados com Nb / M. Hurtado Ferrer. -- ed.rev. -- So Paulo, 2003.

195 p.

Tese (Doutorado) - Escola Politcnica da Universidade de So

Paulo. Departamento de Engenharia Metalrgica e de Materiais.

1.Aos de baixa liga e alta resistncia 2.Aos TRIP 3.Transformaes de fase 4.Laminao controlada 5.Austenita retida I.Universidade de So Paulo. Escola Politcnica Departamento de Engenharia Metalrgica e de Materiais II.t.

Este exemplar foi revisado e alterado em relao verso original, sob responsabilidade nica do autor e com a anuncia de seu orientador. So Paulo, 20 de junho de 2003. Assinatura do autor ______________________________ Assinatura do orientador _________________________

Cultivo una rosa blanca, en julio como en enero,

para el amigo sincero que me da su mano franca.

Y para el cruel que me arranca

el corazn con que vivo, cardo ni oruga cultivo:

cultivo una rosa blanca.

Jos Mart (Cuba, 1853-1895) Versos Sencillos XXXIX

Ana Lcia, minha adorada esposa. Pela pacincia, incentivo e compreenso.

AGRADECIMENTOS

Ao Professor Andr Paulo Tschiptschin por me abrir as portas desta casa e me acolher na sua equipe de trabalho nestes anos de aprendizado. Muito obrigado, tambm, pelo seu esprito crtico e pela orientao deste trabalho. Ao Professor Helio Goldenstein pela solidariedade e respeito e pela sua atitude aberta ao conhecimento. Obrigado por me incentivar no estudo das transformaes de fase. Ao Professor Oscar Balancin do Departamento de Engenharia de Materiais da UFSCAR, por abrir o espao para a realizao dos ensaios de toro a quente e pelas discusses e sugestes que permitiram o direcionamento deste trabalho. Ao Dr. Fulvio Siciliano Jr. da Companhia Brasileira de Metalurgia e Minerao, pelas consultas e frutferas discusses. Ao Professor Joo Manuel Domingos de Almeida Rollo do Departamento de Engenharia de Materiais, Aeronutica e Automobilstica da Escola de Engenharia de So Carlos (EESC), pela sua disposio e colaborao nos ensaios de dilatometria. Ao Tcnico Rover Belo do laboratrio de tratamento termomecnico do Departamento de Engenharia de Materiais da UFSCAR, pela colaborao na realizao dos ensaios de toro a quente. Ao Tcnico Pedro Luiz Di Lorenzo do Laboratrio de transformaes de Fase da EESC, pela ajuda na realizao de ensaios dilatomtricos. Clarice Terui Kunioshi e ao Francisco Jos da Silva Neto do Laboratrio de Microscopia Eletrnica do Departamento, pela ajuda na caracterizao microestrutural com MEV e na realizao de microanlise qumica com EDS. Ao Antnio Joaquim do Departamento de Engenharia de Minas, pela ajuda na realizao de microanlise qumica com WDS. Marilene Morelli Serna do Centro de Cincia e Tecnologia dos Materiais do Instituto de Pesquisas Energtica e Nucleares, pela ajuda na realizao de difrao de raios X. Ao Nildemar Aparecido Messias do Centro de Cincia e Tecnologia dos Materiais do Instituto de Pesquisas Energtica e Nucleares, pela ajuda na caracterizao microestrutural por microscopia eletrnica de transmisso e difrao de eltrons. Ao Carlos Mario Garzn Ospina pela amizade, pelo seu esprito crtico e pelas contribuies para a realizao deste trabalho.

Ao Roberto Luiz Silva Germano, Carlos Roberto Guinncio, Srgio Azambuja, Osias Moraes Dominguez, Sandro Rosa Correia e Marcio Luis Almeida Cunha, colegas do Centro de Pesquisa da Companhia Siderrgica Nacional, pela ajuda para a realizao deste trabalho e pelas frutferas discusses. Aos tcnicos da oficina mecnica do Centro de Pesquisa da Companhia Siderrgica Nacional pelo apoio na elaborao de corpos de provas e na execuo dos ensaios de laminao controlada. FAPESP pela bolsa de doutorado concedida (Processo N 98/16266-8). A todos os funcionrios e tcnicos do Departamento, em particular a Jos Rodrigues de Paula Filho e Cludio Roberto dos Santos pela fora na preparao metalogrfica das amostras e Bibliotecria Cllia Meguerdidchian, pela sua ateno. Aos amigos do Departamento em especial aos colegas Edison Gustavo Cueva Galarraga, Adonias Ribeiro Franco Junior, Alejandro Toro Betancur, Jos Francisco dos Santos, Dairo Hernan Mesa, Claudia Patricia Ossa Orozco, Wanderson Santana da Silva, Osvaldo M. Cinto, Carlos Augusto Serna Giraldo e Clara Herrera pelo convvio no trabalho e pelos momentos inesquecveis. A mi casa de estudios el Instituto Superior Politcnico Jos Antonio Echeverra CUBA y muy en especial a los profesores del Departamento de Tecnologa de la Facultad de Ingenieria Mecnica, por todo lo aprendido, por la motivacin y por las fructferas discusiones de trabajo conjunto: sinceramente, muchas gracias. A mi amiga cubana Maria Cristina More Farias por la confianza depositada y por establecer los contactos que hicieron posible mi estancia en este maravilloso pas. A mi coterrneo Guillermo Palmer Martn por la confianza y amistad, y por compartir las preocupaciones de estos cuatro aos. To Tanya Ross Yez from the University of Gent (Belgium) for the friendliness and for the interaction during all these years. I am thankful for your help. A esas personas maravillosas que son Claudia Patrcia Serna Giraldo y Nelson Vanegas Molina, por la amistad incondicional. A mis padres y hermanos por el ejemplo y la inspiracin, por estar siempre a mi lado no importa cundo y dnde. minha famlia brasileira pela constante preocupao e pelo calor humano nestes anos todos. A todos os que direta ou indiretamente contriburam para a realizao deste trabalho.

SUMRIO LISTA DE TABELAS

LISTA DE FIGURAS

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

LISTA DE SMBOLOS

RESUMO

ABSTRACT

1 INTRODUO...........................................................................................

1

2 REVISO DA LITERATURA..................................................................

4

2.1 GENERALIDADES SOBRE OS AOS TRIP DE BAIXA LIGA.........................................................................................................

4

2.1.1 Definio dos aos TRIP de baixa liga................................................... 4 2.1.2 Critrios para a concepo de aos TRIP............................................... 5 2.1.2.1 Conceitos de Liga em aos TRIP......................................................... 6 2.1.2.2 Processamento..................................................................................... 9 2.1.2.3 Aspectos microestruturais do fenmeno de plasticidade induzida por

transformao...................................................................................... 14 2.1.2.4 Comportamento mecnico dos aos TRIP: uma comparao com

outros materiais de recente desenvolvimento......................................

19

2.2 FENMENOS METALRGICOS ASSOCIADOS DEFORMAOA QUENTE.................................................................

25

2.2.1 Recuperao esttica............................................................................... 26 2.2.2 Recristalizao esttica........................................................................... 26 2.2.2.1 Cintica da recristalizao esttica...................................................... 28 2.2.2.2 Tamanho de gro recristalizado estaticamente.................................... 33 2.2.3 Efeito do nibio na recristalizao esttica............................................ 33 2.2.3.1 Solubilidade do nibio na austenita..................................................... 34 2.2.3.2 Cintica de Precipitao do Nb(C,N) ................................................. 37 2.2.3.3 Interao entre a precipitao e a recristalizao esttica................... 38 2.2.4 Consideraes sobre laminao controlada............................................

41

2.3 TRASFORMAES DE FASE POR RESFRIAMENTO CONTNUO.............................................................................................

43

2.3.1 Cintica global das transformaes de fase por resfriamento contnuo.

43

2.3.2 Morfologia dos produtos de transformao da austenita em resfriamento contnuo.............................................................................

44

2.3.3 Cintica global da transformao de fase durante o tratamento isotrmico em temperaturas intermediarias............................................

52

3 OBJETIVOS...............................................................................................

56

4 MATERIAIS E PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS....................

58

4.1 MATERIAIS............................................................................................

58

4.2 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS.............................................

55

4.2 ESTUDO TERMODINMICO DAS LIGAS OBTIDAS....................

59

4.3 ENSAIOS DILATOMTRICOS...........................................................

59

4.3.1 Equipamento utilizado e corpos de prova............................................... 60 4.3.2 Ciclos trmicos de resfriamento contnuo.............................................. 61 4.3.2.1 Interpretao dos resultados................................................................ 62 4.3.3 Tratamentos isotrmicos no campo intercrtico...................................... 64 4.3.4 Simulao do resfriamento controlado contendo dois tratamentos isotrmicos consecutivos........................................................................

66

4.4 ENSAIOS DE TORO A QUENTE...................................................

67

4.4.1 Equipamento utilizado e corpos de prova 67 4.4.2 Simulao de mltiplas deformaes com resfriamento contnuo para determinar a TNR.....................................................................................

69

4.4.2.1 Determinao da tenso mdia equivalente........................................ 71 4.4.2.2 Determinao da energia de deformao acumulada na austenita...... 73 4.4.3 Simulao de laminao controlada por toro a quente.......................

74

4.5 LAMINAO CONTROLADA EM LAMINADOR DE LABORATRIO.....................................................................................

78

4.5.1 Equipamento utilizado............................................................................ 78 4.5.2 Ciclos de tratamento termomecnico que foram simulados e dimenses dos corpos de prova..............................................................

79

4.6 TCNICAS DE CARACTERIZAO MICROESTRUTURAL...... 82 4.6.1 Medidas de tamanho de gro austentico................................................

83

4.6.2 Determinao da frao volumtrica de cada fase................................. 84 4.6.3 Procedimentos de extrao de rplicas de carbono................................

86

4.7 ENSAIO DE RESISTNCIA TRAO........................................... 86

5 RESULTADOS E DISCUSSO................................................................

88

5.1 CARACTERIZAO DOS MATERIAIS INICIAIS.........................

88

5.1.1 Caracterizao microestrutural...............................................................

88

5.2 DIAGRAMAS DE FASE.........................................................................

90

5.3 AVALIAO DOS CICLOS DE RESFRIAMENTO CONTNUO A PARTIR DE ENSAIOS DILATOMTRICOS................................

95

5.3.1 Determinao de Ac1 e Ac3.................................................................... 95 5.3.2 Estudo da transformao ga............................................................... 96 5.3.2.1 Determinao de Ar3 e Ar1................................................................... 96 5.3.2.2 Resultados das medidas do tamanho de gro austentico.................... 96 5.3.2.3 Morfologia dos produtos da transformao ga, obtidos por

resfriamento contnuo.......................................................................... 97 5.3.2.4 Sumrio da morfologia das transformaes de fase observadas por

microscopia ptica............................................................................... 104 5.3.2.5 Medidas de dureza............................................................................... 107 5.3.2.6 Diagramas de resfriamento contnuo................................................... 109 5.3.2.7 Diagramas Tt vs T................................................................................

115

5.4 TRANSFORMAO ga DURANTE O TRATAMENTO INTERCRTICO.....................................................................................

120

5.4.1 Consideraes sobre a cintica de transformao.................................. 120 5.4.2 Clculo da redistribuio de elementos substitucionais entre as fases

durante a transformao ga.................................................................

121 5.4.3 Clculo da redistribuio de carbono entre as fases durante a

transformao ga................................................................................

123 5.4.4 Verificao experimental dos clculos cinticos....................................

125

5.5 EFEITO DO TEMPO DE TRATAMENTO ISOTRMICO NO CAMPO BAINTICO NA FRAO VOLUMTRICA DE AUSTENITA RETIDA...........................................................................

128

5.5.1 Caracterizao microestrutural............................................................... 128 5.5.1.1 Medidas de frao volumtrica de austenita retida.............................. 131 5.5.2 Relao entre o tempo de tratamento isotrmico e a frao volumtrica de austenita retida........................................................................

132

5.6 ESTUDO DOS FENMENOS MICROESTRUTURAIS INDUZIDOS POR DEFORMAO NA CONDIO DE MLTIPLAS DEFORMAES...........................................................

136

5.6.1 Determinao da TNR.............................................................................. 136

5.6.2 Efeito do tempo de interpasse nas temperaturas TNR e AR3................... 141 5.6.3 Determinao da energia de deformao acumulada na austenita......... 144 5.6.3.1 Efeito da composio qumica na energia de deformao acumulada 146 5.6.4 Anlise microestrutural por microscopia eletrnica de transmisso......

147

5.7 INFLUNCIA DO TAMANHO DE GRO AUSTENTICO NA FRAO VOLUMTRICA DE AUSTENITA RETIDA A PARTIR DE LAMINAO CONTROLADA POR RECRISTALIZAO ESTTICA SIMULADA POR TORO A QUENTE...................................................................................................

150

5.7.1 Medidas de tamanho de gro austentico................................................ 150 5.7.2 Caracterizao microestrutural das amostras deformadas acima da

TNR..........................................................................................................

151 5.7.3 Medidas de frao volumtrica de austenita retida e clculo da

concentrao de C e do ponto de incio de transformao martenstica Ms...........................................................................................................

155 5.7.4 Discusso a respeito do efeito do tamanho de gro austentico de

partida na frao volumtrica de austenita retida...................................

156

5.8 INFLUNCIA DA ENERGIA DE DEFORMAO ACUMULADA NA FRAO VOLUMTRICA DE AUSTENITA RETIDA A PARTIR DE LAMINAO CONTROLADA CONVENCIONAL SIMULADA POR TORO A QUENTE..........

160

5.8.1 Medidas de tamanho de gro austentico................................................ 160 5.8.2 Caracterizao microestrutural das amostras deformadas abaixo da TNR..........................................................................................................

161

5.8.3 Medidas de frao volumtrica de austenita retida e clculo da concentrao de C e do ponto de incio de transformao martenstica Ms...........................................................................................................

163 5.8.4 Discusso a respeito do efeito da energia de deformao acumulada

na frao volumtrica de austenita retida quando o material deformado abaixo da TNR.......................................................................

164

5.9 CARACTERIZAO MICROESTRUCTURAL DAS TIRAS LAMINADAS A QUENTE EM LAMINADOR DE

LABORATRIO.....................................................................................

167

5.9.1 Caracterizao microestrutural das tiras obtidas atravs de LCRE........ 167 5.9.1.1 Tamanho de gro austentico............................................................... 167 5.9.1.2 Microestrutura caracterstica................................................................ 168 5.9.1.3 Medidas de frao volumtrica de austenita retida e clculo da concentrao de C e do ponto de incio de transformao martenstica Ms....................................................................................

170 5.9.1.4 Efeito do refinamento de gro na redistribuio de elementos substitucionais durante a transformao g a...................................

172

5.9.2 Caracterizao microestrutural das tiras obtidas atravs de LCC........... 174

5.9.2.1 Tamanho de gro austentico............................................................... 174 5.9.2.2 Microestrutura caracterstica................................................................ 175 5.9.2.3 Medidas de frao volumtrica de austenita retida e clculo da concentrao de C e do ponto de incio de transformao martenstica Ms....................................................................................

176

5.10 PROPRIEDADES MECNICAS........................................................

178

5.10.1 Transformao induzida por deformao.............................................

180

6 CONCLUSES...........................................................................................

182

7 SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS....................................

184

8 REFRENCIAS BIBLIOGRFICAS......................................................

185

APNDICE

LISTA DE TABELAS

Pagina

Tabela 2.1 Composies qumicas de aos de baixa liga assistidos pelo efeito TRIP, % Bleck (2002)..........................................................................

7

Tabela 2.2 Composio qumica dos aos estudados por (Hansen et al., 1980)...............................................................................................................

29

Tabela 2.3 Equaes utilizadas para descrever a cintica da recristalizao esttica em aos microligados com Nb (Siciliano, 1999)..............................

32

Tabela 2.4 Modelos de equaes para descrever o tamanho de gro final recristalizado estaticamente(Siciliano, 1999)................................................

33

Tabela 2.5 Simbologia e nomenclatura dos diferentes produtos ferrticos de decomposio da austenita (ISIJ, 1992)...................................................

50

Tabela 4.1 Composio qumica dos aos estudados (%).............................

58

Tabela 4.2 Parmetros do ensaio de toro a quente com mltiplas deformaes....................................................................................................

71

Tabela 4.3 Parmetros para a simulao de laminao a quente controlada com recristalizao esttica............................................................................

76

Tabela 4.4 Parmetros para a simulao de laminao controlada convencional...................................................................................................

77

Tabela 4.5 Parmetros do resfriamento aps a deformao..........................

77

Tabela 4.6 Esquema nominal de redues e parmetros para a laminao controlada com recristalizao esttica..........................................................

80

Tabela 4.7 Esquema nominal de redues e parmetros para a laminao controlada convencional.................................................................................

81

Tabela 4.8 Dimenses iniciais dos corpos de prova segundo as rotas de tratamento termomecnico ensaiadas.............................................................

82

Tabela 5.1 Tamanho de gro austentico (mm) e medidas de frao volumtrica (%) dos materiais no estado inicial............................................

88

Tabela 5.2 Temperaturas Ac1 e Ac3 determinadas experimentalmente usando uma taxa de aquecimento de 0,25C/s...............................................

95

Tabela 5.3 Temperaturas Ar1 e Ar3 de cada ao, determinadas experimentalmente usando uma taxa de resfriamento de 0,25C/s................

96

Tabela 5.4 Tamanhos de gro determinados experimentalmente para cada liga..................................................................................................................

97

Tabela 5.5 Correlao microestrutura-taxa de resfriamento-temperatura de incio de transformao de cada constituinte no ao TRIP-B........................

104

Tabela 5.6 Correlao microestrutura-taxa de resfriamento-temperatura de incio de transformao de cada constituinte no ao TRIP-D........................

105

Tabela 5.7 Correlao microestrutura-taxa de resfriamento-temperatura de incio de transformao de cada constituinte no ao TRIP-E........................

105

Tabela 5.8 Correlao microestrutura-taxa de resfriamento-temperatura de incio de transformao de cada constituinte no ao TRIP-F.........................

106

Tabela 5.9 Correlao microestrutura-taxa de resfriamento-temperatura de incio de transformao de cada constituinte no ao TRIP-H........................

106

Tabela 5.10 Valores mdios de dureza de cada ao, em funo da taxa de resfriamento....................................................................................................

107

Tabela 5.11 Temperaturas Bs e Ms, determinadas em ensaios de dilatometria.....................................................................................................

118

Tabela 5.12 Temperatura Ms calculada atravs do modelo proposto por Gilmour et al. (1972)....................................................................................

118

Tabela 5.13 Frao de austenita transformada durante o tratamento intercrtico e coeficientes de ajuste (b e n) da equao de Avrami................

121

Tabela 5.14 Frao volumtrica de austenita retida (%) determinada por metalografia quantitativa e por difrao de raios X.......................................

131

Tabela 5.15 Concentrao de carbono na austenita retida e temperatura de incio de reao martenstica calculados por equaes empricas..................

131

Tabela 5.16 Valores da TNR e AR3 obtidos nas curvas de tenso mdia de escoamento em funo da velocidade de resfriamento..................................

140

Tabela 5.17 Energia de deformao acumulada na austenita aps mltiplas deformaes abaixo de TNR............................................................................

144

Tabela 5.18 Tamanhos de gro austentico recristalizado medidos por metalografia quantitativa e calculados pelo modelo de Sellars (1990).........

150

Tabela 5.19 Resultados das medidas de fgr e dos clculos de Cgr e de Ms em funo da deformao total dos tratamentos termomecnico de LCRE simulados por toro a quente........................................................................

155

Tabela 5.20 Tamanhos de gro austentico recristalizado medidos por metalografia quantitativa e calculados atravs do modelo de Yada eta al. (1998) apud Jonas et al. (2001)....................................................................

161

Tabela 5.21 Resultados das medidas de fgr e dos clculos de Cgr e de Ms em funo da deformao total dos tratamentos termomecnicos de LCC simulados por toro a quente........................................................................

164

Tabela 5.22 Tamanhos de gro austentico medidos por metalografia quantitativa.....................................................................................................

168

Tabela 5.23 Frao volumtrica dos diferentes produtos de decomposio da austenita obtidos sob diferentes condies de laminao controlada com recristalizao esttica....................................................................................

170

Tabela 5.24 Resultados das medidas de fgr e dos clculos de Cgr e de Ms em funo da deformao total dos tratamentos termomecnico de laminao controlada com recristalizao esttica.........................................

171

Tabela 5.25 Tamanhos de gro austentico medidos por metalografia quantitativa, em funo da deformao total nos trs ltimos passes............

175

Tabela 5.26 Frao volumtrica dos diferentes produtos de decomposio da austenita obtidos sob diferentes condies de laminao controlada convencional...................................................................................................

176

Tabela 5.27 Resultados das medidas de fgr e dos clculos de Cgr e de Ms em funo da deformao total dos tratamentos termomecnico de laminao controlada convencional...............................................................

177

Tabela 5.28 Propriedades mecnicas de tiras obtidas por laminao controlada por recristalizao esttica............................................................

178

Tabela 5.29 Propriedades mecnicas das tiras obtidas por laminao controlada convencional.................................................................................

179

LISTA DE FIGURAS

Pagina

Figura 2.1 Esquema dos tratamentos termomecnicos desenvolvidos por Hansaki, (a) para estudar os efeito do tamanho de gro austentico, (b) para estudar os efeitos do Nb......................................................................................

10

Figura 2.2 Esquemas de resfriamento controlado para aos Dual Phase e TRIP, propostos por Bleck (2002)......................................................................

12

Figura 2.3 Esquema do recozimento intercrtico aplicvel a aos TRIP laminados a frio, Bleck (2002)...........................................................................

13

Figura 2.4 Esquema que mostra a mudana da nucleao de martensita assistida por tenso para induzida por deformao, dependendo da tenso e da temperatura (Olson, 1984), (Bleck, 2002).........................................................

16

Figura 2.5 Determinao da temperatura Mss de aos TRIP de baixa liga, atravs do monitoramento do limite de escoamento em ensaios de resistncia mecnica em temperaturas variadas, Katsama et al (2000) apud Bleck (2002)..................................................................................................................

17

Figura 2.6 Representao esquemtica da transformao martenstica em funo da aplicao de esforos tri-axiais, durante um ensaio de resistncia a trao (De Meyer et al., 1999) apud (Bleck, 2002)..........................................

18

Figura 2.7 Relao entre a ductilidade e a resistncia de vrias categorias de materiais de alta resistncia amplamente utilizados na estrutura dos automveis modernos, comparado com aos inoxidveis de alta resistncia. (ULSAB-AVC, 2001)........................................................................................

19

Figura 2.8 Evoluo da resistncia mecnica devido ao encruamento e ao envelhecimento (Bake hardenability) nos aos de alta resistncia de ltima gerao e nos aos Bake Hardening (Andrade et al., 2002).............................

20

Figura 2.9 Variao do coeficiente de encruamento n com a deformao em aos DP, ARBL e TRIP (Andrade et al., 2002)..........................................

21

Figura 2.10 (a) Curva esforo vs deformao para aos de baixo silcio (0,32%) e alto silcio (0,76%) contendo teores diferentes de austenita retida ensaiados a temperatura ambiente. (b) Curva de transio obtida por ensaio Charpy para aos de baixo silcio (0,32%) e alto silcio (0,76%).......................

21

Figura 2.11 Comparao da energia absorvida durante ensaio de trao de vrias categorias de materiais de alta a moderada resistncia (sendo 1.4376 e 1.4301 aos inoxidveis austenticos; TRIP - aos de baixa liga assistidos pelo efeito TRIP; DP 600-Dual Phase; ZStE250i e ZStE340 aos microligados; H260B-Bake hardening; DC04 ao convencional), (Bleck e Shaael, 2000) apud (Bleck, 2002)....................................................................

22

Figura 2.12 Fotografia de um veculo submetido a cargas dinmicas em um ensaio de impato, Insurance Institute for Highway Safety (2002).................

23

Figura 2.13 Comparao dos limites de escoamento e de resistncia dos aos TRIP com os do ao de baixa liga convencional DC 04, em funo da temperatura do ensaio (Bleck, 2002).................................................................

24

Figura 2.14 Recristalizao da austenita aps 50% de reduo (a) a 850C, (b) a 900C e (c) a 950C (Hansen et al., 1980)...............................................

30

Figura 2.15 Produto de solubilidade de carbonetos e de nitretos na austenita, (Musschenborn et al., 1995).............................................................................

35

Figura 2.16 Curvas de solubilidade de carbonitretos de Nb na austenita (Lafrance, 1977)................................................................................................

36

Figura 2.17 Diagrama PTT para trs condies da austenita: no deformada, pr-deformada e sobre-deformada (Weis e Jonas, 1979)..................................

37

Figura 2.18 Diagrama RPTT, onde T0 e TR so a temperatura de solubilizao dos precipitados e a temperatura de mxima interao Precipitao-Recristalizao, respectivamente (Hansen et al., 1980)...................................................................................................................

39

Figura 2.19 Estratgias da laminao controlada de aos de baixa liga e alta resistncia (Siciliano et al., 2000)......................................................................

42

Figura 2.20 Esquema para a classificao morfolgica dos produtos baintico do resfriamento contnuo (Bramfitt, 1990)........................................................

47

Figura 2.21 Morfologias dos produtos da transformao ga em aos ARBL (Krauss et al., 1995)..............................................................................

51

Figura 2.22 Representao da cintica global da transformao baintica na presena do fenmeno de estse, (Reynold et al., 1990), (Reynold et al., 1991)...................................................................................................................

54

Figura 4.1 Dimenses do corpo de prova para ensaios de dilatometria, mm......................................................................................................................

60

Figura 4.2 Esquema dos ciclos trmicos de resfriamento contnuo..................

61

Figura 4.3 Mtodo de superposio das curvas dL/Lo vs f(q) e d(dL/Lo) / dq vs f'(q) para a determinao dos pontos crticos de incio e fim de transformaes de fase. As curvas mostradas correspondem ao ao TB, quando submetido a um ciclo de resfriamento com uma taxa de 0,5C/s.........

62

Figura 4.4 Mtodo tradicional para a determinao dos pontos crticos de incio e fim de transformaes de fase. As curvas mostradas correspondem ao ao TB, quando submetido a um ciclo de resfriamento com uma taxa de 1C/s...................................................................................................................

63

Figura 4.5 Esquema que representa o tratamento isotrmico no campo intercrtico...........................................................................................................

64

Figura 4.6 Esquema que representa o resfriamento com tratamentos isotrmicos consecutivos....................................................................................

66

Figura 4.7 Geometria dos corpos de prova utilizados nos ensaios de toro a quente, dimenses no indicadas em mm...........................................................

69

Figura 4.8 Esquema utilizado para a simulao de mltiplas deformaes com resfriamento contnuo.................................................................................

70

Figura 4.9 Curva caracterstica de escoamento plstico corresponde ao ao TD, obtida por ensaios de toro a quente sob condio de mltiplas deformaes, com deformao verdadeira por passe de 0,3, taxa de deformao 2 s-1 e tempo entre passes de 10 s...................................................

72

Figura 4.10 Dependncia da tenso mdia de escoamento com o inverso da temperatura absoluta correspondente ao ao TD, usando tempo interpasse de 10 s, taxa de resfriamento interpasse de 3 C/s, deformao verdadeira de 0,3 por passe e taxa de deformao de 2 s-1.............................................................

72

Figura 4.11 Representao esquemtica da energia de deformao acumulada do ao TRIP-E, deformao verdadeira de 0,3, taxa de deformao de 2 s-1 e tempo de interpasse de 10 s.............................................

73

Figura 4.12 Esquema para a simulao de laminao controlada por recristalizao esttica........................................................................................

75

Figura 4.13 Esquema para a simulao de laminao controlada convencional.......................................................................................................

76

Figura 4.14 Representao esquemtica dos ciclos de tratamento termomecnicos estudados.................................................................................

79

Figura 4.15 Corpo de prova utilizado nos ensaios de resistncia a trao, dimenses em mm..............................................................................................

86

Figura 5.1 Microestrutura dos materiais no estado inicial, mostrando a presena de estrutura ferrtico-perltica. a) Ao TRIP-B, b) Ao TRIP-D, c) Ao TRIP-E, d) Ao TRIP-F, e) Ao TRIP-H. (MO), reagente: Nital 2%.......

89

Figura 5.2 (a) Isopletas Fe C para a composio qumica do ao TRIP-E. (b) Detalhe do campo intercrtico para concentraes mais baixas de carbono................................................................................................................

90

Figura 5.3 Isopletas Fe-Mn (a) e Isopletas Fe-Si (b), para a composio qumica do ao TRIP-E.......................................................................................

91

Figura 5.4 Variao da solubilidade do Nb na austenita em funo da concentrao de carbono, de acordo com modelos experimentais e com clculos termodinmicos.....................................................................................

92

Figura 5.5 Fraes de fases em equilbrio em funo da temperatura...............

93

Figura 5.6 Variao de solubilidade do C (a), Mn (b) e do Si (c) na austenita e na ferrita no intervalo entre AR3 e AR1.............................................................

94

Figura 5.7 MEV identificando a presena de ferrita poligonal e perlita resfriados com taxa de 0,25C/s. (a) Ao TRIP-B, (b,c) Ao TRIP-D, (d,e) Ao TRIP-E, (f) Ao TRIP-F e (g,h) Ao TRIP-H. Reagente, Nital 2%...........

98

Figura 5.8 MEV identificando a presena de ferrita massiva acompanhada por ferrita de Widmansttten e perlita por resfriamento contnuo. (a, b) Ao TRIP-B (1,0C/s), (c) Ao TRIP-E (2,5C/s) e (d) Ao TRIP-H (2,5C/s). Reagente, Nital 2%.............................................................................................

99

Figura 5.9 MEV mostrando a presena de ferrita do tipo aq acompanhada de plaquetas de ferrita de Widmansttten, bainita e martensita nos aos TRIP-D e (a) e TRIP-E (b), quando resfriados com taxas de 5C/s. (c) micrografia do ao TRIP-H mostrando a presena de ferrita aq, ferrita de Widmansttten, perlita e bainita, quando resfriado com taxa de 4C/s. (d, e, f) descrevem a morfologia do ao TRIP-F, quando resfriado com taxa de 2,5C/s. Reagente, Nital 2%..............................................................................................................

100

Figuras 5.10 MEV mostrando a presena de ferrita quasi-poligonal, bainita e martensita utilizando uma taxa de resfriamento contnuo de 10C/s. (a) Ao TRIP-B, (b) Ao TRIP-D, (c) Ao TRIP-E, (d) Ao TRIP-F e (e) Ao TRIP-H. Reagente, Nital 2%........................................................................................

101

Figura 5.11 MEV mostrando a presena de bainita e martensita utilizando altas taxas de resfriamento contnuo. (a) Ao TRIP-B (35,0C/s), (b) Ao TRIP-D (40,0C/s), (c) Ao TRIP-E (40,0C/s), (d) Ao TRIP-F (20,0C/s) e (e) Ao TRIP-H (40,0C/s). Reagente, Nital 2%................................................

102

Figura 5.12 MEV mostrando a presena de martensita por resfriamento contnuo utilizando taxas de 60C/s. (a) Ao TRIP-D, (b) Ao TRIP-E e (c) Ao TRIP-H. Reagente, Nital 2%......................................................................

103

Figura 5.13 Variao da dureza em funo da taxa de resfriamento, e de acordo com a composio qumica dos aos. (a) Aos TRIP com teores variveis de silcio, (b) Aos TRIP com teores variveis de mangans............

108

Figura 5.14 (a) Diagrama de resfriamento contnuo do ao TRIP-B (Fe-1,5Mn-1,0Si). (b) Detalhe do campo intercrtico...............................................

109

Figura 5.15 (a) Diagrama de resfriamento contnuo do ao TRIP-D (Fe-1,0Mn-1,5Si). (b) Detalhe do campo intercrtico..............................................

110

Figura 5.16 (a) Diagrama de resfriamento contnuo do ao TRIP-E (Fe-1,5Mn-1,5Si). (b) Detalhe do campo intercrtico..............................................

111

Figura 5.17 (a) Diagrama de resfriamento contnuo do ao TRIP-F (Fe-2,0Mn-1,5Si). (b) Detalhe do campo intercrtico...............................................

112

Figura 5.18 (a) Diagrama de resfriamento contnuo do ao TRIP-H (Fe-1,5Mn-2,0Si). (b) Detalhe do campo intercrtico...............................................

113

Figura 5.19 Diagramas de resfriamento contnuo Tt vs T` do ao TRIP-B (Fe-1,5Mn-1,0Si)...............................................................................................

115

Figura 5.20 Diagramas de resfriamento contnuo Tt vs T` do ao TRIP-D (Fe-1,0Mn-1,0Si)...............................................................................................

116

Figura 5.21 Diagramas de resfriamento contnuo Tt vs T` do ao TRIP-E (Fe-1,5Mn-1,5Si)...............................................................................................

116

Figura 5.22 Diagramas de resfriamento contnuo Tt vs T` do ao TRIP-F (Fe-2,0Mn-1,0Si)...............................................................................................

116

Figura 5.23 Diagramas de resfriamento contnuo Tt vs T` do ao TRIP-H (Fe-1,5Mn-2,0Si)................................................................................................

117

Figura 5.24 Efeito do mangans (a) e do silcio (b) nas temperaturas de transformao AR3, Bs e Ms...............................................................................

119

Figura 5.25 Curvas que representam a frao volumtrica de ferrita pr-eutetide durante transformao isotrmica a 700 e 750 C at 900 s..............

120

Figura 5.26 Comparao entre a variao de frao de ferrita transformada, determinada por dilatometria e calculada usando DICTRA ...........................

121

Figura 5.27 Perfis de concentrao de mangans entre as fases a e g em diferentes temperaturas de recozimento intercrtico por 900 s a 700C (a) e 750C (b)............................................................................................................

122

Figura 5.28 Perfis de concentrao de silcio entre as fases a e g em diferentes temperaturas de recozimento intercrtico por 900 s a 700C (a) e 750C (b)............................................................................................................

122

Figura 5.29 Perfis de concentrao de carbono entre as fases a e g em diferentes condies de recozimento intercrtico...............................................

123

Figura 5.30 Perfil de concentrao do Mn entre as fases a e g, a 800C.........

124

Figura 5.31 Seqncia do processamento de imagens utilizando o KS 300 para determinar a frao volumtrica de ferrita.................................................

125

Figura 5.32 MEV representando as linhas para as medidas da concentrao de Mn e Si na interface a/g. Ferrita pr-eutetide precipitada em contorno de gro e martensita aps tratamento intercrtico a 700C por 180s......................

126

Figura 5.33 Perfis de Mn (a) e de Si (b) medidos por EDS em amostras do ao TRIP-E submetidas a tratamento intercrtico a 700C por 180 s................

127

Figura 5.34 Perfil de C por WDS na interface a/g em amostras do ao TRIP-E submetidas a tratamento intercrtico a 700C por 180 s.................................

127

Figura 5.35 Microestruturas e difratogramas de raios X dos aos TRIP-D (a), TRIP-E (b) e TRIP-H (c), aps tratamento isotrmico no campo baintico com tempo de 180 s. Reagente: Le Pra.............................................................

129

Figura 5.36 MEV mostrando a presena de partculas grossas de martensita no ao TE aps tratamento isotrmico a 400C por tempo de 180 s. MEV. Reagente: Nital 2%.............................................................................................

130

Figura 5.37 Efeito do tempo da reao baintica na frao volumtrica de austenita retida (a) e na concentrao de carbono (b).........................................

132

Figura 5.38 Efeito do mangans e silcio na cintica da reao baintica durante tratamento isotrmico a 400C por tempo de 180 s...............................

133

Figura 5.39 Efeito da concentrao de carbono contido na austenita retida na temperatura de incio da reao martenstica, calculado pela Equao 4.10.....................................................................................................................

134

Figura 5.40 Variao da frao dos constituintes em funo do tempo de reao baintica a 400C em um ao 0,4% C 1,5% Si 0,8% Mn, Matzumura et al. (1987)...................................................................................

135

Figura 5.41 Dependncia da tenso mdia de escoamento com o inverso da temperatura absoluta para o ao TRIP-D, sob deformao de 0,3 por passe, taxa de deformao de 2 s-1 e taxa de resfriamento interpasse de 1C/s (a), 2 C/s (b) e 3 C/s (c).............................................................................................

137

Figura 5.42 Dependncia da tenso mdia de escoamento com o inverso da temperatura absoluta para o ao TRIP-E, sob deformao de 0,3 por passe, taxa de deformao de 2 s-1 e taxa de resfriamento interpasse de 1C/s (a), 2 C/s (b) e 3 C/s (c).............................................................................................

138

Figura 5.43 Dependncia da tenso mdia de escoamento com o inverso da temperatura absoluta para o ao TRIP-E, sob deformao de 0,3 por passe, taxa de deformao de 2 s-1 e taxa de resfriamento interpasse de 1C/s (a), 2 C/s (b) e 3 C/s (c)............................................................................................

139

Figura 5.44 Influncia do tempo de interpasse e da concentrao de nibio na temperatura de no recristalizao.................................................................

141

Figura 5.45 Intervalos de dependncia da TNR com o tempo de interpasse em um ao 0,04% C 0,07% Nb 0,01% N (Bai et al., 1993)...............................

142

Figura 5.46 Influncia do tempo de interpasse e da composio qumica na temperatura AR3..................................................................................................

143

Figura 5.47 Relao entre a energia de deformao acumulada por passes e o tempo de interpasse nos aos TRIP-D (a), TRIP-E (b) e TRIP-H (c)................

145

Figura 5.48 Influncia da composio qumica na energia de deformao acumulada...........................................................................................................

146

Figura 5.49 Imagens de campo claro mostrando a precipitao no ao TRIP-D, aps mltiplas deformaes com resfriamento contnuo usando tempo de interpasse de 10 s (a), 15 s (b) e 30 s(c)..............................................................

148

Figura 5.50 Imagens de campo claro (a), campo escuro (b) e diagrama de difrao de eltrons (c) de precipitados de carbonitreto de nibio NbCN no ao TRIP-D, aps mltiplas deformaes com resfriamento contnuo usando um tempo de interpasse de 10 s..........................................................................

149

Figura 5.51 Imagens obtidas atravs de ataque colorido e difratogramas das amostras deformadas com eT =2,6, destacando a presena de ferrita poligonal, bainita, austenita retida e regies de martensita-austenita. (a) Ao TRIP-D, (b) Ao TRIP-E e (c) Ao TRIP-H. Reagente: Le Pra......................................

152

Figura 5.52 Micrografia do constituinte MA observado por MEV, aps o tratamento termomecnico de LCRE com eT =2,6. (a) Ao TRIP-D, (b) Ao TRIP-E e (c) Ao TRIP-H. Reagente: Nital 2%.................................................

153

Figura 5.53 Micrografia ptica mostrando o efeito do tamanho de gro austentico na morfologia da transformao baintica. (a,b,c) correspondem ao ao TRIP-D, (d,e,f) ao ao TRIP-E e (g,h,i) ao ao TRIP-H, quando deformados com eT de 2,6, 5,3 e 9,5, respectivamente. Reagente: Nital 2%.....

154

Figura 5.54 (a,b) Relao entre a frao volumtrica de austenita retida (gr) e a , concentrao de carbono (C-gr) com o grau de deformao no esquema de LCRE simulado por toro a quente. (b) Relao entre a temperatura Ms com a concentrao de carbono contida na austenita retida.......................................

157

Figura 5.55 MEV mostrando a presena de ferrita, bainita e martensita nas amostras deformadas com eT = 2,1. (a) Ao TRIP-D, (b) Ao TRIP-E e (c) Ao TRIP-H........................................................................................................

162

Figura 5.56 Micrografias obtidas por microscopia ptica identificando a presena de perlita aps tratamento termomecnico com eT = 2,25. (a) Ao TRIP-D, (b) Ao TRIP-E, (c) Ao TRIP-H. Reagente: Nital 2%......................

163

Figura 5.57 (a,b) Relao entre a frao volumtrica de austenita retida (gr) e a , concentrao de carbono (C-gr) com o grau de deformao no esquema de LCC. (b) Relao entre a temperatura Ms com a concentrao de carbono contido na austenita retida.................................................................................

165

Figura 5.58 MEV mostrando os contornos de gro austenticos no ao TRIP-D. (a) seqncia de sete passes com grau de deformao 0,2 por passe, (b) seqncia de sete passes com grau de deformao 0,3 por passe, (c) seqncia de sete passes com grau de deformao 0,4 por passe...................................................................................................................

167

Figura 5.59 MEV correspondente ao ao TRIP-H identificando a presena de ferrita pr-eutetide, bainita e locais de perlita, quando submetido a laminao controlada com recristalizao esttica. (a) eT=1,4, (b) eT=2,8. Reagente: Nital 2%.............................................................................................

168

Figura 5.60 Microestrutura do ao TRIP-E quando submetido a laminao controlada por recristalizao esttica, com grau de deformao total varivel. (a) eT=1,4, (b) eT=2,1, (c) eT=2,8. Reagente: Nital 2%..................... .

169

Figura 5.61 Perfil de mangans na interface a/g no ao TRIP-E, submetido a laminao controlada com recristalizao esttica. (a) eT = 2,1, (b) eT = 9,5...................................................................................................................

172

Figura 5.62 Perfil de carbono na interface a/g no ao TRIP-E quando submetido a laminao controlada por recristalizao esttica com eT = 2,1....

173

Figura 5.63 Microestrutura dos aos aps laminao controlada convencional com e?T=2,25. (a) Ao TRIP-D, (b) Ao TRIP-E e (c) Ao TRIP-H. Reagente: Nital 2%..............................................................................

174

Figura 5.64 Micrografia de campo claro, correspondente ao ao TRIP-D com deformao total eT = 1,95, e padro de difrao de eltrons em rea selecionada identificando a presena de precipitados de Nb(CN)......................

176

Figura 5.65 Curvas s vs e, caracterizando o comportamento mecnico dos aos TRIP-D, TRIP-E e TRIP-E quando submetidos a laminao controlada por recristalizao esttica..................................................................................

178

Figura 5.66 Curvas s vs e, caracterizando o comportamento mecnico dos aos TRIP-D, TRIP-E e TRIP-E quando submetidos a laminao controlada convencional.......................................................................................................

179

Figura 5.67 Variao da frao volumtrica da austenita retida em funo da deformao..........................................................................................................

180

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

AHSS Aos de ltima gerao de alta resistncia.

BH Bake- Hardening.

CP Aos complex phase.

CSN Companhia siderrgica nacional.

DH Aos dual phase.

EDS Energy dispersive spectrometry

HSLA Aos de alta resistncia e baixa liga.

HSS Aos de alta resistncia.

IF Aos livres de intersticiais.

IS Aos isotrpicos.

ISIJ The iron and steel institute of Japan.

LCC Laminao controlada convencional.

LCCR Laminao controlada por recristalizao esttica.

LVDT Transdutor diferencial de variao linear.

MART Aos martensticos.

MEV Microscopia eletrnica de varredura.

MO Microscopia ptica.

PTT Precipitao-tempo-temperatura.

RC Resfriamento contnuo.

RTT Recristalizao-tempo-temperatura.

RPTT Recristalizao precipitao-tempo-temperatura.

TRIP Aos com plasticidade induzida por transformao.

TTM Tratamento termomecnico.

TTT Temperatura- tempo-transformao.

ULSAB -AVC

Ultra light steel auto body - advanced vehicle concepts.

ULSAB Ultra light steel auto body.

WDS Wave-length dispersive spectrometry

LISTA DE SMBOLOS

a Ferrita.

g Austenita.

s1 Tenso de trao aplicada.

t Tenso de cisalhamento, paralela ao plano de habito da transformao

de austenita para martensita.

s Tenso normal, perpendicular ao plano de habito de austenita para martensita.

TNR Temperatura de no recristalizao.

AR3 Temperatura de incio da transformao de fase de austenita para ferrita durante o resfriamento.

AR1 Temperatura final da transformao de fase de austenita para ferrita durante o resfriamento.

Ms Temperatura de incio da transformao martenstica.

Mss Temperatura de transio da transformao martenstica, de assistida por tenso para induzida por deformao.

Md Temperatura em que a transformao martenstica induzida por deformao suprimida.

ri Raio crtico de precipitados.

nv Frao volumtrica de precipitados.

Tc Temperatura de coalescimento dos gros.

Ks Produto de solubilidade dos diferentes compostos (carbonetos, nitretos e carbonitretos).

P Presso hidrosttica.

t0,5 Tempo correspondente a uma frao recristalizada de 0,5.

t0,05 Tempo correspondente a uma frao recristalizada de 0,05.

drec Tamanho de gro recristalizado.

Rs Curva de incio da recristalizao.

Rf Curva de final da recristalizao.

Ps Curva de incio da precipitao.

Pf Curva de final da precipitao.

B1 Ferrita acicular com precipitados entre ripas.

B2 Ferrita acicular com partculas entre as ripas ou filmes.

B3 Ferrita acicular com constituintes de ilhas discretas.

B1c Cementita.

B1z Carboneto epsilon.

B2c Cementita.

B2a Austenita.

B2m Martensita.

B3a Austenita.

B3m Martensita.

B3p Perlita.

sg Limite de escoamento da austenita.

a Martensita.

ap Ferrita poligonal.

aq Ferrita quasi-poligonal.

aw Ferrita de Widmansttten.

ab Ferrita baintica.

aoB Ferrita baintica.

aB Bainita granular.

am Martensita cbica escorregada.

aM Martensita.

aTM Martensita auto-revenida.

gr Austenita retida.

q Partculas de cementita.

B Bainita.

Bu Bainita superior.

Bi Bainita inferior.

P Perlita degenerada.

P Perlita.

MA Constituinte martensita-austenita.

f a Frao transformada de austenita para ferrita.

TRI Temperatura de recozimento intercrtico.

tRI Tempo de recozimento intercrtico.

tIS Tempo de tratamento isotrmico ou tempo de reao baintica.

TIS Temperatura de tratamento isotrmico no campo baintico.

seq Tenso equivalente.

eeq Deformao equivalente.

T Temperatura, em C.

t Tempo em segundos (s).

e Grau de deformao verdadeira.

? Taxa de deformao, s-1.

Ti Temperatura do passe inicial.

Tf Temperatura do passe final.

n Nmero de passes.

tint Tempo interpasse.

VRI Velocidade de resfriamento interpasse.

VA Velocidade de aquecimento.

eqs Tenso mdia de escoamento.

svGD Energia de deformao acumulada.

V1 Velocidade de resfriamento aps a ltima deformao.

V2 Velocidade de resfriamento aps o recozimento intercrtico.

V3 Velocidade de resfriamento aps o tratamento isotrmico no campo

baintico.

ev (acum)

Deformao verdadeira acumulada.

e5-7 Deformao verdadeira por passe nos passes 5 ao 7.

eT Deformao verdadeira total ou deformao verdadeira acumulada.

RE-I Esquema de LCRE com deformao verdadeira por passe de 0,2.

RE-II Esquema de LCRE com deformao verdadeira por passe de 0,3.

RE-III Esquema de LCRE com deformao verdadeira por passe de 0,4.

C-I Esquema de LCC com deformao verdadeira de 0,25 nos trs ltimos passes.

C-II Esquema de LCC com deformao verdadeira de 0,3 nos trs ltimos passes.

C-III Esquema de LCC com deformao verdadeira de 0,35 nos trs ltimos passes.

he Espessura de entrada.

hs Espessura de sada.

r Grau de reduo por passe.

r acum. Grau de reduo acumulada.

ao Parmetro de rede da austenita retida.

fgr Frao volumtrica de austenita retida.

Cgr Concentrao de carbono contida na austenita retida.

Mngr Concentrao de mangans contida na austenita retida.

AC1 Temperatura de incio da transformao de fase durante o aquecimento.

AC3 Temperatura final da transformao de fase durante o aquecimento.

Bs Temperatura de incio da reao baintica.

Tt-T Temperatura de transformao-Taxa de resfriamento.

NbC Carboneto de nibio.

Nb(CN) Carbonitreto de nibio.

TFD Temperatura final de deformao.

e Alongamento (%).

s Tenso (MPa).

LR Limite de resistncia trao.

LE Limite de escoamento.

AT Alongamento total.

RE Relao elstica.

n Coeficiente de encruamento.

RESUMO

Estudou-se a cintica das transformaes de fase em resfriamento contnuo e em

tratamentos isotrmicos de cinco ligas de aos TRIP microligados com Nb, contendo

teores variveis de Mn e Si, atravs de ensaios dilatomtricos, de caracterizao

morfolgica dos produtos de transformao e de clculos termodinmicos e

simulaes numricas usando os programas Thermocalc e Dictra. Foram

determinados os diagramas RC para a transformao da austenita, e foi estudada a

influncia da precipitao de ferrita pr-eutetide e de bainita na frao volumtrica

de austenita retida.

Atravs dos diagramas de resfriamento contnuo foi possvel delimitar a extenso do

campo intercrtico dos cinco aos analisados, com determinao da janela de

resfriamento e seus intervalos de temperaturas. Isso permitiu projetar os ciclos de

resfriamento controlado a serem aplicados durante o processamento termomecnico

dos Aos TRIP-D, TRIP-E e TRIP-H.

Os clculos pelo modelo numrico de redistribuio de carbono e de elementos

substitucionais na interface a/g, bem como as medidas de microanlise qumica por

WDS e EDS permitiram verificar que a taxa de crescimento da ferrita pr-eutetide

controlada pela difuso do carbono na austenita. Para tempos curtos de tratamento, o

modelo de crescimento que melhor se ajusta o do equilbrio local com partio

negligvel de soluto.

Verificou-se atravs de tratamentos isotrmicos no campo baintico, que o silcio

atrasa a precipitao de carbonetos durante a reao baintica, o que justifica o

aumento da estabilidade da austenita retida no ao de maior Si (TRIP-H), quando

comparado com o ao de menor Si (TRIP-E).

Baseado nos resultados dos estudos das transformaes de fase por resfriamento

contnuo foram selecionadas as ligas TRIP-D, TRIP-E e TRIP-H, para simular dois

esquemas de laminao controlada por meio de ensaios de toro a quente. Nesses

ensaios foram variados o grau de deformao e a temperatura de acabamento, de

modo a estudar os efeitos dos parmetros de deformao mecnica na frao

transformada dos diferentes constituintes microestruturais, e em particular na frao

volumtrica de austenita retida. O primeiro ensaio refere-se laminao controlada

por recristalizao esttica (LCRE) e o segundo laminao convencional (LCC),

com temperatura de acabamento de 1030C e 850C, respectivamente. O

resfriamento consistiu em dois tratamentos isotrmicos consecutivos: o primeiro no

campo intercrtico g + a, e o segundo no campo baintico.

O aumento do grau de deformao na simulao por toro a quente da laminao

controlada por recristalizao esttica, levou a um aumento da porcentagem de

austenita retida obtida durante o resfriamento controlado (de 9 a 14,0 %).

O acmulo de energia de deformao abaixo da TNR na simulao do processo de

laminao controlada convencional provocou uma diminuio da frao volumtrica

de austenita retida bem como da concentrao de carbono contido nela.

Os perfis de Mn e C obtidos a partir de anlises qumicas com EDS e WDS em

amostras do ao TRIP-E, deformadas com eT=2,1 e eT=2,8, mostram a contribuio

do refinamento de gro para a difuso destes elementos na frente da interface g/a,

durante a precipitao de ferrita pr-eutetide.

ABSTRACT The phase transformation kinetics of five Nb microalloyed Si-Mn TRIP steels was

studied under continuous cooling and isothermal treatments, using dilatometric

techniques, morphologic characterization, Thermocalc computational

thermodynamics and Dictra numerical simulation. WDS and EDS X-ray

microanalysis and Dictra numerical modeling of C, Mn and Si distribution during

transformation showed that the reaction is carbon diffusion controlled and growth

occurs under local equilibrium with negligible partition.

CCT diagrams for austenite transformation were determined and the effect of the

amount of proeutectoid ferrite and bainite precipitation on the volume fraction of

retained austenite was also estimated. The CCT diagrams allowed determining the

boundaries of the critical zone and the processing window to obtain bainite plus

austenite microstructures. Based on this information cooling cycles were selected to

perform thermomechanical treatments.

Three TRIP steels were selected to simulate, in a hot torsion testing machine, two

different controlled rolling sequences: Recrystallization Controlled Rolling and

Conventional Controlled Rolling. The influence of the degree of deformation and the

finishing temperature on the amount of retained austenite was studied. After rolling

the cooling cycle comprised two isothermal treatments, one in the g + a field and

the other in the bainitic field.

Increasing the strain during simulation of Recrystallization Controlled Rolling led to

an increase in the volume fraction of retained austenite to the range 9 to 14 %. The

energy stored during simulation bellow TNR of the Conventional Controlled Rolling

led to a decrease in the volume fraction and in the carbon content of retained

austenite.

The Mn and C contents measured by EDS and WDS analysis of Trip-E steel, showed

that grain refinement due to recrystallization contributes to diffusion of these

elements in front of the g/a interface during precipitation.

1

1 INTRODUO

A metalurgia fsica de materiais ferrosos continua sendo um campo ativo e frutfero,

dentro do qual o ao continua sendo a liga metlica mais amplamente usada e objeto

de estudo e desenvolvimento de intensas pesquisas, embora algumas vezes seja

considerado um material antigo ou em decadncia.

A pesquisa sobre a metalurgia fsica dos aos, desenvolvida h mais de um sculo,

ainda no permitiu uma compreenso completa da fsica que controla os processos e

as propriedades desses materiais convencionais. A existncia de diferentes formas

alotrpicas do ferro e de mltiplos mecanismos de transformao de fase confere ao

ao uma enorme versatilidade, exibindo uma variedade muito rica de

microconstituintes e uma ampla gama de propriedades que podem ser exploradas

industrialmente.

A indstria automotiva certamente um dos setores chave que exige melhorias

contnuas das propriedades dos aos ali empregados. Nos ltimos anos, o principal

objetivo deste setor vem sendo a reduo do peso dos veculos de modo a reduzir o

consumo de combustvel e, portanto, a emisso de gases que contribuem ao chamado

efeito estufa (Giralt, 1999). A preocupao crescente com a segurana e requisitos

crescentes de resistncia ao impacto fazem parte do novo conceito de veculo a ser

desenvolvido nos prximos anos (Andrade et al., 2002). O desafio a ser enfrentado

para otimizar o peso da estrutura do veculo , sem dvida, o desenvolvimento de

aos com elevada resistncia mecnica sem comprometimento de sua

conformabilidade.

O projeto Ultra Light Steel Auto Body ULSAB sob a liderana da Porsche

Engineering com 35 companhias siderrgicas de 18 pases testemunha dos

benefcios dos Aos de Alta Resistncia HSS nas estruturas dos automveis,

destacando-se entre estes os Aos Isotrpicos IS, Livres de Intersticiais IF, Bake-

Hardening BH e os Aos de Alta Resistncia e Baixa Liga HSLA (Andrade et

al., 2000). Este projeto, finalizado em 1998, foi avaliado satisfatoriamente em

relao ao ndice de segurana Star Rating, conseguindo consumo de combustvel

2

entre 22,2 km/l na verso gasolina a 31,5 km/l na verso diesel, e custo de fabricao

do automvel entre US$ 9.200 e US$ 10.200 (Andrade et al., 2000).

Na continuao do projeto ULSAB, o novo programa ULSAB-AVC (Advanced

Vehicle Concepts) adota uma viso holstica para o desenvolvimento de uma

arquitetura nova e avanada para uma famlia de veculos de porte mdio, feita

somente com aos de alta resistncia, com um prottipo disponvel para o ano 2004.

J este novo projeto prope a aplicao de novos tipos de aos HSLA, os chamados

aos de ltima gerao de alta resistncia AHSS entre os quais encontram-se os

aos Dual Phase DH, de Plasticidade Induzida por Transformao TRIP,

Complex Phase CP, e os aos Martensticos MART. Os aos AHSS so materiais

multifsicos que podem conter na microestrutura ferrita, martensita, bainita, e/ou

austenita retida, em funo dos elementos de liga e o processamento utilizados

(Andrade et al., 2002).

Os aos TRIP oferecem um compromisso atraente entre resistncia e ductilidade

devido sua microestrutura complexa, que associa ferrita pr-eutetide, bainita e

fraes significativas de austenita retida, gerada ao final de um esquema de

tratamento trmico especfico. A explorao do efeito TRIP como um mecanismo

particular de deformao constitui um dos aspectos chave do processamento destes

materiais. O efeito TRIP resulta da transformao martenstica induzida por

deformao a partir da austenita metaestvel. Esta transformao constitui um

mecanismo de endurecimento por deformao que evita a ocorrncia de deformaes

localizadas, aumentando o alongamento uniforme e a taxa de encruamento.

Simultaneamente resulta em uma maior absoro de energia no ensaio de impacto.

No entanto, h vrios aspectos das transformaes de fase por resfriamento contnuo

e da transformao martenstica resultante do efeito TRIP, que ainda precisam ser

elucidados. Apesar disso, vrias rotas de processamento de aos TRIP vm sendo

utilizadas ou ao menos discutidas dependendo do produto (Bleck, 2002). A produo

de tiras a quente destes aos ainda um problema de pesquisa atual. Muitos estudos

vm sendo desenvolvidos com o objetivo de otimizar os esquemas de tratamentos

3

termomecnicos para a obteno desses aos, prestando-se especial ateno

estratgia do resfriamento controlado para obter a microestrutura e as propriedades

mecnicas desejadas.

Neste trabalho realizou-se um estudo das transformaes de fase por resfriamento

contnuo de uma famlia de aos TRIP ao Si-Mn microligados com Nb, com nfase

nas transformaes da austenita em ferrita pr-eutetide e em bainita obtidas por

tratamento isotrmico, a partir dos diagramas de resfriamento contnuo traados com

o auxlio de dilatometria. So discutidos os efeitos de algumas alternativas

tecnolgicas de laminao a quente na microestrutura e propriedades mecnicas

destes aos, por meio da combinao dos ensaios de toro a quente e de laminao

controlada.

4

2 REVISO DA LITERATURA 2.1 GENERALIDADES SOBRE OS AOS TRIP DE BAIXA LIGA

2.1.1 Definio dos aos TRIP de baixa liga

As primeiras observaes sobre o aumento inesperado da conformabilidade como

conseqncia de uma transformao austenita martensita, foram feitas por Gnther

Wassermann no Instituto de Metalurgia Kaiser-Wilhelm em Berlim no ano 1937,

Wassermann (1937) apud Bleck (2002). Ele notou que era possvel obter valores

mais altos de alongamento durante ensaios mecnicos em ligas de Fe-50%Ni.

Zackay et al. (1967) descreveram como essa transformao de austenita para

martensita favorece o aumento da ductilidade em aos austenticos de alta resistncia

e chamaram a este efeito como Plasticidade Induzida por Transformao (TRIP).

Muitas pesquisas sobre o uso tcnico do efeito TRIP foram realizadas nos anos 70,

principalmente focalizadas aos aos inoxidveis austenticos. Posteriormente, na

dcada de 80, foi proposto que esse efeito poderia ocorrer em aos de baixa liga,

quando houvesse uma certa quantidade de austenita retida metaestvel formando

parte da microestrutura.

As primeiras observaes de austenita retida na microestrutura de um ao Dual Phase

ferrtico-martenstico, foram reportadas por Furukawa et al., (1979) apud

Matsumura et al., 1987. Anos mais tarde Tomita et al., (1984) apud Matsumura

et al., (1987) obtiveram abundantes quantidades de austenita retida em aos contendo

ao redor de 2% de silcio, atravs de um tratamento que consiste em duas etapas em

temperaturas diferentes, promovendo no segundo deles a reao baintica.

Matsumura et al. (1987) estudaram a relao entre ductilidade e resistncia, atravs

do efeito TRIP, em um ao 0,39% C 1,49% Si 0,83% Mn, submetido a um

tratamento de recozimento entre AR3 e AR1, seguido de um tratamento isotrmico no

campo baintico, e concluram que para obter os valores mais altos de alongamento

necessrio o incremento da frao volumtrica de austenita retida bem como da sua

5

estabilidade, at um determinado limite. O resultado deste estudo criou as bases para

o desenvolvimento de novas pesquisas em aos de baixa liga e alta resistncia.

Desde o incio da dcada de 90, vrias pesquisas (Sugimoto et al., 1992), (Hanzaki

et al., 1995), (Sugimoto et al., 1995), (Hanzaki et al., 1997), (Girault et al., 1999)

e (Bleck, 2002) verificaram o efeito TRIP a partir da metaestabilidade da austenita

retida, em aos multifsicos de baixa liga contendo concentraes mais altas de Si e

Mn (entre 1,0 e 2,5 %). Na maioria desses trabalhos a denominao mais

freqentemente utilizada foi: Ao TRIP ou Aos Assistidos pelo Efeito TRIP

(TRIPassisted steels).

A elevada estabilidade da austenita retida nos aos TRIP de baixa liga

conseqncia da sua elevada concentrao de carbono. Isso possvel por meio de

um tratamento de austenitizao intercrtica, de modo a obter uma estrutura duplex

composta por ferrita pr-eutetide e austenita, seguido de um tratamento isotrmico

na faixa de temperatura da bainita superior, onde a austenita intercrtica transforma-

se em ferrita baintica entremeada de filmes e/ou ilhas de austenita retida. Em ambas

as reaes ferrticas (pr-eutetide e baintica) o enriquecimento da austenita se d

por partio de carbono, chegando a alcanar concentraes acima de 1,5%, o que

torna possvel o ponto de incio da transformao martenstica (Ms) abaixo da

temperatura ambiente.

2.1.2 Critrios para a concepo dos aos TRIP

A concepo de novas ligas est sempre associada s exigncias e aos contnuos

desafios do mercado do ao. Quando se combina um bom projeto de liga com um

processamento termomecnico adequado, conseguem-se inmeras combinaes de

propriedades, tais como: alta resistncia associada ductilidade, tenacidade e

conformabilidade, em decorrncia da coexistncia de diferentes constituintes

microestruturais.

6

Esta reviso objetiva mostrar algumas consideraes sobre a composio qumica,

processamento, microestrutura e propriedades dos aos multifsicos assistidos pelo

efeito TRIP que so destaques nas pesquisas dos ltimos anos.

2.1.2.1 Conceitos de Liga em aos TRIP

Os elementos de liga desempenham um importante papel na estabilidade

termodinmica e na cintica das transformaes de fase. Eles promovem ou retardam

estas transformaes, atuando sobre seus pontos crticos de incio e fim. Foi

mostrado recentemente, por van der Zwaag (2002) e por Enomoto (2002), em uma

discusso baseada nos mecanismos atmicos que governam a reao baintica em

aos TRIP, que a maioria dos elementos de liga substitucionais, tais como Cr, Si,

Mn, Mo, Al, etc., tanto formadores como no formadores de carbonetos, diminuem a

temperatura de incio da reao. Alm disso, o excesso de segregao local destes

elementos na frente da interface a / g o responsvel pela lenta cintica da

transformao baintica.

Kinsman et al., (1967) sugeriram que tal segregao tem um duplo efeito na cintica

global da reao baintica: ela diminui a mobilidade da interface e diminui a

difusividade do carbono; este efeito conhecido como efeito duplo de arraste de

soluto. Os elementos de liga substitucionais so, tambm, os responsveis pelo

mecanismo de endurecimento por soluo slida.

Muitas vezes podem aparecer microadies de elementos de liga fortemente

formadores de carbonetos e/ou nitretos, principalmente o Nb, V e Ti, responsveis

pelo refinamento de gro austentico durante a laminao controlada, proporcionando

um mecanismo de endurecimento ao material.

Em relao aos aos assistidos pelo efeito TRIP, numerosas composies qumicas

foram desenvolvidas e vm sendo avaliadas nos ltimos anos, com a finalidade de

ajustar sua microestrutura e obter as combinaes de propriedades mecnicas

desejadas. Algumas dessas composies esto resumidas na Tabela 2.1.

7

Tabela 2.1 Composies qumicas de aos de baixa liga assistidos pelo efeito TRIP, % Bleck (2002).

Grau C Mn Si Al P Nb V Mn-Si 0,20 1,50 1,50 - - - - Mn-Al 0,20 1,50 0,10 1,80 - - - Mn-P 0,15 2,00 - - 0,03 - - Mn-Si-Al 0,30 1,50 0,30 1,20 - - - Mn-Si-P 0,15 1,50 0,60 - 0,01 - - Mn-Si-Nb 0,20 1,50 1,50 - - 0,04 - Mn-Si-V 0,15 1,50 0,60 - - - 0,06

O carbono o principal elemento de liga pelo qual todas as transformaes de fase

so notavelmente afetadas e atravs do qual a microestrutura final e as propriedades

mecnicas so controladas. A concentrao de carbono o mais importante dos

fatores de que depende a estabilidade da austenita, o que torna possvel a presena de

austenita retida na temperatura ambiente. Entretanto, outras exigncias tais como a

soldabilidade limitam o teor de carbono a valores em torno de 0,25 %.

Alm do carbono, outros elementos de liga como o mangans e o silcio tm um

papel importante no controle da cintica das transformaes de fase e em particular

na estabilidade da austenita (Sakuma et al., 1991). Ambos os elementos aumentam a

resistncia do material atravs do endurecimento por soluo slida.

Em particular, o Mn um elemento estabilizador de austenita que diminui a

temperatura de incio de transformao AR3. Alm disso, aumenta a solubilidade do

carbono na austenita o que torna possvel o enriquecimento em carbono desta fase.

O Mn pode substituir o Fe na formao de precipitados do tipo (Fe,Mn)3C, que

podem dar origem a partculas de austenita ricas em Mn que requerem menor

concentrao de carbono para se estabilizar a temperatura ambiente (Bleck, 2002).

Tambm, deve ser levado em conta o efeito inibidor do Mn na formao da ferrita

durante o resfriamento, uma vez que este minimiza um possvel enriquecimento de

carbono desta fase (Bleck, 2002).

8

Adies de Si promovem a formao de ferrita pr-eutetide durante o resfriamento.

Por outro lado, teores de at 1,5% de Si retardam ligeiramente a reao perltica,

(Abramowits, 1970); (Gorni, 1989).

O Si repele fortemente o C em soluo slida na austenita, aumentando a difuso

deste elemento na ferrita. Desse modo, sendo o silcio um elemento pouco solvel

na cementita, a precipitao de carbonetos retardada ou inibida durante a formao

da bainita, favorecendo a segregao de tomos de carbono da ferrita para a austenita

remanescente. Isto pode ser explicado atravs do fenmeno de reao incompleta

que se d durante a transformao baintica em aos TRIP com altos teores de silcio,

que ser abordado posteriormente.

Entretanto, o Si tambm um elemento que pode ser oxidado durante o recozimento,

comprometendo a qualidade superficial de produtos planos laminados a quente e a

qualidade do revestimento do ao laminado a frio. Conseqentemente, o alumnio

tem sido proposto como alternativa para a substituio parcial ou completa do silcio

(Speer et al., 2002); (Bleck, 2002).

O alumnio , tambm, formador de ferrita e, apesar de no ser solvel na cementita,

apresenta um efeito mais fraco na supresso da formao de carbonetos, quando

comparado com o Si (Giralt et al., 2001). Devido ao baixo potencial de

endurecimento por soluo slida, o alumnio sempre usado em combinao com

contedos mais altos de carbono ou em combinao com fsforo. Como

desvantagem do uso do alumnio, pode-se mencionar o aumento acentuado da

temperatura Ms.

O fsforo usado quando a adio de alumnio e silcio tem que ser limitada. Baixas

concentraes de fsforo (menores que 0,1%) so suficientes para retardar a cintica

de precipitao de carbonetos de ferro e conferir um claro aumento na resistncia do

material; trata-se de um elemento muito efetivo no endurecimento por soluo slida.

Os efeitos benficos do fsforo podem somente ser consumados junto ao silcio ou

9

ao alumnio. Se a adio de fsforo excede uma certa quantidade, o fsforo pode

segregar para os contornos de gro e deteriorar a ductilidade (Bleck, 2002).

Sendo o nibio um elemento fortemente formador de carbonetos, ele atua como

refinador de gro. Durante as transformaes da austenita em ferrita pr-eutetide e

para ferrita baintica, a taxa de nucleao desses microconstituintes muito

aumentada, levando a um enriquecimento maior de C na austenita remanescente

nessas transformaes, favorecendo estabilidade da mesma. Isso leva a uma maior

conformabilidade, devido ao aumento do efeito TRIP associado austenita

remanescente.

Por outro lado, a presena do nibio em soluo slida pode favorecer o

enriquecimento de carbono da austenita, contribuindo notavelmente na sua

estabilidade (Bleck et al., 1998).

2.1.2.2 Processamento

Os melhoramentos mais recentes do processamento de aos tm permitido a

produo de aos de ltima gerao de alta resistncia com excelente desempenho na

estampagem. Apesar disso as chapas de aos de baixa liga com plasticidade induzida

por transformao se encontram em um estgio inicial de desenvolvimento.

Atualmente, vrias rotas de processamento j esto em uso ou vm sendo cogitadas,

dependendo se o produto final seja laminado a quente, laminado a frio e/ou

galvanizado. A produo de tiras a quente de aos multifsicos de baixa liga

assistidos pelo efeito TRIP constitui, ainda, um problema atual de pesquisa. At

agora, a maior parte das atividades de pesquisa esteve concentrada em estudar os

efeitos dos parmetros do resfriamento contnuo, aps um ciclo de tratamento

termomecnico ou como parte do recozimento aps a laminao a frio, de modo a

obter uma microestrutura final multiconstituda, contendo suficiente frao

volumtrica de austenita retida, para garantir o efeito TRIP posterior.

10

Entretanto, poucos estudos ressaltam a influncia dos parmetros do tratamento

termomecnico (temperatura final de laminao, grau de deformao, taxa de

deformao) bem como dos efeitos das variaes microestruturais envolvidos na

deformao a quente, no condicionamento da austenita e, como conseqncia, na

cintica das transformaes de fase no resfriamento subseqente.

Os trabalhos que mais sobressaem nesse sentido foram publicados por Hanzaki et al.

(1997) na segunda metade da dcada de 90. Eles utilizaram dois aos TRIP ao C-Si-

Mn (0,2%C-1,5%Si-1,5%Mn), sendo um deles microligado com nibio (0,035%Nb),

e avaliaram o efeito do tamanho de gro austentico de partida nas caractersticas da

austenita retida (frao volumtrica, morfologia e estabilidade), variando o grau de

deformao a 1050C (temperatura em que o Nb est totalmente dissolvido na

austenita), segundo mostra o esquema da Figura 2.1 (a).

Figura 2.1 Esquema dos tratamentos termomecnicos desenvolvidos por Hansaki, (a) para estudar os efeito do tamanho de gro austentico, (b) para estudar os efeitos do Nb.

Os resultados reportam, no caso do ao microligado com Nb, que a maior frao

volumtrica de austenita retida ocorre no tratamento termo-mecnico que origina o

maior tamanho de gro austentico. Isto se deve ao efeito do Nb no aumento da

estabilidade da austenita de partida, quando esse elemento se encontra totalmente

dissolvido nesta fase. Entretanto, no ao sem Nb, observou-se uma maior frao

volumtrica em condies de tratamento termomecnico que fornecem os menores

tamanhos de gro. Quanto menor o tamanho de gro austentico de partida, menor o

tamanho do pacote de bainita e maior a frao de austenita retida.

C Solubilizao

(1) (2)

3 C/s

Banho de sal (400C)

Ar

TNR AR3 AR1

s

C Solubilizao (1)

(2)

3 C/s

Banho de sal (400C)

Ar

TNR AR3 AR1

s

(3)

t1 t2 t3 t1 < t2 < t3

(a) (b)

11

Por outro lado, os autores variaram a temperatura final da deformao investigando o

efeito do nibio em soluo slida ou na forma de precipitado sobre a cintica da

recristalizao da austenita aps a deformao, e sobre os efeitos que isto traz na

cintica das transformaes de fase durante o resfriamento e na frao volumtrica

de austenita retida, segundo mostra a Figura 2.1 (b).

A diminuio da temperatura do tratamento termomecnico no ao com Nb promove

a precipitao de Nb(CN) e diminui a frao volumtrica de austenita retida. Alm

disso, fica claro nesses trabalhos o papel retardador do Nb na reao da austenita

para ferrita pr-eutetide, na formao de perlita, e na inibio da reao baintica a

baixas temperaturas. Contudo, esses estudos no oferecem informaes suficientes

sobre o comportamento microestrutural destes aos quando submetidos a uma

seqncia de deformao mecnica com resfriamento contnuo, como realmente

acontece em um trem de tiras a quente.

Em outros trabalhos Hanzaki et al., (1997) abordaram a influncia das condies do

resfriamento no comportamento microestrutural nas ligas citadas anteriormente.

Desta vez, foram pr-estabelecidas as mesmas condies de deformao (adotando

um esquema de tratamento termomecnico como na Figura 2.1 (a)) e variadas as

temperaturas e tempos de reao da ferrita pr-eutetide (por meio de um tratamento

entre as temperaturas AR1 e AR3) e da ferrita baintica (por meio de um tratamento

nas faixas de temperaturas entre 300 e 500C). Eles concluram que, aumentando-se

a quantidade de ferrita, a frao volumtrica da austenita retida atinge os valores

mais altos em torno de 10%. O aumento da estabilidade da austenita retida foi

atribudo ao enriquecimento em carbono da austenita intercrtica durante a formao

de ferrita pr-eutetide. Tambm provaram que, aumentando o tempo de reao

baintica, h um aumento da frao volumtrica de austenita retida. Esses aumentos

na frao volumtrica de austenita retida ocorreram a 400C.

Recentemente, Bleck (2002) ressaltou os principais aspectos da estratgia do

resfriamento contnuo para o desenvolvimento de aos multifsicos laminados a

12

quente. Segundo ele, a microestrutura e as propriedades mecnicas podem ser

ajustadas durante o resfriamento aps laminao, em que a velocidade de

resfriamento varivel, e durante a etapa de bobinamento. Nesse contexto, o

esquema de resfriamento proposto para a produo de tiras a quente de aos TRIP

aparece representado na Figura 2.2, onde comparado com o esquema estabelecido

para a produo de aos Dual Phase.

.

Figura 2.2 Esquemas de resfriamento controlado para aos Dual Phase e TRIP, propostos por Bleck (2002).

Para os aos Dual Phase a taxa de resfriamento deve ser baixa o suficiente de modo a

possibilitar que aproximadamente 85% da austenita transforme-se em ferrita,

ocorrendo um enriquecimento de carbono da austenita remanescente. Ao mesmo

tempo a taxa de resfriamento deve ser alta o suficiente para evitar a formao de

perlita e bainita e garantir a formao de martensita durante o bobinamento a

temperaturas baixas. Portanto, neste esquema necessrio inserir um tratamento na

faixa de temperaturas intercrticas de modo a ter-se controle da cintica de formao

mxima da ferrita.

Para aos TRIP de baixa liga aplicada uma taxa de resfriamento ainda mais baixa,

uma vez que a formao da ferrita atrasada devido ao efeito dos elementos de liga e

s concentraes mais altas de carbono. Da mesma forma que ocorre nos aos Dual

a g

g

a a ,

g a

a ab gr

MsDP

MsTRIP Aos DP

Aos TRIP

Ferrita

Bainita

Laminao de tiras a quente Resfriamento controlado C

s

13

Phase, nos aos TRIP necessrio um controle na velocidade de resfriamento na

mesa de acabamento do laminador de modo a obter entre 50 e 60% de ferrita pr-

eutetide. Entretanto, nos aos TRIP necessrio que o bobinamento seja realizado

na faixa de temperaturas da formao de bainita (ao redor de 400 a 500C), para

obter entre 25 a 40% de bainita entremeada de 5 a 15% de austenita retida (Hulka, et

al., 2001); (Bleck et al., 2001).

A austenita retida metaestvel uma vez que o enriquecimento de carbono da

austenita remanescente das transformaes ferrticas (pr-eutetide e baintica)

desloca a temperatura de incio de formao de martensita para temperaturas

menores que a ambiente.

Quando se trata de laminao a frio necessrio que o estado de partida dos aos

TRIP apresente elevada ductilidade, dado pela presena de uma microestrutura

constituda por ferrita e perlita. Essa microestrutura origina-se da aplicao de uma

temperatura de bobinamento muito alta, ao redor de 700C, segundo Bleck (2002).

Aps a laminao a frio a chapa de ao submetida a um tratamento trmico que

cost