A INFLUÊNCIA DA DEFORMAÇÃO NA RECRISTALIZAÇÃO ESTÁTICA ENTRE PASSES EM UM AÇO MÉDIO CARBONO MICROLIGADO AO VANÁDIO

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1 A INFLUÊNCIA DA DEFORMAÇÃO NA RECRISTALIZAÇÃO ESTÁTICA ENTRE PASSES EM UM AÇO MÉDIO CARBONO MICROLIGADO AO VANÁDIO Luzilene Sousa Rosas' Regina Célia de Sonsa' RESUMO Neste trabalho, estuda-se o comportamento da recristalização estática entre passes, durante deformações múltiplas sob resfriamento contínuo, através da determinação da Tnr. O material utilizado foi um aço médio carbono microligado ao vanádio. Os ensaios mecânicos foram feitos utilizando-se várias combinações de deformação, taxa de deformação, tempo entre passes, temperatura de encharque e temperatura de ensaio, simulando seqüências de vinte passes. Os resultados indicam que a Tnr é sensível a deformação por passe. Aumentando-se a deformação a Tnr aumenta, devido ao crescimento do volume de agregados de átomos de soluto, o qual diminui a fração de átomos de vanádio em solução. Palavras-chave: Aço microligado, recristalização estática, deformação. ABSTRACT The behavior of estatic recrystalization between steps during multipass deformation under continuous cooling, by determination the Tnr, was investigated in this work. The material investigated was one medium carbon steel containing microlloying additions of vanadium. The mechanical tests were performed with severals combination of strain, strain rate, interpass times, soak temperature and first deformation ternperature for deformation schedule constituted of 20 steps. Tnr is dependent on the strain. The Tnr increases with increasing strain. Key-words: microlloyed steel, static recystallization, stain. 1 INTRODUÇÃO A conformação mecânica a quente pode ser utilizada para melhorar as propriedades dos materiais metálicos nas condições de uso. Com o conheci- mento dos fenômenos metalúrgicos que ocorrem durante e/ou após a conformação desses materiais foram desenvolvidos vários processos de tratamentos termomecânicos, entre eles: a laminação controlada convencio- 'Bacharel e Licenciada em Química pela Universidade Federal do Maranhão **Dra. em Ciência e Engenharia de Materiais, Departamento de Física, Universidade Federal do Maranhão Cad. Pesq., São Luís, v. 12, n. 112, p , jan.zdez:

2 nalmente, a laminação controlada por recristalização e a laminação controlada por recristalização dinâmica (ROBERTS, 1984, p.33; COHEN e HANSEN, 1987, p.61; SAMUEL et al., 1990, p.216). A eficiência do tratamento termomecânico, depende do controle dos fenômenos de encruamento e amaciamento que ocorrem durante a conformação do aço..na conformação mecânica a quente intercalada, o material passa por uma seqüência de passes alternando deformaçãolrecristalização, onde a temperatura, a deformação e a taxa de deformação podem variar em cada passe. Durante a deformação o número de defeitos no material aumenta, promovendo o encruamento do mesmo e aumentando a tensão necessária para deformá-io, com isso os mecanismos de amaciamento: recuperação e recristalização, começam a atuar de forma isolada ou combinada, restaurando o material durante e/ou nos intervalos entre passes. Com a necessidade de obtenção de produtos metálicos de boa qualida- 'de, tornou-se necessário conhecer como os parâmetros de deformação atuam na recristalização estática entre passes, bem como nas temperaturas críticas (temperatura de não recristalização, T. temperatura de início de transfornr t mação de fase, ArJ' e temperatura de fim de transformação de fase, Arj) que delimitação as regiões de recristalização e de transformação de fases, e dessa forma melhorar as plantas de laminação nas indústrias controlando todas etapas do processamento. De acordo com a literatura Bai et ai. (1993, p.2151), para temperaturas acima da T nr tem-se a regrao de recristalização estática da austenita, onde os mecanismos de amaciamento atuam com maior intensidade; para temperaturas abaixo da T or e acima da ArJ tem-se o achatamento do grão austenítico, com o fim ou a diminuição considerável da recristalização; para temperaturas abaixo da ArJ e acima da Arj tem-se a coexistência das fases austenítica e ferrítica; e fmalmente, para temperaturas abaixo da Arj tem-se apenas a ferrita. Através de ensaios de torção a quente interrompidos, sob resfriamento contínuo, é possível simular no laboratório todo o processamento a quente de aços McQueen (1982, p.445) e ainda obter informações sobre as interações soluto-recristalização e precipitaçãorecristalização. Neste trabalho estudase o efeito da deformação por passe sobre a recristalização estática em um aço médio carbono microligado ao vanádio. 2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL o material utilizado nos experimentos foi um aço com médio teor de carbono microligado ao vanádio. A composição química encontra-se na Tabela 1. Tabela 1- Composição química do aço utilizado (% em peso). Aço Aço V Os ensaios de torção foram realizados no laboratório de Ensaios 46 Cad. Pesq., São Luís, v. 12, n. 112, p , jan.rder

3 Termornecânicos do Departamento de Engenharia de Materiais da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar). Os esforços aplicados às amostras, na máquina de torção, por um motovariador com velocidade variando de 25 a 1000 rpm eram medidos por uma célula de carga com capacidade máxima de 1000 kgfxcm (BALANCIN e JORGE JÚNIOR, 1990, p.281). Os corpos de prova com comprimento e raio útil de 20mm e 6mm, respectivamente, eram fixados à máquina e aquecidos por um forno de radiação infraverrnelha, com 6 kw de potência máxima. Através de um controlador, marca Gefran - modelo 3300, eram feitos a programação e controle da temperatura durante os ensaios. A aquisição dos dados foi realizada por um microcomputador interfacetado à máquina que, através de um programa, controlava os ensaios impondo os parâmetros de processamento. Para diminuir os efeitos de oxidação das amostras foi adaptado à máquina um tubo de quartzo, envolvendo os corpos de prova, por onde era injetado um fluxo contínuo de argônio com 2% de hidrogênio. Os ensaios de torção a quente interrompidos foram feitos, inicialmente, com o aquecimento e austenitização das amostras a 1150 C por 10 mino Após o encharque as amostras eram resfriadas continuamente, com taxas constantes, sendo deformadas em seqüências de passes com várias combinações dos parâmetros de processamento, Quadro 1, sendo que, escolhidos os parâmetros, estes eram mantidos constante durante o ensaio. As deformações eram iniciadas em temperaturas denominadas de temperatura de ensaio, Tens'e as deformações consecutivas eram aplicadas a cada decréscimo de 20 C na temperatura. A esquematização do programa de laminação pode ser visto na Figura 1. Para a determinação das temperaturas críticas foi utilizado o método de Boratto e colaboradores (1987, p.i). Como exemplo, pode-se observar a Figura 2, onde várias curvas de tensão versus deformação equivalentes são ilustradas. A tensão média equivalente, TME, versus o inverso da temperatura absoluta, mostrada na Figura 3, para os dados experimentais da Figura 2, revela nestas condições a presença da T nr Quadro 2 - Par~etros processamento. de Deformação por passe; E = 0.1, 0.2, 0.3 e 0.4 Tempo entre passe; t= 205 Temp. de e ncharque ; Tenc= 1150 c Temp. de ensaio; Tens= 1050 C e 1150 c Taxa de deformação, e = 1 s-i T. de Encbarque 600 s T. de Ensaio " t3.,. Resfriado ao ar Tempo Fig. 1: Programa de laminação utilizado. Cad. Pesq., São Luís, v. 12, n. 1/2, p , jan.ider

4 0,0 0,7 1,4 2,1 2,8 Deformação Equivalente Fig. 2: Curvas de tensão x deformação equivalentes % T~ '<? 160 ~ ~ 120 E-< 80 4~,7 0,8 0,9 1,0 1,1 iooo/r (K') Fig. 3: Tensão média equivalente (TME) em função do inverso da temperatura absoluta, calculadas a partir dos dados experimentais mostrados na Figura 2. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Os gráficos da TMlix l/t revelaram que na maioria das vezes os corpos de prova quebravam (material pouco dúctil) antes que os ensaios atingissem as temperaturas de transição de fase, Ar3 e Ar l. Desta forma, só foi possível a determinação da temperatura de não recristalização, T, llr na maioria dos ensaios. Como ilustrado na Figura 3 a curva da TME versus 1000rr revela uma 3,5 mudança na sua inclinação, neste ponto ocorre a T nr fronteira entre duas regiões distintas. A primeira região, para temperatura maiores que a T, llr é definida como região de recristalização, onde a recristalização estática está ocorrendo nos intervalos entre passes, restaurando o aço. Mesmo com o amaciamento do material, a TME continua a aumentar, isso ocorre em função da diminuição da temperatura durante o ensaio. A segunda região, para temperaturas abaixo da T nr s a recristalização já não ocorre ou ocorre menos intensa e o acúmulo de deformação de um passe para outro provoca o encruamento do material, o que eleva de forma mais acentuada o valor da TME. A Figura 4 mostra as curvas da tensão versus deformação equivalentes, com taxa de deformação de l s', tempo entre passes de 20 segundos e diferentes deformações por passe e temperaturas de ensaio. Nessas curvas observa-se que a tensão de descarregamento aumenta de um passe para outro. Esse aumento é devido principalmente ao decréscimo da temperatura durante o ensaio, o qual favorece o encruamento. Comparando as curvas da Figura 4, (a) com (b) e (c) com (d), nota-se que para maior deformação por passe as curvas apresentam uma forma mais acentuada. A Figura 5 mostra esse efeito com detalhe. Curvas com esse tipo de comportamento indicam que o amaciamento, nos intervalos entre passes, ocorre de forma mais eficiente do que em ensaios com deformações menores. 48 Cad. Pesq., São Luís, V. 12, n. 1/2, p , jan./dez

5 '" e, 100.tI" f' { 120 E=30% ]!/fr J E= 10% ~ 6Ov/11 ~ 40 T C!lS =IIS0 C ~ 80 ;111 fi I 0,0 0,5 1,0 1,5 (4a) 2,0 0,0 0,7 1,4 2,1 2,8 (4b) 3,5 200 E=IO% 0,5 1,0 1,5 2,0 (4c) Fig. 4: Curvas de deformação versus tensão equivalentes: (4a) e (4b), Tens= 1150 C e (4c) e (4d),T cns = c (4d) // / I / 80 I s 5 80.I~ ~ l ~ /,. > ~ 3 >!! E= 10% l... $ &... E=20% o.....\ o ~ 90 /! '~ E= I s! '~, ~ TO'=1050 C ~ "...\ E= 1s T~=I05O C 50 0,2 0,3 0,4 0,5 5 0,4 0,5 0,6 0,7 (5a) (5b) Fig. 5: Curvas de tensão x deformação equivalentes para o 3 Q e 4 Q passes: (5a) e = 10% e (5b) e = 20%. Cad. Pesq., São Luís, v. 12, n. 112, p , jan.zdez:

6 Observa-se, ainda na Figura 4 que para temperaturas abaixo da T nr, [ Figura. 4(a) - a partir do 9º passe, Figura. 4(b) - a partir do intervalo entre o 7º e o 8º passes, Figura. 4(c) - a partir do 13º passe, Figura.4(d) - a partir do 12º passe] as formas das curvas de escoamento revelam uma tensão de início de carregamento relativamente baixa, indicando que a recristalização continua a acontecer de forma acentuada na região após a Tnr: Esse comportamento revela que o material em estudo, aço rnicroligado com médio teor de carbono, comporta-se diferentemente dos aços rnicroligados com baixo teor de carbono (BAI, 1993, p.2151), ou seja, a recristalização é pouco afetada para temperaturas abaixo da T nr" De acordo com a literatura (SOUSA, 1996, p.l09) o efeito responsável pelo retardamento da recristalização em um aço rnicroligado ao vanádio com médio teor de carbono, para tempos entre passes menores que 30 s, é o arraste de soluto, que é relativamente fraco em retardar a recristalização, quando comparado com a precipitação. Na Figura 6, onde tem-se a variação da TME com o inverso da temperatura absoluta, para as curvas de escoamento apresentadas na Figura 4, observa-se que o aumento da deformação levará a uma elevação no valor da r.; Para verificar melhor o efeito da deformação por passe sobre a T nr, foram ensaiadas amostras com deformação de 0.1, 0.2 e 0.4. A taxa de deformação de ls 1 e tempo entre passes de 20 segundos, foram mantidos constantes durante os ensaios. Os resultados são apresentados na Figura ~ 80 ~ 60 40~~--~~--~--~~--~ 0,72 0,80 0,88 0,96 4~, O% 30% 1O% %»<: 160 i~ 120 l'-< 80 loooff (K 1 ) (6a) T~.. 0,8 0,9 1,0 l000ff (K 1 ) (6b) Fig. 6: TMExlrr, calculadas a partir de dados da Figura 4: (a)t ens = 1150 C e (b) T = 1050 C ens T.,.=IOSO"c 0,0 o, I 0,2 0,3 0,4 Deforrreção por Passe Fig. 7: Efeito da deformação por passe sobre a Tnr"Tens= 1050 C, Tenc= 1150 C, taxa de deformação de Is' e t = 20 s. 1,1 0,5 50 Cad. Pesq., São Luís, v. 12, n. 112, p , jarc/dez

7 o comportamento da Tnr em função da quantidade de deformação imposta em cada passe, ilustrado na Figura 7, mostra que a extensão da recristalização diminui com o aumento da deformação. Como o tempo entre passes foi de 20s e o retardamento da recristalização foi proporcionado pelo vanádio em solução, pode-se entender que embora a restauração a cada passe seja maior para maiores deformações, a medida que a deformação por passe aumenta, a extensão da recristalização diminui devido ao efeito de pré-precipitação. Com o aumento da deformação por passe, há formação de um grande número de agregados de átomos, finamente dispersos, que somados aos átomos de vanádio em solução vão interagir com os contornos de grãos, reduzindo dessa forma a extensão da recristalização. 4 CONCLUSÃO Como resultados obtidos neste trabalho, pode-se concluir que: a) a diminuição da temperatura durante o ensaio favoreceu o encruamento do material, fazendo com que a tensão de descarregamento, de um passe para outro, aumente; b) para deformações maiores o amaciamento do material nos intervalos entre passes é mais eficiente; c) a recristalização é pouco afetada para temperaturas abaixo da T, nr devido ao efeito de arraste de soluto que é relativamente fraco em retardar a recristalização; d) a Tnr aumenta com a deformação imposta, para tempo entre passes de 20 s; e) com o aumento. da deformação por passe a extensão da recristalização diminui, em virtude do efeito de pré-precipitação que é relativamente forte em retardar a recristalização. REFERÊNCIAS BA1, D. Q. et al., Effect of deformation parameters on the no-recrystallization temperature ln: Nb-bearing steels, Metallurgical Transactions A, U.S.A., v. 24A, p. 2151, BALANCIN, O.; JORGE JÚNIOR, A. M., Estudo da trabalhabilidade a quente de materiais metálicos através de ensaios de torção, In: CONGRESSO ANUAL DA ABM,45, Anais... São Pedra, SP: ABM, 1990, p.28l. V. 2. BORATTO, F. et alo Projeto de esquemas de laminação controlada através de ensaios de torção computadorizado. In: CONGRESSO LATINO AMERICANO, Anais... São Paulo: ABM, p.l. COHEN, M., HANSEN, S. S. HSLA steels: metallurgy and applications. ln: Gray, J.M.; Zhang, T.Ko.S.; WU. B.;. XIE,X. Proc. Int. Conf. on HSLA Steels'85. Japan: ASM, p.6l. McQUEEN, H. J. Review of simulations of multistage hot-forrning of steels, Canadian Metallurgical Quarterly, Canada, v.21, n. 4, p. 445, Cad. Pesq., São Luís, li. 12, n. 1/2, p , jan.zdez:

8 ROBERTS, w., HSLA steels: technology and application. MetaIs Park, Ohio: ASM, p.33, SAMUEL, F. H. et al. Effect of dynamic recrystallization on microstructural evolution during strip rolling, ISIJ International, U.S.A., v.30, p.216, SOUSA, R. C., Estudo dos efeitos dos parâmetros de processamento na temperatura de não recristalização, Tnr, de um aço médio carbono microligado ao vanádio. São Carlos, 1996, 109f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Departamento de Materiais, Universidade Federal de São Carlos. São Carlos, Cad. Pesq., São Luís, v. 12, n. 112, p , jan.rdez: 2001.