Título do projeto: SOLDABILIDADE DE UM AÇO ACLIMÁVEL DE ALTO SILÍCIO PARA CONSTRUÇÃO METÁLICA COM RESISTENCIA EXTRA A CORROSÃO MARINHA

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1 Título do projeto: SOLDAILIDADE DE UM AÇO ACLIMÁVEL DE ALTO SILÍCIO PARA CONSTRUÇÃO METÁLICA COM RESISTENCIA EXTRA A CORROSÃO MARINHA Linha de Pesquisa: Metalurgia da Transformação. Soldagem e Processos afins. Justificativa/Motivação para realização do projeto: Corrosão é um grande problema na utilização de aços em estruturas. Têm sido desenvolvidas diversas combinações de elementos de liga nos aços com a finalidade de diminuir o efeito da corrosão através da camada de pátina formada na superfície. A soldagem destes aços também necessita de maiores informações devido a elevada adição de alguns elementos de liga, como no caso deste aço o elemento silício em torno de 2% em massa. Objetivos: Geral Comparar o desempenho em solda dos aços USISAC300MAR e USISAC350. Específico - Avaliar os processos SAW e FCAW em diferentes condições de aporte de calor; - Avaliar o desempenho da junta soldada no ensaio de corrosão acelerada; - Avaliar o desempenho dos consumíveis quanto a integridade das juntas soldadas; - Teste Varestraint para avaliação de trinca a quente causada pelo fósforo. Estratégia experimental planejada para se alcançar os objetivos: Laminação de uma placa de aço aclimável e preparação de amostras para a realização da soldagem em nos processos FCAW e SAW com aportes térmicos alto e baixo, comparando com o aço USISAC300 e realização de ensaios mecânicos na região das juntas soldadas. Principais referências consultadas: AMERICAN WELDING SOCIETY AWS D1.1. Structural welding Code. American National Sandard MODENESI, P. J.; MARQUES, P. V.; SANTOS, D.. - Introdução a Metalurgia da Soldagem. elo Horizonte, MG: UFMG, WĘGLOWSKI, M. St., ZEMAN, M. - Prevention of cold cracking in ultra-high strength steel Weldox Outubro SILVA, A. P., ARAÚJO, C. S., DOMINGUES, J. R., MODENESI, P. J. AVALIAÇÃO DA SUSCEPTIILIDADE À FISSURAÇÃO NA SOLIDIFICAÇÃO DO AÇO USI-SAC- 350,

2 SOLDAILIDADE DE UM AÇO ACLIMÁVEL DE ALTO SILÍCIO PARA CONSTRUÇÃO METÁLICA COM RESISTENCIA EXTRA A CORROSÃO MARINHA Área de Concentração: Metalurgia Física 1- INTRODUÇÃO A corrosão do aço gera uma dificuldade na sua utilização. Com o passar do tempo, quase todas as estruturas feitas em aço mostram, por menor que seja, algum ponto de corrosão. Muitos esforços são direcionados na solução do problema da corrosão. Na década de 1930 foi desenvolvido o aço Cor-ten pela United States Steel para a indústria ferroviária, que tinha como virtude combinar desempenho anticorrosivo superior e resistência mecânica mais elevada, possibilitando a construção de vagões mais leves e duráveis (Dutra, et al, 2013). Esse aço deu origem aos aços conhecidos como patináveis, cuja camada de óxidos desenvolvida sobre a superfície durante o processo de corrosão atmosférica é capaz de reduzir as taxas de corrosão a valores mais baixos comparativamente aos aços carbono comuns, ou não patináveis. uscando atender este mercado de aços patináveis, a Usiminas desenvolveu os aços da família SAC Soldável alta resistência a corrosão. Apesar de os resultados contra a corrosão obtidos pelos aços desta família terem se mostrado satisfatórios ao longo do tempo de exposição à maioria dos ambientes, eles ainda são limitados quando na presença de íons cloreto. Este trabalho se propõe a estudar o processo de soldagem e o desempenho contra a corrosão atmosférica de um novo aço desenvolvido pela Usiminas com baixo teor de cobre e carbono e alto teor de silício denominado USISAC300MAR, o qual apresenta resistência extra contra a corrosão atmosférica. Por se tratar de um aço de elevado silício e baixo carbono, o material apresenta uma microestrutura na ZAC parecida com a dos aços inoxidáveis ferríticos, porém em um material processado via laminação de chapas grossas. A soldagem é o mais importante processo industrial de fabricação de peças metálicas (Modenesi et al, 2012). Considerando o elevado teor de silício deste novo aço, é relevante conhecer as condições adequadas de soldagem desse aço, de modo a evitar prejuízos na qualidade estrutural da junta, sejam eles mecânicos ou relacionados à uma eventual maior susceptibilidade à corrosão. 2- OJETIVOS Geral Comparar os desempenhos em solda e contra a corrosão atmosférica do aço USISAC300MAR com silício em torno de 2% em massa e baixo cobre com um aço de teor de silício em torno de 1% em massa, catalogado na Usiminas como USISAC350. Específico - Avaliar os desempenhos contra a corrosão em ensaios cíclicos de corrosão e em câmara de névoa salina; 2

3 - Avaliar as propriedades das juntas soldadas do aço USISAC300MAR e do aço USISAC 350 quando empregado os processos de união FCAW e SAW; - Avaliar o desempenho da junta soldada no ensaio de corrosão acelerada; - Avaliar o desempenho dos consumíveis quanto a integridade das juntas soldadas; - Avaliar a tendência à fissuração à quente devido à presença de fósforo no metal base através do ensaio Varestraint. 3- MATERIAIS E MÉTODOS Processo de produção do aço O material a ser estudado na dissertação de mestrado será produzido partindo de uma placa de aço com espessura de 252 mm, reaquecida e laminada, sendo resfriado ao ar livre como mostra a figura 1. Figura 1 Laminador chapas grossas Usiminas, incluindo forno de reaquecimento de placas, laminador e linha de tesouras. O produto final será uma chapa laminada plana, com dimensões aproximadas de 25,4 x 2440,0 x 12000,0 mm (E x L x C) que será estudada Composição química O aço USISAC300MAR que será estudado tem especificação de composição química conforme a Tabela 1e propriedades mecânicas conforme mostrado na Tabela 2. Tabela 1 Composição química (% em massa) do aço USISAC300MAR. C Si Mn P S Al Cu Cr < 0,10 1,5 a 3,0 <0,50 <0,100 <0,010 <0,100 <0,30 <0,50 Tabela 2 Propriedades mecânicas do aço USISAC300MAR. LE (MPa) LR (MPa) Alo (%) Valor obtido Especificação > > Retirada das amostras 3

4 Serão retiradas 10 amostras na dimensão de 800 x 600 mm do aço USISAC300MAR e 10 amostras na mesma dimensão do aço USISAC350 laminado em chapa grossa com espessura de 25,00 mm. 3.4 Ensaios de caracterização Duas amostras do aço USISAC300MAR serão enviadas ao laboratório de ensaios mecânicos da Usiminas para realização de ensaios de caracterização do material, com ensaios de tração, charpy, dureza, dobramento e metalografia. 3.5 Soldagem A soldagem realizada será executada em amostras do aço USI SAC300 MAR retiradas transversalmente a direção de laminação. Será utilizando chanfro do tipo ½ V com abertura de raiz de 10 ± 2 mm, ângulo de 30º e utilização de backing metálico de 12,5 mm de espessura, conforme ilustrado na tabela 2. A soldagem será executada através dos processos arco submerso (Submerged Arc Welding SAW) e arame tubular (flux cored arc welding FCAW) utilizando os equipamentos de soldagem do Centro de Pesquisa Usiminas. Os parâmetros de soldagem SAW e FCAW que se pretende avaliar também são apresentados na tabela 3. TAELA 3: Parâmetros de Soldagem e chanfro. Processo Aporte 1 Aporte 2 Consumível solda (AWS) FCAW 1,5 kj/mm 2,5 kj/mm A5.29 E81T1W2 1,6 mm SAW 3 kj/mm 5 kj/mm A5. 23 F8AZ EM12K-G 4,0 mm Desenho esquemático do chanfro 3.6- Avaliação da Soldabilidade Ensaio Tekken Para a determinação da temperatura de preaquecimento e, assim, a suscetibilidade ao trincamento a frio (Węglowski et al, 2013), será executado o ensaio Tekken ou Y groove, conforme a norma JIS Z3158. O ensaio consiste na soldagem com eletrodo revestido de corpos de prova de alta restrição, figura 2, em aportes de calor baixo, geralmente entre 1,5 1,8 kj/mm, com eletrodo de baixo hidrogênio. Figura 2: Representação do corpo de prova para o ensaio Tekken (cotas em mm). 4

5 3.6.2 Ensaio Varestraint O ensaio Varestraint é um dos testes mais comuns para avaliar a susceptibilidade à fissuração a quente em soldas (Silva, 2004). Neste teste é possível avaliar a soldabilidade do metal base e também determinar a influencia de um processo em particular de soldagem associado com as variáveis de soldagem sobre o trincamento a quente Propriedades Mecânicas das Juntas Soldadas Após os testes de soldagem, serão realizados ensaios para caracterização dos aços USISAC300MAR e USISAC350. O ensaio de tração com corpos de prova retirados na seção transversal ao cordão de solda e ensaiados nas especificações da norma ASTM A370. O ensaio de charpy terá os corpos de prova retirados na região da solda, os corpos de provas (CP s) serão retirados de uma região correspondente ao centro da espessura, transversalmente ao cordão de solda. Serão utilizados CP s localizados nas seguintes regiões da Zona termicamente afetada (ZTA): linha de fusão (LF), LF + 3 mm e LF + 5 mm. Serão ensaiados três CP s para cada condição. A análise metalográfica será realizada através de microscopia ótica (MO) e microscopia ótica de varredura (MEV) e ensaio de dureza vickers Testes de corrosão Serão realizados ensaios cíclicos com simulação de atmosfera marinha e industrial, com 7 dias cada ciclo. 4- INFRA-ESTRUTURA E RECURSOS NECESSÁRIOS Para realização deste estudo, serão utilizados: a. Laboratório de ensaios mecânicos e metalográficos da Usiminas: 1. Realização dos ensaios preliminares para caracterização do aço: Tração transversal e longitudinal, determinação da curva de transição de charpy, ensaio de dobramento longitudinal e transversal, ensaio de dureza e metalografia; 2. Ensaio de tração e charpy das juntas soldadas. b. Laboratório do centro de pesquisa e desenvolvimento: 1. Soldagem; 2. Ensaio Tekken; 3. Ensaio de Dureza Máxima; 4. Análise Metalográfica das Juntas Soldadas. c. Laboratório da UFMG: 1. Ensaio Varestraint. 5

6 5- CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO Realização dos créditos Produção da chapa de aço USISAC300MAR Corte das amostras Ensaios de caracterização Ensaio Tekken Soldagem Ensaios de tração, charpy e dureza Ensaio Varestraint Ensaios de corrosão Elaboração da dissertação Publicação do tema da dissertação Produção acadêmica e participação em eventos Apresentação da dissertação de mestrado REFERÊNCIAS ILIOGRÁFICAS AMERICAN STANDARDS FOR TESTING MATERIALS ASTM A 370. Test methods and definitions for mechanical testing of steel products JAPANESE INDUSTRIAL STANDARD JIS Z3158. Method of Y - groove weld cracking test. Japanese Standard Association AMERICAN WELDING SOCIETY AWS D1.1. Structural welding Code. American National Standard DUTRA, A. S., OFF, U., MARQUES, A. S., SCHAEFFER, L. Estudo analisa o uso de aços estruturais resistentes a corrosão atmosférica. Revista Corte & Conformação de Metais. Nº 93, pag. 86, MODENESI, P. J.; MARQUES, P. V.; SANTOS, D.. - Introdução a Metalurgia da Soldagem. elo Horizonte, MG: UFMG, SILVA, A. P., ARAÚJO, C. S., DOMINGUES, J. R., MODENESI, P. J. AVALIAÇÃO DA SUSCEPTIILIDADE À FISSURAÇÃO NA SOLIDIFICAÇÃO DO AÇO USI-SAC- 350, WĘGLOWSKI, M. St., ZEMAN, M. - Prevention of cold cracking in ultra-high strength steel Weldox Outubro