AVALIAÇÃO DA SOLDABILIDADE DO AÇO SINCRON-WHS-800T QUANDO SOLDADO PELO PROCESSO FCAW

Transcrição

1 Título do projeto: AVALIAÇÃO DA SOLDABILIDADE DO AÇO SINCRON-WHS-800T QUANDO SOLDADO PELO PROCESSO FCAW Linha de Pesquisa: Metalurgia da Transformação. Soldagem Justificativa/Motivação para realização do projeto: Como complementação de seu portfólio e visando atender ao mercado cada vez mais exigente, a Usiminas desenvolveu um aço como limite de escoamento mínimo de 700 MPa temperado diretamente na Linha de Laminação de Chapas Grossas seguido de revenimento. Esse aço foi denominado SINCRON-WHS-800T. De modo a viabilizar a utilização e comercialização desse aço, faz-se necessário o conhecimento de aspectos relativos à sua engenharia de aplicação, principalmente em termos de soldabilidade por se tratar de um material de elevada resistência mecânica. Objetivos: Avaliar a soldabilidade do aço SINCRON-WHS-800T, de 40,50 mm de espessura, pelo processo de soldagem por arame tubular, empregando distintos aportes térmicos. Estratégia experimental planejada para se alcançar os objetivos: Determinação da temperatura de preaquecimento através do ensaio TEKKEN; Soldagem das amostras do aço pelo processo de arame tubular com aportes térmicos de 1,5 e 3,0 kj/mm; Caracterização microestrutural das amostras soldadas; Realização de ensaios mecânicos (tração,dobramento e charpy) de corpos de prova extraídos das amostras soldadas; Correlação entre os valores de propriedades obtidas nos ensaios mecânicos, microestrutura e condições de soldagem avaliadas. Principais referências consultadas: MODENESI, P.J. Soldabilidade dos aços transformáveis. Apostila técnica. Belo Horizonte, MG:UFMG ARAÚJO, C.S. Revisão Bibliográfica sobre Resfriamento Acelerado de Chapas Grossas. Relatório Parcial de Estudo de P&D. (2006) 1

2 1. Introdução Atualmente, existe uma tendência de utilização de aços de alta resistência e baixa liga (ARBL) nos diversos setores da construção mecânica. Esses aços são microligados, com teores de elementos de liga inferiores a 0,1%, sendo usados alumínio, vanádio, titânio ou nióbio, e conter ainda cobre, molibdênio, níquel ou cromo dependendo da aplicação a que se destinam. Seu processo de produção é muito importante para garantir os mecanismos de endurecimento responsáveis por sua elevada resistência mecânica, empregando-se comumente laminação controlada (laminação com um controle restrito da temperatura e quantidade de deformação em seus passes) seguida por um resfriamento acelerado ao final da laminação ou por um tratamento térmico de normalização (MODENESI, 2010). O processo de têmpera direta (DQ - Direct Quench), é empregada para a produção de uma ampla gama de aços destinados a diversos setores que exigem elevada resistência mecânica, vida em fadiga, tenacidade e boa soldabilidade como vasos de pressão, pontes e maquinários pesados. Quando comparado com os tradicionais aços temperados e revenidos, para mesmo níveis de resistência mecânica, os aços DQ possuem projetos de ligas que favorecem a tenacidade e sua soldabilidade. Em função de sua composição química menos carregada, os aços DQ apresentam melhor soldabilidade que os seus antecessores aços temperados e revenidos. Em função da espessura que se deseja trabalhar faz-se necessário a utilização ou não preaquecimento, para minimizar a probabilidade de ocorrência de trincas induzidas por hidrogênio, e os aportes de calor empregados devem ser limitados a valores máximos, a serem determinados através de estudos de soldabilidade, para se evitar a perda de resistência mecânica da junta soldada. (MODENESI,2011). Como complementação de seu portfólio e visando atender ao mercado cada vez mais exigente, a Usiminas desenvolveu um aço com limite de escoamento mínimo de 700 MPa temperado diretamente na Linha de Laminação de Chapas Grossas seguido de revenimento. Esse aço foi denominado SINCRON-(WHS)-800T (Weldable High Strength steels). De modo viabilizar a utilização e comercialização de novos aços, faz-se necessário o conhecimento de aspectos relativos à sua engenharia de aplicação, principalmente em termos de soldagem já que uma série de problemas pode ser originária desse processo. Dessa forma, esse estudo tem como objetivo principal avaliar a soldabilidade do aço SINCRON-WHS-800T de 40,50 mm de espessura, empregando distintos aportes térmicos. 2. Materiais e Métodos 2.1. Material Será empregado chapa na espessura de 40,50 mm de um aço de Limite de escoamento mínimo 700 MPa (nome comercial: SINCRON-WHS-800T), produzido industrialmente na condição de tempera direta e posterior tratamento térmico de revenimento. 2

3 A faixa de composição química e as propriedades mecânicas em tração especificada desses aços são mostrados nas tabelas 1 e 2 respectivamente. Tabela 1: Especificação de composição química do aço SINCRON-WHS-800T ( % massa) C Mn P Ni Si Cu Mo Cr Ceq. 0,25 1,50 0,025 0,20 0,50 0,35 0,08 0,40 0,54 Ceq = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni + Cu)/15 Tabela 2: Especificação de propriedades mecânicas em tração do aço SINCRON-WHS-800T Al (%) Aço LE (MPa) LR (MPa) BM 50mm SINCRON-WHS-800T ~ Onde: LE: Limite de Escoamento; LR: Limite de Resistência; AL: Alongamento; BM: Base de Medida Inicialmente serão realizadas análise de verificação de composição química, análise metalográfica, ensaios mecânicos de tração longitudinal e transversal e curva de transição Charpy Ensaio de Soldabilidade Tekken O ensaio Tekken avalia a suscetibilidade dos aços ao trincamento a frio, tanto na ZF, como na ZTA e também auxilia na escolha da temperatura mínima de préaquecimento necessária para a soldagem. Esse ensaio é caracterizado pelo emprego de um chanfro em Y, como mostra o esquema da figura 1, motivo pelo qual também é denominado ensaio com chanfro Y Figura 1 Representação esquemática dos CPs para ensaio Tekken 3

4 Na tabela 3, são apresentados os parâmetros de soldagem que pretende-se avaliar.no processo de soldagem serão empregados dois níveis de aportes térmicos, 1,5 e 3,0 KJ/mm, comumente utilizados na industria de fabricação de maquinas agriculas, guindastes e equipamentos em gerais que utilizam açõs ARBL. Tabela 3: Parâmetros de soldagem FCAW que se pretende avaliar nesse trabalho. Consumível (AWS) Corrente (A) Tensão (v) Velocidade (mm/min) Aporte de Calor (kj/mm) A5.28 E110C-G 270±10 28±2 300±20 1,5±0,1 1,6 mm Ø 310±10 32±2 300±10 3,0±0,1 Obs: Temperatura de preaquecimento e entre passes devem ser as mesmas determinadas no ensaio de Tekken 2.3. Avaliação das Juntas Soldadas As amostras do aço SINCRON-WHS-800T serão soldadas pelo processo de soldagem arame tubular com proteção gasosa (FCAW-Flux Cored Arc Welding). A geometria da junta soldada, bem como, suas dimensões está ilustrada na tabela 4. Tabela 4: Projeto de junta a ser utilizado Espessura (e) Abertura da raiz (F) Ângulo do chanfro Geometria da juntas (mm) (mm) (A ) 40, /- 2 mm 30 +/- 5 mm Análise Metalográfica das Juntas Soldadas Serão avaliados os aspectos macrográficos e micrográficos das juntas soldadas, com o auxílio da microscopia ótica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) Ensaios mecânicos das Juntas Soldadas Serão realizados ensaios de tração e charpy. A figura 2 representa esquematicamente a posição dos corpos de prova em relação ao cordão de solda. Os corpos de prova serão confeccionados conforme o código ASME seção IX e ensaiados de acordo a norma ASTM A370. A tenacidade das juntas soldadas será avaliada através do ensaio de impacto Charpy, conforme norma ASTM E23. Os ensaios serão realizados na temperatura de -10ºC. Os Corpos de provas (CPs) serão do tipo full size nos dimensioais ( 10 x 10 x 55 mm) e amostrados a ¼ da espessura, transversalmente ao cordão de solda. Serão amostrados CPs localizados nas seguintes regiões da Zona termicamente afetada (ZTA): linha de fusão (LF), LF + 1 mm, LF + 3 mm,lf + 5 mm. Também será avaliado a tenacidade Charpy do cordão de solda (CS), para cada posição serão ensaiados 4 cps. 4

5 Posteriormente aos ensaios de impacto Charpy, serão avaliadas a superfície de fratura de alguns CP s, a fim de evidenciarmos o mecanismo de fratura operante. Esta analise será realizada com auxilio do Microscópio eletrônico de varredura-mev. Figura 2 Ilustração dos locais para amostragem dos cps de Charpy,Tração e metalografia. 3. Infra-Estruturas e Recursos Necessários Toda etapa experimental deste projeto será realizada com recursos próprios e nos laboratórios da Usiminas. (i) Laboratório de ensaios mecânicos e metalográficos 1. Preparação de corpos de prova e realização de ensaios de tração nas direções transversal e longitudinal em relação ao sentido de laminação. Os ensaios serão realizados à temperatura ambiente. 2. Determinação das curvas de transição dúctil-frágil através da realização de ensaio de Impacto Charpy, em corpos de prova retirados transversalmente ao sentido de laminação. 3. Ensaio de Tração e Charpy das Juntas Soldadas. (ii) Laboratório do centro de pesquisa e desenvolvimento: 1. Ensaio Tekken; 2. Avaliação das Juntas Soldadas; 3. Análise Metalográfica das Juntas Soldadas; 4. Cronograma de Execução O desenvolvimento do estudo deverá seguir as seguintes etapas: 1. Revisão bibliográfica; 2. Realização dos testes; 3. Defesa de proposta; 4. Análise dos resultados; 5

6 5. Discussão dos resultados; 6. Defesa da dissertação. Tabela Cronograma de desenvolvimento da dissertação Período Etapa T17 2T17 3T17 4T17 1T18 2T18 3T18 4T18 5. Referências Bibliográficas MODENESI, P.J. Soldabilidade dos aços transformáveis. Apostila técnica. Belo Horizonte, MG:UFMG MODENESI, P.J. Soldabilidade de algumas ligas metálicas. Apostila técnica. Belo Horizonte, MG:UFMG ARAÚJO, C.S. Revisão Bibliográfica sobre Resfriamento Acelerado de Chapas Grossas. Relatório Parcial de Estudo de P&D. (2006) CALOI, Giselle.; Análise da Soldabilidade do Aço API 5LX80 por meio dos Testes Tekken e de Implante. Tese de Mestrado. Rio de Janeiro, RJ: PUCRJ, KASUYA, T.; YURIOKA, N.; Determination of Necessary Preheat Temperature to Avoid Cold Cracking under Varying Ambient Temperature. Welding & Joining Research Center. Nippon Steel Corporation, AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEER - ASME, SECTION AND IX Qualification Standard for Welding and Brazing Procedures, Welders, Brazer, and Welding and Brazing Operators. (QW462) AMERICAN STANDARDS FOR TESTING MATERIALS - ASTM E23. Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials