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metadata.dc.type: Dissertação
Title: Estudo da precipitação de fases secundárias em um aço inoxidável duplex UNS S32750 (ASTM 2507)
metadata.dc.creator: Lemos, Guilherme
metadata.dc.contributor.advisor1: Hupalo, Marcio Ferreira
metadata.dc.contributor.referee1: Aguiar, Denilson José Marcolino de
metadata.dc.contributor.referee2: Cintho, Osvaldo Mitsuyuki
metadata.dc.description.resumo: objetivo deste trabalho é o estudo da precipitação de fases secundárias no aço inoxidável duplex UNS S32750 (ASTM 2507), submetido a diferentes tratamentos térmicos de envelhecimento. Os aços inoxidáveis duplex são denominados deste modo por possuírem sua microestrutura composta pelas fases ferrita (CCC) e austenita (CFC) em proporções equivalentes. Estas ligas são utilizadas em aplicações que requerem resistência mecânica (limite de escoamento na ordem de 450-550 MPa) e resistência a corrosão (PRE de 25 a 43), isto é ambientes salinos, indústria petroquímica, química, fabricação de papel, etc. Fases secundárias, tais como intermetálicos, nitretos e carbetos, estão sujeitas a serem precipitadas em uma ampla faixa de temperaturas (500-1.000°C). Primeiramente foi realizada a caracterização do material no estado recebido do fabricante. A composição química foi obtida por WDS e EDS. O coeficiente de partição indicou a preferência do molibdênio pela ferrita e do níquel pela austenita. Foi realizada simulação de cálculos termodinâmicos para obter diagrama de fases e fração de fases, onde constatou-se a faixa de temperaturas para precipitação de fases secundárias. A difração de raios X indicou a presença das fases ferrita e austenita, em quantidades equivalentes. Nas análises por microscopias óptica e eletrônica de varredura, foi constatado morfologia lamelar, onde são observadas regiões intercaladas de ferrita e austenita, característica típica de aços inoxidáveis duplex laminados a quente. Posteriormente, foram realizados os tratamentos térmicos de envelhecimento, na faixa de temperatura de 750-950°C, com tempos variando de 15 minutos a 10 horas. Nas imagens de microscopia óptica, observa-se que a sigma precipita preferencialmente em contornos ferrita-austenita e no interior da fase ferrita, com morfologia resultante da reação eutetóide de ferrita em sigma + austenita secundária e/ou sigma com aspecto massivo. Na microscopia eletrônica de varredura, observa-se que a fase sigma precipita e cresce em diversas morfologias, tais como alotriomorfos, placas laterais, placas laterais secundárias, provenientes de transformação de fase nos contornos de grão; enquanto que o interior da fase ferrita se decompõe pela reação eutetóide em sigma e austenita secundária. Na microdureza Vickers, constatou-se que com o aumento do tempo de tratamento térmico, a microdureza aumenta até atingir 770HV, que indica uma grande quantidade de sigma precipitada. Na microanálise química por EDS, observou-se que os elementos de liga molibdênio (6-10% em massa) e cromo (25-30% em massa) tendem a difundir pra formar a fase sigma, contudo a difusão do molibdênio é mais lenta, devido ao tamanho do seu raio atômico, causando gradientes de composição química na fase sigma. Na quantificação de fases por contagem sistemática manual de pontos, foi verificado que as maiores cinéticas de precipitação de fases secundárias estão nas temperaturas entre 850°C e 900°C, enquanto que a 750°C foi obtida a menor cinética de precipitação. Foi constatado que para envelhecimentos com tempos superiores a 5 horas, na faixa de temperaturas de 750-900°C, que aproximadamente 50% de fração volumétrica do material foi transformada em fases secundárias (sigma e austenita secundária).
Abstract: The aim of this work is the study of secondary phases precipitation in duplex stainless steel UNS S32750 (ASTM 2507), submitted to different aging heat treatments. The duplex stainless steels are named this way because they have a microstructure composed of the ferrite phase (BCC) and austenite phase (FCC) in equivalent quantities. These alloys are used in applications that need mechanical resistance (yield limit in the order 450-550 MPa) and corrosion resistance (range PRE 25 to 43), in the saline environments, petrochemical industry, chemistry, paper factory, etc. Secondary phases, such as intermetallic, nitrides and carbides, are subject to be precipitated over a wide temperature range (500-1,000°C). First, the material was characterized in the state received by the manufacturer. The chemical composition was obtained by WDS and EDS. The partition coefficient indicates the preference of molybdenum to ferrite and nickel to austenite. Thermodynamic calculations simulation was done to obtain phase diagram and phase fraction, where it was found the temperature range for secondary phases precipitation. X-ray diffraction indicated the presence of the ferrite and austenite phases, in equivalent amounts. In the analysis by optical and scanning electron microscopy, lamellar morphology was found, where interspersed regions of ferrite and austenite are observed, a typical characteristic of hot rolled duplex stainless steels. Subsequently, aging heat treatments were onducted, in the temperature range of 750-950°C, with time ranging from 15 minutes to 10 hours. In the optical microscopy images, it can be observed that the sigma phase precipitates preferentially in ferrite-austenite boundaries and within the ferrite phase, with morphology resulting from the ferrite eutectoid reaction in sigma + secondary austenite and / or sigma with massive aspect. In scanning electron microscopy, it was observed that the sigma phase precipitates and grows in several morphologies, such as allotriomorphs, side plates, secondary side plates, from phase transformation in grain boundaries; while the interior of the ferrite phase was decomposed by the eutectoid reaction in sigma and secondary austenite. In Vickers microhardness, it was verified that the increase in heat treatment time, the microhardness increases until to reach 770HV, which indicates a large amount of precipitated sigma. In chemical microanalysis by EDS, it was observed the elements alloy molybdenum (6-10% in mass) and chromium (25-30% in mass), tend to diffuse to form sigma phase, however the molybdenum diffusion is slower, due to the size of atomic radius, that cause chemical composition gradients in the sigma phase. In the phases quantification by the systematic manual point count, it was verified that the secondary phases precipitation kinetics are at temperatures between 850°C and 900°C, while at 750°C was the lowest precipitation kinetics; it was verified that aging heat treatments with times greater than 5 hours, at temperature range 750-900°C, approximately 50% of the volumetric fraction of the material was transformed in secondary phases (sigma and secondary austenite).
Keywords: aço inoxidável duplex
transformação de fases
morfologia
particionamento
quantificação de fases
duplex stainless steel
phase transformation
morphology
partitioning
phase quantification
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Estadual de Ponta Grossa
metadata.dc.publisher.initials: UEPG
metadata.dc.publisher.department: Departamento de Engenharia de Materiais
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências de Materiais
Citation: LEMOS, Guilherme. Estudo da precipitação de fases secundárias em um aço inoxidável duplex UNS S32750 (ASTM 2507). 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Materiais) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, 2020.
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/3158
Issue Date: 27-Feb-2020
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