Estudo para aplicação do aço bainítico de resfriamento contínuo DIN 18MNCRSIMO6-4 em forjamento a quente

Abstract

A aplicação de processamento termomecânico (PTM) em aços bainíticos de resfriamento contínuo tem o potencial de reduzir custos e melhorar as propriedades mecânicas de componentes forjados, porém, para isto é necessário o entendimento do efeito de cada uma das etapas que compõem um PTM na microestrutura desta classe de aços. No presente trabalho foi realizado um estudo do efeito das etapas de aquecimento e forjamento nas características metalúrgicas do aço DIN 18MnCrSiMo6-4 submetido a rotas termomecânicas e ensaios de forjabilidade. Para a etapa de aquecimento, o crescimento do grão austenítico foi estudado em diferentes tempos e temperaturas de forjamento. Para a etapa de deformação, foram realizados ensaios de compressão de cunha à quente para o entendimento do efeito da deformação na microestrutura. Além disso, rotas termomecânicas com diferentes temperaturas de forjamento foram aplicadas a ensaios de recalque a quente de billets cilíndricos. Estes ensaios tiveram como objetivo compreender o efeito da temperatura de forjamento na microestrutura. A caracterização metalúrgica do aço foi realizada por ensaios de dureza (HRC), microdureza (HV1 e HV0,2), microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e difração de raios-X. Os resultados indicam que temperaturas de 1200 °C na etapa de aquecimento promovem crescimento anormal de grãos. Foi identificado que a deformação plástica modificou a morfologia da microestrutura bainítica, aumentou a dureza, reduziu o teor de carbono da austenita retida. Porém, não afetou a fração desta fase na microestrutura. A temperatura de forjamento afetou sensivelmente o refino do tamanho de grão austenítico prévio (TGAP), e a formação de ferrita poligonal (FP) na microestrutura dos billets processados termomecanicamente. No billet forjado à 1000 °C, a fração de FP atingiu cerca de 30%, por outro lado, o billet forjado a 1200 °C resultou em fração de FP próximas de zero. A formação de FP modificou a formação das outras microestruturas durante o resfriamento. No forjamento a 1000 °C, a formação de ferrita favoreceu a formação de um terceiro microconstituinte a qual indica ser martensita e apenas uma pequena parcela de bainita. Ao aumentar a temperatura de forjamento para 1100 °C e 1200 °C, a fração de FP foi reduzida, assim como a formação do terceiro microconstituinte e uma maior fração de bainita granular foi obtida, resultando em uma microestrutura mais homogênea.

The application of Thermomechanical Processing (TMP) of continuously cooled bainitic steels has the potential of reducing the manufacturing costs and mechanical properties improvement of forged components. However, it is necessary to understand the effects of each TMP step on the microstructure of the steel grade. In this work, the effect of heating and forging on the metallurgical characteristics of the steel DIN 18MnCrSiMo6-4 thermomechanically processed both studied. For the heating step, the austenitic grain growth at different forging temperatures and holding times is investigated. For the deformation step, hot wedge compression tests are performed to understand the effect of the plastic deformation in the microstructure. Moreover, thermomechanical routes with different forging temperatures are applied to hot upsetting tests of cilindrical billets. These thermomechanical experiments have the objective to comprehend the effect of forging temperature on the microstructure. The steel is metallurgically characterized by hardness testes (HRC), microhardness tests (HV1 and HV0,2), optical microscopy, scanning electron microscopy, and X-ray diffraction. The results indicate that temperatures of 1200 °C at the heating step promotes abnormal grain growth. The plastic deformation modified the bainite morphology, increased the hardness, and reduced the austenite carbon content. However, it does not modify the austenite fraction in the microstructure. The forging temperature significantly affects the prior austenite grain size (PAGS), and the polygonal ferrite (PF) fraction in the thermomechanically processed billets. On the one hand, forging the billet at 1000 °C results in 30% of PF. On the other hand, at 1200 °C, the PF fraction reduces to almost zero. The PF formation modifies the formation of latter microconstituents during the cooling. The PF formation at 1000°C favors the formation of a third microconstituent, which indicates to be martensite and only a small amount of bainite. By increasing the forging temperature to 1100 °C and further to 1200 °C, both PF and martensite fraction reduces, and the granular bainite fraction increases, achieving a more homogenous microstructure.