Estudo da aplicação de tratamentos termomecânicos no campo da austenita metaestável em um aço bainítico de baixo carbono e de resfriamento contínuo

Abstract

A introdução da nova classe de aços chamada de aços bainíticos de forjamento é uma das possibilidades para redução de consumo energético na indústria de beneficiamento do aço. Esta nova classe de materiais visa atingir suas especificações de projeto após a etapa de conformação seguida por resfriamento contínuo em ar. O presente trabalho teve como objetivo modificar as condições termodinâmicas da transformação bainítica introduzindo um estágio adicional de resfriamento acelerado antes do estágio de resfriamento contínuo, para que a transformação bainítica iniciasse em baixas temperaturas. Para tanto, após a austenitização em 1200 °C ou 1000 °C, buscou-se resfriar rapidamente as amostras até as temperaturas de 450 °C e 600 °C antes que a transformação bainítica se deflagrasse. Após o resfriamento acelerado, algumas amostras continuaram em resfriamento contínuo sem influência de deformação (0% de redução), enquanto outras foram forjadas com diferentes reduções (10%, 20%, 40% e 60%) antes de seguir o resfriamento contínuo. A caracterização metalúrgica das amostras foi realizada por meio da análise de micrografias ópticas e de varredura oriundas de diferentes regiões das amostras, em função da taxa de resfriamento e grau de deformação aplicado. Além disso, foram realizados ensaios de dureza e difração de raios-X, fornecendo informações metalúrgicas sobre a relação processo-microestrutura dos ensaios realizados. Concluiu-se que, quando não há deformação, a microestrutura favorecida é a da bainita em ripas, com um incremento de dureza e refinamento microestrutural, principalmente quando a transformação se inicia de um grão austenítico menor. Após a aplicação de deformação na temperatura de ≈ 600 °C, as características microestruturais são controladas pela formação de ferrita, principalmente quando o grão austenítico prévio é menor, gerando uma microestrutura heterogênea afetada pelo particionamento intrínseco ocasionado pelo mecanismo reconstrutivo da ferrita. Com a redução da temperatura de forjamento para ≈ 450 °C, foi possível evitar a formação de ferrita poligonal, permitindo que a microestrutura resultante aproveitasse das condições termodinâmicas de transformação em menor temperatura, o que resultou num incremento da fração de bainita e refinamento microestrutural dependendo do grau da deformação local. Este refinamento foi refletido no incremento de durezas e densidade de discordâncias. Em todo os casos, concluiu-se que a deformação favorece a formação de bainita granular.

The introduction of a new class of materials called bainitic forging steels is one of the possibilities for reducing energy consumption in the steel processing industry. This new class of materials aims to achieve its design specifications after the forming stage followed by continuous air cooling. The present work aimed to modify the thermodynamic conditions of the bainitic transformation by introducing an additional accelerated cooling stage before the continuous cooling stage, so that the bainitic transformation started at low temperatures. For this purpose, after austenitization at 1200 °C or 1000 °C, it was sought to rapidly cool the samples to temperatures of 450 °C and 600 °C before the bainitic transformation took place. After accelerated cooling, some samples continued in continuous cooling without strain influence (0% reduction), while others were forged with different reductions (10%, 20%, 40% and 60%) before the subsequent continuous cooling step. The metallurgical characterization of the samples was performed by analyzing optical and scanning micrographs from different regions of the samples, as a function of the cooling rate and degree of applied deformation. In addition, hardness and X-ray diffraction tests were performed, providing metallurgical information about the process-microstructure relationship of the experiments performed. It was concluded that when there is no deformation, the favored microstructure is that of lath-like bainite, with an increase in hardness and microstructural refinement, especially when the transformation starts from a smaller austenitic grain. After strain application at a temperature of ≈ 600 °C, the microstructural characteristics are controlled by ferrite formation, especially when the previous austenitic grain is smaller, generating a heterogeneous microstructure affected by the intrinsic partitioning caused by the ferrite reconstructive mechanism. By reducing the forging temperature to ≈ 450 °C, it was possible to avoid the formation of polygonal ferrite, allowing the resulting microstructure to take advantage of the thermodynamic conditions of lower temperature transformation, which resulted in an increase in the amount of bainite and microstructural refinement depending on the degree of local deformation. This refinement was reflected in the increase of hardness and dislocation density. In all cases, it was concluded that the deformation favors the formation of granular bainite.