Avaliação de chapas grossas de aço 22MnB5 com adições de Nb e Mo, estampadas à quente, e soldadas pelo processo MAG empregando diferentes temperaturas de pré-aquecimento

Abstract

A utilização de aços estampados a quente de alta resistência em veículos automotores tornou-se uma tendência, uma vez que habilita a redução no peso total da estrutura e promove uma maior eficiência energética, resultando em um aumento na produtividade nos transportes e, assim, redução de emissões de gases de efeito estufa. Um dos limitantes no uso desses materiais é a sua conformação à temperatura ambiente, já que possuem baixa conformabilidade. O processo de estampagem a quente consiste na conformação mecânica em temperaturas acima da temperatura de austenitização do aço e, ainda com o material na prensa após conformado, é realizada uma têmpera subsequente, aumentando consideravelmente a resistência mecânica da peça. O aço 22MnB5 + NbMo é excelente para esse tipo de processamento, pois a presença de boro garante uma ótima temperabilidade, enquanto o nióbio e o molibdênio auxiliam no controle de tamanho de grão durante o aquecimento. Uma vez conformado, a aplicação desse material de espessuras grossas pode requerer um processo adicional de soldagem ao arco elétrico, onde o pré-aquecimento pode ser uma alternativa para reduzir os impactos no material, suavizando a taxa de resfriamento e evitando a fragilização microestrutural. Nesse contexto, o presente trabalho avalia o impacto da soldagem ao arco elétrico com pré-aquecimento em chapas grossas do aço 22MnB5 com adições de Nb e Mo, após o endurecimento pelo processo de estampagem a quente. Para isso, foram estampadas a quente e temperadas amostras do material 22MnB5 + NbMo, e então soldadas pelo processo MAG pulsado em condições sem pré-aquecimento e com pré-aquecimento de 50, 120 e 210°C, a fim de avaliar através de microscopia e ensaios mecânicos o impacto da soldagem e das temperaturas de pré-aquecimento. Além disso, foi avaliada a diluição na soldagem e a qualificação do processo de solda por metalografia e ensaio de dobramento. Após a estampagem a quente, o material teve um aumento de cerca de 90% no limite de resistência e foi obtida uma microestrutura predominantemente martensítica auto-revenida, confirmando assim a eficácia do processo de estampagem a quente. As chapas de 7 mm de espessuras foram unidas em um único passe com penetração total e não houve presenças de descontinuidades de soldagem. Foi constatada uma zona afetada pelo calor bastante extensa no material, e uma queda de cerca de 30% na resistência do aço estampado após a soldagem de forma geral. A condição pré-aquecida a 50°C resultou nos melhores resultados de resistência mecânica quando comparada à condição sem pré-aquecimento, evidenciando os benefícios da aplicação desse processo na soldagem.

The use of high-strength hot-stamped steels in automotive vehicles has become a trend, as it enables a reduction in the total weight of the structure and promotes greater energy efficiency, resulting in productivity increase during transport and, thus, reduction of greenhouse gas emissions. One of the limitations in the use of these materials is their conformation at room temperature, since they have low formability. The hot stamping process consists of mechanical conformation at temperatures above the austenitization temperature of steel and, with the material still in the press after being formed, a subsequent quench is performed, considerably increasing the mechanical resistance of the part. The 22MnB5 + NbMo steel is excellent for this type of processing, as the presence of boron (B) ensures excellent hardenability, while niobium and molybdenum help to control the grain size during heating. Once formed, the application of this thick material may require an additional electric arc welding process, where preheating can be an alternative to reduce impacts on the material, smoothing the cooling rate and avoiding microstructural embrittlement. In this context, the present work evaluates the impact of electric arc welding with preheating on thick plates of 22MnB5 steel with additions of Nb and Mo, after hardening by the hot stamping process. For this, samples of the 22MnB5 + NbMo material were hot stamped, tempered, and then welded by the pulsed MAG process in conditions without preheating and with preheating of 50, 120 and 210°C, in order to evaluate through microscopy and mechanical testing the impact of welding and preheating temperatures. In addition, the dilution in welding and the qualification of the welding process by metallography and bending test were evaluated. After hot stamping, the material had an increase of about 90% in the resistance limit and a predominantly martensitic self-tempered microstructure was obtained, thus confirming the effectiveness of the hot stamping process. The 7 mm thick plates were joined in a single pass with full penetration and there were no welding discontinuities. A fairly extensive heat-affected zone was found in the material, and a drop of about 30% in the stamped steel strength after welding in general. The preheated condition at 50°C resulted in the best mechanical strength results when compared to the condition without preheating, evidencing the benefits of applying this process in welding.