Autores
Noris, L.F. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Furtado, A.B. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Garcia, P.S.P. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Velasco, J.A.C. (INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA) ; Ponzio, E.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Alves, O.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Cardoso, J.L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ) ; Pardal, J.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE)
Resumo
Os aços inoxidáveis supermartensíticos (AISM) são uma classe de materiais
requisitados na exploração de petróleo. Entretanto, durante os tratamentos
térmicos empregados para ajuste da dureza pode ocorrer precipitação de fases
prejudiciais. Relacionar as propriedades magnéticas com a dureza pode fornecer,
também, informação da quantindade de precipitados facilitando o controle de
qualidade na fabricação ou aquisição. Neste trabalho, o AISM UNS S41427 passou por
diverentes tratamentos na faixa de 300-670°C para relacionar a dureza com medidas
magnéticas obtendo-se uma relação boa com a indução de saturação (Bs), além disso
a análise do Bs por histerisígrafo apresentou resultados de 1 a 5% inferior aos de
um magnetômetro de amostra vibrante, equipamento mais complexo.
Palavras chaves
Magnetismo; Simulações termodinâmicas; Microestrutura
Introdução
Os aços inoxidáveis supermartensíticos (AISM) são um aprimoramento dos
martensíticos convencionais (AIM) para emprego em condições mais severas na
exploração de petróleo. A redução do teor de carbono faz com que a
microestrutura martensítica destes materiais passe a ser cúbica de corpo
centrado (CCC) em oposição à tetragonal de corpo centrado dos AIM. Entretanto,
durante os tratamentos térmicos empregados para ajuste das propriedades
mecânicas pode ocorrer precipitação de fases prejudiciais, tais fases podem ser
austenita e espécies do tipo metais + carbono e/ou nitrogênio (MX) que ocorre,
preferencialmente, em aços contendo elementos estabilizadores como Ti, Nb e V.
Estas fases podem alterar as propriedades mecânicas e magnéticas do material,
sendo a martensita ferromagnética e mais dura, já a austenita paramagnética e
menos dura. Os ensaios mecânicos são muito requisitados, mas medidas magnéticas
podem dar infomações sobre quantidade de fases precipitadas e a relação desta
com as propriedades mecânicas dos AISM são importantes para facilitar o controle
de qualidade das peças fabricadas ou adquiridas. Dentre estes, as medidas
magnéticas são capazes de indicar presença de fases prejudiciais diretamente
relacionadas com queda da resistência destas ligas. Portanto, este trabalho tem
como foco a relação das fases presentes (e sua composição química acessada por
simulações termodinâmicas) e das respostas à técnicas de magnetização de
saturação a com dureza em amostra de um AISM de designação UNS S41427 revenido
em diversas temperaturas.
Material e métodos
De um tubo foram amostras para realização de 11 tratamentos térmicos distintos,
tendo 3 amostras para cada condição. Todas passaram pelo tratamento de têmpera a
1000ºC por uma hora e com resfriamento em óleo. Destas 8 passaram por
tratamentos de revenido na faixa de 300 a 650°C (8 amostras) todos por 1h,
seguidos de resfriamento ao ar. Finalmente, 2 passaram por um duplo revenido, a
670°C por uma hora e a 600°C por 2 e 8 horas. Estes tratamentos foram escolhidos
baseadas em um estudo prévio realizado por da Da Silva (2011), no qual foi
abordado o efeito de tratamentos térmicos em um aço supermartensítico com
adições de titânio. A composição química do AISM estudado é 12,7Cr5,6Ni1,9Mo0,2V
estando de acordo com a categoria UNS S41427. A medida dureza foi realizada na
escala Rockwell C com 6 medidas em cada amostra para estabelecer uma média, já a
medida de fluxo magnético foi realizada num segundo conjunto de amostras
envoltas em uma bobina e com um marco para fechar o circuito magnético, enquanto
que a magnetização no magnetômetro de amostra vibrante (VSM) pertencente ao
Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas foi feito em um terceiro conjunto, isso
foi feito para melhorar as respostas das diferentes técnicas. A simulação
termodinâmica foi realizada com o software Thermo-Calc pertencente a
Universidade Federal do Ceará usando a base de dados TCFE6 seguindo a composição
química do material.
Resultado e discussão
As simulações termodinâmicas indicam a presença de 3 fases, além da martensita,
nas temperaturas escolhidas para revenido: austenita, MX (M=V, Fe, Cr e X = C e
N), Cr23C6. Estas fases tendem a diminuir o caráter
magnético do material, além disso a precipitação em temperaturas menores tende a
ser mais fina o que endurece o material (possivelmente precipitação de VX) e em
temperaturas maiores a precipitação se torna mais grosseira (austenita,
Cr23C6) diminuindo a dureza. Isto fica evidente nos
resultados de dureza Rockwell, pois a dureza cresce com o aumento da temperatura
de revenido até 500°C (34 HRC) e depois desta ela decai até 25 HRC em 650°C, nas
amostras duplamente revenidas ela fica por volta de 27 HRC (Figura 1). A norma
NACE MR0175/ISO15156 (2015) prevê que a dureza adequada deve ser inferior a 29
HRC para ambientes contendo H2S, sendo muito importante para a
indústria offshore. Como a queda da dureza está relacionada ao surgimento de
fases paramagnéticas foi realizada uma comparação entre o Bs medido pelo
histeresígrafo e a dureza Rockwell (Figura 2), mas isso só foi possível pois a
diferença no Bs medido pelo histeresígrafo e o medido pelo VSM foi pequeno
(entre 1 e 5%). Adotando o valor de 29 HRC fica claro que todas as amostras que
estão dentro do limite apresentaram Bs inferior a 1,25T e estas são as que
apresentam os maiores valores de austenita tanto pela simulação termodinâmica
quanto por comparação da magnetização de saturação (ms). Acima deste
valor não há muita precisão na relação com dureza, pois a precipitação que
remove ferro da matriz ainda não é provavelmente de austenita, que tem papel
principal na queda da dureza.
Dureza do AISM em cada condição de tratamento térmico.
Correleção da dureza com o Bs (histeresígrafo)
Conclusões
A técnica de fluxo magnético se mostrou eficaz para detectar o surgimento de fases
paramagnéticas e, com isso, foi possível relacionar com a precipitação prevista
pelo software Thermo-Calc. A indução de saturação (Bs) no histeresígrafo se
mostrou um bom parâmetro qualitativo acerca da dureza da liga e, como esta
propriedade é um dos requisitos para utilização pela indústria offshore esta
técnica pode ser usada como uma possível técnica alternativa. Nesse sentido, as
amostras com mais austenita e com dureza adequada apresentaram Bs inferior a
1,25T.
Agradecimentos
À PETROBRAS S.A. pelo apoio financeiro e a permissão de divulgar estes resultados,
a EMBRAPII, a CAPES e ao CNPq pelo apoio financeiro e pela concessão de bolsas de
estudo.
Referências
DA SILVA, G. F.; TAVARES, S. S. M.; PARDAL, J. M.; SILVA, M. R.; DE ABREU, H.
F. G. Influence of heat treatments on toughness and sensitization of a Ti-alloyed supermartensitic stainless steel. Journal of Materials Science, vol. 46, n. 24, p. 7737–7744, 2011.
NACE. NACE MR0175 Part 1 - Materials for use in H2S-containing environments in oil and gas production: General principles for selection of cracking-resistant materials, n. 21307, 2015.
