Acos_Microligados_ARBL_de_Alta_Resistenc

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Aços Microligados - ARBL - de Alta 
Resistência e Baixa Liga 
Aços de alta resistência e baixa liga, são definidos 
como: 
Aços específicos com composição química especialmente 
desenvolvida para proporcionar mais altos valores de 
propriedades mecânicas, e, em alguns casos melhor 
resistência à corrosão atmosférica do que aquela obtida em 
aços carbono convencionais. 
 São produzidos com maior ênfase nas propriedades 
mecânicas do que na composição química. 
 Não podem ser considerados aços de alta liga, pois os teores 
de elementos de liga adicionados aos aços ARBL são muito 
mais baixos do que em aços de outras categorias, como aços 
inoxidáveis, aços ferramenta e etc. 
 Podem ser produzidos na condição de laminados com 
resistência ao escoamento na faixa de 290 a 550 MPa e 
resistência à tração na faixa de 415 a 700 MPa. 
 Por causa de seu baixo teor de carbono apresentam excelente 
soldabilidade. 
 Os graus de classificação de aços ARBL são definidos pelos 
níveis de resistência ao escoamento e não pela composição 
química. 
 
Os mecanismos de endurecimento: 
a) refino de grão; 
b) precipitação; 
c) alta densidade de discordâncias; 
d) endurecimento por solução sólida; 
e) envelhecimento com deformação. 
 
A sua produção pode envolver: 
a) pequenas adições de elementos formadores de carbetos e 
nitretos (microligantes); 
b) laminação controlada; 
c) resfriamento controlado; 
d) controle de forma de inclusões. 
 
Elementos de liga 
a) Teor de carbono entre 0,05-0,25% para não prejudicar 
conformabilidade e soldabilidade. 
b) Cobre, titânio, vanádio, nióbio e são adicionados para 
aumentar a resistência pelo refino do tamanho de grão. 
c) Silício, cobre, níquel, cromo e fósforo são adicionados 
para aumentar a resistência à corrosão. 
d) Cálcio, zircônio, e elementos de terras raras são 
adicionados para sulfeto de inclusão de controle de forma 
de inclusões de sulfetos (globulização), que aumenta 
conformabilidade. 
 
 
 
 
Tipos de Aços de Alta Resistência e Baixa liga 
Na denominação de mercado, os aços de alta resistência e 
baixa liga são classificados em: 
 
a) Aços Patináveis - projetados para ter resistência à 
corrosão atmosférica elevada 
b) Aços de laminação controlada - laminados a quente para 
desenvolver uma estrutura austenítica altamente 
deformada que se transforma em uma estrutura ferrítica 
equiaxial de grãos finos no resfriamento. 
c) Aços com perlita reduzida - reforçados por uma 
estrutura de grão finos de ferrita e endurecimento por 
precipitação, porém com baixo teor de carbono e, 
portanto com pouca ou nenhuma perlita na 
microestrutura 
d) Aços Microligados – contém pequenas adições de 
elementos como nióbio, vanádio e/ou titânio para 
refinamento do tamanho de grão e/ou endurecimento 
por precipitação 
e) Aço com ferrita acicular – possuem teores muito baixos 
de carbono e endurecibilidade suficiente para gerar uma 
estrutura de ferrita acicular muito fina e resistente no 
resfriamento, no lugar da estrutura ferrítica poligonal 
usual 
f) Aços dual phase ou bifásicos – processados para 
microestrutura de ferrita contendo pequenas regiões de 
martensita de alto carbono uniformememnte 
distribuídas, resultando num produto com baixo limite de 
escoamento e alta taxa de encruamento, gerando um aço 
de alta resistência e conformabilidade superior. 
 
 
 
 
 
 
Obtenção dos Aços ARBL 
 
O desenvolvimento dos aços ARBL é um interessante caso 
de conjugação de interesses econômicos e tecnológicos. O uso de 
pequenas adições de nióbio para endurecer os aços ferrítico-
perlíticos foi introduzido em 1936, mas àquela época o custo do 
nióbio e a falta de demanda por aços deste tipo tornaram o processo 
pouco mais do que uma curiosidade científica. Entretanto, ao final 
dos anos 1950, a queda no preço do nióbio e uma simultânea 
demanda por maior resistência mecânica, tenacidade e 
soldabilidade nos aços para tubulações levaram a um ressurgimento 
do interesse pelo desenvolvimento dos aços ARBL 
Posteriormente, o desenvolvimento dos aços ARBL passou a se 
concentrar nos fatores que controlam a ductilidade, a tenacidade e a 
conformabilidade, especialmente no caso de aços com 
microestrutura ferrítico-perlítica, que constituem a maioria dos 
aços ARBL. Entretanto, inicialmente o projeto desses aços era 
baseado na resistência à tração, com pouca atenção dispensada à 
resistência ao escoamento, à tenacidade e à soldabilidade, pois o 
processo mais comum de junção era o rebitamento. 
Consequentemente os aços apresentavam teores de 
carbono da ordem de 0,3 %, havendo poucas modificações ao longo 
de muitos anos. Na época (início dos anos 1930) os teores de 
manganês e carbono eram mais altos, enquanto os teores de silício 
eram mais baixos. O carbono era o elemento de liga mais barato e 
aumentava a resistência à tração desses aços, que eram utilizados na 
condição como laminados, mas com pouco ou nenhum controle de 
temperaturas de laminação. Por volta de 1934 o teor de carbono 
ainda era relativamente alto, da ordem de 0,27 %, mas o teor de 
manganês já havia aumentado para 1,5 %, segundo as especificações 
da época. 
O advento do uso da soldagem, em substituição ao 
rebitamento como processo de junção, exigiu a redução do teor de 
carbono. Então, a resistência mecânica foi mantida pelo aumento do 
teor de manganês, embora não haja nenhuma evidência de ganho de 
tenacidade. 
As falhas de estruturas soldadas por fratura frágil resultou 
no reconhecimento do fato de que a tenacidade à fratura e ao 
impacto são propriedades essenciais, e assim tornou-se evidente a 
necessidade de obter baixa temperatura de transição de impacto. 
Também foi evidenciado que a resistência ao escoamento 
é uma propriedade mais relevante do que a resistência à tração. 
Assim, o teor de carbono foi reduzido ainda mais, enquanto o teor 
de manganês foi mantido em níveis bem elevados. As vantagens de 
altas razões entre os teores de manganês e de carbono para a 
tenacidade ao impacto são consideráveis, e finalmente passou a ser 
considerado também como requisito a obtenção de grãos finos. 
O refino de grão pela adição de elementos refinadores 
como alumínio e nitrogênio foi então introduzido, mas isso só pôde 
ser utilizado em aços na condição de normalizados. O resultado foi 
um aumento de resistência ao escoamento de 225 para 300 MPa e 
uma redução na temperatura de transição de impacto para valores 
inferiores a 0 ºC. 
Aumentos adicionais de resistência ao escoamento foram 
então obtidos através de endurecimento por precipitação, porém 
ainda mantendo baixo teor de carbono e alto teor de manganês em 
aços com tamanhos de grãos bem finos. Foram utilizados o nióbio, o 
vanádio e o titânio, sendo o nióbio o elemento de liga mais usado, 
por permitir um aumento de resistência mecânica na condição como 
laminada, que economicamente era vantajosa. Entretanto, a 
tenacidade ao impacto não era satisfatória, porque no material como 
laminado os grãos eram grosseiros. 
A solução para o problema do material laminado com grãos 
grosseiros foi realizar a laminação de acabamento cem baixas 
temperaturas, que, além de produzir grãos finos, também manteve 
algum grau de endurecimento por precipitação. A resistência 
mecânica obtida aumentou para o patamar de 450 a 525 MPa, com 
temperaturas de transição de impacto tão baixas quanto – 80 ºC. 
Esses aços ARBL produzidos por laminação controlada, quando 
submetidos a refino de grão e endurecimento por precipitação 
através das adições de nióbio, apresentaram a vantagem econômica 
de uma composição balanceada, assim permitindo alto rendimento 
de produção. 
Posteriormente os esforços de desenvolvimento desses 
aços concentraram-se em aumentar a conformabilidade, 
particularmente em melhorar a ductilidade através da espessura e a 
tenacidade na placa. A ocorrência de arranjos planares localizadosde inclusões não metálicas não é apenas prejudicial à tenacidade e 
ductilidade, mas também resulta num defeito de soldagem 
denominado arrancamento lamelar. Para resolver esse problema 
passou-se a fazer uso intensivo de adições de zircônio, cério ou 
cálcio. 
As microestruturas de muitos aços ARBL caracterizam-se 
pela presença de ferrita e perlita, mas alguns outros aços dessa 
categoria apresentam outros tipos de microestrutura, como ferrita-
bainita, martensita temperada ou bainita. Os aços bainíticos já 
constituem uma categoria à parte [2]. 
 
Refino de Grão nos Aços ARBL 
 
O refino de grão nos aços ARBL pode ser alcançado 
mediante adições de nióbio, vanádio, titânio ou alumínio. Nióbio ou 
vanádio podem ser adicionados nos aços parcialmente acalmados, 
que permitem maior rendimento de produção (de lingote para 
placa) do que os aços totalmente acalmados, reduzindo assim o 
custo de fabricação. Entre estes dois elementos, o nióbio é o mais 
favorável, uma vez que sua solubilidade na austenita é menor do que 
a do vanádio, e consequentemente favorece mais a formação de 
carbetos e nitretos, de modo que um considerável refino de grão 
pode ser obtido com menores adições deste elemento. O refino de 
grão ferrítico em microestruturas ferrítico-perlíticas é obtido 
mediante restrição ao crescimento de grão austenítico durante a 
laminação a quente ou pela inibição da recristalização da austenita 
durante a laminação a quente, de modo que a transformação de 
austenita para ferrita ocorra a partir de uma austenita não 
recristalizada. 
Na laminação a quente dos aços carbono parcialmente acalmados a 
recristalização da austenita ocorre em temperaturas tão baixas 
quanto cerca de 760 ºC. Uma redução de espessura da ordem de 30 
% já é suficiente para atingir aproximadamente 10 % de 
recristalização. Num aço semelhante contendo 0,03 % de nióbio a 
recristalização em 10 % acontece depois de redução de espessura 
da ordem de 50 % a 925 ºC. isso explica porque é difícil refinar o 
grão em aços carbono até que a temperatura caia abaixo de 815 ºC. 
Geralmente é menos caro normalizar o aço carbono do que 
obter refino de grão por laminação controlada. Por outro lado, o 
refino de grão nos aços ao nióbio pode ser obtido com temperaturas 
de acabamento tão altas quanto 925 ºC. 
Na maioria dos casos, todo o nióbio, carbono e nitrogênio 
estão em solução no começo da laminação a quente da austenita, 
mas ocorre precipitação durante a laminação à medida que a 
temperatura do aço cai. As partículas de precipitado dificultam o 
crescimento dos grãos de austenita, e em temperaturas ainda mais 
baixas as partículas (ou aglomerados pré-precipitação) inibem a 
recristalização dos grãos deformados de austenita. A eficiência dos 
elementos microligantes no refino dos grãos de ferrita está na 
mesma ordem da solubilidade dos seus carbetos na austenita. 
 
Endurecimento por Precipitação nos Aços ARBL 
 
O refino de grão é o mecanismo preferencial de 
endurecimento dos aços ARBL porque também aumenta a 
tenacidade, mas o segundo mecanismo de endurecimento mais 
importante nos aços ARBL é o endurecimento por precipitação. As 
partículas que se formam em altas temperaturas na austenita, 
embora sejam bastante eficientes no controle do tamanho de grão, 
não acarretam endurecimento significativo, por serem muito 
grandes e espaçadas. As partículas efetivamente endurecedoras são 
as que se formam em temperaturas relativamente baixas na 
austenita, na interface ferrita-austenita durante a transformação, a 
na ferrita durante o resfriamento. Devido à elevada solubilidade na 
austenita o nitreto de vanádio (VN) tende a se precipitar na ferrita, 
na qual age como efetivo endurecedor.