Metalurgia da Soldagem - Soldabilidade aços carbono, baixa liga e inoxidáveis

Prévia do material em texto

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO 
Universidade Federal de Ouro Preto 
Escola de Minas – Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais 
Grupo de Estudo Sobre Fratura de Materiais 
Telefax: 55 - 31 - 3559.1561 – E-mail: demet@em.ufop.br 
 
 
 
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO 
Universidade Federal de Ouro Preto 
Escola de Minas – Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais 
Telefax: 55 - 31 - 3559.1561 – E-mail: demet@em.ufop.br 
 
 
 
 
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO 
Universidade Federal de Ouro Preto 
Escola de Minas – Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais 
Grupo de Estudo Sobre Fratura de Materiais 
Telefax: 55 - 31 - 3559.1561 – E-mail: demet@em.ufop.br 
 
 
 
Prof. Luiz Cláudio Cândido 
candido@em.ufop.br 
TECNOLOGIA E METALURGIA DA SOLDAGEM 
(MET 140) 
METALURGIA da SOLDAGEM 
Metalurgia da Soldagem de Aços: 
Carbono, Baixa Liga e Inoxidáveis 
Sumário 
• Introdução; 
• Exemplo de relação Estrutura X Propriedades; 
• Produtos de Transformação da Austenita; 
• Aços Baixo Carbono e baixa liga: ZF e ZTA; 
• Aços Inoxidáveis: ZF e ZTA 
 
 
2 
Metalurgia da Soldagem 
Solidificação em uma junta soldada 
3 
Transformação e microestruturas de um aço-carbono (ligas ferríticas) 
Representação esquemática de fases e constituintes de um aço em função da velocidade de resfriamento após austenitização. 
4 
Metalurgia da Soldagem 
5 
Representação esquemática de microestruturas de um aço hipoeutetóide em função 
de sua velocidade de resfriamento a partir do campo austenítico. 
Introdução 
Operações de soldagem 
Ciclos térmicos 
Possibilidade de mudanças na 
composição química 
+ 
Fonte: Kou. 
Transformações metalúrgicas 
e mecânicas nos materiais 
Macroestrutura de junta de aço A633 soldado por processo laser. 
Fonte: Kou. 
6 
Resistência mecânica de um aço em função de seu carbono equivalente. 
 OBS.: Carbono equivalente (Segundo o IIW): 
 
 CE = %C + %Mn/6 + (%Cr + %Mo + %V)/5 + (%Ni + %Cu)/15 
 O CE é empregado para relacionar a temperabilidade de um aço e sua soldabilidade; 
 quanto maior for o seu valor, mais temperável será o aço e pior sua soldabilidade. 
• Os aços carbono são ligas de Fe-C, com a quantidade de carbono usualmente inferior a 
0,5%, e contendo em quantidades pequenas e variáveis de Mn, P, S e Si. 
 As propriedades mecânicas e a soldabilidade destes aços dependem fundamentalmente da 
% de carbono contida, embora sofram influência dos demais elementos assim como dos ciclos 
térmicos envolvidos. 
6
)SiMn%(
C%Ceq

 3
P%
15
)CuNi%(
5
Cr%
4
Mo%
6
Mn%
C%Ceq 


Outras: 
7 
Introdução 
8 
Classificação dos Aços: 
 
 Aços carbono: teores de Mn e Si menores que 1% e 0,4%, respectivamente. 
 
 Aços baixo carbono - %C < 0,25% 
 Aços médio carbono – 0,25% < %C <0,50 
 Aços alto carbono - %C > 0,50 
Maior resistência 
mecânica 
Menor ductilidade 
e soldabilidade 
Maior 
Teor de carbono 
9 
Tratamento Térmico x Soldagem 
Comparação entre soldagem e tratamentos térmicos de um aço; 
 (a) processos térmicos; (b) diagrama de fases Fe-C. 
10 
Representação esquemática de diferentes ciclos térmicos. 
(a) ciclos térmicos utilizados na geração de curvas convencionais de diagramas CCT; (b) ciclos térmicos em 
soldas; os números em (b) correspondem a localizações na ZTA (HAZ). 
11 
Solda: “fusão com tratamento térmico” 
Pré-aquecimento: 
- aquecimento prévio da junta entre 50 e 540ºC; 
- reduz produção de martensita; 
- recomendado para aços de alto carbono e teor de liga. 
Onde 
12 
Temperaturas de pré-aquecimento 
13 
Temperaturas de pré-aquecimento 
14 
Pós-Aquecimento 
15 
A temperatura de 50 a 100°C acima da temperatura de pré-aquecimento 
Resfriamento 
Resfriar a peça lentamente em meio isolante 
Sem Pré-Aquecimento devido: 
16 
• Peça de grandes dimensões 
• Soldagem no local de trabalho 
• Falta de equipamento 
• Outros fatores 
 
 
4. Soldagem para aços acima de 0,30%C 
• Cordões curto; máximo de 50mm 
• Martelamento com o cordão quente 
• Cordões alternados 
• Soldar isolado de correntes de ar 
5. Resfriamento lento em meio isolante ou em meio abrigado de 
corrente de ar 
1. Limpeza 
2. Preparação 
3. Seleção do material de adição em função da aplicação 
Técnicas de soldagem para aços sem tratamentos térmicos 
e/ou termoquímicos 
17 
1 – Limpeza mecânica ou química 
2 – Preparação da peça (chanfrar, usinar, alinhar, fixar, etc.) 
Preparação de Juntas 
18 
Esp. < 4mm 
Esp.= 4 a 8mm 
Preparação de Juntas 
19 
Esp.= 6 a 20 mm 
Esp.= 6 a 40 mm 
Esp.> 40 mm 
Preparação de Juntas 
20 
Distribuição de Passes 
21 
Seleção dos materiais de adição (eletrodo revestido) 
22 
 
 
Para aços de baixo e médio teor de carbono 
 
 
AWS E 7018 - Maior resistência mecânica 
 
 
AWS E 6013 - Para chapas finas e estruturas leves 
 
AWS E 6010 - Passe de raiz em tubulações e peças sujas e ou 
contaminadas 
Seleção dos materiais de adição (eletrodo revestido) 
23 
 
Para aço de alto e altíssimo teor de carbono 
 
- Ligas especiais de cromo e níquel selecionados em função da 
aplicação 
 
Exemplos de materiais de adição: 
 Eutectrode 680 / Xuper 680 CGS / Eutectrode 690 
 XHD 646 / EC 4022 / XNT 2222 
Introdução 
24 
Classificação dos aços: 
 
 Aços de alta resistência mecânica e baixa liga: Teores em peso 
de carbono variando de 0,06% a 0,25%, (Mn) até 1,90% e 
quantidades de (Cr), (Ni), (Mo), (Cu), (N), (V), (Nb) e (Ti) 
combinadas. 
 correlação entre estrutura e propriedades mecânicas dos aços 
Relação entre deformação e 
limite de escoamento de 
vários tipos de aços, baixa, 
alta, e ultra alta resistência 
mecânica (ULSAB, 2005). 
Introdução 
25 
 Aços de alta resistência mecânica e baixa liga 
 
Elementos de liga 
Formando 
compostos 
intermetálicos 
Formando 
carbonetos 
Dissolvidos na 
matriz 
Propriedades mecânicas 
Aços ARBL 
Estrutura 
Otimizada 
Composição 
Química adequada 
Laminação 
Controlada(*) 
(*) TMCP: thermomechanically 
controlled process steels 
Introdução 
26 
Classificação dos Aços: 
 
 Aços baixa liga: com adições de elementos de liga até 5%; 
 Aços média liga: com adições entre 5% e 10%, e; 
Aços alta liga: com adições superiores a 10%. 
 
Como exemplo de aços alta liga tem-se os inoxidáveis: >10,5% 
(em massa) de Cr. 
Introdução 
27 
Estrutura final da Zona Fundida e ZTA: 
 
Estrutura inicial Composição 
química 
Ciclos térmicos Outros 
Processo de soldagem 
Diluição 
Número de passes 
Aporte térmico 
Pré aquecimento 
Método de Proteção 
Contaminação 
. 
. 
. 
Inclusões 
Gases 
Interações escória 
Tratamentos pós-
soldagem 
28 
Exemplos de relação Estrutura X Propriedades 
Efeito da proporção de ferrita acicular na tenacidade ao impacto em juntas soldadas de aço baixo carbono. 
Fonte: Kou. 
29 
Produtos de transformação da austenita na soldagem de aços ARBL 
Primária 
Widmanstätten 
Bainita 
Martensita 
Acicular 
Austenita 
Fo
rça M
o
triz: Δ
G
<0
 
 
Cinética da transformação Fontes: Kou e Thewlis. 
Microestruturas da ZF (aços BC e de baixa liga) 
Resfriamento na soldagem: 
A ZF torna-se austenítica e, posteriormente, se decompõe, resultando em diferentes 
produtos (fases e constituintes). 
Estes produtos aparecem emdiferentes proporções, tanto em função do estado inicial da 
austenita, como das condições de resfriamento e das solicitações mecânicas resultantes 
da soldagem. 
A microestrutura final da ZF, em uma solda em um só passe, será formada por estes 
produtos e pelos elementos da estrutura primária que não sofreram transformações (por 
exemplo, inclusões). 
As fases resultantes da decomposição da austenita são basicamente: ferrita, cementita e 
martensita. 
Além destas, pequenas quantidades de austenita podem permanecer inalteradas (austenita 
retida ou residual) e diferentes precipitados (carbonetos, nitretos, etc.) e inclusões podem 
existir. 
30 
a) Ferrita de contorno de grão 
Como resultado da ação dos diferentes mecanismos de transformação, estas 
fases/constituintes podem aparecer segundo uma série de morfologias que podem ser 
classificadas como: 
b) Placas laterais de ferrita 
c) Ferrita poligonal 
d) Ferrita acicular 
e) Perlita 
f) Constituintes intermediários 
g) Martensita 
h) Precipitados e outros constituintes 
31 
32 
Produtos de transformação da austenita na soldagem de aços ARBL 
 
 
grão 
austenítico 
contorno de grão 
partícula de inclusão 
ferrita de contorno de grão 
placas laterais ou Widmanstatten 
ferrita acicular 
bainita 
martensita 
austenita 
curva de 
resfriamento 
Tempo (log) 
Te
m
pe
ra
tu
ra
 
Curva de resfriamento contínuo esquemática para metal de solda de aço microligado de baixo carbono, 
(Adaptação KOU, 2003). 
Estruturas Zona Fundida – Aços Baixa Liga 
33 
•Metais de solda possuem condições de solidificação e 
resfriamento singulares; 
 
• Portanto é razoável imaginar que os constituintes 
possuam morfologia característica; 
 
• No caso dos aços ferríticos, o IIW propôs metodologia 
padrão; 
 
• Outros pesquisadores, por exemplo Thewlis (2004), 
têm sugeridos novas metodologias e nomenclaturas... 
Estruturas Zona Fundida – Aços Baixa Liga 
34 
Categoria principal 
do constituinte 
Subcategoria do constituinte Abreviação 
Ferrita primária PF 
Ferrita de contorno de grão PF(G) 
Ferrita intergranular PF(I) 
Ferrita com segunda fase FS 
Ferrita com segunda fase não-alinhada FS(NA) 
Ferrita com segunda fase alinhada FS(A) 
Placas laterais de ferrita (side plates) FS(SP) 
Bainita FS(B) 
Bainita superior FS(UB) 
Bainita inferior FS(LB) 
Ferrita acicular AF 
Agregado ferrita carboneto FC 
Perlita FC(P) 
Martensita Martensita em ripas M(L) 
Martensita maclada M(T) 
Fases/constituintes na classificação 
de estrutura do metal de solda (ZF) 
de aços baixo carbono e baixa liga 
do IIW 
(COLPAERT, 2008) 
MO 
MEV ˃ identificação de 
estruturas mais finas 
(a) Esquema da ferrita primária de contorno de grão. (b) Formação de veios de ferrita de 
contorno de grão na estrutura de grãos colunares da Austenita na ZF. 
Estruturas Zona Fundida – Aços Baixa Liga 
Ferrita de Contorno de Grão, PF(G) 
• Primeiro constituinte a se formar pela decomposição da Austenita 
(800°C-850°C). 
Ferrita poligonal intragranular, PF(I) 
Baixa Δt(800-500) 
Baixo teor de elementos 
de liga 
+ 
35 
Estruturas Zona Fundida – Aços Baixa Liga 
1 - Ferrita poligonal intragranular; 2 – Ferrita primária de contorno de grão. 
Aço 0,06%C, 1,4%Mn soldado por arco submerso. Fonte: Thewlis. 
36 
Desenho esquemático da morfologia das placas laterais de ferrita. Nucleação a 
partir de contorno de grão e em ferrita primária. 
Estruturas Zona Fundida – Aços Baixa Liga 
Ferrita com segunda fase alinhada, FS(A) 
37 
• Engloba constituintes que tendem a apresentar aparência similar 
em MO. Ferrita de Widmanstätten e Bainita superior. 
Segregação de carbono 
para austenita 
Teores médios de 
carbono (0,2% e 0,4%) + 
Estrutura grosseira e com 
pequena diferença de 
orientação cristalina 
+ 
Geralmente indesejável na ZF 
Estruturas Zona Fundida – Aços Baixa Liga 
Ferrita com segunda fase não alinhada, FS(NA) 
38 
• Segundo o IIW, FS(NA) é formada por ferrita envolvendo 
completamente microfases (carbonetos ou AM – austenita- 
martensita) ou grãos de ferrita acicular. 
1 – Ferrita primária intragranular; 2 – Ferrita com segunda fase alinhada; 3 – Ferrita com 
segunda fase não alinhada. Fonte: Thewlis. 
Estruturas Zona Fundida – aços Baixa Liga 
Ferrita Acicular (FA) 
39 
Representação esquemática de ferrita acicular nucleada intergranularmente. 
Formação em 
temperaturas tão baixas 
quanto bainita 
Nucleação heterogênea: 
inclusões, precipitados, 
etc. 
+ 
Estrutura muito refinada 
com grande diferenças 
cristalográficas 
+ 
No geral melhora a tenacidade, 
sobretudo ao impacto da ZF 
Fluxograma para classificação de constituintes em metal de solda; classificação similar à do IIW. 40 
Fluxograma para classificação de constituintes em aço de baixo carbono (segundo Anelli e Di Nunzio). 41 
Schematics showing the dube classification of ferrite morphologies. 42 
Esquema da classificação de Dubé, modificada por Aaronson, para as formas da ferrita em aços; (a) alotriomorfos; (b) ferrita 
Widmanstätten primária e secundária (“placas laterais de ferrita”); (c) ferrita Widmanstätten em “dentes de serra”; 
(d) idiomorfos; (e) ferrita Widmanstätten intergranular e (f) ferrita massiva. 
43 
44 
Ilustração de ferritas primárias alotrimórficas e idiomórfica. 
Representação esquemática de ferrita alotriomórfica (primária e secundária). 
45 
An illustration of the essential constituents of the primary microstructure of a steel weld deposit. The diagram is inaccurate in 
one respect, that inclusions cannot be expected to be visible in all of the acicular ferrite plates on a planar section of the 
microstructure. This is because the inclusion size is much smaller than that of an acicular ferrite plate, so that the chances of 
sectioning an inclusion and plate together are very small indeed. 
46 
Presença de ferrita alotriomórfica. 
47 
Representação esquemática de morfologias de ferrita. 
48 
Diferentes morfologias de ferrita pró-eutetóide em aço com C = 0,37%, Mn = 1,50 %e V = 0,11%, transformado isotermicamente a 700°C. 
Observa-se ferrita alotriomórfica nucleada nos contornos de grão austeníticos anteriores e ferrita idiomórfica. 
 A matriz transformou para martensita no resfriamento brusco após o tratamento isotérmico. 
Diferentes morfologias de ferrita pró-eutetóide em aço com C = 0,37%, Mn = 1,50% e V = 0,11%, transformado isotermicamente a 640°C. 
Observa-se ferrita alotriomórfica nucleada nos contornos de grão austeníticos anteriores e ferrita idiomórfica. 
 A matriz transformou para martensita no resfriamento brusco após o tratamento isotérmico. É possível ver claramente uma inclusão não-metálica 
no interior do cristal idiomórfico assinado. MEV. 49 
Predominately acicular ferrite microstructure of a low-carbon and low-alloy steel weld. 
50 
Calculated variations in microstructure and mechanical properties as a function of 
carbon concentration in Fe–1Mn–C wt.% steels deposit using manual metal arc welding (1kJ/mm). 
51 
Schematic showing effect of alloy additions, cooling time from 800 to 500°C, weld oxygen content, and austenite grain size. 
52 
53 
Diagrama esquemático para os diferentes mecanismos que retardam a transformação bainítica para obtenção de ferrita acicular como principal 
constituinte: (a) efeito do tamanho de grão austenítico. (b) contorno de grão austenítico preenchido com ferrita alotriomórfica: enriquece a 
austenita em frente à interface α/γ em carbono, tornando a interface “envenenada”. (c) presença de inclusões eficientes para a nucleação deferrita 
acicular (Adaptação BABU, 2004). 
54 
Diagrama esquemático mostrando a 
influência de elementos de liga na 
estrutura do metal de solda. 
Fotomicrografias de metal de solda 
(b) Ferrita de Widmanstätten 
(FS(A)); (c) Ferrita Acicular. 
Fonte: Bhadeshia. 
Estruturas Zona Fundida – Aços Baixa Liga 
Martensita (M) 
55 Fonte: Thewlis. 
Aços de maior temperabilidade; 
Grandes velocidades de resfriamento; 
Pode ser autorevenido, por exemplo em alguns aços baixa liga. 
 
Martensita em ripas em metal de solda 
de aço 0,13%C. Processo laser. 
Martensita maclada em aço com 0,27%C 
soldado a laser. 
56 
Fotomicrografia óptica do metal de solda (ZF) (região central do cordão de solda) na condição como soldado (CS). Aspecto típico da 
microestrutura de metal de solda: ferrita primária (FP), ferrita com segunda fase (FS) e ferrita acicular (FA). Ataque Nital 5%, 500X. Fonte: 
Dissertação de Mestrado de ARAÚJO, L.C.S., Influência de Tratamentos Térmicos Pós Soldagem na Microestrutura e Propriedades 
Mecânicas de juntas de aço que atende ao grau API 5L X70Q Soldado pelo Processo SMAW – REDEMAT, 2013. 
 
Estruturas Zona Fundida – Aços Baixa Liga 
Estruturas Zona Fundida – Aços Baixa Liga 
a) b) 
c) 
1 – Ferrita com segunda fase alinhada 
2 – Ferrita de contorno de grão 
3 – Ferrita acicular. 
 
Teores de manganês: a) 0,86%, b) 1,5%, c) 2,17%. 
 
Soldagem SAW. Fonte: Paranhos, Apud Modenesi. 
57 
58 
Fotomicrografia óptica de uma região da zona fundida (passe de enchimento) do material como soldado (CS). Em destaque algumas partículas 
brancas que podem ser constituinte M-A e/ou agregados ferrita carbonetos. Ataque Le Pera, 400X. 
Fonte: Dissertação de Mestrado de ARAÚJO, L.C.S. – REDEMAT, 2013. 
 
Estruturas Zona Fundida – Aços Baixa Liga 
O constituinte AM (Austenita 
retida-martensita) forma-se a 
partir da austenita enriquecida 
em carbono rejeitado pela 
transformação da ferrita em 
altas temperaturas. 
 
A maioria dos autores considera 
tal constituinte prejudicial à 
tenacidade das juntas. 
Microestrutura da ZF (1,53%Mn e 0,94%Ni) obtida na 
soldagem SAW. 
O círculo mostra o constituinte AM. MEV. 
Ataque: Nital 2% e Picral 2%. Aumento 1000x (Paranhos, 
1984). Fonte: Modenesi. 
59 
60 
Fotomicrografia de região do metal de solda na condição como soldado (CS). Ataque Le Pera. 
FC: ferrita-carbonetos e M-A: martensita/austenita retida. 6.000X, MEV. 
Fonte: Dissertação de Mestrado de ARAÚJO, L.C.S. – REDEMAT, 2013. 
 
61 
Fotomicrografia de uma região da ZF do material soldado e submetido a tratamento térmico de normalização. 
Ataque Le Pera. a) 4000X; b) 8000X. M-A-B: agregado martensita/austenita retida/bainita, MEV. 
Fonte: Dissertação de Mestrado de ARAÚJO, L.C.S. – REDEMAT, 2013. 
 
62 
Fotomicrografia da região do metal de solda na condição como soldado. Ataque Le Pera, 1500X. 
Destaque para seta indicando indentação próxima a um constituinte não atacado pelo reagente Le Pera, MEV. 
Fonte: Dissertação de Mestrado de ARAÚJO, L.C.S. – REDEMAT, 2013. 
 
Valores de indentações realizadas dentro de constituintes M-A por microdureza Vickers. 
Fonte: Dissertação de Mestrado de ARAÚJO, L.C.S. – REDEMAT, 2013. 
 
Influência da composição química, presença de precipitados e 
velocidade de resfriamento 
• Podem existir, contudo, diferentes comportamentos para um elemento e outro. Por ex., 
segundo Cochrane, adições de Si e Al favorecem a formação de estrutura de placas laterais, 
enquanto que Mn e Mo não. 
• A influência da composição química, presença de precipitados e da velocidade de 
resfriamento na formação dos diferentes constituintes é complexa. 
• Resultados de trabalhos com a soldagem ao arco submerso parecem indicar que a formação 
das diferentes morfologias da ferrita é influenciada pela presença de inclusões e, portanto, 
pelo teor de oxigênio na solda. 
 
• Diferentes elementos podem, entretanto, afetar de forma diferente detalhes da reação de 
decomposição da austenita. 
 
• Em geral, a presença de um elemento de liga diminui a velocidade de decomposição da 
austenita, favorecendo a ocorrência desta transformação a uma temperatura mais baixa, ou 
mesmo suprimindo-a, para uma velocidade de resfriamento suficientemente elevada; 
63 
• Por ex., estruturas de placas laterais são mais comuns em soldas com mais de cerca de 
450ppm de oxigênio. 
• Obviamente, estes valores são somente ilustrativos, pois devem depender da velocidade de 
resfriamento da solda, sua composição química e o tipo de fluxo utilizado, este último 
afetando a quantidade, tamanho e composição das inclusões formadas. 
• Embora não seja ainda claro, acredita-se que as inclusões possam afetar a formação da 
microestrutura, fornecendo sítios para a nucleação intragranular ou impedindo o crescimento 
excessivo de grãos austeníticos pelo ancoramento de seus contornos. 
 Por outro lado, a ferrita acicular é mais predominantemente para teores intermediários, por 
exemplo, entre 450 e 250ppm. 
 
 Teores muito baixos de oxigênio favoreceriam a formação de estruturas bainíticas. 
64 
Discuti-se, a seguir, de forma resumida o efeito de alguns elementos químicos na 
microestrutura da ZF: 
- Carbono: é, possivelmente, o mais importante elemento em termos de sua influência na 
microestrutura da solda dos aços. 
 
 Teores elevados deste elemento não são usualmente usados para se evitar a formação de 
martensita maclada. 
 
 Em geral, o seu teor fica entre 0,05 e 0,15% (massa). Nesta faixa, o carbono controla 
principalmente a quantidade de carbonetos formados, mas também favorece a formação de 
ferrita acicular em lugar da ferrita primária de contorno de grão; 
- Manganês: promove um refinamento da microestrutura. 
 Um aumento de seu teor até cerca de 1,5% leva à formação de ferrita acicular em lugar de 
ferrita primária de contorno de grão, e de placas laterais de ferrita; 
-Silício: é o principal desoxidante do metal de solda, sendo, neste aspecto, cerca de 4X mais 
efetivo que o manganês. 
 Não é muito efetivo para promover a formação de ferrita acicular, favorecendo mais estruturas 
de placas laterais; 
- Níquel: influencia a microestrutura de forma similar, mas menos intensa do que o Mn, 
favorecendo o refinamento da estrutura e a formação de ferrita acicular. 
 Em termos de propriedades mecânicas, o Ni tem um importante efeito benéfico na tenacidade 
da solda; 
65 
As próximas figuras mostram a influência de alguns elementos de liga na microestrutura do 
metal de solda obtido pelo processo SMAW com energia de soldagem de cerca de 1kJ/mm. 
- Molibdênio e Cromo: estabilizam a ferrita e aumentam a temperabilidade fortemente. 
 Tendem a reduzir a quantidade de ferrita de contorno de grão, favorecendo a formação de 
ferrita acicular e, principalmente, de bainita superior (FS(UB)). 
Pode-se observar que, com o aumento do teor do elemento de liga, a temperabilidade do metal de 
solda é aumentada, e ocorre uma tendência de reduzir a quantidade de PF, e aumentar a 
quantidade de AF. 
Microestrutura da ZF obtida na soldagem SMAW em função do teor de Mn para (a) 0,045%C e (b) 0,145%C. 
66 
Em alguns casos, a quantidade de FS, após ser reduzida com o aumento do teor de elemento 
de liga, passa a aumentar. 
 
Este comportamento pode ser interpretado com uma redução da fração volumétrica de ferrita 
Widmanstätten (FS(SP)), que substituída principalmente por ferrita acicular, e, quando a 
temperabilidade da solda se torna suficientemente elevada, bainita (FS(B)) passa a ser formada 
no lugar de AF. 
Finalmente, para teores suficientemente elevados de elementosde liga, regiões de martensita 
podem ser formadas na zona fundida. 
Microestrutura da ZF obtida na soldagem SMAW em função do teor de Ni; M – martensita. 
67 
Microestrutura da ZF obtida na soldagem SAW com diferentes teores de Mn; (a) 0,86%Mn; (b) 1,50%Mn; 
(c) 2,17%Mn. (1) ferrita com segunda fase alinhada; (2) ferrita primária de contorno de grão; (3) ferrita acicular. 
Ataque: Nital 2%; 500X. 
68 
Microestrutura da ZF obtida na soldagem SMAW em função do teor de Cr para (a) 1,0%Mn e (b) 1,8%Mn. 
69 
Influência do teor de Mn na (a) microestrutura e (b) na tenacidade (ensaio de impacto Charpy) da ZF de aços com 
baixo teor de carbono. 
70 
Effect of manganese content of weld metal on the relative amounts of the microstructural constituents 
present. Carbon content maintained at 0.03%. 
71 
Changes in the as–deposited microstructure of steel welds as a function of chromium or molybdenum concentration in a 
series of low–alloy steel weld deposits (after Evans). 
Notice that in each case, the fraction of acicular ferrite goes through a maximum as the concentration of Cr/Mo increases. 
The region labelled “ferrite with aligned second phase” by Evans has been subdivided schematically into regions A and B, 
representing Widmanstätten ferrite and bainitic ferrite microstructures respectively, to indicate that the maximum arises 
because at high alloy concentrations, acicular ferrite is progressively replaced by bainite. 
72 
Schematic summary of the mechanism and data on the transition from an acicular ferrite microstructure to 
one containing increasing quantities of bainite sheaves. 73 
74 
An illustration of the effect of austenite grain size in determining whether the microstructure is predominantly acicular ferrite 
or bainite. 
A small grain sized sample has a relatively large number density of grain boundary nucleation sites and hence bainite 
dominates, whereas a relatively large number density of intragranular nucleation sites leads to a microstructure consisting 
mainly of acicular ferrite. 
Velocidade de resfriamento (VR) 
•Quanto maior a VR, menor a temperatura necessária para ocorrer a decomposição da austenita. 
•Harrison fez um estudo do efeito da VR, empregando-se dilatometria, com metal de solda contendo Mn 
e Ni. 
 Os resultados obtidos mostraram que 
 
 com baixa VR, (t800/500  100s), obtinha-se em contorno de grão ferrita primária, PF(G) e perlita, 
FC(P); 
 
 em velocidades intermediárias, (t800/500  20s), ferrita acicular fina e grosseira; 
 
 para altas VR, (t800/500  1,5s), a tendência é a formação de uma microestrutura martensítica, 
dependendo da temperabilidade do aço. 
75 
Efeito de inclusões e outros sítios para nucleação 
•O teor de oxigênio no metal de solda tem efeito marcante na tenacidade deste. 
 Curvas CRC mostrando três maneiras de transformação de 
metal de solda em função do teor de oxigênio: 
 (a)  0,01%O2; (b)  0,03 a 0,06%O2; (c) > 0,06% O2. 
•Existe um teor ótimo de oxigênio que favorece a formação da ferrita acicular: 
76 
•O Al tem efeito complexo, porque seu teor ideal no metal de solda está relacionado com o 
potencial de oxigênio do consumível utilizado. 
 
 A relação ideal, encontrada por Terashima e Hart, é 
 
 [%Al] / [O2]  28 
 
 correspondendo à menor temperatura de transição dúctil/frágil para um ensaio de impacto 
(Charpy), com 35J de energia absorvida. 
 
Para esse valor, a densidade de inclusões por área é máxima e é o tamanho ideal para nuclear a 
ferrita acicular. 
 Relação entre a razão [%Al] / [%O2] para um metal de solda de aço microligado desoxidado com Si-Mn-Al-Ti; (a) temperatura de 
transição dúctil/frágil determinada com a energia absorvida de 35J; (b) distribuição e tamanho de inclusões. 
•Para baixos teores de Al, o Ti tem papel ativo na nucleação da ferrita acicular, devido seu efeito 
desoxidante. 
 
 Acredita-se que envolvendo as inclusões de silicato de manganês, forma-se uma fina camada de 
TiO que favorece a nucleação de ferrita (acicular). 77 
 Relação entre a % de ferrita acicular e a % de Ti (ou TiO) nas inclusões geradas pela soldagem com arco submerso. 
Changes in the microstructure of the heat affected zone of welds, as a function of the heat input during welding; 
(a) steel containing titanium oxide particles; (b) ordinary steel without inclusion inoculation. 
78 
Schematic showing HAZ microstructure in selected high heat input welds. 
(a) titanium oxide steel; (b) titanium nitride steel. AF, acicular ferrite; UB, upper bainite. 
79 
HAZ toughness of titanium nitride and titanium oxide steels with 420MPa (60ksi) yield strength. 
80 
Continuous-cooling transformation diagram for weld metal of low-carbon steel. 
81 
Diagrama esquemático TRC para um depósito de cordão de solda, mostrando a relação do campo da fase ferrita 
acicular com os outros constituintes (fases). 
82 
Schematic of weld CCT diagram showing selected microstructures. 
83 
Influência da energia de soldagem na curva de resfriamento e da composição 
química em um diagrama TRC – ZF 
A figura mostra, em um diagrama TRC esquemático, a influência genérica da velocidade de 
resfriamento (relacionada com a energia de soldagem), do teor de elementos de liga e do teor de 
oxigênio da solda na formação de sua microestrutura. 
84 
Typical peak temperature versus cooling time diagram, showing the effects of these parameters of a weld thermal cycle on 
the final transformation products, on hardness, and Charpy V-notch impact energy. M, martensite; B, bainite; F, ferrite. 
Figures in squares indicate the hardness (30 HV); Figures in ovals indicate the 21 J (16 ft · lbf) transition temperatures for 
Charpy V-notch impact specimens subjected to a specific thermal cycle. 
85 
Solubility products of carbides and nitrides as a function of temperature. 
86 
Variação do tamanho de grão austenítico com a temperatura de austenitização para uma variedade 
de tipos de precipitados em aço C-Mn base. 
87 
 Coeficiente médio de expansão térmica de diferentes tipos de inclusões não-metálicas, na faixa de 0 a 800oC. 
•Um dos mecanismos propostos para explicar a nucleação da ferrita acicular leva em conta a 
diferença entre o coeficiente médio de expansão térmica das inclusões e da austenita. 
•Os silicatos de alumínio e manganês e as inclusões de alumina possuem os menores coeficientes de 
expansão térmica, quando comparados à matriz austenítica. 
•Assim, as inclusões circundadas por MnS têm coeficiente médio de expansão térmica próximo ao da 
austenita, indicando com isso que o MnS não age como sítio para nucleação de ferrita acicular. 
•No entanto, o mecanismo de nucleação da ferrita acicular ainda não está completamente esclarecido 
e que somente uma grande diferença entre os coeficientes de expansão térmica da inclusão e da 
matriz não garante a formação da ferrita acicular. 
88 
1. 
 
Zona empobrecida 
em B 
Zona empobrecida em Mn 
FI – Ferrita Intragranular 
Mecanismo proposto para o crescimento de ferrita acicular a partir de uma inclusão de 
Ti2O3. A difusão de átomos de Mn e B para o interior da inclusão de Ti2O3, forma regiões 
empobrecidas desses elementos ao redor da inclusão, promovendo a nucleação de ferrita 
intragranular (FI). Além disso, a precipitação de TiN reduz a energia interfacial para a 
nucleação de ferrita segundo YAMAMOTO et al. (1989). Fonte: Araújo. 
Ferrita Acicular na Soldagem de Aços 
89 
Ferrita Acicular na Soldagem de Aços 
Nucleação e crescimento de ferrita acicular a partir de inclusão rica em Ce.Fonte: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/srin.v83.5/issuetoc 
90 
•Resumo da influência de todos os fatores na modificação da CRC e, consequentemente, na 
microestrutura da metal de solda (ZF): 
 Representação esquemática do efeito da VR; composição química e do TGAA (tamanho de grão da austenítica anterior), em uma CRC. 
91 
Efeito do teor de ferrita acicular em metal de solda C-Mn-Nb. 
Efeito da Ferrita Acicular em algumas Propriedades Mecânicas 
92 
Plot of impact energy versus acicular ferrite content for selected carbon contents at -60°C (-78°F). 
93 
Subsize Izod V-notch toughness values as a function of volume fraction of acicular ferrite in submerged arc welds. 
94 
Curvas CRC para diversas regiões da junta soldada; FE = Ferrita Equiaxial; FW = Ferrita Widmanstätten; 
 B = Bainita; P = Perlita; M = Martensita. 
95 
Transformação da ZTA 
• Ao contrário do metal de solda (ZF), na ZTA não se pode mudar a composição química; 
 
 - é necessário empregarem-se aços com teores de carbono e de elementos de liga tais que as 
propriedades mecânicas de projeto sejam obtidas. 
 
 - Acaba-se tendo na junta soldada diversas curvas de resfriamento contínuo. 
• A ZF tem uma curva influenciada pelo teor de oxigênio e pelo baixo teor de carbono. 
• Adjacente à zona de crescimento de grão existe uma outra região onde ocorre o refino de 
grão, diminuindo em uma região a temperabilidade do mesmo aço. 
• Existem outras regiões na ZTA que têm, a rigor, curvas CRC diferentes da curva do metal-
base (MB). 
 Deve ser lembrado que as citadas regiões têm distintas velocidades de resfriamento. 
• A ZTA de um aço-carbono pode ser decomposta nas seguintes regiões: 
- de crescimento de grão; 
- de refino de grão; 
- transformação parcial; 
- esferoidização de carbonetos; 
- MB não afetado. 
• Na ZTA ocorre um crescimento de grão, o que aumenta a temperabilidade dos aços, 
favorecendo as fases/constituintes formada(o)s em temperaturas baixas, inferiores a 500oC. 
96 
Microestrutura da Zona Termicamente Afetada 
 
A microestrutura da ZTA resulta das transformações estruturais do MB associadas com o ciclos 
térmicos e deformações durante a soldagem. 
 Para fins de estudo, pode-se considerar a ZTA dos aços transformáveis como sendo formada 
por diferentes regiões à medida que se afasta do cordão de solda: 
 
• região de granulação grosseira 
• região de granulação fina 
• região intercrítica 
• região subcrítica 
 A região de granulação grosseira (GGZTA), ou região de crescimento de grão, corresponde a 
porções do MB aquecidas acima de uma temperatura de crescimento de grão (em geral, em torno 
de 1200oC), tendo uma microestrutura caracterizada pelo seu “elevado” (alto) tamanho de grão 
austenítico e sua microestrutura final resultante da decomposição da austenita. 
 O tamanho de grão austenítico é governado basicamente 
 por dois fatores: 
 
 - ciclo térmico de soldagem, particularmente a sua temperatura 
 de pico e o seu tempo de permanência acima da temperatura 
 de crescimento de grão; 
 
 - temperatura de crescimento de grão do material. 
97 
Os ciclos térmicos em uma junta soldada dependem fortemente, para um dado material e 
geometria de junta, da energia de soldagem. 
 
Quanto maior for o valor da energia de soldagem, mais grosseira será a granulação desta 
região e maior será a sua extensão. 
 
Para uma dada condição de soldagem, o crescimento de grão nesta região pode ser diminuído 
pela utilização de aços com maior temperatura para crescimento de grão. 
Adições de Nb, V ou Ti também podem ajudar a minimizar o crescimento de grão na ZTA, 
particularmente na soldagem com baixa energia. 
Assim, os processos de soldagem por eletroescória e a arco submerso geram uma região de 
crescimento de grão mais extensa e de granulação mais grosseira que a soldagem com 
eletrodos revestidos. 
É o caso, por exemplo, de aços tratados ao alumínio, que apresentam precipitados de nitreto 
de alumínio, que permitem a obtenção de um material com granulação mais fina e que 
impedem o crescimento de grão até temperaturas da ordem de 1250°C. 
Entretanto, acima desta temperatura, a maioria dos precipitados já entrou em solução sólida e o 
crescimento de grão torna-se rápido, de modo que, na linha de fusão, o tamanho de grão não é 
muito diferente daquele de aços não tratados. 
98 
Efeito do teor de nióbio no tamanho de grão austenítico da ZTA. 
99 
A estrutura final, resultante da transformação da austenita, depende dos teores de carbono e 
de elementos de liga no aço, do tamanho de grão austenítico e da velocidade de resfriamento 
da região de crescimento de grão. 
Em aços baixo carbono, primeiro forma-se uma estrutura de ferrita proeutetóide em 
contornos de grão da austenita. 
 
No interior destes grãos forma-se uma estrutura ferrita-perlita ou ferrita-bainita. Como no 
caso da ZF, a perlita pode se apresentar em uma forma atípica. 
Com maiores velocidades de resfriamento e maiores teores de carbono e de elementos de liga, 
a quantidade de ferrita proeutetóide diminui ou desaparece, e a austenita se transforma 
predominantemente em uma mistura de bainita superior e inferior, e martensita. 
Em casos extremos, a estrutura pode tornar-se completamente martensítica. 
Desta forma, para uma dada velocidade de resfriamento, fatores que causam um maior 
crescimento de grão da austenita, levam à formação de uma estrutura final mais dura e 
grosseira na ZTA. 
Um maior tamanho de grão austenítico, aumenta a temperabilidade do material e o tamanho 
médio dos produtos de sua decomposição. 
100 
A estrutura da região de granulação grosseira de um aço pode ser prevista com a utilização de 
diagramas TRC desenvolvidos especialmente para este fim. 
 
Estes são semelhantes aos diagramas TRC usuais, exceto pela sua temperatura de 
aquecimento mais elevada (da ordem de 1300°C). 
Um diagrama TRC para a ZTA apresenta características (gradientes térmicos pequenos em 
relação aos observados em metal de solda, tempo de encharque fixo, etc.) que afetam o 
tamanho de grão austenítico e sua homogeneidade, e dificultam a sua aplicação direta para 
prever a microestrutura da ZTA de uma solda real. 
Diagrama TRC para a ZTA de um aço API 5L-X60, obtido por técnica de simulação. 
Estas dificuldades podem ser reduzidas pela utilização de simuladores de ciclos térmicos, 
como a máquina “Gleeble”, e pela obtenção de curvas de resfriamento e análise da 
microestrutura diretamente de soldas reais. 
101 
A região de granulação fina (GFZTA) ou de normalização situa-se mais afastada da linha de 
fusão que a anterior, sendo submetida durante a soldagem, a temperaturas de pico entre cerca 
de 1200°C (temperatura de crescimento de grão) e A3 (temperatura de início de formação da 
ferrita). 
Esta região é caracterizada por uma estrutura de granulação fina, similar à dos aços 
normalizados. 
 
Não é considerada problemática para a maioria dos aços, exceto para aqueles temperados e 
revenidos, onde ela pode apresentar menor resistência mecânica que o metal base. 
102 
Em um aço com uma estrutura de ferrita e perlita antes da soldagem, as regiões perlíticas 
(com cerca de 0,8% de carbono) e uma quantidade variável de ferrita junto à perlita se 
transformam em austenita durante a soldagem. 
 
No resfriamento, estas regiões, que apresentam um teor de carbono maior do que o teor 
médio do aço, podem se transformar em martensita se a velocidade de resfriamento for 
suficientemente elevada. Neste caso, na condição soldada, esta região se constitui de regiões 
de alta dureza inclusas em outras macias. 
103 
Carbonsteel weld; (a) HAZ; (b) phase diagram. 
104 
Estruturas ZTA – Aços Baixo Carbono 
105 
Exemplo de estrutura resultante de soldagem de único passe em aço baixo carbono. 
Fonte: Ramsés Ferreira da Silva. 
Estruturas ZTA – Aços Baixo Carbono 
Regiões da ZTA e respectivas temperaturas. 106 
107 
Estruturas ZTA – Aços Baixo Carbono 
a) Região de Grãos Grosseiros ou de crescimento de grão (1100°C a 1400°C) 
108 
Estruturas ZTA – Aços Baixo Carbono 
a) Região de Grãos Grosseiros ou de crescimento de grão (1100°C a 1400°C) 
Estrutura 
final 
Temperabilidade 
Condição inicial 
Processo de 
soldagem 
109 
Estruturas ZTA – Aços Baixo Carbono 
a) Região de Grãos Grosseiros ou de crescimento de grão (1100°C a 1400°C) 
Valores típicos de Δt800-500. Fonte: Blondeau. 
Ferrita primária Ferrita de 
Widmanstätten 
Bainita Martensita 
Baixo Carbono 
equivalente 
Maior carbono 
equivalente 
Maiores taxas de 
resfriamento 
110 
b) Região de normalização ou de refino de grão (900°C a 1100°C) 
Crescimento de grão ZF Normalização Intercrítica 
Subcrítica 
Metal Base 
• Temperaturas de pico menores; 
• Carbonetos geralmente não dissolvidos; 
• Geralmente não causa problemas de tenacidade. 
Estruturas ZTA – Aços Baixo Carbono 
111 
c) Região intercrítica (700°C a 900°C) 
Crescimento de grão ZF Normalização Intercrítica 
Subcrítica 
Metal Base 
• Transformação parcial; 
• Podem se formar constituintes de alta dureza; 
• Perlita, bainita superior ou martensita autorevenida em função do 
C.E. e da taxa de resfriamento. 
Estruturas ZTA – Aços Baixo Carbono 
112 
d) Região subcrítica (< 700°C) 
Crescimento de grão ZF Normalização Intercrítica 
Subcrítica 
Metal Base 
• Depende muito da estrutura inicial do MB: 
Revenimento e queda de dureza; 
 Envelhecimento... 
Estruturas ZTA – Aços Baixo Carbono 
Seção transversal de solda em aço estrutural com limite de escoamento de 379MPa. 
Lado direito da imagem: o metal depositado (ZF); lado esquerdo, região de grãos refinados. 
Ataque: Nital 2% e Picral 4%. 113 
Estruturas ZTA – Aços Baixo Carbono 
Regiões da junta soldada da figura anterior; (a) metal depositado (ZF). Ferrita em veios e ferrita acicular com carbonetos; 
(b) região de granulação grosseira, junto à linha de fusão: ferrita alotriomórfica em contornos de grão austeníticos 
anteriores, ferrita Widmanstätten e acicular e, possivelmente, bainita; (c) região onde ocorreu pequena esferoidização dos 
carbonetos da perlita: ferrita e perlita levemente esferoidizada. Ataque: Nital 2% e Picral 4%. 114 
Estruturas ZTA 
(Aços Baixo Carbono) 
Microestrutura da região da ZTA de um aço ABNT 1018 soldado com arco 
elétrico com proteção gasosa (GTAW ou TIG); 200X. Fonte: Kou. 115 
Estruturas ZTA – Aços Baixo Carbono 
Microestrutura de um aço ABNT 1018 soldado pelo processo LASER (alta densidade de energia), do tipo CO2 ; (a)-(d) 415X; (e) 65X. 
Fonte: Kou. 
116 
Estruturas ZTA – Aços Baixo Carbono 
Microestrutura de um aço ABNT 1040 soldado pelo processo GTAW (TIG); região da ZTA; 400X. Fonte: Kou. 117 
Estruturas ZTA – Aços Baixo Carbono 
Diagrama de transformação com resfriamento contínuo (TRC) para um aço ABNT 1040. 
118 
Perfil de microdureza Knoop para um aço ABNT 1040 soldado (região da ZTA); 
(a) sem pré-aquecimento; (b) com pré-aquecimento (250°C). 
119 
Variation of hardness profiles in HAZ of TMCP steel(*) welded with heat input of 1.7, 3.0, and 7.0 kJ/mm (43, 
76, and 178 kJ/in.). carbon, 0.06%; silicon, 0.14%; manganese, 1.33%; phosphorus, 0.010%; sulfur, 0.001%; 
copper, 0.31%; nickel, 0.31%; chromium, 0.05%; niobium, 0.15%; and aluminum, 0.034%. 
120 
(*) TMCP: thermomechanically controlled process steels 
 Microestrutura da ZF em Soldas de Vários Passes (Multipasses) 
 
 Na soldagem com vários passes, cada passe, durante a sua deposição, pode afetar 
termicamente os que foram depositados anteriormente. 
 A microestrutura das regiões adjacentes ao passe que está sendo depositado é alterada de 
forma similar à que ocorre na ZTA do MB. 
 
 No resfriamento, com a decomposição da austenita, microconstituintes similares aos 
existentes nas regiões não alteradas da ZF são novamente formados. 
 Em particular, as regiões mais próximas serão aquecidas a temperaturas próximas da de 
fusão, sendo reaustenitizadas, sofrendo um forte crescimento de grão e tendendo a perder o 
aspecto colunar típico que está associado com o processo de solidificação. 
Regiões reaquecidas, mas mais afastadas do cordão sendo depositado, não atingem 
temperaturas suficientemente elevadas para serem austenitizadas. 
 
Nestas regiões, ilhas de martensita poderão ser revenidas, carbonetos e outros constituintes 
poderão ser parcialmente esferoidizados e, dependendo da composição química da solda, 
fenômenos de precipitação e de coalescimento de precipitados poderão ocorrer. Todas estas 
alterações poderão afetar o comportamento mecânico e o desempenho geral da ZF. 121 
Macroestrutura de uma solda com vários passes de aço carbono; MB – metal base, ZTA – zona termicamente 
afetada; (1) – região não afetada da ZF; (2) – região afetada. 
122 
Na soldagem multipasses, a estrutura da ZTA torna-se mais complexa devido à influência, sobre um 
dado passe, dos ciclos térmicos devidos aos passes posteriores. 
 
As partes das diferentes regiões da ZTA de um passe que são alteradas por passes seguintes, podem 
ser consideradas como novas subregiões da ZTA. 
Entre as várias regiões reaquecidas que podem ser formadas, aquelas resultantes da alteração da 
GGZTA em uma região de granulação grosseira (GGGGZTA ou, simplesmente, GGZTA) ou intercrítica 
(ICGGZTA) são as mais importantes pela sua influência nas propriedades mecânicas da ZTA. 
 
Assim, por exemplo, a parte da GGZTA de um passe que é reaquecida, em um passe seguinte, a 
temperatura entre A3 e A1 (aquecimento intercrítico) forma uma região denominada de ICGGZTA (IC – 
intercrítica e GG – granulação grosseira). 
Estas podem, em alguns aços, criar regiões discretas de muito baixa tenacidade (ductilidade) que são 
conhecidas como Zonas Frágeis Localizadas (LBZ – Localized Brittle Zone). 
 
Na maioria das situações práticas, a temperatura de pico associada com um terceiro ciclo térmico não 
ultrapassa cerca de 500°C, não alterando, portanto, a microestrutura da ZTA de uma forma importante. 
123 
Recristalização de cordões de solda por passes subsequentes depositados com eletrodo revestido em uma junta 
com multipasses. 
124 
(a) Detalhe da linha de fusão e região termicamente afetada de solda SAW em aço 20MnMoNi55. Observam-se, da esquerda 
acima para a direita, três passes de solda. É possível observar a região colunar de cada um dos cordões e uma região de 
grãos refinados na transição entre os passes. No material base é possível ver a segregação, especialmente na ZTA. Estão 
indicadas, junto à linha de fusão, no MB, duas regiões: (S) região sem segregação no MB e (C) com segregação. 
(b) Esquema indicando as zonas de grãos grosseiros (GG) de um passe que são refinadas para granulação austenítica fina 
(GF) pelos passes subsequentes. Ataque: Nital 2%. 
125 
Refino de grãos em soldagem com multipasses; 
 (a) representação esquemática de uma solda com único passe; (b) microestrutura de uma solda com multipasses. 
126 
127 
Macrografia de uma junta multipasses de aço. 
Fonte: Marques, Modenesi, Bracarense. 
Estruturas ZTA – Aços Baixo Carbono 
128 
Formação da estrutura em soldas multipasses. Fonte: Araújo. 
Estruturas ZTA – Aços Baixo Carbono 
Microhardness readings (location in multi-pass weld indicated by dots)below 240 HV indicating that no martensite structure 
is present in the 1.07 m (42 in.) X-65 steel pipe. 
129 
130 
Aços Inoxidáveis - Classificação 
Fonte: Blondeau. 
400 
300 
600  Endurecíveis por precipitação (HP) 
YS = limite de escoamento; K1C = tenacidade à fratura 
131 
Aços Inoxidáveis - Classificação 
Soldagem dos aços austeníticos 304 e 316L - Flexibras
AÇOS INOXIDÁVEIS DA SÉRIE 400
Martensíticos Ferríticos
420
C  0,15
Cr 12 /14
420F
C  0,15
Cr 12 /14
S  0,15 
DIN 1.4110
(ACE 498)
C 0,42/0,47
Cr 13,0/13,5
Mo 0,50/0,55
410
C  0,15
Cr 11,5/13,5
440A
C 0,60/0,75
Cr 16/18
Mo  0,75
440B
C 0,75/0,95
Cr 16/18
Mo  0,75
440C
C 0,95/1,20
Cr 16/18
Mo  0,75
430
C  0,12
Cr 16 /18
409 A
C  0,03
Cr 10,5/11,75
Ti  6 x (C+N)
405
C  0,08
Cr 11,5/14,5
Al 0,10/0,30
430F
C  0,12
Cr 16/18
S  0,15
444
C  0,025
Cr 17,5/19,5
Mo 1,75/2,50 
Ti+Nb 0,20+4(C+N)
434
C  0,12
Cr 16/18
Mo 0,75/1,25
439
C  0,07
Cr 17/19
Ti 0,20+4(C+N)
410S
C  0,08
Cr 11,5/13,5
446
C  0,06
Cr 25/27
436
C  0,12
Cr 16/18
Mo 0,75/1,25
Nb  5 x C
DIN1.4509
(ACE 441)
C  0,03
Cr 17,5/18,5
Nb 3 x C+0,30
+C 
+Cr
+Mo
+S
-C
53 HRc
Maior dureza,
Resistência ao 
desgaste
Maior dureza,
Resist. ao desgaste,
Cutelaria profissional
Refino de Petróleo
Válvulas
Componentes de bombas
Cutelaria
Discos de freio
Turbinas
Equip. cirúrgicos
Melhor 
Usinabilidade
barras
-C +Cr
-C -Cr +Al
+S
Estruturas sem
recozimento após
soldagem,
Fornos Rec. Caixa,
Leitos de refrigeração,
Componentes de
turbinas a vapor
Indústria
Automobilística,
(escapamentos)
Caixas de 
capacitores
Ind. Automobilística,
(escapamentos)
Tubos de evaporadores
Melhor resistência 
à fluência e 
oxidação em altas 
temperaturas,
Componentes do
sistema de exaustão
Melhor resistência
à corrosão e oxidação 
em altas temperaturas.
Componentes de fornos
+Cr
Melhor resistência
à corrosão por pites,
Frisos ind. Automobil.
Sistemas de exaustão
Melhor resistên-
cia à corrosão 
por pites
-C 
-Cr 
+Ti
-C 
-Cr
+Ti
+Mo
Talheres, baixelas,
fogões, pias, moedas,
revestimentos,
balcões
frigoríficos
+Ti
+Mo
53 HRc
41 HRc
54 HRc
57 HRc
60 HRc
57 HRc
Melhor 
Usinabilidade
barras
+Nb
+Nb
Melhor estabilização,
Componentes de
Sist. de exaustão
Fonte: APERAM South America. 
132 
Aços Inoxidáveis - Classificação 
Soldagem dos aços austeníticos 304 e 316L - Flexibras
AÇOS INOXIDÁVEIS DA SÉRIE 300
AusteníticosAplicações 
Estruturais,
Alta resistência
Série 200
C  0,15
Cr 16/19
Ni 3,5/6
Mn 5,5/10
Menor
resistência 
à corrosão
305
C  0,12
Cr 17/19
Ni 10,5/13
Aços Inox
austeno-
ferríticos
Ligas
Ni-Cr-Fe
304
C  0,08
Cr 18 /20
Ni 8 /10,5
303
C  0,08
Cr 17/19
Ni 8/10
S  0,15
310
C  0,25
Cr 24/26
Ni 19/22
20Cr-25Ni
4,5 Mo
1,5 Cu
C  0,03
Resistência à
corrosão em altas 
temperaturas
Melhor
estampabilidade
Resistência à 
oxidação em altas
temperaturas
Propriedades
mecânicas
Resistência à 
corrosão por pites,
Melhor resistência
em meios ácidos
redutores
301
C  0,15
Cr 16/18
Ni 6/8
304 L
C  0,03
Cr 18/20
Ni 8/12
321
C  0,08
Cr 17/19
Ni 9/12
Ti  5 x (C+N)
316L
C  0,03
Cr 16/18
Ni 10/14
Mo 2/3
347
C  0,08
Cr 17/19
Ni 9/13
(Nb+Ta)  10 x C
317 L
C  0,03
Cr 18/20
Ni 11/15
Mo 3/4
Melhor usinabilidade
Menor resist. corrosão
304H
C 0,04/0,10
Cr 18/20 
Ni 8/10,5
316H
C 0,04/0,10
Cr 16/18
Ni 10/14
Mo 2/3
+Ni
-Ni +Cr
+Ni
+Cr
+Ni
+S ou Se
-Ni
-Cr
Resistência
à corrosão
intergranular
+Mn
+N2
-Ni
317
C  0,08
Cr 18/20
Ni 11/15
Mo 3/4
316
C  0,08
Cr 16/18
Ni 10/14
Mo 2/3
+Mo
+Ni
+Cr
+Mo
+Cu+Mo
Resistência à
corrosão por pites
Alta Resistência
+Ti
+Nb
+Ta
+C
-C -C -C
+C
Fonte: APERAM South America. 
133 
Estrutura da Zona Fundida - Inoxidáveis 
Fonte: Lancaster. 
• Depende da composição química e das taxas de 
resfriamento; 
 
• Para processos de soldagem manual, pode-se 
considerar apenas a composição química. 
Estabilizadores da 
Ferrita: 
Cr, Mo, Si, Nb, Al 
Estabilizadores da 
Austenita: 
Ni, Mn, C, N 
X 
Estrutura Final 
134 
Estrutura da Zona Fundida - Inoxidáveis 
Diagramas de Constituição, ex. Schaeffler 
Fonte: APERAM South America. 
135 
Aços Inoxidáveis - Ferríticos 
Fonte: Kou. 
• Geralmente entre 12% e 27% de Cr; 
• Basicamente ferríticos no estado sólido. 
136 
Aços Inoxidáveis - Ferríticos 
Soldabilidade 
C Carbonetos 
  Baixa Solubilidade 
N Nitretos 
 
Crescimento de Grão 
Propriedades Críticas Precauções 
Estabilização: 
 Ti, Nb 
Riscos 
Sensitização 
Baixa Tenacidade 
137 
Aços Inoxidáveis - Ferríticos 
Soldabilidade 
Microestrutura de uma junta soldada de um aço ABNT 430 apresentando martensita na ZAC (ou ZTA). 
Segregação de C + N  Gamagênicos  Martensita 
138 
Aços Inoxidáveis - Ferríticos 
Soldabilidade 
Crescimento de grão ao longo da ZTA de um aço 
ABNT 409 
Efeito do tamanho de grão sobre a temperatura de 
transição de um aço ferrítico ABNT 430 
139 
Aços Inoxidáveis - Ferríticos 
Fonte: Kou. 
Microestrutura de junta soldada de aço ABNT 430. 
(a) Crescimento de Grãos da ZTA; (b) Próximo ao 
metal base; (c) Metal Base. 212x. 
140 
Aços Inoxidáveis - Ferríticos 
Soldabilidade 
Metais de adição Austeníticos são mais recomendáveis – usar 
diagramas de constituição 
Aço ABNT410L com metal de adição ABNT 308LSi Aço ABNT 410L com metal de adição ABNT 430 
141 
Aços Inoxidáveis - Ferríticos 
Fonte: Cândido. 
Soldabilidade 
• Fazer normalização após a soldagem; 
 
• Reduzir o teor de elementos intersticiais C e N; 
 
• Adicionar elementos estabilizadores, Ti e Nb; 
 
• Reduzir o aporte térmico. 
142 
Aços Inoxidáveis - Martensíticos 
Soldabilidade 
Teor de carbono: ~>0,05% 
Ferrita δ 
Austenita 
Martensita 
Te
m
p
er
at
u
ra
 
• A quantidade de Martensita dependerá da 
composição química e do metal de adição; 
• Pode ser formar martensita não revenida; 
Sensível ao 
Hidrogênio 
Pré-aquecimento 200°C-300°C 
Realizar tratamento térmico de alívio de tensões 
143 
Aços Inoxidáveis - Martensíticos 
(a) Tratamento térmico pós-soldagem adequado para um aço martensítico com 
12% de Cr. (b) Microestrutura resultante na ZF, martensita revenida. 500x. 
Fonte: Kou 
4h 
144 
Aços Inoxidáveis - Martensíticos 
(a) Tratamento térmico pós-soldagem inadequado para um aço martensítico 
com 12% de Cr. (b) Microestrutura resultante na ZF, ferrita grosseira com 
agregados de carbonetos. 500x. 
Fonte: Kou 
(b) 
145 Fonte: Lancaster 
Região de trincas de solidificação 
• Modo de solidificação 
• Teor de Enxofre e Fósforo 
• Teor de Manganês 
• Presença/Teor de Terras Raras 
Aços inoxidáveis austeníticos 
Soldagem 
Velocidades de 
resfriamento elevadas 
Composição da poça de 
fusão 
Geralmente estrutura duplex 
(Austenita + Ferrita Delta) 
Aços Inoxidáveis - Austeníticos 
146 Fonte: Caio Fazzioli Tavares 
Região de trincas de solidificação 
• Segregação para o líquido de S e P – Eutéticos de baixo 
ponto de fusão; 
 
• Grande coeficiente de dilatação térmica da austenita; 
 
•Presença de uma fração de ferrita delta pode 
minimizar. 
Aços Inoxidáveis - Austeníticos 
147 Fonte: Caio Fazzioli Tavares 
Região de trincas de solidificação 
Diagrama pseudo-binário com 
aproximadamente 70%de Fe. 
Aços Inoxidáveis - Austeníticos 
148 
Fonte: Caio Fazzioli Tavares 
Região de trincas de solidificação 
Austenítica Austenítica
- Ferrítica 
Ferrítica-
Austenítica 
Reação 
peritética ou 
eutética 
Ferrítica 
Austenita se 
forma por 
transformação 
Aços Inoxidáveis - Austeníticos 
149 
Fonte: Lancaster 
Região de trincas de solidificação 
• O modo de solidificação ferrita/austenita é o mais 
resistente à trinca a quente: 
 Maior solubilidade de S e P na ferrita, portanto menor 
segregação; 
 Menor formação de interface Austenita/Austenita, que 
possuem molhabilidade maior por sulfetos; 
 Teores de ferrita delta entre 3% e 10% têm sido reportados 
como ideais para evitar a liquação, no entanto, para baixos 
teores de S e P dos aços atuais, tais números podem se alterar. 
Aços Inoxidáveis - Austeníticos 
150 Fonte: Adaptação Lancaster 
Região de trincas de solidificação 
Aços Inoxidáveis - Austeníticos 
151 
Aços Inoxidáveis - Austeníticos 
Fonte: Kou. 
Sensitização 
Teor de carbono >0,03% 
Ciclo térmico soldagem 
Precipitação de carbonetos M23C6 
+ 
Fragilização à corrosão nos 
contornos de grão da ZTA 
Aços Inoxidáveis - Austeníticos 
Fonte: Kou. 
Sensitização de uma região da ZTA de uma junta de aço inoxidável austenítico. 
152 
Aços Inoxidáveis - Austeníticos 
Fonte: Kou. 
Efeito do teor de carbono na sensitização de aço inoxidável austenítico. 
153 
Aços Inoxidáveis - Austeníticos 
Fonte: Kou. 
Como evitar a Sensitização? 
• Reduzir o teor de carbono (aços grau L, %C <0,03%); 
• Reduzir o aporte térmico; 
• Tratamento térmico pós-soldagem (1000°C a 1100°C com 
resfriamento rápido; 
• “Estabilizar “ o aço com adição de Nb, Ti. 
Figura: Soldagem em aços austeníticos: (a) sensitização no aço ABNT 304; (b) aço ABNT 321 sem 
sensitização. O aço ABNT 321 é estabilizado ao titânio. 
154 
Aços Inoxidáveis - Austeníticos 
Fonte: Kou. 
Corrosão sob tensão 
Estrutura Austenítica 
Ciclo térmico soldagem 
Baixa Condutividade Térmica 
Alto Coeficiente de Dilatação Linear 
+ 
Tensões Residuais Severas 
+ 
Ambiente Corrosivo 
Corrosão Sob Tensão 
Trincas de corrosão sob tensão em 
solda de tubulação de aço ABNT 304. 
155