Influência do Tratamento Térmico em Aço de Baixa Liga

Prévia do material em texto

RESENHA: Influência do tratamento térmico nas propriedades mecânicas de aço alta resistência e baixa liga com 1% cromo e -0,2% molibdênio
O artigo trata de um estudo dos aços de baixa liga com 1% de cromo e molibdênio, que necessitam de alta resistência mecânica, passando por tratamento térmico para atingir a alta resistência a corrosão sob tensão e com baixo custo de fabricação.
O estudo apresenta que os tubos de aço carbono que são utilizados no segmento de óleo e gás devem possuir revestimento Casing e tubos de produção (Tubing). Ambos os tubos devem respeitar a norma API (American Petroleum and Institute) 5CT / ISO 11960 – Petroleum and naturalgás industries - Steelpipes for use as casing or tubing for wells. Esta norma é utilizada para a classificação dos materiais dos requisitos dimensionais.
Para o estudo foi utilizado um tubo experimental de aço 0,22%C ligado ao Cr e Mo, com o objetivo de definir as melhores condições de tratamento térmico que alcance a microestrutura e propriedade mecânica que suporte graus de L80 e C110 da norma API 5CT.
O aço experimental tem a composição química de: 0,22%C, 0,51%Mn, 0,196%Mo, 0,987%Cr, 0,015%P, 0,0033%S e 0,201%Si.
Após a escolha do material, foi realizado o tratamento térmico, o material foi tratado a duas temperaturas diferentes 890°C e a 1000°C tempera por 15’ e revenido por 30’ de 300°C a 700°C.
Os mesmos fizeram ensaio de tenacidade e tração. Para o ensaio de tenacidade Charpy o corpo de prova foi ensaiado a 0°C conforme ASTM A370. Para o ensaio de tração realizado na máquina de tração Kratos conforme a norma ISO 6408.
As superfícies de fratura dos corpos de prova de tenacidade analisadas por microscopia eletrônica de varredura do material. Para preparação metalógrafa a amostra foi atacada com nital 2% e analisada
Para a análise de contorno de grão da austenita prévia foi utilizado micrografias com aumento de 500X para uma melhor visualização dos contornos foi utilizado também um reagente preparado com 4 gramas de ácido pícrico, 4 gramas de cloreto férrico e 200 ml de água destilada.
O corpo de prova foi comparado a 3 tipos de tubos com composição química semelhante ao tubo experimental, afim de verificar as características apresentadas. Como mencionado no artigo o teor de Mo do aço investigado (0,196%), encontra-se abaixo da faixa especificada (0,25 a 1,00%) para o grau C110.
O estudo menciona que quanto menor o tamanho de grão da austenita prévia, melhor será a resistência a corrosão sob tensão do material. Por norma os tubos do tipo C110 precisam ter um tamanho de grão da austenita prévia ASTM5 ou mais fino. Já os de graus L80 e P110 não há exigências quanto ao tamanho de grão. Os tamanhos de grãos encontrados foram: temperado a 890°C ASTM 7,3 e temperado a 1000°C ASTM 4,6 respectivamente.
A Austenita prévia nas amostras temperada a 890°C mostra os contornos de grãos menores e a 1000°C mostra o resultado da austenita prévia com contorno de grãos bem maiores, que não atendem ao requisito de tamanho de grãos para C110 de acordo com a norma API5CT. 
Microscopia ótica das amostras temperadas a 890°C e 1000°C. com aumento de 500X foram amostras reveladas com a utilização de Nital 2% e que no resultado podemos notar que a têmpera de 890°C possui microestrutura com ripas mais finas e mais unidas que na têmpera a partir de 1000°C que possui uma microestrutura de ripas de martensita maiores e mais distribuídas, que segundo o artigo menciona é um reflexo da diferença de tamanhos de grão austeníticos. A martensita é formada por aquecimento do ferro acima de 723°C. A transformação martensítica acontece quando a austenita é rapidamente resfriada em têmpera que causa o aprisionamento dos átomos de carbono dentro da estrutura cristalina dos átomos de ferro antes que eles possam se dissipar para fora, o que no final do processo causa uma distorção destas estruturas aumentando a dureza do aço.
Na microscopia eletrônica de varredura da amostra temperada a 890°C e revenida a 300°C e 700°C, revelada com Nital 2% podemos observar que com o revenimento a 300°C e a 700°C as ripas de martensita se tornaram maiores, o que nos permite observar a formação de pequenos precipitados que são carbonetos mistos de ferro, cromo e molibdênio, que se tornam visivelmente mais grosseiros na amostra revenida a 700°C. 
A análise da composição química das amostras dos precipitados fica comprometida por seu pequeno tamanho e pela influência da matriz. Foi observada pouca diferença entre os espectros dos precipitados e da matriz.
Para a adequação das propriedades mecânicas ao grau L80 não podem ser alcançadas pelos tratamentos térmicos realizados, pois o limite escoamento está acima do máximo permitido (655 MPa), embora os requisitos de dureza, alongamento e limite de resistência tenham sido satisfeitos com o revenido a 700°C, para as amostras temperadas tanto a 890°C quanto a 1000°C.
Quando realizado o ensaio de tração das amostras, as propriedades de tração são semelhantes, entre as amostras austentizadas a 890°C e 1000°C.
A amostra temperada a 890° demonstrou constante crescimento no intervalo de temperatura de revenido entre 300°C a 700°C, o que constata que o material não apresenta fragilidade de revenido. Já a têmpera de 1000°C produziu um tamanho de grão austenítico maior, que impactou na tenacidade quando comparada as amostras temperadas a partir de 890°C e 1000°C, com revenido e sem revenido. 
A fractografia das amostras temperada a 890°C e 1000°C podemos observar nas imagens que a fratura da amostra temperada 890°C apresenta mais microvazios que a amostra de 1000°C que por sua vez que apresenta aspecto frágil de clivagem.
A fractografia da amostra temperada a 890°C e revenida a 300°C e 700°C mostra a fractografia das amostras de Charpy, que permitem observar uma fratura com aspecto mais dúctil. 
Conclusões
O material temperado a partir de 1000°C, não atende ao requisito de tamanho de grão da austenita previa para o grau C110 da norma API 5CT.
O aço investigado não apresentou fragilidade do revenido, visto que sua tenacidade aumentou continuamente com o revenido no intervalo entre 300°C e 700°C. A superfície de fratura adquire aspecto dúctil com os revenidos a 300°C e 700°C.
A adequação das propriedades mecânicas ao grau API 5CT L80 não podem ser alcançadas pelos tratamentos térmicos realizados, visto que o limite de escoamento esteve sempre acima do máximo permitido (655 MPa).
A adequação das propriedades mecânicas ao grau API 5CT C110 são atingidas através do revenido a 600°C. Porém neste grau existe requisitos de corrosão sob tensão.
A adequação das propriedades mecânicas ao grau API 5CT P110 podem ser alcançadas mediante o revenido a 600°C. Porém não é economicamente viável.