Effect of molybdenum, boron and niobium on austenite transformation under continuous cooling in bainitic steels.

Foram realizados ensaios de dilatometria em ligas não comerciais que apresentam microestrutura bainítica após o resfriamento contínuo. As variações de composição química foram realizadas sobre o aço destinado para construção mecânica AISI 5120 com adições de molibdênio, boro e nióbio. Os ensaios foram conduzidos no dilatômetro com atmosfera e temperatura controlada. No dilatômetro, foram aplicados resfriamentos contínuos em diferentes velocidades a partir da temperatura em que normalmente peças forjadas são reaquecidas. Tradicionalmente, a classe dos aços apresentados neste trabalho é exposta ao tratamento térmico de têmpera e revenimento e apresentam microestrutura martensítica. Com o objetivo de eliminar o tratamento térmico realizado pós conformação, foi proposto como substituição os aços bainíticos. Aços bainíticos não exigem tratamento térmico pós conformação e, apenas com a aplicação de um resfriamento controlado, é possível obter uma microestrutura que apresenta propriedades (tensão de escoamento e tenacidade) iguais ou melhoradas em relação ao material temperado e revenido. As microestruturas obtidas nas diferentes ligas resfriadas de maneira contínua foram caracterizadas de modo a estabelecer relações entre a velocidade de resfriamento e produtos formados, morfologia e fração de microconstituíntes. A caracterização microestrutural foi realizada de maneira intensiva de modo a relacionar desde propriedades magnéticas com padrões de difração de raios X das amostras para medição da fração de austenita retida. O objetivo deste trabalho foi investigar qual é a influência do molibdênio, boro e nióbio no resfriamento contínuo de aços bainíticos, bem como estabelecer o intervalo de velocidades de resfriamento em que é possível obter de maneira homogênea a estrutura bainítica. Após o resfriamento, os corpos de prova foram caracterizados por metalografia (microscopia óptica e eletrônica de varredura), dureza, saturação magnética, difração de raios x e EBSD. De fato foi verificado o efeito do molibdênio, boro e nióbio na cinética de decomposição da austenita no resfriamento contínuo e estabelecido relações entre a microestrutura obtida, velocidade de resfriamento e composição química. Foi observado também o efeito do molibdênio, boro e nióbio em evitar a transformação ferrítica para baixas velocidades de resfriamento de modo a obter uma estrutura bainítica sob um maior intervalo de resfriamento.Dilatometry tests were carried out in a non commercial alloy that showed bainitic microstructure after continuous cooling from the austenitization temperature. The chemical composition variations were performed on a base chemical composition of a commercial steel (AISI 5120), additions were of molybdenum, boron and niobium. The tests were conducted on the dilatometer with atmosphere and temperature control. In the dilatometer, continuous cooling was carried out at different rates from the temperature in which the reheating of forged parts is usually performed. Traditionally, the steels used for this application are quenched and tempered and present a predominantly tempered martensite microstructure; bainitic steels were proposed as a substitution in order to eliminate further heat treatments after forging. The bainitic steels do not require post-conformation heat treatment: only with the application of a controlled continous cooling is possible to obtain a homogenous bainitic microstructure which has equal or improved properties (yield strength and toughness) comparing to quenched and tempered material. The microstructures obtained from the different alloys continuously cooled were characterized in order to establish relations between the cooling rate and formed products, morphology and volume fraction of phases. The microstructural characterization was carried out intensively and correlated with magnetic properties and X-ray diffraction patterns of the samples. The objectives of this work were to investigate the influence of molybdenum, boron and niobium on the continuous cooling of bainitic steels, as well as to establish the range of cooling rates needed in order to obtain an homogeneous bainitic structure. After cooling, the specimens were characterized by metallography (optical and scanning electron microscopy), hardness, magnetic saturation, x-ray diffraction and EBSD. The effect of molybdenum, boron and niobium on the kinetics of austenite decomposition in the continuous cooling was verified and relationships established between the microstructure, cooling rate and chemical composition. It was also observed the effect of molybdenum, boron and niobium in avoiding ferritic transformation at low cooling rates in order to obtain a bainitic structure under a longer cooling interval