Estudo de diferentes rotas de processamento para refino de grão e seu efeito na estampabilidade de aços ARBL

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais.As indústrias do setor metal-mecânico, principalmente as laminadoras, estão produzindo, atualmente, materiais por processamento termomecânico com grãos cada vez mais finos. Esta é uma forma de aumentar a resistência mecânica, a tenacidade e a soldabilidade. Devido a esta tendência e sabendo-se que o refino de grão de chapas metálicas está relacionado com aumento de resistência mecânica e com possível diminuição de estampabilidade das mesmas, os objetivos deste trabalho foram o desenvolvimento de novas rotas de processamentos termomecânicos (laminação a frio e tratamentos térmicos) e o estudo do efeito do tamanho de grãos nas propriedades mecânicas e na estampabilidade de aços microligados classificados, também, como aços ARBL (alta resistência baixa liga). O trabalho foi dividido em quatro etapas: i) caracterização dos materiais como fornecidos; ii) simulações de novas rotas de processamento em laboratório; iii) teste industrial com a rota simulada em laboratório que apresentou maior efeito no refino de grãos e iv) estudo da estampabilidade. A caracterização dos materiais envolveu ensaios metalográficos e levantamento das propriedades mecânicas de chapas de aços C-Mn e microligados (ao Nb e Nb-Ti) como produzidas industrialmente. Em seguida foram desenvolvidos novos caminhos para processamento em laboratório, visando, principalmente, o aumento de sítios de nucleação de novos grãos após deformação, com o intuito de refinar o grão ferrítico. As variáveis estudadas incluíram parâmetros de têmpera, revenido e recozimento. Após avaliação das simulações em laboratório, a rota com maior eficácia foi submetida à teste em escala industrial. Para este teste, apenas um aço foi processado, no caso o aço microligado ao Nb+Ti, por apresentar melhores resultados, quanto ao refino de grãos e aumento da resistência mecânica, e por ser o mais utilizado pela indústria fornecedora. Por fim, foi realizada a avaliação da estampabilidade com base nos resultados dos ensaios de tração, anisotropia, textura cristalográfica e curvas limite de conformação (CLC), de forma comparativa entre as tiras produzidas no teste industrial e as tiras do produto atualmente produzido pela indústria. Para o aço microligado ao Nb-Ti constatou-se um refino de grão de 15,3 µm de diâmetro inicial, em média, para 7,7 µm. Os resultados das propriedades mecânicas obtidas, do coeficiente de anisotropia normal e planar e a análise de textura pela função de distribuição de orientação cristalográfica, indicam uma estampabilidade inferior, uma menor possibilidade de formar "orelhas" no embutimento e uma menor anisotropia de propriedades das chapas obtidas pelo novo processamento. A mesma observação foi feita através do levantamento das CLC's para situações de embutimento, onde houve redução dos limites de deformação. Já em situações de estiramento, o limite de deformações apresentou pequeno aumento devido ao efeito da morfologia e homogeneidade de distribuição dos grãos. The industries of metal-mechanic sector are producing materials by thermomechanical processing, with grains smaller. This is a way to increase the mechanical strength, toughness and weldability. Based on these facts and knowing that the refining of grain is related to the mechanical strength and the formability, the objective of this research was the development of possible new routes involving thermomechanical processing (cold rolling and heat-treatment) and the study of the effect of grain size in the variation of mechanical properties and formability of HSLA (high strength low alloy) steels. The research was divided into four stages: i) characterization of materials, ii) simulations of new processing routes in the laboratory; iii) industrial test with the route simulated in the laboratory that showed greater effect on the grain refining and iv) study of formability. The characterization involved analysis of the microstructure and the mechanical properties of plates of C-Mn steels and microalloyed steels (Nb and Nb+Ti). After this stage, new ways for processing in the laboratory has been developed in order to generate areas of nucleation of new grains after deformation to refine the ferritic grain. Through evaluation of the simulations in the laboratory, the route with greater effectiveness was industrialy tested. In this case, only the best performing steel on the grain refinement and increased mechanical strength (Nb-Ti microalloyed steel) was processed. Finally the formability was evaluated by the results of tests of the strength, anisotropy, texture and forming limite diagrams (FLD), comparing the plates produced in the industrial test and the plates currently produced in industries. For Nb-Ti steel, was reduced the grain size by 15.3 µm to 7.7 µm. The results of the mechanical properties obtained, the coefficient of anisotropy and the texture analysis of the crystal orientation distribution function, indicate a lower formability, a smaller possibility to generate defects in inlay and a lower anisotropy of properties of the plates obtained by the new process. The same observation was obtained through FLD for inlaying situations, where there was reduction of the deformation limits. Already in stretching situations, the limit of deformations presented increase due to the effect of the morphology and homogeneity of distribution of the grains