Evaluation of mechanical properties and abrasive wear resistance in a low-alloy cast steel with additions of niobium

No segmento de mineração e siderurgia, muitos componentes fundidos são utilizados para aplicação que envolvem desgaste abrasivo e impacto combinados. Muitas vezes esses componentes são revestidos, onde a utilização de aços baixa liga e com baixo teor de carbono torna-se uma vantagem. Os aços de baixa liga mais utilizados são ligados ao Ni-Cr-Mo, onde com tratamento térmico adequado, as propriedades mecânicas de dureza, impacto e resistência ao desgaste abrasivo atingem valores com boas performances operacionais. No entanto visando otimizar essas propriedades e aumentar a vida útil destes componentes, nesta dissertação analisou-se os efeitos da adição de nióbio em 3 faixas distintas, entre 0,10% Nb até 0,40% Nb em massa, em um aço fundido baixa liga ao Ni-Cr-Mo, sem, no entanto, alterar os tratamentos térmicos praticados. Após seguir a metodologia e ensaios, foram avaliados os resultados da tensão máxima e de escoamento, alongamento, redução de área, dureza, energia absorvida ao impacto, resistência ao desgaste abrasivo e as modificações nas microestruturas das ligas com adição de Nb. Os resultados demonstraram que as adições de Nb aumentaram os limites para tensão máxima e de escoamento com queda no alongamento e redução de área. Foram constatadas também aumentos da dureza e da resistência ao desgaste abrasivo. Todos esses resultados tem relatos na literatura, confirmando a influência do Nb no refino da microestrutura e melhorando as propriedades mencionadas. Entretanto, a energia absorvida ao impacto teve seu melhor resultado na menor faixa de Nb (0,10%- 0,20%), apresentando queda com aumento do percentual de Nb na liga (acima de 0,20%). Com aumento do percentual de Nb, os carbonetos NbC se precipitaram e aglomeraram no contorno de grãos, fragilizando estas ligas. Por fim com base nas propriedades obtidas, foi possível enquadrar 2 das 3 ligas com Nb de acordo com as propriedades mecânicas definidas na norma ASTM A148, especificação para aços fundidos de alta resistência. Com base nestas conclusões, há oportunidades de desenvolvimento de produtos em aço fundido de baixa liga com adição de Nb nos componentes consumidos pelas indústrias de mineração e siderurgia.In the mining and steel industry, many casting parts are used for applications with abrasive wear and impact. Often these parts are coated, so the use of low alloy cast steel is very common. The most steel commonly used Ni-Cr-Mo cast steel, which with appropriate heat treatment, the mechanical properties, hardness, toughness and abrasive wear resistance had been good performances. However, it is possible to optimize these characteristics and increase the useful life of these components, analyzing the effects of the addition of Niobium in 3 different bands (between 0,10% to 0,40% Nb in weight), in a low-alloy cast steel, without, however, changing the heat treatment practiced. After following the methodology and the tests, the results for tensile strength and yield point, elongation, reduction of area, hardness, impact requirements, abrasive wear resistance and changes in the microstructures of alloys with the addition of Nb were evaluated. The results demonstrated that as the Nb additions increased the strength and yield limits, but decreased elongation and reduction of area. Improvements were also noted in hardness and abrasive wear resistance. All of these results are in accordance with the literature and confirmation of the influence of Nb in the refining of the microstructure improving the mentioned properties. However, the impact energy had its best result in the lower Nb range (0,10%-0,20% Nb), with lower results with increased percentage of Nb (above 0,20% Nb). It was found that with an increase in Nb, the formed NbC carbides tend to agglomerate in the grain contour, weakening these alloys in this test. Finally, based on the selected properties, it was possible to define 2 of the 3 alloys with Nb according to the mechanical properties used in the ASTM A148, standard especification for high strength steel casting. Based on these conclusions, there are many opportunities to develop products in low alloy cast steel with the addition of Nb in the main components consumed by the mining and steel industries