Mechanical and microstructural characterization of an niobium and molybdenum microalloyed medium carbon steels

Neste trabalho foi estudada a influência da adição de molibdênio e nióbio na microestrutura e propriedades mecânicas de aços com 0,5 e 0,6 %C, utilizado na fabricação de rodas ferroviárias. A deformação dos aços foi aplicada através da laminação, em escala de laboratório, simulando o forjamento no processo real de fabricação. As amostras foram aquecidas a 1250 °C para solubilização do nióbio, sendo então laminadas em 4 passes, a partir de 1200 °C, sofrendo uma deformação total (redução em altura) de 67%, seguida de resfriamento ao ar. Posteriormente, os aços C5 e C5Nb foram submetidos a um tratamento térmico de têmpera e revenimento. Foram analisadas amostras dos aços por microscopia óptica, eletrônica de varredura e transmissão e também foram realizados ensaios mecânicos em todas as condições. Após a laminação entre 1200 e 1120 °C, observou-se que a adição de molibdênio e nióbio promoveu um aumento da resistência mecânica em 171 e 119 MPa no limite de escoamento e 61 e 66 MPa no limite de resistência à tração, nos aços C5Nb e C6Nb, respectivamente, devido à precipitação de carbonetos de nióbio, mantendo a mesma ductilidade e tenacidade para o aço C5Nb, mas houve uma queda dessas propriedades para os aço C6Nb. Após a laminação com posterior têmpera e revenimento a 500°C, simulando o mesmo tratamento feito na roda ferroviária, o aço C5 apresentou dureza, resistência mecânica e alongamento iguais à do aço da MWL, porém com redução de área e energia absorvida maiores que o aço da MWL. O aço C5Nb apresentou maiores valores de resistência mecânica, ductilidade e tenacidade que o aço da MWL, o que demonstra seu potencial para melhorar a qualidade das rodas ferroviárias atualmente produzidas.The influence of molybdenum and niobium addition on the microstructure and mechanical properties of 0,5 and 0,6 %C steels used in railway wheels was studied. The deformation was applied by rolling, in a thermo mechanical processing laboratory, simulating the forging in the real process of manufacture. The samples were heated to 1250 °C to ensure dissolution of niobium and hot rolled in four passes, starting at 1200 °C, undergoing a total reduction of 67%, followed by air cooling. Steels were water quenched and tempered (heat treatment). Steel samples, before and after rolling and heat treated were analyzed by optical and scanning electron microscopy. Mechanical tests were performed on the all conditions. After rolling between 1200 and 1120 ° C, it was found that the addition of molybdenum and niobium resulted in an increase of mechanical strength at 171 and 119 MPa in yield strength and 61 and 66 MPa in tensile strength, respect due to precipitation of niobium carbides, while maintaining the same ductility and toughness for C5Nb steel, but there was a decrease of these properties for C6Nb. After rolling with subsequent quenching and tempering at 500 ° C, simulating the same treatment done in the railway wheel, steel C5 showed the same toughness, strength and elongation in comparison with MWL rail wheels steel, but with reduced area and absorbed energy greater than the MWL steel. C5Nb steel showed higher strength, ductility and toughness than MWL steel, which demonstrates its potential to improve the quality of railway wheels currently produced