Este trabalho teve como objetivo caracterizar o efeito de diferentes condições de laminação a quente controlada sobre a microestrutura e propriedades mecânicas de dois aços de baixa liga e alta resistência equivalentes ao HY-80 que dispensam tratamento térmico de têmpera e revenido. A primeira liga caracteriza-se por ser endurecível por precipitação de cobre (HSLA-80), enquanto que a segunda apresenta teor extra-baixo de carbono e microestrutura bainítica (ULCB). Diagramas de transformação ao longo do resfriamento contínuo (TRC) mostraram que ambas as ligas apresentam temperabilidade suficiente para produzirem microestruturas bainíticas após o resfriamento ao ar. Amostras de ambos os materiais, agregados a um mesmo corpo de prova para laminação a quente laboratorial, foram reaquecidas a 1100 ou 1200°C, submetidas a deformações de 30% ou 50% na faixa de temperaturas onde ocorre recristalização da austenita, mantidas então em espera até atingirem temperatura adequada e, em seguida, deformadas de 40% ou 67% na faixa de temperaturas onde a recristalização da austenita é suprimida, terminando-se a laminação a 750°C. Em outra série de ensaios, amostras de ambos os materiais foram reaquecidas a 1100 ou 1200°C, submetidas à deformação de 50% na faixa de temperaturas onde ocorre recristalização da austenita, mantidas em espera e, subseqüentemente, deformadas de 67% na faixa de temperaturas onde a recristalização da austenita é suprimida; nesta série, a duração do período de espera foi regulado de forma que as amostras fossem submetidas a temperaturas de acabamento de 700 ou 800°C. Os resultados obtidos nestes ensaios permitiram verificar que o aumento da temperatura de reaquecimento não afetou significativamente a evolução do tamanho de grão austenítico ao longo da laminação para o aço HSLA-80, mas promoveu ligeira e sistemática elevação no caso da liga ULCB. O envelhecimento posterior das amostras laminadas sob temperaturas de 500, 600 ou 700°C, sob intervalos de tempo desde 5 minutos a duas horas, mostrou que ambas as ligas apresentam endurecimento secundário considerável quando tratadas a 600°C, apresentando por sua vez super-envelhecimento e perda considerável de dureza quando o tratamento foi efetuado a 700°C. Por essa razão, todas as amostras laminadas de aço HSLA-80 foram envelhecidas a 600°C por uma hora após os ensaios de laminação para se aproveitar plenamente os efeitos do endurecimento provocados pela precipitação do cobre na matriz ferrítica. Os ensaios experimentais permitiram constatar que o parâmetro mais importante do processo de laminação controlada foi o grau total de deformação a quente aplicado ao corpo de prova, o qual influenciou de maneira decisiva todas as propriedades mecânicas nas duas ligas aqui estudadas, com exceção de sua ductilidade e da razão elástica do aço ULCB. A temperatura de reaquecimento influenciou apenas o limite de resistência de ambos os materiais. Já a temperatura de acabamento afetou significativamente sua tenacidade; este parâmetro de processo é fundamental no caso do aço HSLA-80, onde presumivelmente a contribuição ao endurecimento proporcionada pela precipitação afetou significativamente sua tenacidade e elevou acentuadamente sua razão elástica.

Palavras-Chave: Aços Microligados, Laminação Controlada, Envelhecimento

DEVELOPMENT OF ALTERNATIVE ALLOYS TO REPLACE QUENCHED AND TEMPERED STEELS WITH
TENSILE STRENGTH IN THE RANGE OF 600 TO 800 MPa

ABSTRACT

This work was developed to characterize the effect of different controlled hot rolling conditions upon the microstructure and mechanical properties of two high strength low alloy steels equivalente to the HY-80 alloy that do not need to be submitted to quenching and temper heat treatment. The first alloy can harden through copper precipitation (HSLA-80), while the second one has extra-low carbon content and bainitic microstructure (ULCB). Continuous cooling transformation diagrams (CCT) showed that both alloys have enough hardenability to show bainitic microstructure after cooling in still air. Samples of both materials, incorporated in the same hot rolling specimens, were reheated to 1100 or 1200°C, submitted to 30 or 50% total strain along the austenite full recrystallization temperature range, then kept in a holding phase up without working down to a convenient temperature, when the rolling process was resumed and 40 or 67% total strain was applied to the specimen along the austenite no-recrystallization temperature range; the final pass was applied at 750°C, followed by air cooling. Another set of hot controlled rolling tests was carried out; in this case, both materials were reheated to 1100 or 1200°C; total strains applied during the austenite full and no recristallization ranges were fixed in 50 and 67%, respectively; the time elapsed during the holding phase was adequately determined in order to get a finish rolling temperature of 700 or 800°C. The results got in these tests allowed to verify that the austenitizing temperature did not affected significantly the austenitic grain size evolution along hot rolling for the HSLA-80 alloy, but promoted a slight and systematic grain coarsening in the ULCB steel. The subsequent ageing of the hot rolled samples, promoted through soaking treatments at 500, 600 or 700°C during time lengths from five minutes to two hours, revealed that both alloys showed significant secondary hardening when treated at 600°C. Whereas the 500°C ageing treatment yielded no effect in the HSLA-80 steel, the ULCB alloy showed considerable hardening. However, the 700°C produced over-ageing and hardness decrease in both alloys. Considering these results, all HSLA-80 samples were aged at 600°C for one hour to achieve full hardening potential from the copper precipitation in the ferritic matrix. It was verified that the most important controlled rolling parameter was the total strain grade applied to the specimens, which strongly influenced all mechanical properties, except ductility and yield ratio of the ULCB alloy. The austenitizing temperature only influenced the tensile strength of both steels. For its turn, the finish rolling temperature significantly influenced toughness; this process parameter has paramount importance for the HSLA-80 steel, as the precipitation presumibly degraded its toughness and increased significantly its yield ratio.

Keywords: Microalloyed Steels, Controlled Rolling, Ageing