Duplex stainless steels are largely applied in petrochemical industries due to their high corrosion resistance and mechanical performance. Their applicability also requires a great wear resistance, which can be enhanced by friction stir processing (FSP), a surface hardening technique. In this work, FSP is utilized to process surfaces of UNS S32101 and UNS S32750. The materials were analyzed by EBSD in order to determine grain size and phase fraction. Microhardness tests were used to verify and compare the shifting of hardness values from 296 ± 8 to 314 ± 11 HV0.2/15 and from 323 ± 8 to 350 ± 8 HV0.2/15 for UNS S32101 and S32750, respectively. Abrasion tests were executed to study the wear behavior of both processed and unprocessed alloys. Abrasion tests indicated that the hardening by FSP promoted decrement of abrasive wear resistance. Volumetric loss increased after FSP, from 52.1 ± 0.5 to 53 ± 2 mm3, for UNS S32101, and from 50 ± 2 to 56.3 ± 0.3 mm3 for UNS S32750. Tensile tests results were fitted to Hollomon’s equation in order to identify mechanical properties and tendencies of strain hardening. SEM images were used to classify the wear micromechanisms acting on the samples. The results suggest that FSP can promote modifications of wear mechanisms and these changes can be correlated to the alloys’ microstructure.

Resumo Um problema diversas vezes encontrado na produção de tubos está relacionado ao seu transporte dificultado por suas grandes dimensões. Atrelado a isso, a soldagem de campo é complexa e muitas vezes onerosa. Um processo de fabricação alternativo para tubulações é o processo de formação de tubos com costura helicoidal. Este trabalho propõe estudar as características microestruturais e realizar uma avaliação mecânica destas soldas executadas em campo do aço ASTM A1018. Para alcançar o objetivo do trabalho foram utilizados dois tubos de aço fabricados com chapas de espessura de 12,5 mm e diâmetro nominal de 1200 mm, através do equipamento adaptado para a soldagem em campo pelo processo de soldagem por arco submerso. Após soldagem dos tubos, foram retiradas amostras destes para efetuar as análises de micrografia, macrografia, composição química, dobramento e dureza. A principal diferença apresentada entre as amostras foi o aumento da ferrita acicular e redução da ferrita primária de contorno de grão com o decréscimo do aporte térmico nas microestruturas formadas tanto na zona fundida como na ZTA como apresentado. Observou-se, ainda, mudanças na geometria dos cordões de solda. Por fim, identificou-se que o principal parâmetro que influência nas mudanças microestruturais apresentadas é a corrente de soldagem.

Abstract A problem commonly found in the production of tubes is related to transportation due its large dimensions. This fact, makes field welding a complex and often costly operation. An alternative fabrication process for pipes is the process of forming tubes with helical welds. This work proposes to study the microstructural characteristics and perform a mechanical evaluation of these welds performed in field of ASTM A1018 steel tubes. In order to reach the aim, two steel tubes manufactured from sheets with a thickness of 12.5 mm and a nominal diameter of 1200 mm were welded by the process of submerged arc welding through the equipment adapted for field welding. Subsequently, samples were taken to perform characterization by microanalysis. Chemical composition, bending and hardness tests were also conducted. The main difference between the samples was the increase of the acicular ferrite and reduction of the primary ferrite of the grain boundary with the decrease of the thermal contribution in the microstructures formed in the molten zone as in the ZTA as presented. Also, changes in the geometry of the weld beads were observed. Finally, it was identified that the main parameter that influences the microstructural changes presented is the welding current.

Os efeitos da temperatura e do tempo sobre a cinética de revenimento foram estudados, utilizando chapas de um aço baixo carbono e microligado com Nb e de outro aço com composição química similar, porém sem Nb. A lei de cinética de revenimento foi estudada pela equação de Johnson, Mehl e Avrami, a partir da variação da dureza Vickers das amostras revenidas com a temperatura e com o tempo de revenimento para os dois aços. Para o aço sem Nb, verificou-se que a dureza praticamente não variou com o tempo de revenimento, para a temperatura de revenimento de 600°C, e que a dureza tende a saturar para altos tempos de revenimento, para as diferentes temperaturas de revenimento utilizadas. Para o aço com Nb, observou-se uma maior resistência ao revenimento para as temperaturas de revenimento de 500 e 600°C, associada à precipitação de partículas muito finas de carbonetos de Nb dispersos na ferrita. A energia de ativação, para o revenimento, para o aço sem Nb, é de 130kJ/mol e pode-se inferir que o mecanismo que limita a cinética de revenimento, é a difusão intersticial do carbono na ferrita. Para o aço com Nb, a energia de ativação, para o revenimento é de 180kJ/mol e pode-se inferir que o mecanismo que limita a cinética de revenimento é a difusão do Nb na ferrita.

The effect of temperature and time on tempering kinetics was studied by using a low carbon steel microalloyed with Nb (0,031) and another steel with a similar chemical composition, however without Nb. After determining the Vickers hardness values, the kinetics law of tempering was studied by the Jonhson-Mehl-Avrami equation using a variation of temperatures and time for both steels. The hardness of the steel without Nb did not change with the tempering time at 600ºC and tended to saturate at high tempering times, for the different tempering temperatures used. For the tempering temperatures of 500 and 600ºC, the steel with Nb has a greater tempering resistance and this effect is associated to the precipitation of very fine NbC particles dispersed in ferrite matrix. The activation energy of the tempering transformation of the steel without Nb is 130kJ/mol and it could be inferred that the mechanism that controls the tempering kinetics of this steel is the interstitial diffusion of carbon in the ferrite. In the steel with Nb the activation energy is 180kJ/mol and the mechanism that controls the tempering kinetics is the Nb diffusion in the ferrite.

Estudou-se o efeito da rápida austenitização sobre as propriedades mecânicas de um aço SAE 1045, na condição de temperado e revenido a 600ºC. A microestrutura das amostras austenitizadas a 900 e 950ºC e temperadas imediatamente ao atingir essas temperaturas, têm a microestrutura constituída de martensita refinada, com pequena fração volumétrica de ferrita poligonal e ferrita acicular. Os valores dos limites de resistência e escoamento das amostras revenidas são fortemente dependentes do tempo de encharque. As transformações fases no revenimento têm efeitos similares sobre os limites de resistência e escoamento das amostras revenidas. Tais amostras têm altos valores da razão de escoamento (valor médio de 0,91). Os valores do produto do limite de resistência pelo alongamento percentual variaram de 32589MPa.% a 24150MPa.%. A otimização das propriedades mecânicas do aço SAE1045, com alta resistência mecânica e boa ductilidade, foi obtida com austenitização a 900ºC, têmpera imediatamente após atingir essa temperatura e revenimento a 600ºC por 100s.

This work studied the effect of fast austenitization on the mechanical properties of SAE1045 steel, as quenched and tempered. The samples austenitized at 900 and 950ºC, and immediately quenched after reaching these temperatures, showed microstructures of refined martensite, with small volume fractions of polygonal and acicular ferrites. The values of the tensile and yield strengths of the tempered samples are strongly dependent on the soaking time. The phase transformations during the tempering have similar effects on the tensile and yield strengths of the tempered samples. These samples have high yield ratio values (average of 0.91). The values of the product of the tensile strength for the percent elongation varied from 32589MPa% to 24150MPa%. The optimization of the mechanical properties of the SAE1045 steel, with high strength and ductility, was achieved for the austenitization at 900ºC, immediately quenched after reaching that temperature, and tempering at 600ºC for 100s.