Cinética de formação de fase sigma entre 700ºC e 900ºC no aço inoxidável superduplex UNS S32750(SAF 2507)

Abstract

O avanço no desenvolvimento de novos materiais trouxe ao mercado a melhor combinação de propriedades mecânicas de aços inoxidáveis ferríticos e austeníticos ao criar o aço inoxidável dúplex. Com frações semelhantes de ferrita e austenita em sua estrutura, possuem alta resistência à corrosão sob tensão e à corrosão intergranular, ótimas resistência mecãnica e tenacidade, e boa soldabilidade, ou seja, as melhores características dos aços ferríticos e austeníticos. O aço UNS S32750 é chamado de superdúplex devido à sua elevada resistência à corrosão por pite, superior à dos aços inoxidáveis dúplex, consequência das maiores concentrações de cromo, molibdênio e nitrogênio. Porém, quando submetido a elevadas temperaturas pode apresentar em sua estrutura fases intermetálicas que degradam suas propriedade e limitam sua utilização. A principal delas é a fase sigma, por ser a fase que mais facilmente surge no aço inoxidável e por ser a mais degradante às suas propriedades mecãnicas e de resistência à corrosão. Assim, estudar a susa cinética de formação é de extrema importãncia para que a resistência à corrosão e as propriedades mecânicas do aço UNS S32750 sejam preservadas. Este trabalho analisou o comportamento deste aço após tratamentos térmicos de envelhecimento em temperaturas entre 700ºC e 900ºC, por diferentes intervalosd e tempo, através de gráficos de dureza e de frações volumétricas de ferrita, austenita e sigma. Concluiu-se que a dureza do material está diretamente relacionada à fração volumétrica de sigma existente na estrutura do aço. Além disso, puderam ser identificados como principais mecanismos formadores de sigma: decomposição eutetóide lamelar e/ou precipitação descontínua nas amostras envelhecidas a 700ºC, 750ºC e 800ºC (com morfologia de sigma em lamelas, predominante), e decomposição euteóide divorciada e/ou precipitação contínua nas temperaturas de 850ºC e 900ºC (onde se verificou morfologia maçiça de sigma). De 700ºC a 800ºC foram observados mecanismos semelhantes na formação de sigma, porém em intervalos de tempo diferentes, pois quanto maior a temperatura mais rapidamente esta fase se formará. A 850ºC e 900ºC os mecanismos de formação de sigma aconteceram simultaneamente e mais rapidamente, muito provavelmente por conta da morfologia maçiça, característica observada nas amostras envelhecidas nestas temperaturas, provocando maior cinética de formação de fase sigma nestas temperaturas

The advance on new material development brought to the market the better combination of ferritic and autenitic stainless steels mechanical properties when the duplex stainless steels were created. With similar fractions of ferrite and autenite in their structure, they have high stress corrosion cracking resistance, improved intergranular corrosion resistance, excellent mechanical strength and toughness, and good weldability; in other words, the better properties found in ferritic and austenitic stainless steels. The UNS S32750 steel is called superduplex due to its high pitting corrosion resistance, higher than duplex stainless steel, a consequence of larger concentration of chromium, molybdenum and nitrogen. However, when submitted to high temperatures, intermetallic phases can appear inside its structure, damaging its mechanical properties and restricting its usage. The most important intermetallic phase is sigma phase because it is the one that appears most easily in duplex stainless steel and has the worst effect on mechanical and corrosion properties of this steel. This study analyzed the behavior of SAF 2507 steel after aging treatment beteween 700ºC e 900ºC in different periods of time, through hardness profiles and volume fraction of ferrite, austenite and sigma phases. It was found that hardness is strictly related to the existing volume fraction of sigma phases. It was also found that the major mechanisms of sigma phase formation between 700ºC and 800ºC are eutectoid decomposition of ferrite, or discontinous precipitation from ferrite, leading to lamellar microstructures. Those mechanisms occured in different time periods at each studied temperature; however, the higher the temperature, the higher is the transformation kintics. At 850ºC and 900ºC the major mechanisms of sigma phase formation are divorced eutectoid decomposition of ferrite and continous precipitation form ferrite, resulting in compact morphologies. At those temperatures, the different mechanisms occured simultaneously, and allowed the higher sigma phase formation kinetics