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Mémoire de Maîtrise
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2021.tde-04032022-113948
Document
Auteur
Nom complet
Pedro Meirelles Chagas Delfino Gomes
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2021
Directeur
Jury
Goldenstein, Helio (Président)
Braga, Ana Paola Villalva
Pereira, Marcelo dos Santos
Titre en portugais
Transformações de fase, microestruturas, e propriedades mecânicas de um aço resistente ao incêndio.
Mots-clés en portugais
Aços microligados
Incêndio
Microestrutura
Propriedades mecânicas
Transformações de fase
Resumé en portugais
No presente trabalho, para um aço resistente ao incêndio ligado ao Mo-V-Ti, foi estudada a cinética de transformação de fase no aquecimento e no resfriamento e sua respectiva microestrutura, a degradação microestrutural em decorrência de uma situação de incêndio, e as propriedades mecânicas em temperaturas de incêndio. Esses aços fazem parte da classe de aços de alta resistência e baixa liga destinados a fins estruturais utilizados principalmente na construção civil, na indústria automotiva e em dutos de óleo e gás. Na engenharia de estruturas, este material surge da necessidade em oferecer aços que resistem a temperaturas de incêndio atrasando o eventual colapso da estrutura, dessa maneira reduzindo a necessidade de proteções térmicas adicionais, e dando oportunidade para uma resposta rápida, por exemplo uma evacuação para garantir a segurança das pessoas frente a um possível desabamento. O material foi recebido em forma de uma viga estrutural em H laminada a quente e resfriada ao ar. Através de ensaios dilatométricos, mecânicos e análise metalográfica conseguiu-se entender o processamento termomecânico utilizado na fabricação do material, construir a curva de resfriamento contínuo, e avaliar as propriedades mecânicas a quente. Além disso, estudou-se o efeito microestrutural de uma hipotética condição de incêndio, em 600 C° por 15 min, para diferentes condições iniciais de microestrutura, entre elas a condição como recebida, e a como recebida tratada termicamente. Os ensaios dilatométricos foram realizados em um dilatômetro de tempera. A caracterização metalográfica foi realizada em um microscópio eletrônico de varredura. Foram realizados ensaios mecânicos de tração estática na temperatura ambiente, e em 400 C° , 500 C°, 600 C° , 700 C° e 800 C° , e ensaios de tração transiente com aplicação de pré-carga de 50% do limite de escoamento seguido de aquecimento com taxas de aquecimento de 1 C°/min, 5 C°/min, e 20 C°/min. Na análise do efeito microestrutural por conta do incêndio observou-se de forma geral um aparente aumento de grão da microestrutura, a fragmentação da cementita, a decomposição dos agregados de martensita-austenita (MA), o engrossamento de carbonetos e a esferoidização da cementita, este último no caso das microestruturas inicialmente aciculares. Para o aço ao Mo-V-Ti estudado, nos ensaios estáticos, a razão do limite de escoamento em 600 C° foi de 79%, acima do mínimo de 66% utilizado pela literatura e parcialmente pela norma ASTM A1077, possivelmente por conta da estabilidade microestrutural, da resistência ao amolecimento, e da precipitação secundária. No ensaio de tração transiente, o material estudado no presente trabalho apresentou uma maior resistência ao amolecimento em comparação a outros aços similares da literatura, em decorrência dos mecanismos de endurecimento envolvidos em alta temperatura e da estabilidade microestrutural também em alta temperatura.
Titre en anglais
Phase transformations, microstructure, and mechanical properties of a fire resistant steel.
Mots-clés en anglais
Fire resistant steels
High strength low alloy steels
HSLA CCT diagram
Kinetics of the austenite decomposition
Mechanical properties of HSLA steel
Microstructural degradation during fire
Resumé en anglais
This work studies the kinetics of austenite formation and decomposition, the microstruc tural degradation during a fire event and the mechanical properties at firing temperatures of a commercial fire-resistant steel alloyed with Mo-V-Ti. These steel class is among the strongest low alloy steel classes for applications mainly in structural engineering, and sec ondly for the automotive industry and in oil and gas pipelines. In structural engineering, this material offers protection to endure fire temperatures (around 600 C°), delaying an eventual colapse of the structure, allowing to reduce the need for additional thermal protections and enabling a fast response to the catastrophic event, giving time for evacuating the people present in a building, for instance, ensuring their safety. The received mate rial was a H structural beam shape, processed in a hot-rolled condition followed by air cooling. The characterization metodology used the following tests: dilatometric measure ments, tensile and creep tests, and metallographic characterization. Through this study, one has a good understanding of the thermomechanical processing used in the manufacturing of the material, of the phase transformations in steels with the continuous cooling diagram, and the evaluation of mechanical properties at high temperature (600 C°). In addition to that, a simulated fire condition event was conducted to study the microstructure degradation, holding at the temperature of 600 C° for 15 min. The dilatometry tests were made in a quenching dilatometer. The metallographic characterization of the samples was carried out in a Scanning Electron Microscope. Regarding the mechanical tests, one were performed static tensile tests at room temperature, 400 C°, 500 C°, 600 C°, 700 C°, and 800 C°, and transient tests (accelerated creep) considering a pre-load application of 50% of room temperature yield strength followed by three different heating rates of: 1 C°/min, 5 C°/min, and 20 C°/min. After the simulated fire condition at 600 C°, the main mi crostructural changes were: the apparent increase of the grain size, the fragmentation of the cementite lamellae in the pearlite, decomposition of martensite-austenite aggregates, coarsening of carbides, and the spheroidization of cementite carbides, this latter in the case of an initially acicular microstructures. In the present study, the microalloyed steel alloyed with Mo-V-Ti shows in the static tests a yield strength ratio of 79% at 600 C°, when related to the yield strength at room temperature. This value, is above the minimum value of yield strength ratio at 600 C° of 66% setted by literature, based partially on the ASTM A1077 standard. Regarding the high temperature transient tests (reaching around 700 C°), the studied steel showed a higher softening resistance in comparison of similar steels from literature, as a consequence of both the hardening mechanisms involved in those temperatures and the microstructural stability also at high temperatures.
 
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Date de Publication
2022-03-10
 
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