Tese de Doutorado

A maioria dos aços inoxidáveis dúplex apresenta teores de carbono inferiores a 0,03% em massa. Contudo, existe uma família importante e pouco estudada de aços dúplex contendo teores de carbono mais elevados, entre 0,3 e 0,5% em massa, cujas aplicações consistem na confecção de peças fundidas, de médio e de grande porte, nas quais as resistências ao desgaste abrasivo à cavitação e à corrosão são necessárias. Tendo em vista a escassez de estudos disponíveis sobre esses aços, a presente tese visa aprofundar a compreensão dos efeitos da adição de carbono na evolução microestrutural e no desempenho de ligas dúplex Fe-25Cr-5Ni. Especificamente, foram avaliados: a) formação da microestrutura de três ligas dúplex modelo com composição base em massa Fe-25Cr-5Ni e teores crescentes de carbono; b) microestrutura dessas ligas quando produzidas por solidificação rápida, por melt-spinning; c) resistência à cavitação-erosão e à corrosão localizada por pites das ligas modelo Fe-25Cr-5Ni. Os resultados obtidos mostraram que o aumento do teor de carbono altera a formação da microestrutura das ligas dúplex Fe-25Cr-5Ni, além de promover a formação dos carbonetos M23C6 e M7C3, em que M = (Fe, Cr). No caso das fitas produzidas por solidificação rápida, por melt-spinning, não foi possível manter todo o carbono em solução sólida na austenita, tendo sido observados carbonetos nanométricos, com diâmetro médio inferior a 300 nm, identificados por microscopia eletrônica de transmissão como M23C6 e M7C3. Foi observado que o carboneto M23C6 e a austenita possuem a seguinte relação de orientação: (200)M23C6//(200)A e [013]M23C6//[013]A. No que diz respeito à resistência à cavitaçãoerosão, os resultados indicaram que quanto maior o teor de carbono, maior o tempo de incubação obtido e menor a perda de massa acumulada. Por outro lado, a presença de carbonetos ricos em cromo prejudica a resistência à corrosão localizada. Quanto maior o teor de carbono, maior o valor obtido da densidade de corrente de corrosão, menor o valor obtido do potêncial de corrosão e menor o valor do potêncial de pite.

Most duplex stainless steels produced have carbon contents below 0.03 wt.%. However, there is an important and still little-studied family of duplex steels containing higher carbon content, between 0.3-0.5 wt.%, whose applications include the manufacture of medium and large-scale castings, where abrasive wear resistance to cavitation and corrosion are required. Given the lack of studies available on this material class, this thesis aims to deepen the understanding of the effect of carbon addition on the microstructural evolution and performance of Fe-25Cr-5Ni duplex alloys. Specifically, it was evaluated: a) the microstructure formation of three model duplex alloys with base-composition Fe-25Cr-5Ni and increasing carbon contents; b) the microstructure of these alloys when produced by rapid solidification, by meltspinning; c) resistance to cavitation-erosion and localized pitting corrosion of the Fe- 25Cr-5Ni model alloys. The results showed that increasing the carbon content changes the microstructure formation of duplex alloys, in addition to promoting the formation of M23C6 and M7C3 carbides, where M = (Fe, Cr). In the case of ribbons produced by rapid solidification by the melt-spinning process, it was not possible to retain all the carbon in a solid solution in the austenite, being observed nanometric carbides, with an average diameter of less than 300 nm, identified by transmission electron microscopy as M23C6 and M7C3. It was observed that M23C6 and austenite have the following orientation relationship: (200)M23C6//(200)A e [013]M23C6//[013]A. Regarding resistance to cavitation-erosion, the results indicated that the higher the carbon content, the longer the incubation time obtained and the lower the accumulated mass loss. On the other hand, the presence of chromium-rich carbides impaired localized corrosion resistance. The higher the carbon content, the higher the corrosion current density value, the lower the corrosion potential value, and the lower the pitting potential value obtained.