Título

Ferrita Anômala em Aços Hipereutetóides: Efeito do Nióbio e Modelagem por Difusão de Carbono

Anomalous ferrite in hypereutectoid steels: Effect of niobium and carbon diffusion modeling

Autoria

CÉSAR, LUÍSA MARQUES; PORCARO, RODRIGO RANGEL; FARIA, GERALDO LÚCIO DE

CÉSAR, LUÍSA MARQUES

Eu sou esse autor

PORCARO, RODRIGO RANGEL

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FARIA, GERALDO LÚCIO DE

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DOI

10.5151/2594-5327-43903

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Resumo

Neste trabalho, investigou-se o efeito do nióbio (Nb) na microestrutura e nas transformações de fase de dois aços alto carbono hipereutetóides para concreto protendido: C-Mn e C-Mn-Nb (≈0,03% Nb), em fio-máquina com diâmetro de 13 mm. No estado de entrega, a caracterização envolveu microscopia óptica e eletrônica de varredura, quantificação de ferrita anômala, espaçamento interlamelar, tamanho de colônias perlíticas, de grão austenítico prévio e microdureza Vickers ao longo da seção longitudinal. Após tratamentos térmicos em dilatômetro a 1 °C/s e 7,5 °C/s, avaliaram-se as transformações de fase, a evolução microestrutural e a microdureza. Simulações no MatCalc® confirmaram o caráter hipereutetóide e as condições para precipitação de cementita pró-eutetóide em condições de equilíbrio. Um modelo de difusão de carbono implementado no MATLAB®, baseado na segunda lei de Fick, revelou que o crescimento da cementita nos contornos de grão empobrece a austenita adjacente em carbono, viabilizando a formação de ferrita anômala, com maior fração na região central da seção transversal do fio máquina. O Nb promoveu refinamento do grão austenítico e das colônias perlíticas, com maior homogeneidade microestrutural e de microdureza ao longo da seção longitudinal.

The effect of niobium (Nb) on the microstructure and phase transformations of two hypereutectoid high-carbon steels for prestressed concrete was investigated: C-Mn and C-Mn-Nb (≈0.03 wt.% Nb), as 13 mm diameter wire rod. In the as-received condition, characterization included optical and scanning electron microscopy, anomalous ferrite quantification, interlamellar spacing, pearlite colony and prior austenite grain size, and Vickers microhardness along the longitudinal section. After heat treatments in a dilatometer at 1 °C/s and 7.5 °C/s, phase transformations, microstructural evolution and microhardness were evaluated. MatCalc® simulations confirmed the hypereutectoid character and conditions for proeutectoid cementite precipitation at equilibrium. A carbon diffusion model in MATLAB®, based on Fick's second law, revealed that cementite growth at grain boundaries depletes the adjacent austenite in carbon, enabling anomalous ferrite formation, with higher fractions in the central region of wire rod. Nb refined prior austenite grain size and pearlite colonies, improving microstructural homogeneity and microhardness distribution along the longitudinal section.

Palavras-chave

Aço hipereutetóide, Ferrita anômala, Nióbio, Concreto protendido

Hypereutectoid steel, Anomalous ferrite, Niobium, Prestressed concrete