Objectifs de la CAPAD

Os elementos microligantes - vanádio, alumínio, titânio, boro e nióbio - oriundos dos consumíveis, desempenham um papel muito complexo sobre a microestrutura e as propriedades mecânicas do metal de solda ferrítico, como pode ser visto pelos trabalhos de Evans [124,138]. Embora estes trabalhos não considerem o efeito da interação, já se admite que ele ocorre e, que é necessário se determinar o balanço adequado entre os elementos, como no sistema Ti-B [139] por exemplo. Os teores ótimos desses elementos, no metal de solda, dependem do procedimento de soldagem e da presença de outros elementos, tais como Mn, Mo, Ni, Al, O, e N. A seguir discute-se o efeito isoladado desses elementos.

O efeito do teor de vanádio foi discutido por Dolby [140] com base em trabalhos desenvolvidos na grande maioria por arco submerso. Para este pesquisador, o efeito do vanádio depende dos demais elementos presentes, e principalmente dos tipos de consumíveis utilizados. De uma forma geral, a adição de vanádio até 0,1% aumenta o teor de ferrita acicular do metal de solda, às custas da ferrita primária e da ferrita com segunda fase. Esta tendência também foi verificada por Evans e Bozanski [141,142]. Na condição "como soldado", verificou-se um aumento na tenacidade para teores intermediários de V, quando o teor de Mn era de 1,0% ou mais. Após TTAT a tenacidade reduzia-se muito com a adição de V para qualquer nível de Mn. Em termos gerais, o V pode ser tolerado até 200 ppm sem causar problemas após TTAT.

Do total de aluminio presente no metal de solda, pelo menos um terço encontra-se combinado, especialmente na forma de óxidos e nitretos [143], O aumento no teor de Al pode tanto melhorar como piorar a tenacidade, dependendo dos consumíveis utilizados [143,144], As mudanças na tenacidade verificadas por Terashima e Hart [145] foram diretamente atribuídas à variação na microestrutura. Para muitos pesquisadores, o efeito do Al sobre a microestrutura depende da relação Al/O, a qual caracteriza o tipo de inclusão resultante. Vários trabalhos indicam ser 0,84 a relação Al/O correspondente à estequiometria da galaxita (MnO,AltO,), a qual acelera a nucleação da ferrita acicular e, conseqüentemente, proporciona melhor resistência ao impacto [143,145,146,147], Ferrante [143] concluiu que o teor ótimo de Al no metal de solda e nas inclusões ricas em oxigênio é de 0,02 - 0,03% e 30 - 40%, respectivamente.

Evans [148] verificou que, com o aumento do teor de Al até 610 ppm, a microestrutura do metal de solda sofre modificações. A fração volumétrioa de ferrita acicular inicialmente diminui (até 80

ppm), depois aumenta (até 200 ppm) e finalmente diminui mais vima vez. Estas variações foram acompanhadas por maiores mudanças no teor de ferrita com segunda fase, do que no teor de ferrita primária A composição química média das inclusões muda, sendo que produtos como MnO e S i0 2 são progressivamente substituídos por A120 3. As melhores propriedades de impacto foram para 0 e 300 ppm Al.

O efeito do titânio na tenacidade é muito dependente da temperabilidade do metal de solda, sendo as melhores propriedades obtidas na faixa de 0,02 a 0,05% Ti [139,143], A exemplo do Al, verificou-se também que existe uma relação ótima entre o Ti e o O para que se alcance a maior fração volumétrica de ferrita acicular. Para arco submerso, a fiação volumétrica de ferrita acicular aumenta à proporção que o teor de Ti na inclusão aumenta até 2,0% [143,145,146].

Evans [149] verificou que pequenas quantidades de Ti, até 30 ppm, induzem um dramático efeito na microestrutura e nas propriedades mecânicas do metal de solda da classe AWS E7018. Esta quantidade é aproximadamente uma ordem de grandeza menor do que as que são geralmente associadas com o Ti. Neste trabalho, as melhores propriedades de impacto ocorreram para 2,4% TiO na inclusão. De especial importância foi o efeito de apenas 10 ppm de Ti no metal de solda sobre a sua microestrutura, passando de 80% de ferrita com segunda fase para 60% de ferrita acicular. Houve uma mudança na composição química média das inclusões, com S i02 sendo progressivamente substituído por TiO. Encontram-se dois pontos de ótima resistência ao impacto (30 ppm e 200 ppm).

O boro em solução segrega nas interfaces sólido/líquido que darão origem aos contornos de grão. A segregação de B nestas interfaces, incoerentes e de elevada energia, diminuí-lhes a energia interfacial por um mecanismo de absorção [126,139,143], Em conseqüência, a transformação austenita/ ferrita é retardada, deixando mais tempo e espaço para que a ferrita acicular domine a microestrutura final do metal de solda às expensas da ferrita em contornos de grão [143], O efeito do B é muito dependente dos elementos desoxidantes, especialmente do Ti e do N. Para Tehwlis [147], na presença de N, há formação de NB e conseqüente redução do B em solução. Elevadas frações volumétricas de partículas de NB atuam como barreiras para os contornos de grão da austenita, refinando o grão e aumentando a temperatura de transformação. A perda adicional de B solúvel também aumenta esta temperatura, resultando no aumento da fracção volumétrica de ferrita em contorno de grão e redução de ferrita acicular. O aumento do teor de B do metal de solda aumenta a tenacidade, pelo aumento do teor de B em solução e pela remoção do N livre. Isto geralmente compensa o efeito negativo do refino dos grãos da austenita primária, pelo aumento da fração volumétrica das partículas de NB.

Estudos realizados por Garland e Kirkwood [150,151], em soldagens com arco submerso, comprovam que o nióbio aumenta a temperabilidade e com isso, a fração volumétrica de ferrita acicular e evita a formação de ferrita poligonal ao longo dos contornos do grão. No entanto, dependendo do teor de Nb, a tenacidade fica reduzida pela formação de microfases frágeis tipo M/A e pela precipitação de

Nb(C,N). Entretanto, estudos apontam que, dependendo da composição dos consumíveis, pode-se obter a quantidade desejada de ferrita acicular no metal de solda mesmo para teores elevados de Nb [122,152]. A presença de Ti e B são exemplos típicos na soldagem ao arco submerso. Recentemente Evans e Bosanski [142,153] analisaram o efeito do Nb, na faixa de 5 a 1000 ppm, para eletrodos AWS E7018 contendo de 30 a 40 ppm de Ti. Concluiram que esse elemento deve ser mantido nos níveis mais baixos possíveis. O aumento do teor de Nb aumentou a fração volumétrica de ferrita com segunda fase (bainita superior) e reduziu drasticamente a resistência ao impacto.

Além dos seus efeitos sobre a microestrutura e a resistência ao impacto, os elementos microligantes aumentam a dureza, a tensão de escoamento e a tensão limite de resistência à tração do metal de solda [141,148,149,153],