ESTUDO DA FRAGILIDADE AO REVENIMENTO EM AÇOS 9% NI BAIXO CARBONO POR TÉCNICAS DESTRUTIVAS E NÃO DESTRUTIVAS

Abstract

9% Ni low carbon steel is known for its excellent cryogenic toughness and good resistance at -196°C, which makes it widely used in oil and gas industry, particularly in the storage and transportation of liquefied natural gas (LNG).The final mechanical properties of this steel are adjusted by quenching and tempering heat treatments. As the incorrect selection of tempering conditions can cause embrittlement of 9% Ni steel, which has its cryogenic toughness drastically reduced, the impacts of slow cooling (furnace) in tempering of this material were analyzed, as well as the feasibility of identifying temper embrittlement non-destructively through magnetic Barkhausen noise (MBN) inspection. For this, samples of ASTM A333 grade 8 material were prepared, which were quenched and then tempered from different temperatures (350°C, 400°C, 450°C, 500°C, 565°C, 585° C and 605°C) and quickly cooled (water) or slowly (in furnace). These specimens were submitted to magnetic inspection using the MBN technique and the root mean square (RMS) of the MBN signal was calculated. Charpy impact test at -196°C, hardness measurement, fractography and microstructure analysis through Scanning Electron Microscopy (SEM), and evaluation of the percentage of austenite retained by magnetization technique were also performed. The samples tempered at 350°C, 400°C and 450°C showed very low toughness in the Charpy impact tests at low temperature (- 196°C) due to temper embrittlement. Samples cooled slowly from the tempering temperature (565°C, 585°C and 605°C) also showed reduced toughness compared to samples tempered at the same temperature and rapidly cooled in water. The brittle fracture was characterized by intergranular cracks and cleavage.The root mean square of the MBN signal (RMSMBN) was higher in specimens as quenched and in specimens tempered in the temper embrittlement range (350°C-500°C) than in specimens which were correctly tempered (565°C-605°C and water cooled).Comparing specimens tempered at 565 - 605°C range and slowly cooled with those which were water cooled, the RMSMBN was higher in the former group, except for the tempering temperature at 605°C. RMSMBN could not be related to the hardness of 9% Ni steel.

O aço 9% Ni com baixo carbono é conhecido por sua excelente tenacidade criogênica e boa resistência a -196°C, característica que o torna amplamente utilizado na indústria petroquímica, principalmente no armazenamento e transporte de gás natural liquefeito (GNL). As propriedades mecânicas finais desse aço são ajustadas por tratamentos térmicos de têmpera e revenimento. Como a seleção incorreta das condições de revenimento pode causar fragilização do aço 9% Ni, que tem sua tenacidade criogênica drasticamente diminuída, analisou-se os impactos do resfriamento lento (forno) no revenimento desse material, bem como a viabilidade de se identificar a fragilidade ao revenimento de forma não destrutiva através da inspeção por ruído magnético de Barkhausen (RMB). Para isso, foram preparadas amostras de material ASTM A333 grau 8, que foram temperadas e, em seguida, revenidas a partir de diferentes temperaturas (350°C, 400°C, 450°C, 500°C, 565°C, 585°C e 605°C) e resfriadas rápida (água) ou lentamente (em forno). As amostras foram submetidas à inspeção magnética através da técnica de RMB e a raiz quadrada média (RMS) do sinal de RMB foi calculada. Também foram realizados teste de tenacidade ao impacto Charpy a -196°C, medição de dureza, fractografia e análise da microestrutura através de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), e avaliação da porcentagem de austenita retida por técnica de magnetização. Os resultados indicaram que as amostras revenidas a 350°C, 400°C e 450°C apresentaram tenacidade muito baixa nos testes de tenacidade ao impacto Charpy à baixa temperatura (-196°C) devido à fragilização por revenimento. As amostras resfriadas lentamente a partir da temperatura de revenimento (565°C, 585°C e 605°C) também apresentaram redução de tenacidade em comparação com amostras revenidas na mesma temperatura e resfriadas rapidamente em água. A raiz quadrada média do sinal de RMB (RMSRMB) foi maior na amostra somente temperada e nas amostras revenidas na faixa de fragilização (350°C – 500°C) em relação às amostras que foram revenidas corretamente (565 – 605°C e resfriadas em água). Comparando as amostras revenidas na faixa de 565 – 605°C resfriadas lentamente com aqueles resfriadas em água, o RMSRMB foi maior no primeiro grupo, exceto para a temperatura de revenimento a 605ºC. O RMSRMB não pôde ser relacionado à dureza do aço 9% Ni.