Characterization and Prediction of Continuous Cooling Transformations in Rail Steels

Abstract

This paper presents the characterization of austenite to pearlite transformation in rail steels (premium and standard) using dilatometry. The critical transformation temperatures were measured as a cooling rate function and the obtained microstructures were qualitatively and quantitatively characterized. Aiming to study the transformation kinetics, three equations proposed by technical literature were evaluated in order to predict the transformation evolution. Experimental and calculated CCT diagrams were compared. It was concluded once the kinetics of phase transformation in rail steels is well characterized, it can be used as reference to enable suitable heat treatment to obtain pearlitic microstructures for the standard steel as refined as those of premium. The minor prior austenite grain size of the standard steel favoured the pearlite nucleation, however its highest Mn, Nb and Si contents delayed the growth stage. All equations evaluated in order to predict the kinetics of austenite to pearlite transformation under continuous cooling were satisfactory.

Avaliação da possibilidade de aplicação de tratamentos térmicos de múltiplas normalizações como mecanismo de refino microestrutural e incremento de propriedades mecânicas em aços API-OCTG

“…Para os dois aços, corpos de prova cilíndricos (10 mm de comprimento e 3 mm de diâmetro) foram aquecidos com taxa constante de 3 °C/s até 950 °C, onde permaneceram por 1 minuto, sendo então resfriados, sob fluxo de gás hélio, a 2 °C/s até a temperatura ambiente. As temperaturas críticas de austenitização foram medidas na etapa de aquecimento das amostras por meio da utilização do método dos desvios mínimos (em triplicata) [20,21]. Baseando-se nesta caracterização, definiu-se a temperatura de austenitização Tγ a ser utilizada nos tratamentos térmicos de múltiplas normalizações.…”

“…Pode-se observar que, no equilíbrio, as temperaturas críticas de austenitização para os A e B são, respectivamente, Ae 1 =704°C; Ae 3 = 823°C e Ae 1 =728 °C; Ae 3 =827 °C. Percebe-se que as temperaturas críticas do aço A são um pouco menores do que as de B. Segundo a literatura, isso se justifica principalmente pela maior concentração de Mn no aço A, pois este elemento é fortemente γ-gêneo e expande o campo de estabilidade da austenita [11,21,30]. Observa-se ainda que o aço A é pouco susceptível a formação de outros carbonetos que não a cementita (Fe 3 C) e isso se deve à sua relativa baixa concentração de elementos bons formadores de carbonetos como Cr, Mo, V, Ti e Nb [11,12,24,25].…”

“…A Figura 2 exemplifica curvas de dilatometria utilizadas para se medir as temperaturas críticas de austenitização fora do Percebe-se que, para os dois aços, as temperaturas críticas medidas fora do equilíbrio foram maiores do que aquelas calculadas para condições de equilíbrio. Esta observação está em acordo com a literatura que afirma que fora do equilíbrio há um superaquecimento da ferrita, deslocando as temperaturas de início e final de austenitização para cima [21,30].…”

“…Neste contexto, poder-se-ia justificar tanto o refino microestrutural quanto a diminuição da fração de perlita, pois segundo a literatura, para uma mesma composição química, com a diminuição do tamanho de grão austenítico há um deslocamento das linhas do diagrama de transformação de fases sob resfriamento contínuo (TRC) para a esquerda, favorecendo a formação de maior fração de ferrita proeutetóide em detrimento da perlita para uma mesma taxa de resfriamento [21,32].…”

“…Alguns autores também descrevem que em aços com significativa adição de elementos de liga bons formadores de carbonetos, como o aço B, este efeito pode ser potencializado, pois as interfaces carboneto-ferrita também atuam como sítios de nucleação de austenita, aumentando, portanto, a taxa de nucleação e o potencial de refino da estrutura austenítica formada [19,21,33,34].…”