Efeito do nióbio sobre a formação de ferrita anômala em aços hipereutotóides para concreto protentido.

Abstract

A produção de aços destinados à aplicação em concreto protendido, na forma de fios e cordoalhas, envolve a fabricação de arames com alto teor de carbono por meio de um processo de trefilação a frio, partindo do fio-máquina que foi previamente laminado a quente. Esses materiais são concebidos para apresentar elevada resistência à tração e boa capacidade de deformação. No entanto, a busca por maior resistência mecânica no fio-máquina enfrenta um desafio tecnológico imposto por um limite industrial do processo de resfriamento. Como a extração de calor ocorre a partir da superfície em direção ao núcleo do fio-máquina, a taxa de resfriamento efetivamente alcançada é maior próxima à superfície e menor nas regiões mais internas. Nessas regiões de resfriamento mais lento, o teor de carbono desses aços, situado além da composição eutetóide, favorece a formação indesejada de fases e constituintes, como cementita e ferrita anômala, prejudicando o desempenho final dos produtos. Como alternativa viável, explorou-se a adição de nióbio ao aço de alto carbono em razão de seu efeito já conhecido de refinamento do grão austenítico e de melhoria da resistência mecânica, investigando-se, a partir desse refinamento, se ele também influenciaria a extensão ou a natureza da formação desses constituintes indesejados. Nesse contexto, foram fabricados dois aços hipereutetóides para concreto protendido, um com nióbio (C-Mn-Nb, ≈0,03% Nb) e outro sem (C-Mn), ambos produzidos em escala industrial na forma de fio-máquina com 13 mm de diâmetro. No estado de entrega, a caracterização envolveu microscopia óptica e eletrônica de varredura, quantificação da ferrita anômala, do espaçamento interlamelar, do tamanho das colônias perlíticas e do grão austenítico prévio, além de ensaios de microdureza Vickers ao longo da seção longitudinal. Após tratamentos térmicos em dilatômetro, com taxas de resfriamento de 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 dos aços e as condições para precipitação de cementita pró-eutetóide em condições de equilíbrio. Um modelo de difusão de carbono, implementado no MATLAB® com base na segunda lei de Fick, revelou que o crescimento da cementita nos contornos de grão empobrece em carbono a austenita imediatamente adjacente, viabilizando a formação de ferrita anômala, com maior fração na região central da seção transversal do fio-máquina. O nióbio promoveu refinamento do grão austenítico e das colônias perlíticas, resultando em maior homogeneidade microestrutural e de microdureza ao longo da seção longitudinal, sem, no entanto, evidenciar efeito significativo sobre a fração de ferrita anômala formada.