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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Desenvolvimento de aço microligado ao nióbio com microestrutura perlítica bainítica para rodas ferroviárias forjadas classe D
Title Alternative: Development of niobium microalloyed steel with pearlitic bainitic microstructure for railroad forged wheels class D
Author: Minicucci, Domingos Jose, 1959
Advisor: Mei, Paulo Roberto, 1953-
Abstract: Resumo: O transporte ferroviário na modalidade "heavy haul" (cargas acima de 30 tons/eixo) está crescendo no Brasil na área de minério e de grãos, assim como o aumento da carga por eixo, que em países como a Austrália já atinge 45 tons/eixo. Como as rodas ferroviárias convencionais da classe C da AAR (Association of American Railroads) não suportam as tensões geradas por estas altas cargas, a AAR criou uma nova classe, específica para este tipo de transporte, denominada classe D, com aço microligado. Pesquisas apontam que a perlita, presente nas rodas classe C, não consegue atingir a resistência mecânica necessária para altas cargas da modalidade "heavy haul". Assim, o objetivo desta pesquisa foi o de desenvolver um aço microligado ao nióbio com microestrutura perlítica bainítica que atendesse todas as especificações da AAR para classe D. Foram fabricadas rodas ferroviárias com dois diferentes aços microligados e suas propriedades foram comparadas com o aço Classe C da norma AAR, sem microliga. O primeiro aço microligado fabricado, Nb1 (0,71 C/ 0,67 Si/ 0,11 Mo/ 0,017 Nb), atendeu os requisitos de LR (Limite de Resistência), LE (Limite de Escoamento) e RA (Redução de Área), mas não atendeu Al (Alongamento). O segundo aço fabricado, com menor teor de silício e maiores teores de molibdênio e nióbio, Nb2 (0,72 C/ 0,31 Si/ 0,21 Mo e 0,020 Nb), atendeu plenamente a classe D. O aço Nb2 apresentou um menor tamanho de grão austenítico que os aços Nb1 e classe C (11, 16 e 38 µm, respectivamente), o que deve ter colaborado para o aumento do alongamento (15, 12 e 13 para os aços Nb2, Nb1 e C, respectivamente). Também a RA do Nb2 foi maior que a dos outros aços (40, 30 e 34 para os aços Nb2, Nb1 e C, respectivamente), com LE maior que o do aço classe C (890 e 780 MPa, respectivamente). Como as estruturas dos aços Nb1 e Nb2 continham bainita e esta estrutura é sensível à fragilização no revenimento, utilizou-se o ensaio Charpy para levantar a curva de fragilização no revenimento. Os aços Nb1 e Nb2 apresentaram fragilidade quando revenidos entre 280 e 380 ºC, uma importante informação pra o fabricante de rodas ferroviárias, que deve evitar esta faixa de temperatura de revenimento. O aço classe C, totalmente perlítica, não apresentou fragilização no revenimento. As curvas CCT mostraram que a redução do teor de silício e aumento das adições de molibdênio e nióbio facilitaram a formação de bainita, que teve início para a taxa de 0,5 °C/s no aço Nb2, contra 1 °C/s no Nb1 e 10 °C/s no aço da classe C

Abstract: Heavy haul railway transportation (loads heavier than 30 tons / axle) is growing in Brazil regarding iron ore and grains, as well as the load per axle is increasing, which in countries like Australia has already reached 45 tons / axle. As the AAR (Association of American Railroads) conventional class C railway wheels cannot withstand the stresses generated by these high loads, AAR created a new class, called class D, with microalloyed steel specific for this type of transportation. Research shows that the pearlite, currently present in class C railway wheels, is unable to achieve the necessary mechanical resistance for high loads in heavy haul transportation. Thus, the objective of this research was to develop a niobium (Nb) microalloyed steel with a pearlitic-bainitic microstructure that met all AAR specifications for class D. Railway wheels were manufactured with two different microalloyed steels, and their properties were compared to those of a non-microalloyed steel of similar carbon (C) content (Class C of the AAR standard). The first microalloyed steel manufactured, Nb1 (0.71 C / 0.67 Si / 0.11 Mo / 0.017 Nb), met the requirements of SL (Strength Limit), YL (Yield Limit) and AR (Area Reduction), but not of El (Elongation). The second manufactured steel, with lower Si content and higher Mo and Nb contents, Nb2 (0.72 C / 0.31 Si / 0.21 Mo / 0.020 Nb) fully met class D. Nb2 steel had a smaller austenitic grain size than did Nb1 and class C steels (11, 16 and 38 µm, respectively), which must have contributed to the increase in El (15, 12 and 13 for Nb2, Nb1 and C steels, respectively). The Nb2 AR was also greater than that of the other steels (40, 30 and 34 for Nb2, Nb1 and C steels, respectively), in addition to having a higher YL than that of class C steel (890 and 780 MPa, respectively). As the microstructures of Nb1 and Nb2 steels contained bainite, which is a structure sensitive to embrittlement at tempering, the Charpy test was applied in order to raise the embrittlement curve at tempering. Nb1 and Nb2 steels presented embrittlement when tempered between 280 º C and 380º C, such important information for the manufacturer of railway wheels to avoid this tempering temperature range. Class C steel, with a completely pearlitic structure, did not show any embrittlement. The continuous cooling transformation (CCT) curves indicated that the reduction of Si content and increased additions of Mo and Nb facilitated the formation of bainite, which started at the cooling rate 0.5° C / s in Nb2 steel, while at 1° C / s in the Nb1 and 10° C / s in class C steel
Subject: Nióbio
Aço microligado
Ferrovias
Ferrovias - Material rodante
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: MINICUCCI, Domingos Jose. Desenvolvimento de aço microligado ao nióbio com microestrutura perlítica bainítica para rodas ferroviárias forjadas classe D. 2020. 1 recurso online (202 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP.
Date Issue: 2020
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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