A microestrutura do Aço Martensítico (MS) é predominantemente martensítica. Possui alta resistência à tração, com resistência máxima chegando a 1600 MPa. Para aumentar a sua plasticidade, o aço deve ser temperado, permitindo-lhe manter uma conformabilidade suficiente apesar da sua elevada resistência.
Atualmente, o Aço Martensítico possui o maior nível de resistência entre as placas de aço de alta resistência disponíveis comercialmente.
O aço martensítico é categorizado em dois tipos:
- Aço simples da série Cr13, incluindo 1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 4Cr13 e assim por diante.
- Aço martensítico reforçado com liga multielementar, como 1Cr11MoV e 1Cr12WMoV, que é baseado em Cr12 e inclui elementos como W, Mo, V, Ti, Nb e outros para aumentar sua resistência térmica.
O aço martensítico é conhecido por sua forte tendência de têmpera, que pode ser alcançada pelo resfriamento a ar da austenita de alta temperatura para formar uma estrutura de martensita. No entanto, 1Cr13 com baixo teor de carbono forma uma estrutura semimartensítica com martensita e ferrita após têmpera.
O primeiro tipo de aço martensítico é usado principalmente em condições gerais de resistência à corrosão, como em atmosferas, água do mar e ácido nítrico, bem como em componentes que requerem um certo nível de resistência. O último tipo é utilizado principalmente para aço resistente ao calor.
Soldabilidade do aço martensítico
Os aços martensíticos têm forte tendência ao endurecimento. Quando resfriado a ar, pode ser produzida martensita de alta dureza. No entanto, isto também leva à pior soldabilidade entre todos os aços inoxidáveis e aços de alta liga resistentes ao calor.
Os seguintes problemas são comumente encontrados durante a soldagem:
1. Soldagem de trincas a frio
Este é um problema bem conhecido do aço martensítico.
Por um lado, é devido à sua elevada temperabilidade. Por outro lado, também é resultado da baixa condutividade térmica da martensita, que pode levar a tensões internas significativas durante a soldagem.
Em particular, o aço martensítico com alto teor de carbono e estruturas de soldagem rígidas são propensos a desenvolver trincas a frio durante a soldagem.
Para resolver isso, muitas vezes são necessárias medidas como pré-aquecimento e tratamento térmico pós-soldagem.
2. Fragilização da junta soldada
(1) Fragilização por superaquecimento perto da costura
Os aços martensíticos estão frequentemente localizados na fronteira da martensita e da ferrita devido às suas características de composição.
Quando a taxa de resfriamento é alta, grandes grãos de martensita podem se formar próximos à junta, reduzindo sua plasticidade.
Se a taxa de resfriamento for baixa, uma estrutura grosseira de ferrita maciça e carbonetos se formará, o que diminui significativamente o formato da junta.
Portanto, é essencial controlar a taxa de resfriamento durante a soldagem.
(2) Fragilização por Temperamento
Os aços martensíticos e suas juntas soldadas podem ser suscetíveis à fragilização por revenimento, o que pode reduzir significativamente sua tenacidade à fratura, quando aquecidos e resfriados lentamente na faixa de temperatura de 375 a 575°C.
Portanto, é crucial evitar esta faixa de temperatura durante o tratamento térmico para evitar a fragilização da têmpera.
Pontos-chave do processo de soldagem do aço martensítico
1. Método de soldagem
O aço martensítico pode ser soldado usando todos os métodos de soldagem por fusão, exceto soldagem a gás, incluindo soldagem por arco de metal blindado, soldagem por arco submerso, soldagem por arco de argônio e tungstênio e soldagem por arco de metal de argônio, entre outros.
No entanto, devido à sua alta sensibilidade à trinca a frio, é importante limpar completamente a soldagem e secar a haste de soldagem antes da soldagem para garantir condições de hidrogênio baixo ou mesmo ultrabaixo.
Quando o grau de restrição da junta é alto, recomenda-se o uso de soldagem a arco de argônio e tungstênio ou soldagem a arco de metal de argônio.
Para minimizar o risco de trincas a frio, é importante aumentar o aporte térmico de soldagem de forma adequada, evitando superaquecimento e fragilização nas proximidades da solda.
2. Materiais de soldagem
A escolha dos materiais de soldagem deve ser baseada no tipo de aço, no método de soldagem e nas condições de trabalho da junta.
Para garantir que a junta tenha o desempenho desejado, é importante escolher materiais de soldagem que tenham uma composição química próxima à do metal base. No entanto, isso pode fazer com que a solda e a zona afetada pelo calor endureçam e se tornem quebradiças.
O tratamento térmico é frequentemente necessário após a soldagem para evitar trincas a frio. Quando o tratamento térmico não é possível, materiais de soldagem de aço austenítico do tipo 25-20 e 25-13 podem ser usados para formar soldas austeníticas, o que pode aliviar o estresse de soldagem e reduzir a tendência de trincas a frio devido ao aumento do teor de hidrogênio.
As soldas austeníticas apresentam boa plasticidade e tenacidade, mas baixa resistência, tornando-as adequadas apenas para juntas sob condições de carga estática com baixa tensão. Além disso, a grande diferença nas propriedades termofísicas entre a solda e o metal base pode resultar em tensão adicional na interface da junta quando se trabalha em altas temperaturas, levando à falha precoce da junta, portanto não são adequadas para aplicações em altas temperaturas.
Eletrodos com baixo teor de hidrogênio são normalmente usados para soldagem a arco com hastes de solda e devem ser secos a 400-450°C por duas horas antes da soldagem. A soldagem por arco submerso deve usar fluxo alcalino alto ou ácido fraco com baixo teor de silício, como HJ172, HJ173 ou HJ251. A soldagem TIG é usada principalmente para soldagem de apoio e soldagem de peças finas em soldagem multicamadas.
3. Pré-aquecimento e temperatura entre passes
O pré-aquecimento e a manutenção da temperatura entre passes são etapas cruciais para evitar trincas a frio durante a soldagem.
A temperatura de pré-aquecimento deve ser determinada com base no teor de carbono do aço e, a seguir, levando em consideração o grau de restrição da junta, a composição do metal de adição e o método de soldagem. A Tabela 1 fornece temperaturas de pré-aquecimento recomendadas, entradas de calor, etc. com base na classificação do teor de carbono.
Se a junta tiver um alto grau de restrição, é necessário aumentar a temperatura de pré-aquecimento e a temperatura de interpasse de acordo. A temperatura entre passes não deve ser inferior à temperatura de pré-aquecimento.
Para soldagem com materiais de soldagem de aço austenítico, o pré-aquecimento ou o pré-aquecimento em baixa temperatura pode não ser necessário, dependendo da espessura da soldagem.
Tabela 1 Temperatura de pré-aquecimento recomendada e aporte térmico para soldagem de aço martensítico
| Fração de massa de carbono (%) | Faixa de temperatura de pré-aquecimento/℃ | Aporte térmico de soldagem | Requisitos de tratamento térmico pós-soldagem |
| Abaixo de 0,10 | 100-150 | Entrada de calor média | Por espessura da parede |
| 0,10~0,20 | 150~250 | Entrada moderada de calor | O tratamento térmico é necessário para qualquer espessura |
| 0,20-0,50 | 250~300 | Alta entrada de calor | O tratamento térmico é necessário para qualquer espessura |
4. Tratamento térmico pós-soldagem
O tratamento térmico pós-soldagem é outra medida importante para evitar trincas a frio durante a soldagem.
Quando são utilizados materiais de soldagem com composição semelhante à do metal base, normalmente é necessário um tratamento térmico de têmpera pós-soldagem. Por outro lado, ao soldar com materiais de soldagem de aço austenítico, o tratamento térmico pós-soldagem geralmente não é necessário.
Para garantir a transformação completa da austenita em martensita após a soldagem, é importante evitar o tratamento de revenido imediatamente após a soldagem. A junta deve ser resfriada a uma temperatura abaixo do ponto Ms e mantida nessa temperatura por um tempo especificado antes de ser submetida ao tratamento de revenido em alta temperatura. Isto ocorre porque se o revenido for feito imediatamente após a soldagem, a austenita se transformará em perlita e os carbonetos precipitarão ao longo do contorno de grão da austenita, tornando a junta muito frágil.
No entanto, para evitar trincas a frio, o tratamento de revenido em alta temperatura não deve ser realizado após a junta ter esfriado até a temperatura ambiente. Normalmente, o tratamento de revenimento é realizado quando a junta esfria até 100-150°C.
