Comparison of the strengthening effects of Nb, V, and Ti on the mechanical properties of 20MnSi low-alloy steel

Abstract

Three alloys, containing niobium, vanadium and titanium, respectively, were refined and the strengthening effect attained after adding them individually in a 20MnSi low-alloy rebar steel was investigated. The results show that the strengthening effect attained due to the addition of niobium is the best, whereas that due to the addition of titanium is the poorest. Grain refinement and precipitation strengthening are the main strengthening mechanisms observed in niobium-steel and vanadium-steel, whereas only precipitation strengthening is observed in titanium-steel. Moreover, the average grain size of niobium-steel is the smallest among the four types of steels, while the size of ferrite and pearlite microstructures show almost no obvious change as compared to the base steel in the case of titanium-steel. Furthermore, the volume fractions of ferrite and pearlite in the four tested steels have no noticeable change.

Transformações de fase, microestruturas, e propriedades mecânicas de um aço resistente ao incêndio.

“…De maneira geral, a alta resistência ao incêndio é permitida por conta dos mecanismos de endurecimento decorrentes da adição de elementos de liga como molibdênio (Mo), vanádio (V), nióbio (Nb), titânio (Ti), entre outros e do processamento termomecânico, como visto. Os principais mecanismos de endurecimento evolvidos nos FRS, tanto em alta temperatura quanto na temperatura ambiente, são: por solução sólida (principalmente de Mo) [5,17,[42][43][44], precipitação de partículas do tipo MC, M 2 C (ambos de Mo, V, Ti e Nb), agregados (clusters) de Mo e cementita (θ) [8,19,[45][46][47][48], alta densidade de discordâncias [16,17,49], refino de grão [50][51][52][53][54], contornos de baixo ângulo (subcontornos de grão) [9,55], microestrutura acicular (bainítica) [13,16,17], e formação de pares de lacunas-soluto (defeitos pontuais) [44]. A presença desses elementos químicos, que serão vistos brevemente a seguir e sua influência na microestrutura será detalhada ao longo da revisão bibliográfica, permitem a ocorrência desses diferentes tipos de endurecimento que contribuem para redução dos efeitos deletérios à resistência mecânica em alta temperatura, assim como uma estabilidade microestrutural.…”

“…Por fim, Zhang et al [54] estudaram o aço ARBL 20MnSi comparando os efeitos devido ao Nb, V, e Ti individualmente (sem Mo). As adições foram de 0,038% Nb, 0,043% V e 0,034% Ti em peso.…”

“…Como visto na Figura 6, o aço ao Nb foi o que proporcionou o maior aumento no limite de escoamento, de aproximadamente 110 MPa. Segundo Zhang et al [54] essa adição propiciou o endurecimento por precipitação de pequenos carbonetos de nióbio. Além da precipitação, o aço ao nióbio foi o que apresentou o menor tamanho de grão médio, acarretando também um endurecimento por refino de grão.…”

“…Aço ao V: aço base + 0,043% V. Aço ao Ti: aço base + 0,034% Ti. -Adaptado de Zhang et al [54] Como visto, há um efeito benéfico na resistência mecânica a quente e a frio devido à adição dos elementos de liga Mo, Nb, V e Ti. Uma combinação desses elementos é tida como a ideal para se aumentar a razão de limite de escoamento em altas temperaturas, de modo a garantir uma resistência ao incêndio, aumentando assim a temperatura de falha do material.…”