01 Definições
Aços de alta resistência e superligas contendo elementos de endurecimento por precipitação (Al, Ti, Nb) – incluindo aços de alta resistência de baixa liga, aços resistentes ao calor perlíticos, superligas endurecidas por precipitação e certos aços inoxidáveis austeníticos – podem desenvolver fissuras de alívio de tensão (fissuras SR) durante o tratamento térmico pós-soldagem, mesmo que nenhuma fissura estivesse presente inicialmente. Da mesma forma, algumas estruturas soldadas podem desenvolver fissuras durante o serviço prolongado em alta temperatura (por exemplo, 500–600°C). Na prática da engenharia, essas fissuras – que ocorrem durante o tratamento de alívio de tensão e a operação em serviço – são coletivamente denominadas fissuras de reaquecimento.
02 Principais características das fissuras de reaquecimento
(1) A fissuração por reaquecimento ocorre apenas em soldas metálicas contendo elementos de endurecimento por precipitação, e o aço carbono e os materiais metálicos de endurecimento por solução sólida geralmente não produzem fissuração por reaquecimento.
(2) Existe uma faixa de temperatura sensível, que está relacionada com a temperatura e o tempo de reaquecimento. A faixa sensível do aço de baixa liga é de cerca de 500～700℃, e a do aço inoxidável austenítico e do aço de alta temperatura é de 700～900℃.
(3) O contorno do grão de grão grosseiro de austenita na zona afetada pelo calor se estende ao longo da linha de fusão no lado do material de base, e a fissuração intergranular é observada.
(4) Deve haver grande tensão residual e concentração de tensão na área de soldagem.
03 Fatores que afetam a fissuração por reaquecimento
(1) O teor de elementos formadores de carboneto (Cr, Mo, V, Ti, Nb) tem um efeito significativo. Por exemplo, o teor de V no aço resistente ao calor perlítico aumentará muito a sensibilidade da fissura SR.
(2) A velocidade e o tempo de aquecimento afetam a faixa de temperatura sensível de diferentes aços.
(3) O tamanho do grão tem um efeito significativo na tendência de fissuração por reaquecimento, quanto maior o tamanho do grão, maior a tendência.
(4) Diferenças nos métodos de soldagem: A soldagem com alta entrada de calor tende a causar o engrossamento do grão, e a tendência de fissuração por reaquecimento da soldagem por arco submerso é maior do que a da soldagem por arco com eletrodo nos tipos de aço sensíveis ao crescimento do grão, enquanto a tendência de endurecimento é maior nos tipos de aço com grande tendência de endurecimento.
04 Medidas preventivas contra fissuras de reaquecimento
(1) Selecione materiais de soldagem de baixa resistência compatíveis;
(2) Controle a taxa de resfriamento usando pré-aquecimento ou pós-aquecimento;
(3) Evite a faixa de temperatura sensível ou encurte o tempo de permanência;
(4) Reduza a tensão residual e evite a concentração de tensão;
(5) Certas ligas (por exemplo, Incoloy 800HT projetado para temperaturas ≥538°C) requerem tratamento térmico de estabilização pós-soldagem;
(6) Testes não destrutivos devem ser adicionados aos materiais com tendência de fissuração por reaquecimento após o tratamento térmico.
05 Materiais sensíveis à fissuração por reaquecimento
15MnVR, 15MnNbR, 18MnMoNbR, 13MnMoNbR, 07MnCrMoVR, 07MnNiMoVDR, 17Cr1Mo1V e aço japonês CF-62.
Observação: Fissuras de reaquecimento, que são ocultas e podem facilmente causar acidentes repentinos, podem ocorrer durante o tratamento térmico ou em serviço. Os projetistas, fabricantes e inspetores de vasos de pressão devem avaliar os riscos de fissuração por reaquecimento com antecedência e desenvolver planos de prevenção e controle.
A fissura de reaquecimento é causada pelo tratamento térmico pós-soldagem (por exemplo, tratamento térmico de alívio de tensão), e os elementos de Cr, Mo, V, Nb, Ti no aço agravam a tendência de fissuração por reaquecimento.
06 Mecanismo da Fissuração por Reaquecimento
A fissura de reaquecimento se origina da nucleação de microfissuras causadas pelo deslizamento preferencial dos contornos de grão, e o contorno de grão é enfraquecido e o grão é fortalecido no tratamento térmico pós-soldagem.
(1) A teoria da ligação química fraca nos contornos de grão
Os elementos de impureza (por exemplo, P, S) são frágeis devido à segregação nos contornos de grão, enquanto o carbono/nitreto de Cr, Mo, V, Nb e outros elementos são fortalecidos pela precipitação no grão durante o reaquecimento secundário. A deformação por relaxamento de tensão é concentrada nos contornos de grão, e a fissura é causada por plasticidade insuficiente.
(2) Teoria do endurecimento intracristalino (teoria da fissuração por modo)
A precipitação in situ da fase de endurecimento (carboneto de cromo, vanádio, titânio, nióbio, etc.) na região de deslocamento impede a deformação intracristalina, o relaxamento de tensão é suportado pelo contorno de grão, e a concentração de tensão leva à fissura.
(3) Teoria da fratura por fluência
O crescimento da fissura ao longo dos contornos de grão é acelerado pelo acúmulo de danos por fluência durante o processo de relaxamento de tensão.
07 Fórmula de identificação da sensibilidade à fissuração por reaquecimento
Os principais fatores que afetam a fissuração por reaquecimento são a composição química do aço (que afeta diretamente a plasticidade da zona de grão grosseiro) e a tensão residual na zona soldada (especialmente a área de concentração de tensão).
△G＝Cr＋3.3Mo＋8.1V＋10C－2
Quando△G<1.5, a fissura de reaquecimento não é sensível;
Quando 1.5<△G<2, é geralmente;
Quando △G>2, a fissura de reaquecimento é sensível.
08 ANÁLISE DE ESPECIALISTAS
1: Durante o tratamento térmico pós-soldagem ou serviço em alta temperatura, as juntas soldadas restritas podem desenvolver 'fissuras de reaquecimento' (também denominadas 'fissuras de relaxamento de tensão') em suas zonas afetadas pelo calor. Historicamente, essas fissuras foram identificadas pela primeira vez em aços inoxidáveis austeníticos por engenheiros de usinas de energia. Estudos metalúrgicos confirmam sua estreita associação com precipitados intracristalinos. Essencialmente, esses precipitados reforçam o interior do grão, forçando a tensão necessária para o relaxamento de tensão a se deslocar para os contornos de grão, reduzindo assim a ductilidade por fluência e causando falha nos contornos. Esse mecanismo de fissuração permanece incompletamente compreendido, particularmente em relação aos fatores microestruturais e de composição que influenciam sua formação.
2: O endurecimento por precipitação nos contornos de grão explica apenas parte da causa. O tamanho do grão é muito grande, o que levará à deterioração da ductilidade por fluência e ao acúmulo de precipitação nos contornos de grão. Além disso, a contração da solda, o grão grosseiro dificultará o deslizamento dos contornos de grão, o aumento da espessura do material e o processo de soldagem selvagem agravarão a tendência de fissuração.
Dois tipos de fissuras de reaquecimento:
1) A solda não rachou inicialmente, mas rachaduras apareceram durante o tratamento térmico de alívio de tensão pós-soldagem. Essas fissuras são denominadas suscetibilidade à fissuração por alívio de tensão (suscetibilidade à fissuração SR).
2) Fissuras não são encontradas após a soldagem, mas são produzidas após serviço de longo prazo a uma determinada temperatura.
Características da fissura de reaquecimento:
1) Ocorre exclusivamente em soldas metálicas contendo elementos que aumentam a precipitação (Ti, Al).
2) Ocorre apenas em uma determinada faixa de temperatura, e a fissura de reaquecimento está relacionada com a temperatura e o tempo de reaquecimento, existe uma faixa de temperatura sensível para a fissuração por reaquecimento. Para o aço de baixa liga geral, a faixa de temperatura é de cerca de 500~700℃; para o aço inoxidável austenítico e algum aço de alta temperatura, a faixa de temperatura é de 700~900℃.
3) A fissura se estende ao longo do contorno do grão de austenita no lado da solda, e a direção da fissura é intergranular.
4) deve haver tensão residual e concentração de tensão na área de soldagem.
O mecanismo de formação da fissura de reaquecimento é o efeito de enfraquecimento da precipitação de impurezas nos contornos de grão e o efeito de endurecimento da precipitação no interior do grão.
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