Os aços para tubos API 5L X80 são aços de alta resistência e baixa liga (ARBL) usados na fabricação de tubos para o transporte de gás e petróleo conduzidos através de dutos. Os tubos API 5L X80 se caracterizam por terem excelentes propriedades mecânicas como resistência à tração, tenacidade, ductilidade e resistência à corrosão, além de boa soldabilidade. Estes tubos trazem muitos benefícios como, por exemplo, o fator econômico já que ao ter boa resistência mecânica estes tubos podem ser fabricados com espessuras de parede menores. Estas reduções nas espessuras diminuem os custos de transporte, construção, soldagem e instalação. Além disso, estes tubos podem ser fabricados com grandes diâmetros, permitindo o transporte de grandes quantidades de fluidos a elevadas pressões e vazões. A tenacidade confere ao material a propriedade de ser resistente à fratura frágil, uma vez que estes tubos em sua maioria trabalham em condições ambientais severas. O objetivo deste trabalho é simular fisicamente e estudar as propriedades mecânicas de regiões da zona afetada pelo calor (ZAC) produzidas por diferentes ciclos térmicos, que ocorrem quando o tubo é fabricado e o duto montado. A ideia foi estudar a ZAC produzida no tubo fabricado pelo processo UOE (solda longitudinal) e a solda feita no campo quando o tubo é montado (solda circunferencial) além da ZAC na intersecção entre a soldagem longitudinal e circunferencial. Foram usinados corpos-de-prova nas orientações L-T e T-L e com o cordão de solda longitudinal do tubo no centro. Estes corpos-de-prova foram submetidos a quatro ciclos térmicos únicos com temperaturas máximas de 650, 800, 950 e 1300 °C e ciclos térmicos multipasse 950-800 e 950-800- 650 °C. Estes corpos-de-prova foram submetidos a diferentes ensaios e caracterizações. Foram feitos ensaios de impacto a 0 °C, as superfícies fraturadas foram analisadas no MEV e mediu-se a expansão lateral produzida pelo ensaio de impacto. Mediu-se a dureza da microestrutura por meio do ensaio Vickers com 300g de carga. A microestrutura da ZAC foi caracterizada por microscopia óptica, com ataque convencional e ataque colorido Klemm, e microscopia eletrônica de varredura. Metalografia quantitativa foi usada para obter a quantidade de perlita na matriz dos corpos-de-prova. A trajetória da fratura na microestrutura dos corpos-de-prova simulados, provocada pelo ensaio Charpy, foi analisada com microscopia óptica e eletrônica de varredura. Os resultados mostraram que as energias absorvidas no ensaio de impacto pelos corpos-de-prova simulados cumprem com os requisitos exigidos pela norma API 5L para o metal base sem simulação e que as microestruturas observadas variam segundo o tipo de ciclo térmico aplicado a cada posição do tubo. / API 5L Grade X80 steel are high strength low alloy steels (HSLA) used in the manufacture of pipes for transporting oil and gas by pipelines. API 5L X80 pipes are characterized by having excellent mechanical properties such as tensile strength, toughness, ductility, corrosion resistance, and good weldability. These pipes bring many benefits, for example, the economic factor related to the good mechanical strength of these tubes which can be produced with smaller wall thicknesses. This reduction in thickness lowers costs for transportation, construction, welding and installation. In addition, these tubes can be fabricated with large diameters, allowing the transport of large amounts of fluids at high pressures and flow rates. The toughness gives, to this material, the characteristic of being resistant to brittle fracture, since these tubes mostly work in aggressive environmental conditions. The objective of this work is to physically simulate and study the mechanical properties of regions of the heat affected zone (HAZ) produced by different thermal cycles, which occur when the duct pipe is manufactured and assembled. The idea was to study the HAZ produced in the pipe manufactured by the UOE process (longitudinal weld) and the welding done in the field when the tube is mounted (HAZ beyond the intersection between the longitudinal and circumferential welding). Charpy V samples were machined in the L-T and T-L orientations and in the longitudinal weld in the center of the tube. These samples were subjected to single thermal cycles with maximum temperatures of 650, 800, 950 and 1300°C and multipass thermal cycling with maximum temperatures of 950-800 and 950-800-650°C. The samples were subjected to different tests and characterizations. Impact tests were made at 0°C, measured the lateral expansion produced and the surface fracture were examined under SEM. Vickers 300g microhardness was also measured in the simulated HAZ region. The microstructure of the HAZ was characterized by optical microscopy with conventional etching and Klemm colorful etching, and scanning electron microscopy. Quantitative metallography was used to obtain the amount of pearlite in the matrix of samples. The Charpy V fracture propagation path trajectory in the simulated microstructure was analyzed with optical microscopy and scanning electron microscopy. The results showed that the Charpy V absorbed energy by the simulated samples complies with the requirements of the API 5L standard for the base metal without simulation and the HAZ observed microstructures vary according to the thermal cycle type applied to each tube position.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-08-20T13:27:19Z No. of bitstreams: 1 EPITÁCIO BRONZEADO NETO - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 2616160 bytes, checksum: 1b560aacefbd9d94396aeb8e4d0a727c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-20T13:27:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EPITÁCIO BRONZEADO NETO - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 2616160 bytes, checksum: 1b560aacefbd9d94396aeb8e4d0a727c (MD5) Previous issue date: 2018-02-27 / CNPq / O presente estudo documentado neste trabalho buscou investigar a possível correlação existente entre os valores de tenacidade à fratura obtida por meio de ensaios CTOD com a microestrutura da região de grãos grosseiros da região termicamente afetada de juntas do aço API 5L X80, fabricados no Brasil soldados por meio do processo manual e robotizado. Na soldagem manual foi utilizado processo SMAW onde nos passes de raiz foram realizados com eletrodo AWS E9010-G, os passes de preenchimento e acabamento foram realizados com eletrodo AWS E9018-G. Na soldagem robotizada, os passes de raiz foram realizados com processo GMAW e com arame ER120S-G, os demais, passes de preenchimento e acabamento foram realizados com arame tubular AWS E101T-1 tipo flux-cores com proteção gasosa de Ar+25%CO² (FCAW-G) ou AWS E91T8-G com arame auto protegido (FCAW-S). Após as soldagens foram usinados corpos de prova do tipo SE(B) normatizados segundo a ASTM E1820 com entalhe posicionado na região mais propícia a fragilização de acordo com as avaliações da metalográfica e microdureza com intuito de evidenciar o efeito deletério da presença de zonas frágeis (ZF) localizadas nesta região da junta soldada. Foi possível observar que indiferentemente do processo de soldagem houve uma redução significativa na tenacidade à fratura na RGG devido à presença de regiões frágeis constituídas de ilhas de Martensita e Austenita denominadas de microconstituinte AM devido a formação de microtrincas e heterogeneidade microestrutural principalmente no processo manual. Por fim, observou-se que o processo robotizado apresentou melhor repetibilidade e resultados mais favoráveis desde uma melhor distribuição microestrutural, perfil de dureza mais homogêneo e maiores valores de tenacidade à fratura. / The present study investigated the correlation between the fracture toughness values, obtained by CTOD test, with the microstructure of the coarse grains regions of the heat affected zone (HAZ) of API 5L X80 steel welded joints obtained by manual Shielded Metal Arc Welding (SMAW) and by automated Gas Metal Arc Welding Process (GMAW). In the robotized welding, the root passes were made with GMAW process and with ER120S-G wire, the others, composite fill and finishing passages made with AWS E101T-1 type flux-color tubular wire with clay protection Ar + 25% CO² (FCAW-G) or AWS E91T8-G with self-protected wire (FCAW-S). SE(B test specimens standardized according to ASTM E1820 with notch positioned in the most critical regions of the HAZ according to the metallographic and microhardness evaluations in order to evidence the deleterious effect of the fragile zone were done .It was possible to observe that there was a considerable reduction of CTOD value in region with the presence of Austenite and Martensite island nominated AM constituent due to formation of microcracks and microstructural heterogeneity mainly in the manual process. The results also showed that HAZ obtained using the automated GMAW process presented better repeatability, microstructural distribution and CTOD values.

Os aços para tubos API 5L X80 são aços de alta resistência e baixa liga (ARBL) usados na fabricação de tubos para o transporte de gás e petróleo conduzidos através de dutos. Os tubos API 5L X80 se caracterizam por terem excelentes propriedades mecânicas como resistência à tração, tenacidade, ductilidade e resistência à corrosão, além de boa soldabilidade. Estes tubos trazem muitos benefícios como, por exemplo, o fator econômico já que ao ter boa resistência mecânica estes tubos podem ser fabricados com espessuras de parede menores. Estas reduções nas espessuras diminuem os custos de transporte, construção, soldagem e instalação. Além disso, estes tubos podem ser fabricados com grandes diâmetros, permitindo o transporte de grandes quantidades de fluidos a elevadas pressões e vazões. A tenacidade confere ao material a propriedade de ser resistente à fratura frágil, uma vez que estes tubos em sua maioria trabalham em condições ambientais severas. O objetivo deste trabalho é simular fisicamente e estudar as propriedades mecânicas de regiões da zona afetada pelo calor (ZAC) produzidas por diferentes ciclos térmicos, que ocorrem quando o tubo é fabricado e o duto montado. A ideia foi estudar a ZAC produzida no tubo fabricado pelo processo UOE (solda longitudinal) e a solda feita no campo quando o tubo é montado (solda circunferencial) além da ZAC na intersecção entre a soldagem longitudinal e circunferencial. Foram usinados corpos-de-prova nas orientações L-T e T-L e com o cordão de solda longitudinal do tubo no centro. Estes corpos-de-prova foram submetidos a quatro ciclos térmicos únicos com temperaturas máximas de 650, 800, 950 e 1300 °C e ciclos térmicos multipasse 950-800 e 950-800- 650 °C. Estes corpos-de-prova foram submetidos a diferentes ensaios e caracterizações. Foram feitos ensaios de impacto a 0 °C, as superfícies fraturadas foram analisadas no MEV e mediu-se a expansão lateral produzida pelo ensaio de impacto. Mediu-se a dureza da microestrutura por meio do ensaio Vickers com 300g de carga. A microestrutura da ZAC foi caracterizada por microscopia óptica, com ataque convencional e ataque colorido Klemm, e microscopia eletrônica de varredura. Metalografia quantitativa foi usada para obter a quantidade de perlita na matriz dos corpos-de-prova. A trajetória da fratura na microestrutura dos corpos-de-prova simulados, provocada pelo ensaio Charpy, foi analisada com microscopia óptica e eletrônica de varredura. Os resultados mostraram que as energias absorvidas no ensaio de impacto pelos corpos-de-prova simulados cumprem com os requisitos exigidos pela norma API 5L para o metal base sem simulação e que as microestruturas observadas variam segundo o tipo de ciclo térmico aplicado a cada posição do tubo. / API 5L Grade X80 steel are high strength low alloy steels (HSLA) used in the manufacture of pipes for transporting oil and gas by pipelines. API 5L X80 pipes are characterized by having excellent mechanical properties such as tensile strength, toughness, ductility, corrosion resistance, and good weldability. These pipes bring many benefits, for example, the economic factor related to the good mechanical strength of these tubes which can be produced with smaller wall thicknesses. This reduction in thickness lowers costs for transportation, construction, welding and installation. In addition, these tubes can be fabricated with large diameters, allowing the transport of large amounts of fluids at high pressures and flow rates. The toughness gives, to this material, the characteristic of being resistant to brittle fracture, since these tubes mostly work in aggressive environmental conditions. The objective of this work is to physically simulate and study the mechanical properties of regions of the heat affected zone (HAZ) produced by different thermal cycles, which occur when the duct pipe is manufactured and assembled. The idea was to study the HAZ produced in the pipe manufactured by the UOE process (longitudinal weld) and the welding done in the field when the tube is mounted (HAZ beyond the intersection between the longitudinal and circumferential welding). Charpy V samples were machined in the L-T and T-L orientations and in the longitudinal weld in the center of the tube. These samples were subjected to single thermal cycles with maximum temperatures of 650, 800, 950 and 1300°C and multipass thermal cycling with maximum temperatures of 950-800 and 950-800-650°C. The samples were subjected to different tests and characterizations. Impact tests were made at 0°C, measured the lateral expansion produced and the surface fracture were examined under SEM. Vickers 300g microhardness was also measured in the simulated HAZ region. The microstructure of the HAZ was characterized by optical microscopy with conventional etching and Klemm colorful etching, and scanning electron microscopy. Quantitative metallography was used to obtain the amount of pearlite in the matrix of samples. The Charpy V fracture propagation path trajectory in the simulated microstructure was analyzed with optical microscopy and scanning electron microscopy. The results showed that the Charpy V absorbed energy by the simulated samples complies with the requirements of the API 5L standard for the base metal without simulation and the HAZ observed microstructures vary according to the thermal cycle type applied to each tube position.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-06-25T22:19:38Z No. of bitstreams: 1 SIDERLEY FERNANDES ALBUQUERQUE – TESE (UAEMa) 2015.pdf: 14115544 bytes, checksum: 11822f51a2dc681dc362498cb6b9d1c7 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-25T22:19:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SIDERLEY FERNANDES ALBUQUERQUE – TESE (UAEMa) 2015.pdf: 14115544 bytes, checksum: 11822f51a2dc681dc362498cb6b9d1c7 (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 / No Brasil, a soldagem de tubulações ainda emprega processos manuais com eletrodo revestido, porém, tem crescido as pesquisas com o objetivo de implementar processos mais produtivos, e que atendam às exigências requeridas por normas específicas. Processos de soldagem robotizados estão sendo largamente utilizados em vários países, com ganho considerável na produtividade, como também na qualidade superficial. A utilização de processos de soldagem automatizados possibilita, além da maior produtividade, um maior controle dos parâmetros de soldagem, podendo favorecer positivamente as transformações microestruturais, e consequentemente, em melhores propriedades mecânicas da junta soldada. O objetivo deste trabalho foi avaliar a tenacidade à fratura de juntas soldadas em chapas aço API 5L X80 com 19 mm de espessura, utilizados para transporte de petróleo e gás, quando submetidos à soldagem robotizada nas posições plana e vertical ascendente, utilizando processo de soldagem a arco elétrico com arame maciço para o passe de raiz (ER 120S-G), e processos de soldagem com arame tubular para os passes de enchimento e acabamento, utilizando arame do tipo flux-cored e proteção de gás externa (E101T-1), e arame do tipo autoprotegido (E91T8-G); o gás de proteção utilizado foi Ar+25%CO2. Foram realizadas análises de microdureza e microestrutural na ZTA das juntas soldadas, utilizando microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura; para avaliação da tenacidade na ZTA das juntas soldadas, foram usinados corpos de prova do tipo SE(B) para ensaio CTOD. A análise microestrutural na ZTA para todos os procedimentos indicam a presença de bainita e ferrita acicular, com exceção do procedimento de soldagem na posição plana utilizando arrame autoprotegido que apresentou ferrita primária. Os resultados de tenacidade a fratura obtidos indicam que os procedimentos de soldagem robotizados na posição plana apresentaram a maioria dos valores de CTOD superiores aos procedimentos de soldagem na posição vertical ascendente. Os procedimentos de soldagem robotizados na posição plana usando arame autoprotegido apresentaram o melhor resultado em termos de crescimento da pré-trinca de fadiga, com perfil na região central de forma arredondada, diferente do procedimento de soldagem na posição plana com RP- G que apresentou a forma plana. / In Brazil, the welding pipes still uses manual processes with coated electrodes, however, research has grown to implementing more productive processes, and complying with the requirements of specific rules. Robotic welding processes are in use in Sweden, USA, Canada, Russia and China, with a considerable increase in productivity, and higher quality welds surface. The use of automated welding processes increase the productivity, and promote better control of the welding parameters, and microstructural changes, and consequently, better mechanical properties of the welded joint. The objective of this study was to evaluate the fracture toughness of API 5L X80 steel welded joints with thickness for 19 mm, used for oil and gas transmission, when subjected to robotic welding in the flat and vertical upward positions using arc electric welding process with solid wire for the root pass (ER 120S-G), and tubular wire for the filler passes and finishing, using flux- cored wire (E101T-1) and Ar + 25% CO2 as shielding gas and self-protected wire (E91T8-G). For this, CTOD specimens with all notched located in HAZ were prepared and submitted to metalographic and microhardness test were also done to observe the resulting microstructure and hardness value in the region of the crack, using optical and scanning microscopy analysis. The microstructural analysis in the ZTA of the specimen for all procedures indicated the presence of Bainite and Acicular Ferrite, except those obtained in flat position using the Flux-Cored Self-Shielded welding process which also presented Primary Ferrite. The results of fracture toughness test indicated that the welding in a flat position presented the most superior CTOD values. The robotic welding procedures in the flat position using Flux-Cored SelfShielded welding process showed the best result in terms of the fatigue pre-crack growth, with profile in the central region of rounded shape, unlike flat shape in the robotic welding procedures in the flat position using Flux-Cored and Ar + 25% CO2 as shielding gas.