[pt] A Corrosão Influenciada por Microrganismos (CIM) ou biocorrosão é reconhecida como um dos fenômenos causadores de inúmeros problemas nas indústrias de petróleo e gás, pois causa sérios danos ao material reduzindo sua vida útil. Neste trabalho foram avaliados os efeitos da biocorrosão caracterizado pela cinética de formação de biofilme em uma junta soldada longitudinal de aço API X80 obtida pelo processo de arco submerso (SAW). Durante o processo de soldagem forma-se uma região com características microestruturais distintas do metal de base e do metal de adição, denominada de zona termicamente afetada (ZTA). Assim essa zona poderá ter uma adesão microbiana diferenciada, visto que diferenças superficiais em um material, seja por natureza química ou física, podem limitar ou facilitar a adesão microbiológica. Por esse motivo foi realizado um estudo comparativo entre a cinética da formação de biofilme na junta soldada de um aço API X80. Também foi avaliada a influência das características físicas da superfície na adesão microbiana utilizando dois tipos de superfície: com a rugosidade original e polido com pasta de diamante com granulação de 6μm. Estas superfícies foram expostas ao fluido de processo (água do mar da Baía de Guanabara) em um sistema dinâmico. Foram realizadas tanto a quantificação microbiana, como também a quantificação dos ácidos orgânicos, sulfato depletado e ferro total para avaliar os nutrientes disponíveis e a bioatividade das reações bacterianas. A rugosidade superficial e o biofilme formado foram caracterizados morfologicamente e a sua presença correlacionada com a formação de pites. / [en] The Microbiologically Influenced Corrosion (MIC) or bio-corrosion is recognized as one of the phenomena that cause a lot of problems in petroleum and gas industries, because it causes serious damages to the materials, reducing its life cycle. This study evaluated the effects of bio-corrosion characterized by the biofilm formation kinetics in longitudinal welds of API 5L X80 steel obtained by the process of submerged arc welding (SAW). During the welding process a region with different microstructural characteristics of the base metal and weld metal is formed, called heat affected zone (HAZ). Thus this zone can have a differentiated microbial adhesion since the different surfaces of a material, either by chemical and physical nature, can limit or facilitate the microbial adhesion. For this reason a comparative study of biofilm formation kinetic on the welded joint was conducted. The influence of the physical characteristics of the surface in microbial adhesion was also evaluated using two kinds of surface: steel with real roughness and steel polished with diamond paste with grain size of 6 μm. These surfaces were exposed to the process fluid (Guanabara Bay seawater) in a dynamic flow system. The microbial quantification was held. Organic acids, depleted sulfate and total iron were also measured to evaluate the available nutrients bioactivity of bacterial reactions. Surface roughness and biofilm were characterized morphologically and correlated with pitting formation.

[pt] Compreender como analisar trincas é essencial para a indústria petroquímica evitar qualquer incidente de uma forma econômica. Normas de Integridade Estrutural fornecem procedimentos conservadores para avaliar componentes trincados como tubulações e vasos de pressão. Portanto, previsões de cargas criticas foram calculadas assumindo uma placa com trinca passante seguindo procedimentos dos níveis 2 e 3 da API 579. Para comparação, testes experimentais foram realizados para avaliar o conservatismo da norma em falha por rasgamento dúctil. Além disso, a tenacidade à fratura foi medida por meio do JIc e curva J-R. A técnica usada durante o processo de fratura foi o método de flexibilidade elástica com descarregamento e carregamentos sequenciais. Adicionalmente, efeito de geometria e tipo de carregamento, os quais possuem grande influência nas medições de tenacidade, também foram avaliados usando conceitos da mecânica da fratura elastoplástica. O material utilizado nesse trabalho foi o API 5L X80, que é um aço de Alta Resistencia e Baixa Liga (ARBL) bifásico desenvolvido para tubulações aplicáveis em aguas profundas. Os ensaios experimentais de medição de tenacidade usando corpos de prova SE(B), que possuem média-alta restrição plástica, foram testados seguindo procedimentos da ASTM E1820-17. Já os experimentos usando corpos de prova SE(T), que possuem baixa restrição plástica, foram realizados considerando procedimentos da literatura. / [en] Understanding how to analyze cracks is essential for the petrochemical industry to avoid accidents or incidents in a safe and economical way. Structural Integrity standards provide conservative procedures to assess the actual strength of cracked components like pipes and pressure vessels. Therefore, critical loads predictions were computed on a plate with a through-wall crack following level 2 and 3 of the fitness-for-service guide API 579. For comparison, experimental tests were performed to evaluate the standard conservatism on a ductile tearing type of failure. Furthermore, the fracture toughness of the steel was measured through standard JIc tests and material s resistance curves (J-R curve). The technique used during the fracturing process was the elastic compliance method with unloading/reloading sequences. Additionally, the effects of the specimen s geometry and the type of loading, which can significantly change the value of its toughness, were also analyzed using concepts of elastoplastic fracture mechanics. The material used in this work was the API 5L X80, which is a High Strength Low Alloy (HSLA) dual-phase steel developed for deepwater pipelines. The fracture toughness measurement tests using SE(B) specimens, which have a medium-to-high plastic constraint, followed the ASTM E1820-17 procedures. The experiments with SE(T) specimens, which present a low plastic restriction, considered literature procedures.

Na indústria de petróleo e gás as tubulações são formas eficientes de transportar esses produtos ou seus derivados das regiões de exploração para as refinarias e em alguns casos até o consumidor. O principal tipo de aço utilizado na fabricação dessas tubulações são os aços ARBL que devido à boa relação entre resistência à tração e tenacidade a baixas temperaturas geram uma boa relação custo/benefício na utilização e na montagem de tubulações. Neste trabalho é apresentado um estudo sobre a soldabilidade do tubo API 5L X80 construído com aço ARBL. Os corpos-de-prova utilizados foram anéis de 508 mm de diâmetro externo com espessura de parede de 19,0 mm. A soldagem foi executada com o processo eletrodo revestida no experimento 1, em um par de anéis, e o outro par de anéis foi soldado, na raiz, com o processo de soldagem MAG-TC e nos passes de enchimento e acabamento foi utilizado o processo arame tubular auto-protegido. Os resultados dos ensaios de resistência à tração, dobramento lateral e de Nick-Break demonstram que ambos os procedimentos de soldagem são qualificados pela norma API 1104. Associando o resultado do ensaio de Charpy V a 0°C e associando-o a quantificação das frações volumétricas de microconstituintes MA e a caracterização microestrutural é possível observar que os valores de energia absorvida na ZAC tem maior relação com o mecanismo de refino de grão, que melhora os valores obtidos, do que com a quantidade de fração volumétrica do microconstituinte MA. / In the oil and gas industries, pipelines are efficient ways of transporting these products, or its derivatives, from exploration regions to refineries and, in some cases, up to the final consumer. The main type of steel used in manufacturing these pipelines are HSLA steels that, due to the good relationship between tensile strength and toughness at low temperatures, create a cost/benefit ratio in the use and installation of these pipelines. This paper presents a study on the weldability of API 5L X80 HSLA pipe steel. The samples used were pipe rings with 508 mm outside diameter and a wall thickness of 19.0 mm. The root welding process was performed using SMAW in Experiment 1 with filing and finishing passes with SMAW. In the second experiment, the root pass were welded with GMAW-CT, and filling and finishing passes with FCAW-SS. Tensile test results, lateral bending tests and \'Nick-Break\' tests showed that both welding procedures were qualified according to API 1104 Standard. Associating these results with Charpy V test at 0°C and with quantification of volume fractions of MA microconstituent is possible to observe that the values of absorbed energy in the HAZ are more closely related to the mechanism of grain refinement, which improves the values obtained with the volume fraction of the amount of microconstituent MA.

O presente trabalho investiga a soldabilidade dos aços ARBL (Alta Resistência e Baixa Liga) API 5L X80) e a tenacidade da ZAC (Zona Afetada pelo Calor), assim como a sua correlação com o ensaio CTOD (Crack Tip Opening Displacement) nos processos de soldagem Eletrodo Revestido estudado por Silva [2009] e GMAW-STT® (Gas Metal Arc Welding Surface Tension Transfer®) no passe de raiz com FCAW (Flux Core Arc Welding) para os passes de enchimento e acabamento. Foram utilizados corpos de provas SENB em chapa com espessura de 19 mm e chanfro em ½ V, onde ficaria mais fácil a localização do entalhe na região de grãos grosseiros na zona afetada pelo calor (parte reta do chanfro). Ensaio de tração e impacto Charpy entalhe com 1/2 V foram utilizados para determinar as propriedades mecânicas e de impacto do material testado. Foram comparados os processos SMAW (Eletrodo Revestido), muito utilizado para a soldagem de gasodutos e oleodutos, com os processos GMAW-STT® e FCAW, que têm maior produtividade do que o SMAW. A soldabilidade dos aços ARBL está associada às regiões da ZAC (Zona Afetada pelo Calor) que, por sua vez, encontra-se correlacionado com o processo de soldagem, composição química e com os parâmetros de soldagem utilizados durante o processo de solda, sendo que a qualificação dos procedimentos geralmente não exige o ensaio de tenacidade, como o CTOD. / This work studies HSLA steels (High Strength Low Alloy) API 5L X80 weldability, HAZ (Heat Affected Zone) fracture behavior and their relationship with the CTOD test (Crack Tip Opening Displacement) on the welding processes SMAW (Shielded Metal Arc Welding) studied by Silva [2009] and GMAW-STT® (Gas Metal Arc Welding Surface Tension Transfer®) in the root pass with FCAW (Flux Core Arc Welding) others welding passes. There were used 19 mm width SENB plate samples with a half V groove, where would be easier to locate the crack in the HAZ coarse grain region. Conventional tensile and Charpy V-Notch were performed to determinate mechanical and impact properties of the tested materials. SMAW process, widely used for gas and oil pipelines welding, was compared with GMAW and FCAW processes which have a better productivity than the first one. The HSLA steels weldability is related with HAZ region which also depends on welding process, its parameters and material chemical composition. Normally is not necessary to perform toughness test as CTOD test to evaluate the procedures.

O presente trabalho investiga a soldabilidade dos aços ARBL (Alta Resistência e Baixa Liga) API 5L X80) e a tenacidade da ZAC (Zona Afetada pelo Calor), assim como a sua correlação com o ensaio CTOD (Crack Tip Opening Displacement) nos processos de soldagem Eletrodo Revestido estudado por Silva [2009] e GMAW-STT® (Gas Metal Arc Welding Surface Tension Transfer®) no passe de raiz com FCAW (Flux Core Arc Welding) para os passes de enchimento e acabamento. Foram utilizados corpos de provas SENB em chapa com espessura de 19 mm e chanfro em ½ V, onde ficaria mais fácil a localização do entalhe na região de grãos grosseiros na zona afetada pelo calor (parte reta do chanfro). Ensaio de tração e impacto Charpy entalhe com 1/2 V foram utilizados para determinar as propriedades mecânicas e de impacto do material testado. Foram comparados os processos SMAW (Eletrodo Revestido), muito utilizado para a soldagem de gasodutos e oleodutos, com os processos GMAW-STT® e FCAW, que têm maior produtividade do que o SMAW. A soldabilidade dos aços ARBL está associada às regiões da ZAC (Zona Afetada pelo Calor) que, por sua vez, encontra-se correlacionado com o processo de soldagem, composição química e com os parâmetros de soldagem utilizados durante o processo de solda, sendo que a qualificação dos procedimentos geralmente não exige o ensaio de tenacidade, como o CTOD. / This work studies HSLA steels (High Strength Low Alloy) API 5L X80 weldability, HAZ (Heat Affected Zone) fracture behavior and their relationship with the CTOD test (Crack Tip Opening Displacement) on the welding processes SMAW (Shielded Metal Arc Welding) studied by Silva [2009] and GMAW-STT® (Gas Metal Arc Welding Surface Tension Transfer®) in the root pass with FCAW (Flux Core Arc Welding) others welding passes. There were used 19 mm width SENB plate samples with a half V groove, where would be easier to locate the crack in the HAZ coarse grain region. Conventional tensile and Charpy V-Notch were performed to determinate mechanical and impact properties of the tested materials. SMAW process, widely used for gas and oil pipelines welding, was compared with GMAW and FCAW processes which have a better productivity than the first one. The HSLA steels weldability is related with HAZ region which also depends on welding process, its parameters and material chemical composition. Normally is not necessary to perform toughness test as CTOD test to evaluate the procedures.

Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-06-07T18:04:54Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese_RobertoAlécio_Digital.pdf: 2746118 bytes, checksum: 727a29b8a8ea3f688e67892861afbb5b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-07T18:04:54Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese_RobertoAlécio_Digital.pdf: 2746118 bytes, checksum: 727a29b8a8ea3f688e67892861afbb5b (MD5) Previous issue date: 2015-11-13 / PRH - PB203 PETROBRAS / Uma previsão das propriedades mecânicas de sub-regiões da ZTA de uma junta soldada de aço API 5L X80 foi feita a partir de uma metodologia teórica e experimental. Para isso, foi utilizado um simulador termomecânico capaz de reproduzir ciclos térmicos com condições termodinâmicas de pontos discretos, semelhante à da ZTA de uma junta soldada produzida pelo processo GMAW, com um único passe, para comparação. No simulador termomecânico, três diferentes ciclos térmicos foram produzidos, a temperaturas de 900°C, 1000°C e 1100°C. Para cada temperatura foram produzidos três corpos de provas. As diferentes condições termodinâmicas impostas aos CPs reproduz a microestrutura de pontos ZTA de uma junta soldada. Em paralelo com a simulação, uma junta soldada do referido aço foi produzida para correlacionar a microestrutura de pontos discretos dessa junta. As amostras com a pseudo ZTA foram submetidos a ensaios mecânicos de tensão uniaxial e a caracterização microestrutural. Uma macrografia da ZTA da junta soldada foi realizada e esta, dividida em cinco sub-regiões e depois caracterizadas as microestruturas. As microestruturas das amostras simuladas foram comparadas com a microestrutura de ZTA das sub-regiões da junta soldada. Com base no valor das propriedades mecânicas das amostras simuladas e o tamanho do grão em ambas as microestruturas (soldada e simuladas) foram desenvolvidas um modelo numérico baseado na equação empírica de Hall-Petch, o que permitiu a determinação indireta da resistência ao escoamento de pontos discretos das sub-regiões do ZTA da junta soldada. / A prediction of the mechanical properties of the HAZ in sub-regions of a welded joint of API 5L X80 steel was made from a theoretical and experimental methodology. For this, it was used a thermomechanical simulator (TS) capable of reproducing thermal cycles with thermodynamic conditions of discrete points, similar to the HAZ of a real welded joint produced by GMAW, with a only pass, for comparations. In thermomechanical simulator, three different thermal cycles were produced at temperatures of 900°C, 1000°C and 1100°C. For each temperature three specimens were produced. The different thermodynamic conditions imposed on CPs reproduced microstructure of HAZ points of a welded joint. Parallel to the simulation, a welded joint of said steel was produced to facilitate the correlation between the microstructure of discrete points of this joint. The specimens with the so-called HAZ were subjected to mechanical tests in uniaxial tension and a microstructural characterization. A macrograph of the HAZ of the welded joint was made and divided into five sub-regions, later characterized microstructurally. The microstructures of the simulated test specimens were compared with the microstructure of HAZ sub-regions of the weld joint. Based on the value of the mechanical properties of the simulated test specimens and the grain size in both microstructures (Welded and simulated) was developed a numerical model based on the empirical equation of Hall-Petch, which enabled the indirect determination of the yield strength of discrete points of the sub-regions of the HAZ of the welded joint.

Na indústria de petróleo e gás as tubulações são formas eficientes de transportar esses produtos ou seus derivados das regiões de exploração para as refinarias e em alguns casos até o consumidor. O principal tipo de aço utilizado na fabricação dessas tubulações são os aços ARBL que devido à boa relação entre resistência à tração e tenacidade a baixas temperaturas geram uma boa relação custo/benefício na utilização e na montagem de tubulações. Neste trabalho é apresentado um estudo sobre a soldabilidade do tubo API 5L X80 construído com aço ARBL. Os corpos-de-prova utilizados foram anéis de 508 mm de diâmetro externo com espessura de parede de 19,0 mm. A soldagem foi executada com o processo eletrodo revestida no experimento 1, em um par de anéis, e o outro par de anéis foi soldado, na raiz, com o processo de soldagem MAG-TC e nos passes de enchimento e acabamento foi utilizado o processo arame tubular auto-protegido. Os resultados dos ensaios de resistência à tração, dobramento lateral e de Nick-Break demonstram que ambos os procedimentos de soldagem são qualificados pela norma API 1104. Associando o resultado do ensaio de Charpy V a 0°C e associando-o a quantificação das frações volumétricas de microconstituintes MA e a caracterização microestrutural é possível observar que os valores de energia absorvida na ZAC tem maior relação com o mecanismo de refino de grão, que melhora os valores obtidos, do que com a quantidade de fração volumétrica do microconstituinte MA. / In the oil and gas industries, pipelines are efficient ways of transporting these products, or its derivatives, from exploration regions to refineries and, in some cases, up to the final consumer. The main type of steel used in manufacturing these pipelines are HSLA steels that, due to the good relationship between tensile strength and toughness at low temperatures, create a cost/benefit ratio in the use and installation of these pipelines. This paper presents a study on the weldability of API 5L X80 HSLA pipe steel. The samples used were pipe rings with 508 mm outside diameter and a wall thickness of 19.0 mm. The root welding process was performed using SMAW in Experiment 1 with filing and finishing passes with SMAW. In the second experiment, the root pass were welded with GMAW-CT, and filling and finishing passes with FCAW-SS. Tensile test results, lateral bending tests and \'Nick-Break\' tests showed that both welding procedures were qualified according to API 1104 Standard. Associating these results with Charpy V test at 0°C and with quantification of volume fractions of MA microconstituent is possible to observe that the values of absorbed energy in the HAZ are more closely related to the mechanism of grain refinement, which improves the values obtained with the volume fraction of the amount of microconstituent MA.

Em projetos de oleodutos e gasodutos utilizam-se aços de alta resistência e baixa liga (ARBL), como o aço API 5L X80. Na soldagem multipasse destas tubulações, a zona afetada pelo calor (ZAC) do passe de raiz é submetida a um novo ciclo térmico pelos passes de soldagem subsequentes. Isto resulta em alterações nos valores das propriedades físicas. Nos aços ARBL, a ZAC de grãos grosseiros reaquecida intercriticamente (IC-ZACGG) pode se tornar uma zona frágil localizada, isto é, uma zona com maior dureza. Consequentemente, falhas estruturais podem ocorrer, ocasionando paradas não desejadas no transporte de fluidos. O objetivo deste trabalho é desenvolver uma metodologia baseada no modelo de fontes de calor distribuídas de Mhyr e Gröng, para avaliar o fluxo de calor na soldagem considerando as propriedades físicas dependentes da temperatura. Estender a aplicação desta ferramenta em soldagens multipasses para identificar sub-regiões da ZAC de um passe anterior sendo afetada pela ZAC de passes subsequentes. As isotermas simuladas foram validadas através de medições realizadas em macrografias de juntas soldadas. Os ciclos térmicos simulados foram validados através das temperaturas máximas atingidas e pelos tempos de resfriamento de 800 a 500 ºC (?t8-5) dos ciclos térmicos experimentais. Ao aplicar a metodologia proposta, foi possível delimitar com acurácia as regiões reaquecidas da ZAC e analisar os efeitos dos passes subsequentes em cada uma das sub-regiões da ZAC do passe de raiz. A IC-ZACGG na região do passe de raiz foi localizada, mas não se comportou como zona frágil devido à boa soldabilidade do aço API 5L X80 comprovada pelos ensaios de dureza e de tenacidade ao impacto Charpy-V. / In pipelines projects, the high strength low alloy (HSLA) steels are used, such as the API 5L X80 steel. During the multipass welding of these pipes, the heat affected zone (HAZ) of the root pass is subjected to a new thermal cycle by the subsequent welding passes. This results in changes in the values of the physical properties. In the HSLA steels, the intercritical reheated coarse-grained heat-affected zone (IR-CGHAZ) can become a local brittle zone, that is, a region with greater hardness. Consequently, structural failures could happen, causing undesired shutdowns in fluid transportation. The objective of this work is to develop a methodology based on the distributed heat sources model of Mhyr and Gröng, to evaluate the heat flux in the welding considering the temperature-dependent physical properties. Extend the application of this tool in multipass welds to identify HAZ subregions of a previous pass being affected by the HAZ of subsequent passes. The simulated isotherms were validated through measurements made on macrographs of welded joints. The simulated thermal cycles were validated through the maximum temperatures reached and the cooling times from 800 °C to 500 ºC (?t8-5) of the experimental thermal cycles. By applying the proposed methodology, it was possible to accurately delimit reheated HAZ regions and analyze the effects of subsequent passes in each of the root pass HAZ subregions. The IRCGHAZ in the root pass region was localized, but it did not behave as a brittle zone due to the good weldability of the API 5L X80 steel as proven by the hardness and Charpy-V impact tests.

Este trabalho investiga a possível correlação existente entre os baixos valores de CTOD e a ocorrência de zonas frágeis localizadas (ZFL) presentes na região de grãos grosseiros (RGG) da zona termicamente afetada (ZTA) de uma junta soldada de aço API 5L X80. Para isto, foi necessário obter corpos-de-prova SE(B) a partir de uma chapa de aço API 5L X80 a qual foi soldada numa junta ½V, para facilitar o posicionamento do entalhe na RGG da ZTA. As dimensões dos corpos-de-prova SE(B) utilizados foram espessura B=17mm, largura W=34mm, distância entre os apoios dos roletes S=138mm e uma relação entre o tamanho de trinca (a) e a largura, a/W=0,5. O entalhe posicionado na RGG da ZTA tem por objetivo evidenciar o efeito de ZFL e para tal os ensaios foram conduzidos nas temperaturas de -40ºC, - 50ºC e -70ºC. Os resultados de CTOD crítico obtidos neste estudo sugerem indícios de severa degradação da tenacidade na RGG da ZTA, provavelmente associada à formação de ZFL. / This work evaluates the possible correlation between low fracture toughness (critical CTOD) and local brittle zones (LBZ) occurrences in heat affected zone (HAZ) coarse grain regions. The fracture toughness of a welded API 5L X80 steel was characterized using SE(B) specimens for CTOD determination with notches located in the HAZ. The specimen dimensions are thickness B=17mm, width W=34mm, span S=138mm and crack length to width ratio, a/W=0,5. The effects of LBZ are evaluated through tests carried out in temperatures of -40ºC, -50ºC and -70ºC. The critical CTOD values obtained in this work had presented low fracture toughness and these results can be attributed to local brittle zones formed in the welding process.

Este trabalho investiga a possível correlação existente entre os baixos valores de CTOD e a ocorrência de zonas frágeis localizadas (ZFL) presentes na região de grãos grosseiros (RGG) da zona termicamente afetada (ZTA) de uma junta soldada de aço API 5L X80. Para isto, foi necessário obter corpos-de-prova SE(B) a partir de uma chapa de aço API 5L X80 a qual foi soldada numa junta ½V, para facilitar o posicionamento do entalhe na RGG da ZTA. As dimensões dos corpos-de-prova SE(B) utilizados foram espessura B=17mm, largura W=34mm, distância entre os apoios dos roletes S=138mm e uma relação entre o tamanho de trinca (a) e a largura, a/W=0,5. O entalhe posicionado na RGG da ZTA tem por objetivo evidenciar o efeito de ZFL e para tal os ensaios foram conduzidos nas temperaturas de -40ºC, - 50ºC e -70ºC. Os resultados de CTOD crítico obtidos neste estudo sugerem indícios de severa degradação da tenacidade na RGG da ZTA, provavelmente associada à formação de ZFL. / This work evaluates the possible correlation between low fracture toughness (critical CTOD) and local brittle zones (LBZ) occurrences in heat affected zone (HAZ) coarse grain regions. The fracture toughness of a welded API 5L X80 steel was characterized using SE(B) specimens for CTOD determination with notches located in the HAZ. The specimen dimensions are thickness B=17mm, width W=34mm, span S=138mm and crack length to width ratio, a/W=0,5. The effects of LBZ are evaluated through tests carried out in temperatures of -40ºC, -50ºC and -70ºC. The critical CTOD values obtained in this work had presented low fracture toughness and these results can be attributed to local brittle zones formed in the welding process.