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.

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.

Este trabalho tem por objetivo simular a zona de grãos grosseiros da ZAC através da simulação computacional em software de elementos finitos e submeter amostras de um aço microligado API 5L X100M a ciclagens térmicas na Gleeble para representar a região de estudo e, dessa forma, caracterizar e comparar o comportamento mecânico e microestrutural do material frente a diferentes aportes térmicos. Foram realizadas simulações de soldagem por arco submerso (SAW) em software computacional de elementos finitos para os aportes térmicos 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5 e 5.0 kJ/mm e obtidos os ciclos térmicos de um local correspondente à zona de grãos grosseiros da zona afetada pelo calor (ZAC). Em seguida, o ciclo obtido para cada aporte simulado foi utilizado como fonte para a simulação térmica na Gleeble de amostras do metal de base de um tubo produzido para a norma API 5L grau X100M. Em seguida, foram realizados ensaios de microdureza nos corpos de prova após simulações térmicas na Gleeble e no material de base como recebido, para efeitos de comparação dos resultados. Para cada aporte de calor simulado, um corpo de prova foi destinado para avaliação de microdureza e posterior análise microestrutural. As amostras remanescentes foram submetidas a ensaio de impacto charpy em temperatura de 0°C para as amostras de aporte de calor 2.5, 3.0, 4.0 e 4.5 kJ/mm e, para os demais aportes térmicos foi feito levantamento de curva de transição entre as temperaturas de -60 a 24°C. Os resultados obtidos demonstraram que existe uma correlação entre tenacidade, aporte de calor e morfologia do constituinte MA gerado na região de estudo, de maneira que foram obtidos menores valores de energia absorvida conforme maior o aporte de calor simulado. Também, nessas condições foi observado que o constituinte MA apresentou uma maior tendência ao formato globular que ao alongado. / The objective of this study is to simulate the coarse grain from the heat affected zone (CGHAZ) through computer simulation in finite element software and to submit samples of an API 5L X100M micro alloyed steel to thermal cycling in Gleeble to replicate this region and thus characterize and compare the mechanical and microstructural behavior of the material face to different heat inputs. Submerged Arc Welding (SAW) simulations were performed in finite elements software for heat inputs of 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5 and 5.0 kJ/mm. Afterwards, the thermal cycle curve obtained for each simulated heat input was used as the source for the thermal simulation in Gleeble of samples taken from the base metal of a pipe produced for API 5L standard and X100M grade. Subsequently, microhardness tests were performed in the Gleeble simulated samples and in as received material for the purpose of comparing the results. For each heat input simulated, one test specimen was used for microhardness and microstructural analysis. The remaining samples were subjected to a charpy V notch impact test at the temperature of 0°C for the 2.5, 3.0, 4.0 e 4.5 kJ/mm heat inputs and a transition curve was plotted between -60 up to 24°C for heat inputs 2.0, 3.5 and 5.0 kJ/mm. The obtained results demonstrates that there is a correlation between toughness, heat input and the MA constituent morphology, in a way that lower values of absorbed energy were obtained as the simulated heat input increased. In this condition, it was also observed that the MA constituent showed a greater tendency to become more globular than elongated.