Orientador: Tomaz Manubu Hashimoto / Banca: Marcelo dos Santos Pereira / Banca: Cristina de Carvalho Ares Elisei / Resumo: Com os novos desafios impostos pelas condições cada vez mais severas dos poços de petróleo offshore a necessidade de materiais mais modernos e com melhores propriedades mecânicas tem sido um desafio constante. Neste trabalho foi realizada a caracterização mecânica de tubos fabricados a partir de chapas de aço laminadas a quente, seguido de resfriamento acelerado. Os valores reportados são resultados de testes de laboratório aplicados em corpos de prova retirados do metal de base, de solda e da zona termicamente afetada. A utilização destes aços na fabricação de tubos soldados por processo arco-submerso em dois passes, utilizando arcos múltiplos, tem apresentado resultados de tenacidades confiáveis e superiores aos obtidos a partir de chapas laminadas pelo processo de laminação controlada sem resfriamento acelerado, principalmente em espessuras de 16 mm e superiores. Os requisitos do teste de tenacidade especificados pela norma DNV-OS -F101 aplicados em tubos fabricados de acordo com a norma API 5L, são considerados críticos. A criticidade é função dos valores mínimos a serem obtidos e também da freqüência estabelecida para ser aplicada em cada corrida de aço utilizada na produção de cada item de fabricação. Com isso nota-se uma enorme vantagem do uso dos aços com o processo de resfriamento acelerado, visto que os mesmos tiveram uma melhor homogeneidade nos resultados de limite de escoamento, com um ganho significativo no alongamento e apenas uma pequena redução no limite de resistência. O fato de usarem menores teores de carbono, também favoreceu muito a tenacidade no metal de base e ao longo da ZTA, tendo diferenças extremamente significativas de ganho no teste de impacto e CTOD / Abstract: The main of this work is the mechanical properties characterization of pipes made from steel plates produced using hot rolling with accelerated cooling. The values reported are laboratory tests results, applied on samples taken from the base metal, weld and heat affected zone. The use of these steel plates in the manufacture of pipes by submerged arc welding process using multiple arcs has shown toughness and elongation results superior to those obtained by using hot rolled steel plates without accelerated cooling, particularly in thicknesses of 16 mm and higher. The toughness test requirements specified by DNV-OS-F101 applied for pipes manufactured aiming offshore application are considered critical. The criticality is function of the minimum values required set the sampling frequency to be applied in every steel heat used in the production of each product. Because of this the use of accelerated cooling process shows a significant advantage, since it provides a better homogeneity in yield strength results, with a significant gain in elongation and only a small reduction in tensile strength. The use of smaller amounts of carbon also greatly fostered toughness in base metal and along HAZ, with significant improvement in the impact test and CTOD. Results due to these enhanced properties the use of steels with accelerated cooling technology is essential in order to face technological challenges imposed by new requirements of submarines pipelines / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-06-29Bitstream added on 2014-06-13T19:55:26Z : No. of bitstreams: 1 salani_mr_me_guara.pdf: 1597712 bytes, checksum: 2c6c1a1cfcfebdcea313db2c2ce1efe2 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Com os novos desafios impostos pelas condições cada vez mais severas dos poços de petróleo offshore a necessidade de materiais mais modernos e com melhores propriedades mecânicas tem sido um desafio constante. Neste trabalho foi realizada a caracterização mecânica de tubos fabricados a partir de chapas de aço laminadas a quente, seguido de resfriamento acelerado. Os valores reportados são resultados de testes de laboratório aplicados em corpos de prova retirados do metal de base, de solda e da zona termicamente afetada. A utilização destes aços na fabricação de tubos soldados por processo arco-submerso em dois passes, utilizando arcos múltiplos, tem apresentado resultados de tenacidades confiáveis e superiores aos obtidos a partir de chapas laminadas pelo processo de laminação controlada sem resfriamento acelerado, principalmente em espessuras de 16 mm e superiores. Os requisitos do teste de tenacidade especificados pela norma DNV-OS –F101 aplicados em tubos fabricados de acordo com a norma API 5L, são considerados críticos. A criticidade é função dos valores mínimos a serem obtidos e também da freqüência estabelecida para ser aplicada em cada corrida de aço utilizada na produção de cada item de fabricação. Com isso nota-se uma enorme vantagem do uso dos aços com o processo de resfriamento acelerado, visto que os mesmos tiveram uma melhor homogeneidade nos resultados de limite de escoamento, com um ganho significativo no alongamento e apenas uma pequena redução no limite de resistência. O fato de usarem menores teores de carbono, também favoreceu muito a tenacidade no metal de base e ao longo da ZTA, tendo diferenças extremamente significativas de ganho no teste de impacto e CTOD / The main of this work is the mechanical properties characterization of pipes made from steel plates produced using hot rolling with accelerated cooling. The values reported are laboratory tests results, applied on samples taken from the base metal, weld and heat affected zone. The use of these steel plates in the manufacture of pipes by submerged arc welding process using multiple arcs has shown toughness and elongation results superior to those obtained by using hot rolled steel plates without accelerated cooling, particularly in thicknesses of 16 mm and higher. The toughness test requirements specified by DNV-OS-F101 applied for pipes manufactured aiming offshore application are considered critical. The criticality is function of the minimum values required set the sampling frequency to be applied in every steel heat used in the production of each product. Because of this the use of accelerated cooling process shows a significant advantage, since it provides a better homogeneity in yield strength results, with a significant gain in elongation and only a small reduction in tensile strength. The use of smaller amounts of carbon also greatly fostered toughness in base metal and along HAZ, with significant improvement in the impact test and CTOD. Results due to these enhanced properties the use of steels with accelerated cooling technology is essential in order to face technological challenges imposed by new requirements of submarines pipelines

This research program focused on the behaviour of low cycle fatigue (LCF) of wrinkled pipes, and was designed to develop the LCF life prediction models for the wrinkled pipes. It consisted of three phases of work, which are strip tests, full-scale pipe tests, and finite element analysis (FEA). In strip tests, 39 strip specimens were tested by a complete-reversed stroke-controlled method to investigate the effects of bend angle, bend radius, and stroke range on the low-cycle fatigue (LCF) life. Also, the LCF behaviour was explored by viewing the spectra of key variables and their corresponding hysteresis loops. The failure mechanism was discussed by examining the fracture surfaces. Two LCF life prediction models, life-based and deterioration rate-based, were developed and their prediction results were evaluated. In full-scale pipe tests, two specimens were tested according to a complicated loading procedure. The loading was a combination of axial load, bending moment, and internal pressure; and it consisted of monotonic loading stage and cyclic loading stage. Based on those two tests, the global and local behaviour were investigated, the failure mechanism was studied and the application of the developed LCF life prediction models was discussed. In FEA, three numerical models were developed and they were the strip model, the half-pipe model and the full-scale pipe model. In the strip model, the residual stresses and strains were analyzed and discussed. In the half-pipe model, the effects of pipe geometry, internal pressure, and global deformation on the wrinkle geometry were studied and discussed. In the full-scale pipe model, the full-scale pipe tests were simulated and both the global behaviour and local behaviour were discussed. From this research program, some important conclusions were obtained. The wrinkle geometry is found to be greatly related to the pipe geometry, internal pressure, and global deformation. The global deformation has become localized after the wrinkle is fully developed. The opening deformation cycle is more detrimental to wrinkled pipes than the closing deformation cycle. The test results also show that the seam weld governs the failure of wrinkled pipes if the pipes are subjected to cyclic axial deformation. The LCF life prediction models developed from this research program demonstrate good prediction capacity when they are applied to both strip tests and full-scale pipe tests. / Structural Engineering

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