A integridade estrutural de um duto representa um fator importante na confiabilidade do transporte de gás natural e de petróleo e seus derivados. Uma parte significativa dos custos de manutenção é oriunda da necessidade de correção de defeitos surgidos, tanto no período de operação normal quanto por acidentes durante a manutenção da linha. Estes defeitos podem envolver a perda de espessura da parede por corrosão, trincas, riscos e amassamentos. Os materiais mais modernos utilizados na construção de dutos, como aços API 5L X65 e X70, tem melhorado muito seu desempenho quanto à capacidade de deformação e resistência e, por isso, existe a necessidade de avaliação dos novos materiais utilizados quanto à tenacidade à fratura e resistência à fadiga. Na tentativa de evitar o prejuízo decorrente de vazamentos em dutos, foi avaliado nesta dissertação o comportamento de trincas em dutos procurando evitar a interrupção de funcionamento das linhas no campo, aumentando o tempo de operação antes de uma parada. O trabalho a seguir visou estabelecer a comparação do efeito do retardo de trinca em corpos de prova tipo compact tension com trincas em dutos reais utilizados em gasodutos, simulando comportamento de campo. O material utilizado no estudo foi o aço API 5L grau X65. Foram avaliados dutos com 22 polegadas de diâmetro externo e espessura de parede de 0,5 polegadas com trincas propagadas em fadiga a partir de entalhes usinados por eletro-erosão na raiz da solda longitudinal. As cargas de fadiga foram aplicadas através de variações da pressão interna. Os resultados mostraram que as sobrecargas aplicadas sobre as trincas propagadas nos dutos tiveram efeito positivo no efeito de retardo de crescimento da trinca descrevendo os resultados obtidos nos corpos de prova ensaiados em máquina de ensaio universal. O ganho de vida em fadiga foi significativo nos corpos de prova e tubos com sobrecargas aplicadas, comprovando o efeito da técnica estudada. / The structural integrity of pipelines represents an important factor in the reliability of transportation of natural gas and petroleum and its derivatives. A significant part of maintenance costs come from the need to correct the defects that comes during normal operation or by accident during maintenance of the lines. These defects can involve loss of thickness due to corrosion, cracks, scratches and dents. The new materials used in construction of pipelines, as steel API 5L X65 and X70, has greatly improved its performance in terms of strength and deformation capacity, and therefore, there is a need to assess new materials on the fracture toughness and fatigue resistance. In attempt to prevent the damage caused by leaks in pipelines, was evaluated in this paper the behavior of cracks, in the aim to avoid the interruption of operation of field lines, increasing the operating time before stop maintenance. The work aims to establish the comparison between the effect of crack retardation in compact tension specimens with cracks in real pipelines, simulating field behavior. The material evaluated was steel API 5L X65. Pipes with 22 inches outside diameter and wall thickness of 0,5 inches were tested in fatigue, propagating cracks form notches machined by spark erosion at longitudinal seam weld. The fatigue loads were applied by varying the internal pressure. The results shown that the overloads applied to the propagated cracks in the pipes had a positive effect on the crack growth retardation, describing the results obtained in specimens tested in a universal testing machine. The increase in fatigue life was significant in the specimens and pipes with overload application, confirming the effect of the technique studied.

A integridade estrutural de um duto representa um fator importante na confiabilidade do transporte de gás natural e de petróleo e seus derivados. Uma parte significativa dos custos de manutenção é oriunda da necessidade de correção de defeitos surgidos, tanto no período de operação normal quanto por acidentes durante a manutenção da linha. Estes defeitos podem envolver a perda de espessura da parede por corrosão, trincas, riscos e amassamentos. Os materiais mais modernos utilizados na construção de dutos, como aços API 5L X65 e X70, tem melhorado muito seu desempenho quanto à capacidade de deformação e resistência e, por isso, existe a necessidade de avaliação dos novos materiais utilizados quanto à tenacidade à fratura e resistência à fadiga. Na tentativa de evitar o prejuízo decorrente de vazamentos em dutos, foi avaliado nesta dissertação o comportamento de trincas em dutos procurando evitar a interrupção de funcionamento das linhas no campo, aumentando o tempo de operação antes de uma parada. O trabalho a seguir visou estabelecer a comparação do efeito do retardo de trinca em corpos de prova tipo compact tension com trincas em dutos reais utilizados em gasodutos, simulando comportamento de campo. O material utilizado no estudo foi o aço API 5L grau X65. Foram avaliados dutos com 22 polegadas de diâmetro externo e espessura de parede de 0,5 polegadas com trincas propagadas em fadiga a partir de entalhes usinados por eletro-erosão na raiz da solda longitudinal. As cargas de fadiga foram aplicadas através de variações da pressão interna. Os resultados mostraram que as sobrecargas aplicadas sobre as trincas propagadas nos dutos tiveram efeito positivo no efeito de retardo de crescimento da trinca descrevendo os resultados obtidos nos corpos de prova ensaiados em máquina de ensaio universal. O ganho de vida em fadiga foi significativo nos corpos de prova e tubos com sobrecargas aplicadas, comprovando o efeito da técnica estudada. / The structural integrity of pipelines represents an important factor in the reliability of transportation of natural gas and petroleum and its derivatives. A significant part of maintenance costs come from the need to correct the defects that comes during normal operation or by accident during maintenance of the lines. These defects can involve loss of thickness due to corrosion, cracks, scratches and dents. The new materials used in construction of pipelines, as steel API 5L X65 and X70, has greatly improved its performance in terms of strength and deformation capacity, and therefore, there is a need to assess new materials on the fracture toughness and fatigue resistance. In attempt to prevent the damage caused by leaks in pipelines, was evaluated in this paper the behavior of cracks, in the aim to avoid the interruption of operation of field lines, increasing the operating time before stop maintenance. The work aims to establish the comparison between the effect of crack retardation in compact tension specimens with cracks in real pipelines, simulating field behavior. The material evaluated was steel API 5L X65. Pipes with 22 inches outside diameter and wall thickness of 0,5 inches were tested in fatigue, propagating cracks form notches machined by spark erosion at longitudinal seam weld. The fatigue loads were applied by varying the internal pressure. The results shown that the overloads applied to the propagated cracks in the pipes had a positive effect on the crack growth retardation, describing the results obtained in specimens tested in a universal testing machine. The increase in fatigue life was significant in the specimens and pipes with overload application, confirming the effect of the technique studied.

A integridade estrutural de um duto representa um fator importante na confiabilidade do transporte de gás natural e de petróleo e seus derivados. Uma parte significativa dos custos de manutenção é oriunda da necessidade de correção de defeitos surgidos, tanto no período de operação normal quanto por acidentes durante a manutenção da linha. Estes defeitos podem envolver a perda de espessura da parede por corrosão, trincas, riscos e amassamentos. Os materiais mais modernos utilizados na construção de dutos, como aços API 5L X65 e X70, tem melhorado muito seu desempenho quanto à capacidade de deformação e resistência e, por isso, existe a necessidade de avaliação dos novos materiais utilizados quanto à tenacidade à fratura e resistência à fadiga. Na tentativa de evitar o prejuízo decorrente de vazamentos em dutos, foi avaliado nesta dissertação o comportamento de trincas em dutos procurando evitar a interrupção de funcionamento das linhas no campo, aumentando o tempo de operação antes de uma parada. O trabalho a seguir visou estabelecer a comparação do efeito do retardo de trinca em corpos de prova tipo compact tension com trincas em dutos reais utilizados em gasodutos, simulando comportamento de campo. O material utilizado no estudo foi o aço API 5L grau X65. Foram avaliados dutos com 22 polegadas de diâmetro externo e espessura de parede de 0,5 polegadas com trincas propagadas em fadiga a partir de entalhes usinados por eletro-erosão na raiz da solda longitudinal. As cargas de fadiga foram aplicadas através de variações da pressão interna. Os resultados mostraram que as sobrecargas aplicadas sobre as trincas propagadas nos dutos tiveram efeito positivo no efeito de retardo de crescimento da trinca descrevendo os resultados obtidos nos corpos de prova ensaiados em máquina de ensaio universal. O ganho de vida em fadiga foi significativo nos corpos de prova e tubos com sobrecargas aplicadas, comprovando o efeito da técnica estudada. / The structural integrity of pipelines represents an important factor in the reliability of transportation of natural gas and petroleum and its derivatives. A significant part of maintenance costs come from the need to correct the defects that comes during normal operation or by accident during maintenance of the lines. These defects can involve loss of thickness due to corrosion, cracks, scratches and dents. The new materials used in construction of pipelines, as steel API 5L X65 and X70, has greatly improved its performance in terms of strength and deformation capacity, and therefore, there is a need to assess new materials on the fracture toughness and fatigue resistance. In attempt to prevent the damage caused by leaks in pipelines, was evaluated in this paper the behavior of cracks, in the aim to avoid the interruption of operation of field lines, increasing the operating time before stop maintenance. The work aims to establish the comparison between the effect of crack retardation in compact tension specimens with cracks in real pipelines, simulating field behavior. The material evaluated was steel API 5L X65. Pipes with 22 inches outside diameter and wall thickness of 0,5 inches were tested in fatigue, propagating cracks form notches machined by spark erosion at longitudinal seam weld. The fatigue loads were applied by varying the internal pressure. The results shown that the overloads applied to the propagated cracks in the pipes had a positive effect on the crack growth retardation, describing the results obtained in specimens tested in a universal testing machine. The increase in fatigue life was significant in the specimens and pipes with overload application, confirming the effect of the technique studied.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-07-07Bitstream added on 2014-06-13T18:31:00Z : No. of bitstreams: 1 godoy_jm_me_guara.pdf: 5782795 bytes, checksum: f9a65ca23dd9a2c850fa9c6aa83f3a30 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A influência do campo magnético da Terra no movimento orbital de satélites artificiais é analisada considerando também a ação de cargas elétricas adquiridas pela superfície do satélite ao se deslocar em um campo de plasma. Neste trabalho são consideradas perturbações devido ao campo magnético da Terra, ao campo elétrico induzido e ao arrasto provocado por partículas carregadas (arrasto elétrico); as duas primeiras manifestam-se através da força de Lorentz, enquanto que a última é influenciada pelo parâmetro de impacto e pelas velocidades térmicas das partículas que colidem com o satélite. Cada uma dessas perturbações foi caracterizada separadamente. As equações de Lagrange na forma de Gauss foram usadas para analisar a influência dessas perturbações no movimento orbital do satélite descrito em termos dos elementos orbitais. Ênfase foi dada na análise das perturbações seculares, devido a seu efeito cumulativo ao longo do tempo. / The influence of the Earth’s magnetic field on the orbital motion of artificial satellites is analyzed also taking into account the influence of the electric charge acquired by the surface of the satellite when moving in a plasma field. In this work are considered perturbations due to the magnetic field of the Earth, due to the induced electric field and due to the drag caused by the charged particles (electric drag); the two first one arisen through the Lorentz’ force, while the last one is influenced by the impact parameter and by the thermal speeds of particles colliding with the satellite. Each of these perturbations was characterized separately. Gauss form for the Lagrange equations were used to analyze the influence of these perturbations on the orbital motion described in terms of the orbital elements. Emphasis was given in the analysis of the secular perturbations, due to its cumulative effect along the time.

A Petrobras desenvolveu em São Mateus do Sul uma unidade para processamento do Xisto, a partir da qual são produzidos óleos, gases, nafta, etc. Esta planta possui uma série de equipamentos especialmente projetados para esta aplicação, sendo um dos mais críticos, do ponto de vista de confiabilidade, o forno de radiação, que utiliza tubos de troca térmica confeccionados em aço inoxidável ferrítico ASTM A 268 Gr. 446. Este estudo tem como objetivo avaliar o nível de degradação destes tubos, através da verificação das alterações ocorridas na matriz metálica e em algumas das propriedades mecânicas do material, devido à exposição a temperaturas próximas a 800°C e a um ambiente contendo gás sulfídrico (H2S). Objetiva-se também definir um possível limite de utilização dos tubos, evitando, desta forma, paradas de produção ocasionadas por ruptura dos tubos em operação. Foram estudadas amostras tubos de novos e usados, com o auxílio de microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia por energia dispersiva de raios X, ensaios de dureza e microdureza, e ensaios de tração à temperatura ambiente e à temperatura de 770°C. Observou-se, que nos tubos novos a matriz apresentava-se totalmente ferrítica, já nos tubos usados, a matriz permanecia predominantemente ferrítica, porém, com precipitação de fases sigma e carbonetos de cromo nos contornos de grãos. Pôde-se observar também a corrosão interna no material, que se iniciava nas fases localizadas nos contornos de grãos e após passava a corroer o restante da matriz, reduzindo desta forma a seção metálica resistente. Verificou-se nos tubos usados, um aumento de dureza e redução da resistência à tração a temperatura ambiente, alterações estas, que são diretamente influenciadas pela precipitação de fases sigma e carbonetos. Em função dos resultados obtidos no ensaio de tração realizado a 770°C, foi possível definir-se um limite para utilização dos tubos do forno, atribuindo este limite a uma espessura mínima capaz de resistir aos esforços existentes. Concluiu-se que somente a precipitação das fases sigma e carbonetos no material analisado não seriam suficientes para provocar a ruptura do material em operação. Atribuiu-se então, como principal causa de deterioração o processo corrosivo que o material está submetido, reduzindo de forma considerável sua secção resistente e promovendo a falha do componente. / The Petrobras developed in São Mateus do Sul a manufacturing unit to process Shale where oil, gas, naphtha, etc., are produced. This plant has a large number of equipments specially designed to this application. The most critical equipment by the point of view of reliability is the radiation furnace, which uses exchange thermic tubes made by ferritic stainless steel ASTM A 268 Gr. 446. The first objective of this study is to evaluate the degradation in these tubes, verifying the modifications in the metallic matrix and in some mechanical properties due to the exposure at high temperatures close to 800°C and a hydrogen sulfide gas environment (H2S). A second objective is to correlate the results to establish a possible residual live to these tubes, avoiding failure and rupture in operation. Samples of new and used tubes were studied, using optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), hardness and micro hardness test, tensile tests at the room temperature and at 770°C. It was observed, that in the new tubes the matrix was totally ferritic, and in the used tubes the matrix remain predominantly ferritic, but with sigma phase and chromium carbide around the grains. It was observed corrosion, which has begun in the area around the grains and after that passed to corrode the remaining matrix, reducing the metallic resistance section. It was verified in the used tubes higher hardness and lower strength at room temperature, changes that were influenced directly by sigma phase and chromium carbide precipitation. After analysis that were obtained from tensile tests carried out at 770°C, for used tubes, it was defined a minimum thickness resistant. It was concluded that just the sigma phase and chromium carbide precipitation, were not sufficient to cause the rupture of the tubes during operation. The main reason to cause fails in these tubes is the corrosive process the tubes were submitted, reducing substantially the resistant section.

A Petrobras desenvolveu em São Mateus do Sul uma unidade para processamento do Xisto, a partir da qual são produzidos óleos, gases, nafta, etc. Esta planta possui uma série de equipamentos especialmente projetados para esta aplicação, sendo um dos mais críticos, do ponto de vista de confiabilidade, o forno de radiação, que utiliza tubos de troca térmica confeccionados em aço inoxidável ferrítico ASTM A 268 Gr. 446. Este estudo tem como objetivo avaliar o nível de degradação destes tubos, através da verificação das alterações ocorridas na matriz metálica e em algumas das propriedades mecânicas do material, devido à exposição a temperaturas próximas a 800°C e a um ambiente contendo gás sulfídrico (H2S). Objetiva-se também definir um possível limite de utilização dos tubos, evitando, desta forma, paradas de produção ocasionadas por ruptura dos tubos em operação. Foram estudadas amostras tubos de novos e usados, com o auxílio de microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia por energia dispersiva de raios X, ensaios de dureza e microdureza, e ensaios de tração à temperatura ambiente e à temperatura de 770°C. Observou-se, que nos tubos novos a matriz apresentava-se totalmente ferrítica, já nos tubos usados, a matriz permanecia predominantemente ferrítica, porém, com precipitação de fases sigma e carbonetos de cromo nos contornos de grãos. Pôde-se observar também a corrosão interna no material, que se iniciava nas fases localizadas nos contornos de grãos e após passava a corroer o restante da matriz, reduzindo desta forma a seção metálica resistente. Verificou-se nos tubos usados, um aumento de dureza e redução da resistência à tração a temperatura ambiente, alterações estas, que são diretamente influenciadas pela precipitação de fases sigma e carbonetos. Em função dos resultados obtidos no ensaio de tração realizado a 770°C, foi possível definir-se um limite para utilização dos tubos do forno, atribuindo este limite a uma espessura mínima capaz de resistir aos esforços existentes. Concluiu-se que somente a precipitação das fases sigma e carbonetos no material analisado não seriam suficientes para provocar a ruptura do material em operação. Atribuiu-se então, como principal causa de deterioração o processo corrosivo que o material está submetido, reduzindo de forma considerável sua secção resistente e promovendo a falha do componente. / The Petrobras developed in São Mateus do Sul a manufacturing unit to process Shale where oil, gas, naphtha, etc., are produced. This plant has a large number of equipments specially designed to this application. The most critical equipment by the point of view of reliability is the radiation furnace, which uses exchange thermic tubes made by ferritic stainless steel ASTM A 268 Gr. 446. The first objective of this study is to evaluate the degradation in these tubes, verifying the modifications in the metallic matrix and in some mechanical properties due to the exposure at high temperatures close to 800°C and a hydrogen sulfide gas environment (H2S). A second objective is to correlate the results to establish a possible residual live to these tubes, avoiding failure and rupture in operation. Samples of new and used tubes were studied, using optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), hardness and micro hardness test, tensile tests at the room temperature and at 770°C. It was observed, that in the new tubes the matrix was totally ferritic, and in the used tubes the matrix remain predominantly ferritic, but with sigma phase and chromium carbide around the grains. It was observed corrosion, which has begun in the area around the grains and after that passed to corrode the remaining matrix, reducing the metallic resistance section. It was verified in the used tubes higher hardness and lower strength at room temperature, changes that were influenced directly by sigma phase and chromium carbide precipitation. After analysis that were obtained from tensile tests carried out at 770°C, for used tubes, it was defined a minimum thickness resistant. It was concluded that just the sigma phase and chromium carbide precipitation, were not sufficient to cause the rupture of the tubes during operation. The main reason to cause fails in these tubes is the corrosive process the tubes were submitted, reducing substantially the resistant section.

O uso de tubos metálicos como componentes integrantes de umbilicais submarinos vem apresentando uma tendência de crescimento na costa brasileira. Apesar de ser uma tecnologia madura, já difundida em outras regiões de produção de petróleo em mar no mundo, o ineditismo de sua aplicação no Brasil traz a necessidade de se estudar algumas questões específicas na busca de se garantir a adequada implementação da tecnologia. Um dos aspectos peculiares à costa brasileira diz respeito ao tipo de embarcações especializadas à instalação dos umbilicais. Tomando-se a instalação de um umbilical típico de tubos metálicos sendo feita por estas embarcações observa-se uma condição bastante severa de processo de fadiga de baixo ciclo nos tubos. Trabalhos vem sendo feitos para se estudar o efeito da fadiga de baixo ciclo no desempenho a fadiga de alto ciclo destes tubos, entretanto, nenhum trabalho foi específico para o tipo de regime de fadiga de baixo ciclo que aparece no cenário de instalação da costa brasileira. Neste trabalho foi proposto um método de teste para se simular, em amostras em laboratório, este regime específico de dano de fadiga de baixo ciclo. Após a aplicação deste dano as amostras foram submetidas a um regime de fadiga de alto ciclo para construção de curvas SN e comparação com as curvas disponíveis na literatura. Para a determinação dos carregamentos impostos aos umbilicais e tubos metálicos foram definidos dois cenários de profundidade (lâmina d’agua) e condições ambientais típicos de instalações de umbilicais na costa brasileira. Para determinação das deformações sofridas pelos tubos metálicos foi utilizado um software dedicado a este tipo de análise e que emprega o método de elementos finitos. Nas simulações do software foram utilizadas curvas Tensão-Deformação obtidas de 6 amostras de tubos ensaiadas. O universo de amostras utilizado para os testes em laboratório, simulando o dano à fadiga de baixo ciclo e construção das curvas SN, foi de 15 amostras com espessura de parede de 1,1mm sem solda e 14 amostras com espessura de parede de 1,3mm com solda circunferencial. A aplicação do dano à fadiga de baixo ciclo foi feita utilizando-se o método de teste de flexão em quatro pontos. Para a construção das curvas SN foi utilizado método de fadiga axial. Após o teste de fadiga axial algumas das amostras foram selecionadas para caracterização das superfícies de fratura. Os resultados dos testes indicaram que, apesar do dano de fadiga de baixo ciclo ser em regime bastante diferente dos estudos disponíveis na literatura, o desempenho à fadiga de alto ciclo dos tubos não apresentou queda quando comparado com estes estudos. / The use of steel tubes in subsea umbilicals is showing a continuous growth in offshore Brazil. Although steel tubes are a mature technology in other offshore oil production areas abroad, its ineditism in Brazil brings the necessity of verifying some local specific characteristic to guarantee its adequate implementation. One of these specific characteristics is regarding the umbilical installation fleet. Taking one typical steel tube installation by one of those vessels one can found a very severe low cycle fatigue condition. Studies have been made for understanding the effect of low cycle fatigue in the high cycle fatigue behavior of steel tubes for umbilicals, but, no specific study on the low cycle fatigue regime that figures on brazilian coast installation scenario. This work proposed a test method for simulating, in samples in laboratory, this specific regime of low cycle fatigue, and after imposing this damage the samples was subjected to a high cycle fatigue regime in order to build SN curves and to compare with the curves presented in the literature. For determining the loads imposed to umbilicals and steel tubes two typical installation scenarios of water depth and environmental data was defined. For determining strains on steel tubes it was used a specific finite element method software. On the software simulation it was used 6 stress-strain curves obtained of 6 steel tube samples testes. The sampling universe for the laboratory tests, for simulating the low cycle fatigue and SN curves build, was 15 samples of 1,1mm wall thickness without weld tubes and 14 samples of 1,3mm wall thickness with weld tubes. The low cycle fatigue regime was performed in a four point bending apparatus and axial fatigue test was used for the SN curves. After axial fatigue test some samples were selected for fracture characterization. The tests results indicated that, although low cycle fatigue regime been different to studies in the literature, the steel tubes didn’t show detrimental effects on high cycle fatigue resistance when compared to these studies.

A Petrobras desenvolveu em São Mateus do Sul uma unidade para processamento do Xisto, a partir da qual são produzidos óleos, gases, nafta, etc. Esta planta possui uma série de equipamentos especialmente projetados para esta aplicação, sendo um dos mais críticos, do ponto de vista de confiabilidade, o forno de radiação, que utiliza tubos de troca térmica confeccionados em aço inoxidável ferrítico ASTM A 268 Gr. 446. Este estudo tem como objetivo avaliar o nível de degradação destes tubos, através da verificação das alterações ocorridas na matriz metálica e em algumas das propriedades mecânicas do material, devido à exposição a temperaturas próximas a 800°C e a um ambiente contendo gás sulfídrico (H2S). Objetiva-se também definir um possível limite de utilização dos tubos, evitando, desta forma, paradas de produção ocasionadas por ruptura dos tubos em operação. Foram estudadas amostras tubos de novos e usados, com o auxílio de microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia por energia dispersiva de raios X, ensaios de dureza e microdureza, e ensaios de tração à temperatura ambiente e à temperatura de 770°C. Observou-se, que nos tubos novos a matriz apresentava-se totalmente ferrítica, já nos tubos usados, a matriz permanecia predominantemente ferrítica, porém, com precipitação de fases sigma e carbonetos de cromo nos contornos de grãos. Pôde-se observar também a corrosão interna no material, que se iniciava nas fases localizadas nos contornos de grãos e após passava a corroer o restante da matriz, reduzindo desta forma a seção metálica resistente. Verificou-se nos tubos usados, um aumento de dureza e redução da resistência à tração a temperatura ambiente, alterações estas, que são diretamente influenciadas pela precipitação de fases sigma e carbonetos. Em função dos resultados obtidos no ensaio de tração realizado a 770°C, foi possível definir-se um limite para utilização dos tubos do forno, atribuindo este limite a uma espessura mínima capaz de resistir aos esforços existentes. Concluiu-se que somente a precipitação das fases sigma e carbonetos no material analisado não seriam suficientes para provocar a ruptura do material em operação. Atribuiu-se então, como principal causa de deterioração o processo corrosivo que o material está submetido, reduzindo de forma considerável sua secção resistente e promovendo a falha do componente. / The Petrobras developed in São Mateus do Sul a manufacturing unit to process Shale where oil, gas, naphtha, etc., are produced. This plant has a large number of equipments specially designed to this application. The most critical equipment by the point of view of reliability is the radiation furnace, which uses exchange thermic tubes made by ferritic stainless steel ASTM A 268 Gr. 446. The first objective of this study is to evaluate the degradation in these tubes, verifying the modifications in the metallic matrix and in some mechanical properties due to the exposure at high temperatures close to 800°C and a hydrogen sulfide gas environment (H2S). A second objective is to correlate the results to establish a possible residual live to these tubes, avoiding failure and rupture in operation. Samples of new and used tubes were studied, using optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), hardness and micro hardness test, tensile tests at the room temperature and at 770°C. It was observed, that in the new tubes the matrix was totally ferritic, and in the used tubes the matrix remain predominantly ferritic, but with sigma phase and chromium carbide around the grains. It was observed corrosion, which has begun in the area around the grains and after that passed to corrode the remaining matrix, reducing the metallic resistance section. It was verified in the used tubes higher hardness and lower strength at room temperature, changes that were influenced directly by sigma phase and chromium carbide precipitation. After analysis that were obtained from tensile tests carried out at 770°C, for used tubes, it was defined a minimum thickness resistant. It was concluded that just the sigma phase and chromium carbide precipitation, were not sufficient to cause the rupture of the tubes during operation. The main reason to cause fails in these tubes is the corrosive process the tubes were submitted, reducing substantially the resistant section.

O uso de tubos metálicos como componentes integrantes de umbilicais submarinos vem apresentando uma tendência de crescimento na costa brasileira. Apesar de ser uma tecnologia madura, já difundida em outras regiões de produção de petróleo em mar no mundo, o ineditismo de sua aplicação no Brasil traz a necessidade de se estudar algumas questões específicas na busca de se garantir a adequada implementação da tecnologia. Um dos aspectos peculiares à costa brasileira diz respeito ao tipo de embarcações especializadas à instalação dos umbilicais. Tomando-se a instalação de um umbilical típico de tubos metálicos sendo feita por estas embarcações observa-se uma condição bastante severa de processo de fadiga de baixo ciclo nos tubos. Trabalhos vem sendo feitos para se estudar o efeito da fadiga de baixo ciclo no desempenho a fadiga de alto ciclo destes tubos, entretanto, nenhum trabalho foi específico para o tipo de regime de fadiga de baixo ciclo que aparece no cenário de instalação da costa brasileira. Neste trabalho foi proposto um método de teste para se simular, em amostras em laboratório, este regime específico de dano de fadiga de baixo ciclo. Após a aplicação deste dano as amostras foram submetidas a um regime de fadiga de alto ciclo para construção de curvas SN e comparação com as curvas disponíveis na literatura. Para a determinação dos carregamentos impostos aos umbilicais e tubos metálicos foram definidos dois cenários de profundidade (lâmina d’agua) e condições ambientais típicos de instalações de umbilicais na costa brasileira. Para determinação das deformações sofridas pelos tubos metálicos foi utilizado um software dedicado a este tipo de análise e que emprega o método de elementos finitos. Nas simulações do software foram utilizadas curvas Tensão-Deformação obtidas de 6 amostras de tubos ensaiadas. O universo de amostras utilizado para os testes em laboratório, simulando o dano à fadiga de baixo ciclo e construção das curvas SN, foi de 15 amostras com espessura de parede de 1,1mm sem solda e 14 amostras com espessura de parede de 1,3mm com solda circunferencial. A aplicação do dano à fadiga de baixo ciclo foi feita utilizando-se o método de teste de flexão em quatro pontos. Para a construção das curvas SN foi utilizado método de fadiga axial. Após o teste de fadiga axial algumas das amostras foram selecionadas para caracterização das superfícies de fratura. Os resultados dos testes indicaram que, apesar do dano de fadiga de baixo ciclo ser em regime bastante diferente dos estudos disponíveis na literatura, o desempenho à fadiga de alto ciclo dos tubos não apresentou queda quando comparado com estes estudos. / The use of steel tubes in subsea umbilicals is showing a continuous growth in offshore Brazil. Although steel tubes are a mature technology in other offshore oil production areas abroad, its ineditism in Brazil brings the necessity of verifying some local specific characteristic to guarantee its adequate implementation. One of these specific characteristics is regarding the umbilical installation fleet. Taking one typical steel tube installation by one of those vessels one can found a very severe low cycle fatigue condition. Studies have been made for understanding the effect of low cycle fatigue in the high cycle fatigue behavior of steel tubes for umbilicals, but, no specific study on the low cycle fatigue regime that figures on brazilian coast installation scenario. This work proposed a test method for simulating, in samples in laboratory, this specific regime of low cycle fatigue, and after imposing this damage the samples was subjected to a high cycle fatigue regime in order to build SN curves and to compare with the curves presented in the literature. For determining the loads imposed to umbilicals and steel tubes two typical installation scenarios of water depth and environmental data was defined. For determining strains on steel tubes it was used a specific finite element method software. On the software simulation it was used 6 stress-strain curves obtained of 6 steel tube samples testes. The sampling universe for the laboratory tests, for simulating the low cycle fatigue and SN curves build, was 15 samples of 1,1mm wall thickness without weld tubes and 14 samples of 1,3mm wall thickness with weld tubes. The low cycle fatigue regime was performed in a four point bending apparatus and axial fatigue test was used for the SN curves. After axial fatigue test some samples were selected for fracture characterization. The tests results indicated that, although low cycle fatigue regime been different to studies in the literature, the steel tubes didn’t show detrimental effects on high cycle fatigue resistance when compared to these studies.

O uso de tubos metálicos como componentes integrantes de umbilicais submarinos vem apresentando uma tendência de crescimento na costa brasileira. Apesar de ser uma tecnologia madura, já difundida em outras regiões de produção de petróleo em mar no mundo, o ineditismo de sua aplicação no Brasil traz a necessidade de se estudar algumas questões específicas na busca de se garantir a adequada implementação da tecnologia. Um dos aspectos peculiares à costa brasileira diz respeito ao tipo de embarcações especializadas à instalação dos umbilicais. Tomando-se a instalação de um umbilical típico de tubos metálicos sendo feita por estas embarcações observa-se uma condição bastante severa de processo de fadiga de baixo ciclo nos tubos. Trabalhos vem sendo feitos para se estudar o efeito da fadiga de baixo ciclo no desempenho a fadiga de alto ciclo destes tubos, entretanto, nenhum trabalho foi específico para o tipo de regime de fadiga de baixo ciclo que aparece no cenário de instalação da costa brasileira. Neste trabalho foi proposto um método de teste para se simular, em amostras em laboratório, este regime específico de dano de fadiga de baixo ciclo. Após a aplicação deste dano as amostras foram submetidas a um regime de fadiga de alto ciclo para construção de curvas SN e comparação com as curvas disponíveis na literatura. Para a determinação dos carregamentos impostos aos umbilicais e tubos metálicos foram definidos dois cenários de profundidade (lâmina d’agua) e condições ambientais típicos de instalações de umbilicais na costa brasileira. Para determinação das deformações sofridas pelos tubos metálicos foi utilizado um software dedicado a este tipo de análise e que emprega o método de elementos finitos. Nas simulações do software foram utilizadas curvas Tensão-Deformação obtidas de 6 amostras de tubos ensaiadas. O universo de amostras utilizado para os testes em laboratório, simulando o dano à fadiga de baixo ciclo e construção das curvas SN, foi de 15 amostras com espessura de parede de 1,1mm sem solda e 14 amostras com espessura de parede de 1,3mm com solda circunferencial. A aplicação do dano à fadiga de baixo ciclo foi feita utilizando-se o método de teste de flexão em quatro pontos. Para a construção das curvas SN foi utilizado método de fadiga axial. Após o teste de fadiga axial algumas das amostras foram selecionadas para caracterização das superfícies de fratura. Os resultados dos testes indicaram que, apesar do dano de fadiga de baixo ciclo ser em regime bastante diferente dos estudos disponíveis na literatura, o desempenho à fadiga de alto ciclo dos tubos não apresentou queda quando comparado com estes estudos. / The use of steel tubes in subsea umbilicals is showing a continuous growth in offshore Brazil. Although steel tubes are a mature technology in other offshore oil production areas abroad, its ineditism in Brazil brings the necessity of verifying some local specific characteristic to guarantee its adequate implementation. One of these specific characteristics is regarding the umbilical installation fleet. Taking one typical steel tube installation by one of those vessels one can found a very severe low cycle fatigue condition. Studies have been made for understanding the effect of low cycle fatigue in the high cycle fatigue behavior of steel tubes for umbilicals, but, no specific study on the low cycle fatigue regime that figures on brazilian coast installation scenario. This work proposed a test method for simulating, in samples in laboratory, this specific regime of low cycle fatigue, and after imposing this damage the samples was subjected to a high cycle fatigue regime in order to build SN curves and to compare with the curves presented in the literature. For determining the loads imposed to umbilicals and steel tubes two typical installation scenarios of water depth and environmental data was defined. For determining strains on steel tubes it was used a specific finite element method software. On the software simulation it was used 6 stress-strain curves obtained of 6 steel tube samples testes. The sampling universe for the laboratory tests, for simulating the low cycle fatigue and SN curves build, was 15 samples of 1,1mm wall thickness without weld tubes and 14 samples of 1,3mm wall thickness with weld tubes. The low cycle fatigue regime was performed in a four point bending apparatus and axial fatigue test was used for the SN curves. After axial fatigue test some samples were selected for fracture characterization. The tests results indicated that, although low cycle fatigue regime been different to studies in the literature, the steel tubes didn’t show detrimental effects on high cycle fatigue resistance when compared to these studies.