Esta Dissertação abrange a caracterização microestrutural do aço API 5L X65 soldado por feixe de elétrons (EBW) com cinco diferentes aportes térmicos e sem o uso de metal de adição. O aço API 5L X65 pertence à classe de aços ARBL e é empregado na fabricação de oleodutos e gasodutos. As três regiões da solda metal-base (MB), zona termicamente afetada (ZTA) e zona fundida (ZF) foram caracterizadas por microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X e medidas de microdureza Vickers. As microestruturas encontradas nestas três regiões são bastante distintas. O MB apresenta grãos ferríticos com bandas perlíticas orientadas paralelamente à direção de laminação. Devido à elevada densidade de potência do processo EBW e às elevadas velocidades de soldagem utilizadas, a ZTA é bastante estreita sendo formada por grãos ferríticos finos e bandas perlíticas degeneradas que a diferem do MB. Na interface ZTA/ZF foi possível observar a presença de grãos com morfologia acicular com a presença dos constituintes M-A (martensita-austenita). A ZF apresentou morfologia similar à encontrada em aços microligados soldados: ferrita alotriomórfica, ferrita acicular, ferrita de Widmanstätten, constituintes M-A, além de regiões bainíticas. Na parte central da chapa foi observada a segregação de manganês. A técnica EBW permite a soldagem de tubos com paredes espessas com apenas um passe. Os resultados desta Dissertação são úteis para avaliar a viabilidade técnica do uso de EBW na fabricação de tubos para o transporte de óleo e gás, especialmente em aços mais resistentes (bainíticos). / This Dissertation aims at the microstructural characterization of electron-beam welded (EBW) API 5L X65 steel using five different processing conditions (heat input) and without filler metal addition. The API 5L X65 steel is a high-strength low-alloy (HSLA) steel employed mainly in the manufacture of pipelines for oil and gas. The three regions of the welds, namely the base metal (BM), heat affected zone (HAZ) and fusion zone (FZ) were characterized by light optical microscopy using different chemical etching agents, scanning electron microscopy, X-ray diffraction and Vickers microhardness testing. The microstructures found in the three regions were quite distinct. The BM consists of elongated ferritic grains with pearlite bands oriented along the rolling direction. Due to the high power density provided by EBW, the HAZ is very narrow and consists of ferritic grains and bands of degenerated pearlite. At the HAZ/FZ interface it is possible to observe the presence of grains with acicular morphology and the presence of M-A (martensite- retained austenite) constituents. The FZ showed a morphology similar to that one found in molten microalloyed steels consisting of allotriomorphic ferrite, acicular ferrite, Widmanstätten-like ferrite, M-A constituents, as well as bainite. In the central part of the plate it was observed the presence of Mn-segregation lines along the BM. The electron beam welding was chosen because it produces a relatively small HAZ and it allows the welding of thick-wall tubes in one single pass. The results of this work are useful to evaluate the possibility of using EBW in the manufacture of pipelines for transport of oil and gas, especially in higher grade steels.

Esta Dissertação abrange a caracterização microestrutural do aço API 5L X65 soldado por feixe de elétrons (EBW) com cinco diferentes aportes térmicos e sem o uso de metal de adição. O aço API 5L X65 pertence à classe de aços ARBL e é empregado na fabricação de oleodutos e gasodutos. As três regiões da solda metal-base (MB), zona termicamente afetada (ZTA) e zona fundida (ZF) foram caracterizadas por microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X e medidas de microdureza Vickers. As microestruturas encontradas nestas três regiões são bastante distintas. O MB apresenta grãos ferríticos com bandas perlíticas orientadas paralelamente à direção de laminação. Devido à elevada densidade de potência do processo EBW e às elevadas velocidades de soldagem utilizadas, a ZTA é bastante estreita sendo formada por grãos ferríticos finos e bandas perlíticas degeneradas que a diferem do MB. Na interface ZTA/ZF foi possível observar a presença de grãos com morfologia acicular com a presença dos constituintes M-A (martensita-austenita). A ZF apresentou morfologia similar à encontrada em aços microligados soldados: ferrita alotriomórfica, ferrita acicular, ferrita de Widmanstätten, constituintes M-A, além de regiões bainíticas. Na parte central da chapa foi observada a segregação de manganês. A técnica EBW permite a soldagem de tubos com paredes espessas com apenas um passe. Os resultados desta Dissertação são úteis para avaliar a viabilidade técnica do uso de EBW na fabricação de tubos para o transporte de óleo e gás, especialmente em aços mais resistentes (bainíticos). / This Dissertation aims at the microstructural characterization of electron-beam welded (EBW) API 5L X65 steel using five different processing conditions (heat input) and without filler metal addition. The API 5L X65 steel is a high-strength low-alloy (HSLA) steel employed mainly in the manufacture of pipelines for oil and gas. The three regions of the welds, namely the base metal (BM), heat affected zone (HAZ) and fusion zone (FZ) were characterized by light optical microscopy using different chemical etching agents, scanning electron microscopy, X-ray diffraction and Vickers microhardness testing. The microstructures found in the three regions were quite distinct. The BM consists of elongated ferritic grains with pearlite bands oriented along the rolling direction. Due to the high power density provided by EBW, the HAZ is very narrow and consists of ferritic grains and bands of degenerated pearlite. At the HAZ/FZ interface it is possible to observe the presence of grains with acicular morphology and the presence of M-A (martensite- retained austenite) constituents. The FZ showed a morphology similar to that one found in molten microalloyed steels consisting of allotriomorphic ferrite, acicular ferrite, Widmanstätten-like ferrite, M-A constituents, as well as bainite. In the central part of the plate it was observed the presence of Mn-segregation lines along the BM. The electron beam welding was chosen because it produces a relatively small HAZ and it allows the welding of thick-wall tubes in one single pass. The results of this work are useful to evaluate the possibility of using EBW in the manufacture of pipelines for transport of oil and gas, especially in higher grade steels.

O objetivo deste trabalho é a caracterização mecânica e microestrutural do aço API 5L-X65 soldado por feixe de elétrons para possível aplicação no processo de fabricação de dutos para o transporte de óleo e gás. A caracterização do material será realizada por meio de microscopia ótica, análise de textura via difração de raios X, microdureza Vickers e ensaio Charpy V. Para a caracterização microestrutural, foram testados diferentes ataques químicos para a identificação das fases presentes na microestrutura de cada uma das três regiões que compõem uma junta soldada, zona fundida (ZF), zona termicamente afetada (ZTA) e o metal base (MB). As microestruturas das regiões que foram submetidas ao ciclo térmico de soldagem, apresentaram-se bastante distintas da microestrutura bandeada ferrítico-perlítica encontrada no MB. A ZTA apresentou uma estrutura de grãos refinados, as bandas perlíticas do MB se tornaram completamente difusas, não mantendo qualquer semelhança com a microestrutura perlítica anterior e também, foram evidenciadas ilhas do constituinte M-A (martensita-austenita). Na ZF foram evidenciadas as fases tipicamente encontradas em metais de solda de aços microligados, tais como: ferrita de Widmanstätten, acicular, alotriomórfica, além de bainita e ilhas do constituinte M-A. Os resultados das propriedades mecânicas do material submetido ao processo de soldagem por EBW foram satisfatórios e atendem os requisitos da Norma API 5L. Desta forma, de acordo com os resultados obtidos neste trabalho é possível a aplicação da soldagem por EBW na fabricação e montagem de sistemas de dutos. / The aim of this work is the mechanical and microstructural characterization of API 5L-X65 steel welds performed by electron beam welding, as well as to investigate the technical feasibility of applying this welding process in the manufacture and assembly of pipelines for oil and gas. The characterization was carried out by using light optical microscopy, X-ray diffraction texture analysis, Vickers micro-hardness testing and tests Charpy V. For the microstructural characterization, several chemical etchants were tested in order to identify the phases present in the microstructure of the regions associated to the weld, i.e. the weld metal (WM), the heat affected zone (HAZ) and the base metal (BM). The microstructures of the regions exposed to thermal welding cycles displayed quite distinct microstructure than the one found in the BM (banded ferritic-pearlitic structure). The HAZ showed a refined grain structure where the pearlite bands of BM became quite diffuse. Islands of the M-A (martensite-austenite) constituent were found in the HAZ. The phases typically found in weld metals of microalloyed steels such as Widmanstätten ferrite, acicular ferrite, allotriomorphic ferrite, bainite, and M-A constituent were found in the WM. The results of the mechanical properties of the material submitted to the welding process by EBW were satisfactory and meet the requirements of the standard API 5L. Thus, the according to the results obtained in this work is possible the application of EBW in the manufacture and assembly of pipeline systems.

O objetivo deste trabalho é a caracterização mecânica e microestrutural do aço API 5L-X65 soldado por feixe de elétrons para possível aplicação no processo de fabricação de dutos para o transporte de óleo e gás. A caracterização do material será realizada por meio de microscopia ótica, análise de textura via difração de raios X, microdureza Vickers e ensaio Charpy V. Para a caracterização microestrutural, foram testados diferentes ataques químicos para a identificação das fases presentes na microestrutura de cada uma das três regiões que compõem uma junta soldada, zona fundida (ZF), zona termicamente afetada (ZTA) e o metal base (MB). As microestruturas das regiões que foram submetidas ao ciclo térmico de soldagem, apresentaram-se bastante distintas da microestrutura bandeada ferrítico-perlítica encontrada no MB. A ZTA apresentou uma estrutura de grãos refinados, as bandas perlíticas do MB se tornaram completamente difusas, não mantendo qualquer semelhança com a microestrutura perlítica anterior e também, foram evidenciadas ilhas do constituinte M-A (martensita-austenita). Na ZF foram evidenciadas as fases tipicamente encontradas em metais de solda de aços microligados, tais como: ferrita de Widmanstätten, acicular, alotriomórfica, além de bainita e ilhas do constituinte M-A. Os resultados das propriedades mecânicas do material submetido ao processo de soldagem por EBW foram satisfatórios e atendem os requisitos da Norma API 5L. Desta forma, de acordo com os resultados obtidos neste trabalho é possível a aplicação da soldagem por EBW na fabricação e montagem de sistemas de dutos. / The aim of this work is the mechanical and microstructural characterization of API 5L-X65 steel welds performed by electron beam welding, as well as to investigate the technical feasibility of applying this welding process in the manufacture and assembly of pipelines for oil and gas. The characterization was carried out by using light optical microscopy, X-ray diffraction texture analysis, Vickers micro-hardness testing and tests Charpy V. For the microstructural characterization, several chemical etchants were tested in order to identify the phases present in the microstructure of the regions associated to the weld, i.e. the weld metal (WM), the heat affected zone (HAZ) and the base metal (BM). The microstructures of the regions exposed to thermal welding cycles displayed quite distinct microstructure than the one found in the BM (banded ferritic-pearlitic structure). The HAZ showed a refined grain structure where the pearlite bands of BM became quite diffuse. Islands of the M-A (martensite-austenite) constituent were found in the HAZ. The phases typically found in weld metals of microalloyed steels such as Widmanstätten ferrite, acicular ferrite, allotriomorphic ferrite, bainite, and M-A constituent were found in the WM. The results of the mechanical properties of the material submitted to the welding process by EBW were satisfactory and meet the requirements of the standard API 5L. Thus, the according to the results obtained in this work is possible the application of EBW in the manufacture and assembly of pipeline systems.