A ocorrência de fraturas dúcteis propagantes em dutos para transporte de CO2 supercrítico é um aspecto que deve ser considerado no projeto e operação de sistemas de recuperação avançada de petróleo utilizando CO2. Os métodos disponíveis para determinação da tenacidade para interrupção intrínseca destas fraturas são revisados, destacando-se as suas limitações e os procedimentos experimentais existentes para averiguação deste parâmetro. São apresentadas informações relativas ao projeto de crack arrestors e particularidades de dutos submarinos. Este fenômeno depende fundamentalmente de aspectos da descompressão das misturas de CO2 transportadas, que são também analisados. Com o objetivo de verificar se os materiais usualmente utilizados em linhas de transporte de gás natural possuem propriedades mecânicas que garantam controle de fraturas dúcteis propagantes em dutos de transporte de CO2 supercrítico, os métodos Battelle e HLP foram aplicados para a determinação da energia Charpy mínima para interrupção da propagação da fratura em dutos construídos nos aços API 5L graus B, X65, X70 e X80, com diâmetros entre 150 e 310mm e espessuras entre 17 e 32mm. Considerouse pressão de saturação máxima de 10,2MPa. Verificou-se que, na faixa analisada, dutos construídos em aço grau B podem possuir energia Charpy mínima superior às especificações mínimas das normas de fabricação. Esse material apresenta também uma maior sensibilidade ao nível da pressão de interrupção que os demais. Foi apresentado um critério alternativo para controle de fraturas através da limitação da velocidade de propagação da fratura a uma fração da velocidade de descompressão do CO2 sob elevado nível de pressão. Este critério é recomendado para materiais com propriedades mecânicas mais elevadas, por exemplo, a partir do grau X80. / The occurrence of ductile propagating fractures in pipelines for supercritical CO2 transportation is an aspect which must be considered on design and operation of CO2- enhanced oil recovery systems. The existing methods to calculate the material toughness for fracture arrest and their limitations are reviewed. It was presented experimental methods used for arrest toughness determination as well as aspects related to crack arrestor design and subsea CO2 pipelines. The decompression behavior of the transported CO2 streams is also analyzed. In order to check whether the materials usually required for natural gas pipelines have suitable mechanical properties to promote fracture arrest in CO2 pipelines, Battelle and HLP methods were employed. Minimum Charpy energy values for fracture arrest were determined for pipelines of API 5L grades B, X65, X70 and X80, with diameters between 150 and 310mm and wall thicknesses of 17 to 32mm. The higher saturation pressure considered was 10,2MPa. It was ascertained that pipelines of API 5L grade B may have a minimum fracture arrest Charpy energy higher than minimum standard requirements within the analyzed range. Fracture arrest in this material is also more sensitive to the arrest pressure than the other steel grades considered. It was presented an alternative criterion for fracture arrest based on limitation of the fracture propagation velocity to a certain percentage of the stream decompression velocity in a high pressure level. This criterion is recommended for pipelines made of materials with higher mechanical properties, for instance grade X80 or higher.

A ocorrência de fraturas dúcteis propagantes em dutos para transporte de CO2 supercrítico é um aspecto que deve ser considerado no projeto e operação de sistemas de recuperação avançada de petróleo utilizando CO2. Os métodos disponíveis para determinação da tenacidade para interrupção intrínseca destas fraturas são revisados, destacando-se as suas limitações e os procedimentos experimentais existentes para averiguação deste parâmetro. São apresentadas informações relativas ao projeto de crack arrestors e particularidades de dutos submarinos. Este fenômeno depende fundamentalmente de aspectos da descompressão das misturas de CO2 transportadas, que são também analisados. Com o objetivo de verificar se os materiais usualmente utilizados em linhas de transporte de gás natural possuem propriedades mecânicas que garantam controle de fraturas dúcteis propagantes em dutos de transporte de CO2 supercrítico, os métodos Battelle e HLP foram aplicados para a determinação da energia Charpy mínima para interrupção da propagação da fratura em dutos construídos nos aços API 5L graus B, X65, X70 e X80, com diâmetros entre 150 e 310mm e espessuras entre 17 e 32mm. Considerouse pressão de saturação máxima de 10,2MPa. Verificou-se que, na faixa analisada, dutos construídos em aço grau B podem possuir energia Charpy mínima superior às especificações mínimas das normas de fabricação. Esse material apresenta também uma maior sensibilidade ao nível da pressão de interrupção que os demais. Foi apresentado um critério alternativo para controle de fraturas através da limitação da velocidade de propagação da fratura a uma fração da velocidade de descompressão do CO2 sob elevado nível de pressão. Este critério é recomendado para materiais com propriedades mecânicas mais elevadas, por exemplo, a partir do grau X80. / The occurrence of ductile propagating fractures in pipelines for supercritical CO2 transportation is an aspect which must be considered on design and operation of CO2- enhanced oil recovery systems. The existing methods to calculate the material toughness for fracture arrest and their limitations are reviewed. It was presented experimental methods used for arrest toughness determination as well as aspects related to crack arrestor design and subsea CO2 pipelines. The decompression behavior of the transported CO2 streams is also analyzed. In order to check whether the materials usually required for natural gas pipelines have suitable mechanical properties to promote fracture arrest in CO2 pipelines, Battelle and HLP methods were employed. Minimum Charpy energy values for fracture arrest were determined for pipelines of API 5L grades B, X65, X70 and X80, with diameters between 150 and 310mm and wall thicknesses of 17 to 32mm. The higher saturation pressure considered was 10,2MPa. It was ascertained that pipelines of API 5L grade B may have a minimum fracture arrest Charpy energy higher than minimum standard requirements within the analyzed range. Fracture arrest in this material is also more sensitive to the arrest pressure than the other steel grades considered. It was presented an alternative criterion for fracture arrest based on limitation of the fracture propagation velocity to a certain percentage of the stream decompression velocity in a high pressure level. This criterion is recommended for pipelines made of materials with higher mechanical properties, for instance grade X80 or higher.

Os ensaios de propagação de trinca por fadiga em meios corrosivos apresentam um desafio para os laboratórios, onde os métodos de medição mais utilizados (e.g. Medidor de Propagação de Trinca e Clip Gauge) para a medição do comprimento da trinca, se deterioram. O método de Queda de Potencial (QP) pode ser uma alternativa viável e de boa precisão para este propósito, porém deve ser demonstrado que o laboratório tem capacidade de obter elevada precisão e acurácia através do método. Este trabalho tem o objetivo principal de avaliar uma metodologia para a determinação do comprimento de trinca curta durante ensaios de fadiga para caracterização das propriedades de materiais utilizados como dutos de coleta na indústria do petróleo em ambientes corrosivos. Os demais objetivos são: · Consolidar o método de QP para o monitoramento do comprimento da trinca em Corpo de Prova (CP) tipo SENB com trinca curta; · Apresentar as curvas ao ar de propagação de trinca da/dN x ΔK obtidas em ensaios nos materiais 13Cr5Ni2Mo, 25Cr7Ni e API 5L X60; · Identificar melhorias no procedimento dos ensaios para elevar a precisão e acurácia das curvas de taxa de propagação de trinca. Foram realizados ensaios de propagação de trinca em três aços diferentes, isto é, inoxidáveis Supermartensítico e superdúplex e Aço Carbono, sendo registrados os dados do Medidor de Propagação de Trinca (gabarito) e da técnica de QP (método a ser avaliado). Foram validadas as equações necessárias para determinar o tamanho de trinca do CP em função da diferença de potencial transversalmente à trinca com o Medidor de Propagação de Trinca e foram apresentadas as curvas ao ar de taxa de propagação de trinca x ΔK dos materiais estudados. Foi observada uma forte correlação entre os dois métodos de medição de trinca. Acreditamos que as pequenas diferenças observadas nos valores de tamanho de trinca entre as duas técnicas se devem, principalmente à: · Efeito de tunelamento na frente da trinca, já que cada método mede a trinca em diferentes regiões do CP; · Imprecisões na distância do ponto na soldagem dos fios do multímetro (que mede o potencial para técnica de QP) à trinca. As curvas de propagação de trinca foram similares à curva de dois estágios para aços da norma BS 7910 (R ≥ 0,5) na maior parte da curva. Entretanto, em ΔK próximos a 15 MPa.m1/2 (faixa inicial de ΔK aplicado), os aços apresentaram taxas de propagação significativamente inferiores à curva da norma. Foram indicados possíveis motivos para os desvios da curva e sugeridas melhorias nos procedimentos dos ensaios para elevar a precisão e acurácia na obtenção das curvas da/dN x ΔK. / Fatigue crack growth rate (FCGR) tests in corrosive environments are a challenge for laboratories, where the most used techniques (e.g. Clip Gage and Crack Propagation Sensor) for crack size measurements, deteriorate. Potential Drop (PD) technique is a high precision viable alternative, however, it must be demonstrated that the laboratory has capacity to obtain high precision and accuracy through the method. This study has the main objective of evaluate a methodology to determine the short crack size during fatigue tests to properties chacacterization of materials used as oil gathering pipes in the oil and gas industry in corrosivive environment. The other objectives are: · Consolidate the PD technique for crack size monitoring in short crack SENB specimen configurations; · Introduce the 13Cr5Ni2Mo, 25Cr7Ni and API 5L X60 crack propagation rate curves (da/dN x ΔK) tested in air; · Identify test procedures improvements to enhance precision and accuracy of FGCR test curves. FCGR tests were performed in three different steels, i.e. Supermartensitic, Superduplex and Carbon Steel, where Crack Propagation Sensor (template) and PD technique (evaluated method) data were registered. Equations to determine specimen crack size in function of the potential difference measured transversally to the crack were validated with the Crack Propagation Sensor and FCGR curves in air for the studied materials were presented. A strong correlation between both crack size measurement techniques was observed. It is believed that small differences in measured crack size between techniques are mainly due to: · The tunneling effect in the crack front, both methods measuring the crack in different specimen regions · The imprecisions in the distance of the welding point of the multimeter wires used in PD to the crack. The FCGR curves behavior were similar to the two stage curve in air (R ≥ 0.5) from BS 7910 standard for the most of the curve. However, when ΔK was close to 15 MPa.m1/2 (initial applied ΔK range), the steels presented significantly lower propagation rate compared to the standard curve. It was pointed out possible reasons for this deviation and tests procedures improvements were suggested in order to increase FCGR test precision and accuracy.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-08-31T17:16:46Z No. of bitstreams: 1 2016_AntonioJosédaSilvaJunior.pdf: 18389885 bytes, checksum: 44badb1dffea84295a98a5063c9494a8 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-09-02T21:00:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_AntonioJosédaSilvaJunior.pdf: 18389885 bytes, checksum: 44badb1dffea84295a98a5063c9494a8 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-02T21:00:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_AntonioJosédaSilvaJunior.pdf: 18389885 bytes, checksum: 44badb1dffea84295a98a5063c9494a8 (MD5) / Para se desenvolver aços de alta resistência para tubulações, requisitos como resistência mecânica e tenacidade cada vez mais rigorosos vem sendo considerado pelas indústrias petrolíferas. Para atender às exigências de mercado sem que haja perda de tenacidade e outras propriedades mecânicas esses aços precisam dispor de mecanismos de endurecimento e de aumento de resistência à fadiga. Uma das alternativas é a nitretação à plasma. Neste trabalho foram investigadas propriedades mecânicas como vida em fadiga, limite de resistência à fadiga, limiar de propagação de trincas e microdureza Vickers do aço API 5L Grau B o qual foi modificado superficialmente por meio de tratamento termoquímico de nitretação à plasma ou iônica. Neste contexto, verifica-se a importância de tratamentos térmicos ou termoquímicos de endurecimento superficial como nitretação à plasma para promover o retardo da nucleação e iniciação de trincas por fadiga. A nitretação à plasma tem sido largamente utilizada em muitas aplicações industriais por apresentarem melhorias nas propriedades mecânicas, tribológicas e químicas de diferentes materiais. Corpos de prova (Cp’s) cilíndricos, tipo ampulheta e CT’s (Compact Tension Specimen), foram usinados e nitretados para realização de ensaios. Os ensaios foram realizados em corpos de prova com e sem tratamento. Os parâmetros utilizados para nitretação à plasma foram tempos de tratamento de 8, 24 e 48 horas, a uma temperatura de 515°C com pressão de 2,6; 2,8 e 2,9 mbar, respectivamente, mistura gasosa de 80% vol.H2 e 20% vol. N2. As propriedades das camadas nitretadas obtidas nas amostras foram avaliadas por meio de microdureza superficial, análise microestrutural com microscópio ótico e eletrônico de varredura (MEV), difratometria de raios X (DRX) para identificar as fases formadas nas camadas e para medição de tensões residuais, além de ensaios de fadiga para construção da curva S-N para cada tipo de camada. Avaliou-se também a propagação de trincas com controle de ΔK, a fim de obter os valores do limiar de propagação de trincas, ΔKth. O material nitretado apresentou aumento de tensões residuais compressivas ganhos na faixa de 289%,104,8% e 151,76%, aumento do limite de resistência à fadiga na faixa de 40%, ganho na microdureza Vickers na faixa de 200%, aumentos da vida em fadiga com ganhos em todos os casos e aumentos do limiar de propagação de trincas ΔKth na faixa de 250%. Foi possível concluir, a partir dos resultados experimentais, que a nitretação à plasma, realizada em diferentes tempos de tratamento, influencia na resistência à fadiga e na dureza do aço API 5L grau B. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / In order to develop high-strength steel for pipes, requirements such as strength and toughness increasingly stringent have been considered by the oil industry. To meet market requirements without loss of toughness and other mechanical properties, these steels must present hardening mechanisms and fatigue strength increase. One alternative is the plasma nitriding. In this work we investigated mechanical properties such as fatigue life, resistance limit to fatigue, crack propagation threshold and Vickers microhardness of API 5L Grade B steel which was superficially modified by thermochemical treatment of plasma nitriding or ion nitriding. In this context, we verify the importance of heat treatment or thermochemical treatment of surface hardening such as plasma nitriding to promote the delay of nucleation and fatigue crack initiation. The plasma nitriding has been widely used in many industrial applications because they have improved the mechanical, chemical and tribological properties of different materials. Cylindrical, hourglass-type and CT (Compact Tension) specimens were machined and nitrided for tests. The tests were performed on specimens with and without treatment. The parameters used for nitriding were as follows: treatment times of 8, 24 and 48 hours at a temperature of 515°C under pressure of 2.6, 2.8 and 2.9 mbar respectively, gas mixture of 80% vol. H2 and 20% vol. N2. The properties of the nitrided layers obtained in the samples were evaluated by micro hardness, microstructural analysis with optical and scanning electron microscope (SEM), X-ray Diffraction (XRD) to identify the phases formed in layers and measurement of residual stress, besides fatigue tests and construction of the S-N curve for each type of layer. The crack propagation with ΔK control was also evaluated in order to obtain the crack propagation threshold values, Δkth. The nitrided material showed significant increases in compressive residual stresses with gains in the range of 289%, 104.8% and 151.76%, increase in fatigue strength limit in the range of 40%, gain on the Vickers hardness in the range of 200%, increases in the fatigue life with gains in all cases and increases on the crack propagation threshold Δkth in the range of 250%. It can be concluded from the experimental results that the plasma nitriding, held at different times of treatment, influences on the fatigue resistance and hardness of the API 5L Grade B steel.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Programa de Pós-Graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2016. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2016-08-24T14:34:53Z No. of bitstreams: 1 2016_RégisFernandoLemos.pdf: 165184799 bytes, checksum: 6f27a9d464eda7fe75882db61241878b (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-11-03T13:34:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_RégisFernandoLemos.pdf: 165184799 bytes, checksum: 6f27a9d464eda7fe75882db61241878b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-03T13:34:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_RégisFernandoLemos.pdf: 165184799 bytes, checksum: 6f27a9d464eda7fe75882db61241878b (MD5) / A presente dissertação visa analisar o comportamento de desvio do plano de propagação de trincas em fadiga e o surgimento de bifurcações ao logo da propagação. Nos ensaios foram utilizados corpos de prova compact tension (CT), com dimensões padronizadas pela norma técnica ASTM - E647, e fabricados com liga de alumínio AA7050-T7451. As análises foram realizadas na direção de laminação T-S, por apresentar maior variação dos tamanhos de grãos em relação às demais, e por apresentar comportamento atípico durante os ensaios. Para observar o crescimento da trinca em ambas as faces do corpo de prova, foram fixadas escalas milimétricas para o acompanhamento do crescimento da trinca nas duas faces. Visando caracterizar o comportamento observado durante os ensaios foram realizadas análises fractográficas nos CP’s fraturados (CP-01, CP-02, CP-03 e CP-04), e micrografia no CP monitorado para que não viesse a falhar (CP-05). A fim de obter um parâmetro de comparação, um ensaio em outra direção (L-T) também teve sua superfície de fratura analisada. Esta direção foi escolhida por apresentar comportamento padrão durante o ensaio, e maior valor do fator de intensidade de tensão (ΔK) dentre as demais direções. As análises realizadas possibilitaram verificar que os comportamentos de desvio e bifurcação da trinca estão ligados à variação da microestrutura e a coalescência de microvazios ocasionados pelas inclusões. Tais constatações foram possíveis devido à realização de análises fractográficas na superfície de fratura dos espécimes, pela análise de micrografia e também pela comparação dos aspectos fractográficos observados com os aspectos fractográficos encontrados na literatura. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This thesis aims to analyze the behavior of deviation from the crack propagation plane in fatigue and the deviation and bifurcations of propagation. In the tests were used specimens compact tension (CT) with dimensions standardized through the ASTM - E647 and made starting AA7050-T7451 aluminum alloy. Analyses were performed in the direction of T-S lamination, due to its greater variation of grain sizes in relation to others, and to present atypical behavior during rehearsals. To observe the crack growth in both specimen faces, millimeter scales to monitor the growth of the crack on both sides were fixed. To characterize the behavior observed during the tests, fractographic analyzes were performed on specimens (CP-01, CP-02, CP-03 and CP-04), and micrographs in CP monitored so that it should not fail (CP-05). To obtain a comparison parameter, an assay in another direction (L-T) also had a fracture surface analyzed. This direction has been chosen by present default behavior during the test, and higher value of the stress intensity factor (ΔK) from other directions. The analyzes allowed to verify that the behavior of bifurcation and crack are linked to variations in microstructure and coalescence of microvoids caused by inclusions. These findings were made possible due to the realization of fractographic analyzes the fracture surface of the specimens, the micrograph analysis and also by comparing the fractographs aspects observed with fractographic aspects found in the literature.

Os ensaios de propagação de trinca por fadiga em meios corrosivos apresentam um desafio para os laboratórios, onde os métodos de medição mais utilizados (e.g. Medidor de Propagação de Trinca e Clip Gauge) para a medição do comprimento da trinca, se deterioram. O método de Queda de Potencial (QP) pode ser uma alternativa viável e de boa precisão para este propósito, porém deve ser demonstrado que o laboratório tem capacidade de obter elevada precisão e acurácia através do método. Este trabalho tem o objetivo principal de avaliar uma metodologia para a determinação do comprimento de trinca curta durante ensaios de fadiga para caracterização das propriedades de materiais utilizados como dutos de coleta na indústria do petróleo em ambientes corrosivos. Os demais objetivos são: · Consolidar o método de QP para o monitoramento do comprimento da trinca em Corpo de Prova (CP) tipo SENB com trinca curta; · Apresentar as curvas ao ar de propagação de trinca da/dN x ΔK obtidas em ensaios nos materiais 13Cr5Ni2Mo, 25Cr7Ni e API 5L X60; · Identificar melhorias no procedimento dos ensaios para elevar a precisão e acurácia das curvas de taxa de propagação de trinca. Foram realizados ensaios de propagação de trinca em três aços diferentes, isto é, inoxidáveis Supermartensítico e superdúplex e Aço Carbono, sendo registrados os dados do Medidor de Propagação de Trinca (gabarito) e da técnica de QP (método a ser avaliado). Foram validadas as equações necessárias para determinar o tamanho de trinca do CP em função da diferença de potencial transversalmente à trinca com o Medidor de Propagação de Trinca e foram apresentadas as curvas ao ar de taxa de propagação de trinca x ΔK dos materiais estudados. Foi observada uma forte correlação entre os dois métodos de medição de trinca. Acreditamos que as pequenas diferenças observadas nos valores de tamanho de trinca entre as duas técnicas se devem, principalmente à: · Efeito de tunelamento na frente da trinca, já que cada método mede a trinca em diferentes regiões do CP; · Imprecisões na distância do ponto na soldagem dos fios do multímetro (que mede o potencial para técnica de QP) à trinca. As curvas de propagação de trinca foram similares à curva de dois estágios para aços da norma BS 7910 (R ≥ 0,5) na maior parte da curva. Entretanto, em ΔK próximos a 15 MPa.m1/2 (faixa inicial de ΔK aplicado), os aços apresentaram taxas de propagação significativamente inferiores à curva da norma. Foram indicados possíveis motivos para os desvios da curva e sugeridas melhorias nos procedimentos dos ensaios para elevar a precisão e acurácia na obtenção das curvas da/dN x ΔK. / Fatigue crack growth rate (FCGR) tests in corrosive environments are a challenge for laboratories, where the most used techniques (e.g. Clip Gage and Crack Propagation Sensor) for crack size measurements, deteriorate. Potential Drop (PD) technique is a high precision viable alternative, however, it must be demonstrated that the laboratory has capacity to obtain high precision and accuracy through the method. This study has the main objective of evaluate a methodology to determine the short crack size during fatigue tests to properties chacacterization of materials used as oil gathering pipes in the oil and gas industry in corrosivive environment. The other objectives are: · Consolidate the PD technique for crack size monitoring in short crack SENB specimen configurations; · Introduce the 13Cr5Ni2Mo, 25Cr7Ni and API 5L X60 crack propagation rate curves (da/dN x ΔK) tested in air; · Identify test procedures improvements to enhance precision and accuracy of FGCR test curves. FCGR tests were performed in three different steels, i.e. Supermartensitic, Superduplex and Carbon Steel, where Crack Propagation Sensor (template) and PD technique (evaluated method) data were registered. Equations to determine specimen crack size in function of the potential difference measured transversally to the crack were validated with the Crack Propagation Sensor and FCGR curves in air for the studied materials were presented. A strong correlation between both crack size measurement techniques was observed. It is believed that small differences in measured crack size between techniques are mainly due to: · The tunneling effect in the crack front, both methods measuring the crack in different specimen regions · The imprecisions in the distance of the welding point of the multimeter wires used in PD to the crack. The FCGR curves behavior were similar to the two stage curve in air (R ≥ 0.5) from BS 7910 standard for the most of the curve. However, when ΔK was close to 15 MPa.m1/2 (initial applied ΔK range), the steels presented significantly lower propagation rate compared to the standard curve. It was pointed out possible reasons for this deviation and tests procedures improvements were suggested in order to increase FCGR test precision and accuracy.

A ocorrência de fraturas dúcteis propagantes em dutos para transporte de CO2 supercrítico é um aspecto que deve ser considerado no projeto e operação de sistemas de recuperação avançada de petróleo utilizando CO2. Os métodos disponíveis para determinação da tenacidade para interrupção intrínseca destas fraturas são revisados, destacando-se as suas limitações e os procedimentos experimentais existentes para averiguação deste parâmetro. São apresentadas informações relativas ao projeto de crack arrestors e particularidades de dutos submarinos. Este fenômeno depende fundamentalmente de aspectos da descompressão das misturas de CO2 transportadas, que são também analisados. Com o objetivo de verificar se os materiais usualmente utilizados em linhas de transporte de gás natural possuem propriedades mecânicas que garantam controle de fraturas dúcteis propagantes em dutos de transporte de CO2 supercrítico, os métodos Battelle e HLP foram aplicados para a determinação da energia Charpy mínima para interrupção da propagação da fratura em dutos construídos nos aços API 5L graus B, X65, X70 e X80, com diâmetros entre 150 e 310mm e espessuras entre 17 e 32mm. Considerouse pressão de saturação máxima de 10,2MPa. Verificou-se que, na faixa analisada, dutos construídos em aço grau B podem possuir energia Charpy mínima superior às especificações mínimas das normas de fabricação. Esse material apresenta também uma maior sensibilidade ao nível da pressão de interrupção que os demais. Foi apresentado um critério alternativo para controle de fraturas através da limitação da velocidade de propagação da fratura a uma fração da velocidade de descompressão do CO2 sob elevado nível de pressão. Este critério é recomendado para materiais com propriedades mecânicas mais elevadas, por exemplo, a partir do grau X80. / The occurrence of ductile propagating fractures in pipelines for supercritical CO2 transportation is an aspect which must be considered on design and operation of CO2- enhanced oil recovery systems. The existing methods to calculate the material toughness for fracture arrest and their limitations are reviewed. It was presented experimental methods used for arrest toughness determination as well as aspects related to crack arrestor design and subsea CO2 pipelines. The decompression behavior of the transported CO2 streams is also analyzed. In order to check whether the materials usually required for natural gas pipelines have suitable mechanical properties to promote fracture arrest in CO2 pipelines, Battelle and HLP methods were employed. Minimum Charpy energy values for fracture arrest were determined for pipelines of API 5L grades B, X65, X70 and X80, with diameters between 150 and 310mm and wall thicknesses of 17 to 32mm. The higher saturation pressure considered was 10,2MPa. It was ascertained that pipelines of API 5L grade B may have a minimum fracture arrest Charpy energy higher than minimum standard requirements within the analyzed range. Fracture arrest in this material is also more sensitive to the arrest pressure than the other steel grades considered. It was presented an alternative criterion for fracture arrest based on limitation of the fracture propagation velocity to a certain percentage of the stream decompression velocity in a high pressure level. This criterion is recommended for pipelines made of materials with higher mechanical properties, for instance grade X80 or higher.

Este trabalho buscou avaliar a resistência à fadiga em flexão e caracterizar os mecanismos de iniciação e propagação de trincas por fadiga de aços cementados e dos aços temperados por indução. Para o tratamento de cementação foram utilizados os aços SAE 8620 e SAE 4820. O tratamento de têmpera por indução foi utilizado o aço SAE 8650. Foram realizados diferentes ciclos de cementação visando determinar a influência da microestrutura na tenacidade e resistência à fadiga, dando-se especial ênfase na influência da austenita retida sobre estas propriedades. A caracterização geométrica das trincas de fadiga através de exames fractográficos permitiu, com aplicação de técnicas da Mecânica da Fratura Linear Elástica, a determinação da tenacidade à fratura de camadas de aços cementados. Os resultados encontrados para tenacidade à fratura variaram de 11.8 a 23 MPa.m-1/2, tendo sido constatada influência da tensão máxima aplicada sobre a tenacidade à fratura. / This work aims to evaluate the bending fatigue behavior and describes fatigue crack initiation and propagation in carburized steels and induction hardened steel. For the carburizing treatment the steels SAE 4820 and SAE 8620 were used. For the induction heat treatment the SAE 8650 was used. Different carburi zing processes were taken to examine the effect of microstructure on bending fatigue and on fracture toughness behavior of carburized steels, an special emphasis was gi ven to the influence of retained austenite on those properties. The geometric characterization of bending fatigue cracks thought fracture analysis, allowed to calculate the fracture toughness of the carburized case by linear elastic fracture mechanics. The fracture toughness of the carburized case ranged from 11.8 to 23 MPa.m-1/2 , also was found that case fracture toughness increases with increasing maximum applied stress during fatigue testing.

O presente trabalho teve como objetivo analisar o comportamento do crescimento de trinca em corpos de prova ensaiados a 538 °C retirados de uma junta soldada do aço 2 1/4 Cr 1 Mo de uma tubulação de 2,5 polegadas de espessura e 20 polegadas de diâmetro, que operou 100.000 horas a uma pressão de 115 kgf/cm2 (11,5 MPa). Foram comparadas as velocidades de propagação de trinca da zona afetada pelo calor, interface ZAC/metal de solda e metal de solda das juntas soldadas em função do fator de intensidade de tensões na ponta da trinca (K) e do fator não linear C*. Além dos ensaios em atmosfera normal, alguns testes de propagação de trinca em alta temperatura foram realizados com atmosfera inerte com o objetivo de avaliar a formação e a influência dos óxidos na velocidade de propagação da trinca. Os experimentos realizados incluem a avaliação metalográfica, fractográfica, ensaios de mecânica da fratura em alta temperatura e ensaios termogravimétricos. Os resultados indicaram que o material apresentou maior velocidade de propagação de trinca na região de interface ZAC/MS, para um mesmo valor de K e de C*, região esta onde foi encontrada uma mudança microestrutural acentuada; e que a atmosfera inerte de argônio não diminuiu a velocidade de propagação da trinca. / The aim of this present work is to characterize the crack growing behaviour in a welded joint of the 2 1/4 Cr, 1 Mo steel of a steam pipe, with 2,5 inches of thickness and 20 inches of diameter, that worked at 115 Kgf/cm2 (11 ,5 MPa) pressure for 100.000 hours. The cracking propagation rates were compared between heat affected zone, interface HAZ/weld and weld of a weld joint as a function of the K and C*. Also some tests of cracking propagation in high temperature were made with inert atmosphere with the objective of to analyse the influence of the oxides in the crack propagation rate. The performed experiment included metallographic evaluation, fractography, tests of fracture mechanics in high temperature and thermogravimetry tests. The results indicated that cracking showed more velocity in the region of interface of the HAZ/weld for a same K and C*, region where there was changes in the microstructure; and that the inert atmosphere didn't affect the cracking growth rate.

Este trabalho buscou analisar as características de ruptura e os mecanismos de propagação de trinca em alta temperatura de aços inoxidáveis austeníticos do tipo AISI 304. Foram comparadas as características de aços nunca expostos a trabalho, de aços envelhecidos em laboratório, de aços que trabalharam por mais de 105 horas em linha de craquearnento catalítico em temperaturas da ordem de 650-730°C e destes mesmos aços expostos a trabalho submetidos a tratamentos de solubilização. Os tratamentos de envelhecimento nos aços novos e de solubilização nos aços expostos a trabalho foram realizados com o intuito de enfatizar a influência de precipitados de segunda fase na resistência e nos mecanismos de propagação de trinca em alta temperatura do aço inoxidável, sendo as partículas de segunda fase precipitados de carbonetos e componentes intermetálicos. Cada grupo de teste foi realizado mediante a aplicação de carga constante em corpos de prova pré-trincados (disk-shaped ) mantidos a urna temperatu ra constante de 600°C, tendo corno parâmetro principal de comparação o nível inicial de intensidade de tensões aplicado à ponta da trinca. / This work aims to analyse rupture and crack propagation mechanisms during AISI 304 high temperature expossure. Virgin materials, laboratory aged materials, service exposed materials that worked for more than 100 000 hours in catalitic lines in a temperature range of 923-1003 K and these service exposed materials solution treated were compared. Aging and solution treatments were made to give emphasis on second phase particles influence in high temperature resistance and crack growth, and th is particles are either carbide phases or intermettalic phases. Each group of tests were carried out under constant load and temperature (873 K) in compact-tension disk shaped specimens, with the initial stress intensity factor in crack tip being the main parameter to compare the performance ofthe materials.