Influência da taxa de aquecimento no processo de forjamento a quente em tubos empregados na indústria de petróleo e gás

Abstract

Os aços de alta resistência e baixa liga são amplamente usados na fabricação de tubos mecânicos para a exploração e produção de petróleo e gás. Isso se deve à presença de elementos de liga, como nióbio, vanádio e titânio, que conferem ao material alta resistência mecânica, boa soldabilidade e tenacidade. O objetivo principal deste estudo foi investigar a influência de diferentes taxas de aquecimento, através de um processo indutivo, no processo de forjamento a quente, avaliando as microestruturas e a dureza dos tubos. Foram coletadas as amostras das tiras A, C e F, do tubo verde e dos tubos aquecidos e forjados, em aço comercial LS1026B. Foram analisadas as amostras antes e após forjamento a quente, via “Upsetter”, por meio da inspeção END, microscopia óptica e ensaio de dureza. Utilizando-se de técnicas metalográficas, o estudo avaliou o bandeamento e o tamanho de grão, conforme as normas ASTM E112 e ISO 643. A microdureza Vickers foi medida conforme a norma ASTM E384, aplicando-se uma carga de 200gf por 10 segundos. Foi constatada a ausência de defeitos através do ensaio de partículas magnéticas. O aço em estudo revelou uma microestrutura de composição ferrítico-perlítica. Durante o aquecimento foram observados grãos de tamanhos grosseiros, exibindo um crescimento normal e uniforme. As amostras A1 e A3 apresentaram tamanho de grão 3,0 e 3,5 e microdureza média de 220,8 e 210,1HV, respectivamente. A taxa de aquecimento maior favoreceu o menor tamanho de grão. Após o forjamento, ambas as amostras exibiram grãos refinados. As amostras F4 e F2, apresentaram tamanho de grão 5,5 e 6,0 e microdureza média de 206,3 e 206,9HV, respectivamente. A taxa de aquecimento maior não favoreceu a redução do tamanho do grão, possivelmente devido à maior temperatura de forjamento. A amostra F2 apresentou maior deformação dos grãos. A diferença entre as taxas de aquecimento utilizadas em cada etapa não gerou resultados significativos na microestrutura e dureza das amostras. Não foi observado o aparecimento de falhas mecânicas. Logo, a taxa de aquecimento usual mostrou-se mais eficaz, favorecendo o processo de forjamento.

High-strength, low-alloy steels are widely used in the manufacture of mechanical pipes for oil and gas exploration and production. This is due to the presence of alloying elements such as niobium, vanadium and titanium, which give the material high mechanical strength, good weldability and toughness. The main objective of this study was to investigate the influence of different heating rates, through an inductive process, in the hot forging process, evaluating the microstructures and hardness of the pipes. Samples of strips A, C and F, of the Grein tube and of the heated and forged pipes, in commercial steel LS1026B, were collected. The samples were analyzed before and after hot forging, via “Upsetter”, by means of NDT inspection, optical microscopy and hardness test. Using metallographic techniques, the study evaluated the banding and grain size, according to ASTM E112 and ISO 643 standards. Vickers microhardness was measured according to ASTM E384, applying a load of 200 gf for 10 seconds. The absence of defects was verified through the magnetic particle test. The steel under study revealed a microstructure of ferritic-pearlitic composition. During heating, coarse grains were observed, exhibiting normal and uniform growth. Samples A1 and A3 presented grain sizes of 3.0 and 3.5 and average microhardness of 220.8 and 210.1HV, respectively. The higher heating rate favored the smaller grain size. After forging, both samples exhibited refined grains. Samples F4 and F2 presented grain sizes of 5.5 and 6.0 and average microhardness of 206.3 and 206.9HV, respectively. The higher heating rate did not favor grain size reduction, possibly due to the higher forging temperature. Sample F2 showed greater grain deformation. The difference between the heating rates used in each stage did not generate significant results in the microstructure and hardness of the samples. The appearance of mechanical failures was not observed. Therefore, the usual heating rate proved to be more effective, favoring the forging process