Estudo do comportamento em fadiga de uma chapa de aço microligado, grau API 5L X70

Abstract

In engineering, for correct designing the structural components required for cyclical stresses, it is necessary to determine a limit of resistance to fatigue, which is the maximum amplitude of the applied tension under which the fatigue failure does not occurs after a certain number cycles. The marine environment is hostile, not only by the high pressure, corrosion, but also by low temperatures. Petrol Production units, composed of the risers (pipelines connecting the oil well to the ship), are dimensioned to remain installed for periods of 20 up to 30 years, and must therefore be prepared to support various efforts, such as tidal, wind currents and everything that is related. This paper focuses on a study on the fatigue behavior of microalloyed steel, API 5L Grade X70, used to transport oil and gas by pipelines. For analysis, we obtained the curves S-N (stress vs. number of cycles) using laboratory data collected from cylindrical longitudinal and transverse specimens used in axial fatigue test in accordance with ASTM E466. The tensile tests and microhardness were performed to characterize the mechanical properties of the samples, and it was found that the values meet the specifications of the standard API 5L. To characterize microstructurally the material, it was also made a metallographic analysis of the steel under study, and the origin of the fatigue crack was investigated with the support of a scanning electron microscope (SEM).

Na engenharia, para um dimensionamento correto de componentes estruturais solicitados por tensões cíclicas, faz-se necessária a determinação de um limite de resistência à fadiga, que é a máxima amplitude de tensão aplicada sob a qual a falha por fadiga não ocorre após um determinado número de ciclos. O ambiente marinho é um ambiente hostil, não só pela alta pressão, pela corrosão, como também pelas baixas temperaturas. As unidades de extração de petróleo, compostas pelos risers (dutos que ligam o poço de petróleo ao navio), são dimensionadas para permanecer instaladas por períodos de 20 a 30 anos, e devem, portanto, estar preparadas para suportar os mais variados esforços, como das marés, vento, correntezas e tudo o que estiver relacionado. Este trabalho focaliza um estudo sobre o comportamento em fadiga de um aço microligado, grau API 5L X70, utilizado em linhas dutoviárias para transporte de petróleo e gás. Para análise, foram obtidas as curvas S-N (tensão versus número de ciclos) através de dados laboratoriais coletados de corpos-de-prova cilíndricos longitudinais e transversais utilizados nos ensaios de fadiga axial, em conformidade com a norma ASTM E466. Os ensaios de tração e microdureza Vickers foram realizados para caracterização das propriedades mecânicas das amostras, e foi constatado que os valores obtidos atendem as especificações da norma API 5L. Para caracterizar microestruturalmente o material, também foi feita a análise metalográfica do aço em estudo, e a origem da trinca de fadiga foi investigada com o auxílio do microscópio eletrônico de varredura (MEV)