Estudo da influência do tratamento térmico leve na propriedade mecânica de compressão de um aço API 5L X65

Abstract

The steels used in the energy industry are considered HSLA (High Strength and Low Alloy) steels and comply with the API 5L standard, which refers to a set of requirements for steel pipes to be operated in oil and natural gas extraction. Pipes with this applicability are constantly exposed to external pressures, resisting axial compressive forces. In order to improve the mechanical properties of steel pipes, the effect of thermal aging was studied through a light heat treatment (temperatures below 250°C) and the influence of temperature and time on the yield strength was evaluated through compression tests and formed microstructure. In this way, samples from 6 API 5L X65MO pipes performed at Confab Industrial S/A – Pindamonhangaba/SP were used. The samples were divided into three groups: without heat treatment, treated at 200°C (TT1) and treated at 225°C (TT2). The heat treatment was carried out in an induction furnace and at three different times for the two mentioned temperatures, of 15, 60 and 490s. The entire number of samples went through the compression test, the samples without heat treatment were characterized by optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM), the heat treated only by SEM. By the compression test and stress-strain diagram, an increase in the yield strength (YS) was observed through a light heat treatment, as the time increased as well as the temperature, the increase was more significant. From the Arrhenius relationship, the aging kinetics were studied through two combinations of time temperature for the same increase in YS, finding the activation energy of the interstitial elements that perform thermal aging. By optical microscopy at magnifications of 100, 200 and 500X, the presence of perlite and especially ferrite was verified, with refined and irregular grains, analogous to acicular ferrite. Through the SEM, it was found that the treated samples a light heat treatment present the same microstructure of the untreated samples and without the presence of precipitates. It is concluded that thermal aging occurs through a light heat treatment improving the mechanical properties of an X65MO grade steel.

Os aços utilizados na indústria de energia, são considerados aços ARBL (Alta Resistência e Baixa liga) e satisfazem a norma API 5L, a qual refere-se a um conjunto de requisitos para tubos de aço serem operados em extração de petróleo e gás natural. Os tubos com essa aplicabilidade são expostos constantemente a pressões externas, resistindo a forças axiais de compressão. Com o objetivo de melhoria das propriedades mecânicas em tubos de aço estudou se o efeito do envelhecimento térmico por meio de um tratamento térmico leve (temperaturas abaixo de 250°C) e avaliou-se a influência da temperatura e do tempo no limite de escoamento por meio de ensaios de compressão e em sua microestrutura. Deste modo, utilizou-se amostras de 6 tubos API 5L X65MO conformados na empresa Confab Industrial S/A – Pindamonhangaba/SP. As amostras foram divididas em três grupos: as sem tratamento térmico, as tratadas em 200°C (TT1) e as tratadas em 225°C (TT2). Realizou-se o tratamento térmico em um forno de indução e em três tempos distintos para as duas temperaturas citadas, de 15, 60 e 490s. Todo o montante de amostras passou pelo ensaio de compressão, as amostras sem tratamento térmico foram caracterizadas por microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura (MEV), e as tratadas termicamente somente pelo MEV. Pelo ensaio de compressão e o diagrama de tensão-deformação, observou-se um aumento no limite de escoamento (LE) mediante um tratamento térmico leve. Conforme o tempo aumentava assim como a temperatura, o aumento se tornava mais significativo. A partir da relação de Arrhenius, estudou-se a cinética de envelhecimento por via de duas combinações de tempo-temperatura para um mesmo aumento de LE, encontrando a energia de ativação dos elementos intersticiais que desempenham o envelhecimento térmico. Por microscopia óptica nas ampliações de 100, 200 e 500X, verificou-se a presença de perlita e sobretudo ferrita, com grãos refinados e irregulares, análogo a ferrita acicular. Por meio do MEV, constatou-se que as amostras que passaram por um tratamento térmico leve apresentam uma mesma microestrutura das amostras não tratadas e sem a presença de precipitados. Conclui-se, portanto, que o envelhecimento térmico ocorre através de um tratamento térmico leve melhorando as propriedades mecânicas de um aço de grau X65MO.