Avaliação na zona termicamente afetada de um aço inoxidável supermartensítico

• Main Author: Ricardo Rodrigues Silva
• Other Authors: Paulo Jose Modenesi
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Minas Gerais 2010
• Online Access: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9D7H28

=== Nowadays, there is a strong trend for exploiting oil and gas in places that demand a high level of operation complexity. There are, for example, the presence of high levels of contaminants (mainly carbon dioxide, CO2, and sulphide, H2S), high temperature and pressures, high depth including salt layers and high distance from the shore. All these difficulties have forced companies to search for new exploration technologies. Supermartensitic stainless steels are already used as casing in production wells. Now, they appear as an alternative material for pipe line, due to their good corrosion resistance and weldability. Moreover, when compared to Super Duplex steels for this application, they are more economically due to their lower production cost. This study aimed to contribute for a better understanding of the weldability of a supermartensitic stainless steel that is being produced by V & M do Brazil. This study emphasizes the microstructure of HAZ, the most critical zone of the weld. The Thermo-Calc software was used as a tool to analyze the formation of the HAZ of this steel. The obtained data were qualitatively correlated to the microstructure of the material submitted to three different heat inputs. The three regions with different characteristics were identified in the HAZ. At the highest temperatures, Region A is characterized by the complete transformation of the material to ferrite with a strong grain growth. In Region B, a partial transformation of austenite into ferrite occurs forming a two-phase region ( + ). In the region C, complete austenitizing occurs close to the peak temperature. On cooling, this austenite transforms to martensite (not tempered). The hardness profile of HAZ for the three energy levels was similar. Higher hardness in this zone was attributed to the formation of non-tempered martensite. A circumferential joint was welded and its mechanical properties and corrosion resistance was investigated. The mechanical tests showed satisfactory results and the corrosion behavior of weld metal was similar to the base metal. Both passed in the "four point" test with a pH of 4.5 and 1 psi of H2S. The test was conducted with a stress equal to 90% of the minimum specified yield strength (655 MPa) and a 20.91 g/L solution of CH3COONa at room temperature. The results of the study showed a real possibility of using supermartensitic stainless steel in line pipe applications. === Atualmente existe uma forte tendência para a exploração de reservas de petróleo em locais que tornam a operação com alto nível de complexidade. Dentre essas dificuldades, encontram-se, como exemplo, contaminantes como o gás carbônico (CO2) e sulfídrico (H2S), altas temperatura e pressões, grande profundidade dos poços incluindo camadas de sal e a distância elevada que se encontram da costa. Todas estas dificuldades forçam as companhias de exploração a buscarem novas tecnologias. Os aços inoxidáveis supermartensíticos já são usados há bastante tempo em colunas de produção e começam a aparecer como uma alternativa para linhas de condução (Line Pipe), por apresentarem boa resistência à corrosão e boa soldabilidade comparada aos demais aços martensíticos já utilizados na indústria petrolífera. Além disto, quando comparados aos aços do tipo Super Duplex para uma mesma aplicação, são economicamente mais viáveis em função de seu menor custo. Assim, este trabalho foi proposto com o objetivo de contribuir para um melhor entendimento da soldabilidade do aço supermartensítico produzido na V&M do Brasil, com ênfase para a microestrutura da ZTA, zona mais crítica da junta soldada. Foi utilizado o software Thermo-Calc para uma previsão da constituição da ZTA. Os dados obtidos pela simulação foram correlacionados de forma qualitativa com a microestrutura de amostras do material submetidas a três diferentes aportes térmicos de soldagem. Foi feita também uma soldagem circunferêncial com chanfro para avaliação do comportamento mecânico e principalmente a resistência a corrosão da junta. Os resultados da simulação permitiram identificar três regiões com diferentes características na ZTA. Estas incluem uma região, onde ocorre a completa transformação do material em ferrita a altas temperaturas com um forte crescimento de grão. Em outra região, a alta temperatura, uma transformação parcial da austenita em ferrita, formando, assim, uma região bifásica ( + ). Na terceira região, ocorre a austenitização completa no aquecimento. No resfriamento, a austenita se transforma novamente em martensita (não revenida). O perfil de dureza da ZTA, para os três níveis de energia, foi similar. Valores de dureza mais altos foram atribuídos à formação de martensita não revenida (martensita fresh). Os testes mecânicos apresentaram resultados satisfatórios e os resultados de corrosão mostraram, para a junta soldada, um comportamento similar ao do metal (base sendo aprovado no teste four pointcom um pH 4,5 e pressão de 1 psi de H2S). O teste foi realizado com uma tensão igual a 90% do limite de escoamento mínimo (655 MPa), solução 20,91 g/L de CH3COONa à temperatura ambiente. Os resultados do trabalho confirmam uma real possibilidade de uso do aço inoxidável supermartensítico em aplicações line pipe.