Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/26328
ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-8587-6743
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Tenacidade à fratura e fragilização por hidrogênio de aços de alta resistência e baixa liga
Alternate title (s): Fracture toughness and hydrogen embrittlement of high strength low alloy steels
Author: Melo, Guilherme Freitas
First Advisor: Franco, Sinésio Domingues
First member of the Committee: Franco, Sinésio Domingues
Second member of the Committee: Oliveira, Sonia Aparecida Goulart de
Third member of the Committee: Paes, Marcelo Torres Piza
Fourth member of the Committee: Bose Filho, Waldek Wladimir
Summary: Os aços de alta resistência e baixa liga são comumente empregados em diversos equipamentos e estruturas marítimas no setor de óleo e gás. Grande parte dos componentes e estruturas submarinas são submetidos à proteção catódica com o intuito de mitigar a sua corrosão em serviço, possibilitando a ocorrência do fenômeno denominado genericamente de fragilização por hidrogênio (FH). Nesta situação, para estes tipos de aplicação, deve-se avaliar a susceptibilidade à fragilização por hidrogênio (SFH) dos materiais. A viga dupla em balanço (DCB), por não depender de equipamentos complexos e pela possibilidade de se ensaiar vários corpos de prova ao mesmo tempo, é uma alternativa para determinação do fator de intensidade de tensão limiar (KTH), o qual é extremamente importante para a especificação de materiais para estas aplicações. Este ensaio está diretamente relacionado à Mecânica da Fratura e à FH, visto que após um determinado período de incubação, a tensão aplicada no entalhe do corpo de prova é responsável por nuclear uma trinca na raiz do entalhe e, em controle de deslocamento, propagá-la até que a taxa de propagação seja aproximadamente nula e, portanto, o valor do fator de intensidade de tensão aplicado (KAP) atinja KTH. Neste trabalho, ensaiaram-se dois aços (C e F) ao ar, obtendo-se as curvas J-R, com a obtenção de KJIC, mostrando que o valor deste parâmetro para o aço F é 49 % maior que para o aço C. Foi observado também que, nos ensaios DCB com proteção catódica a -1,2 VAg/AgCl, o KTH médio foi de 29,59 MPa.m0,5 para o aço C. Entretanto, para o caso do aço F, as condições do ensaio, não propiciaram a nucleação e crescimento sustentável de trinca, sendo observadas a existência de múltiplas trincas com comprimento inferior a 2,5 mm. Assim, para avaliação da susceptibilidade dos dois aços foram realizados ensaios de carregamento em patamares progressivos assistido pelo meio (CPPAM) e verificou-se a SFH do aço F por esse método, indicando que os ensaios DCB para esse material devem ser realizados em condições de tempos maiores, com recirculação forçada da solução aquosa, controle de pH e temperatura.
Abstract: High strength low alloys steels are commonly used in a variety of equipment and structures in the offshore oil and gas sector. Subsea components and structures are subject to cathodic protection in order to mitigate their corrosion in service, allowing the occurrence of a process called hydrogen embrittlement (HE). In such scenario, the susceptibility to hydrogen embrittlement (SHE) of the materials must be evaluated. By not depending on complex equipment together with the possibility of testing several specimens at the same time, the Double Cantilever Beam (DCB) is an alternative for determining the threshold stress intensity factor (KTH), which is extremely important for the specification of materials for these applications. This test is directly related to Fracture Mechanics and HE. Therefore, after an incubation period, a force applied on the specimen is responsible for nucleating a crack at the root of the notch in a displacement control, made propagating it until the crack propagation rate is approximately zero and therefore, the value of the applied stress intensity factor (KAP) reaches KTH. In this work, two steels (C and F) were tested in air, obtaining the curves J-R with KJIC as well, showing that steel F has its value around 49 % higher than steel C. It was also observed that in the testing DCB with cathodic protection at -1.2 VAg /AgCl, the average KTH was 29.59 MPa.m0.5 for the C steel. However, for the case of the steel F, the test conditions did not provide a nucleation and a sustainable crack growth, resulting in multiple cracks of less than 2.5 mm in length. Therefore, to evaluate the susceptibility of the two steels, new tests were carried out Rising Step Load (RSL), and it was verified the SHE of the F steel by this method, indicating that the DCB tests for this material should be performed in conditions of longer times with forced aqueous media recirculation, pH control and temperature.
Keywords: Fragilização por hidrogênio
Engenharia mecânica
KTH
Aço - Fragilização por hidrogênio
Tenacidade à fratura
Materiais - Processos de fabricação
Double Cantilever Beam
Aço de alta resistência
Carregamento em patamares progressivos assistido pelo meio
Ligas de aço
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: MELO, Guilherme Freitas. Tenacidade à fratura e fragilização por hidrogênio de aços de alta resistência e baixa liga. 2019. 184 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2019. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2019.54.
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2019.54
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/26328
Date of defense: 29-May-2019
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