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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-1247-7610
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Avaliação da susceptibilidade à fragilização por hidrogênio em aços de alta resistência e baixa liga usando ensaios de puncionamento esférico em meio assistido
Alternate title (s): evaluation of hydrogen embrittlement susceptibility of high strength low alloy steels using small punch test in assisted environment
Author: Almeida, Luiz Fernando Maia de
First Advisor: Arencibia, Rosenda Valdés
First coorientator: Franco, Sinésio Domingues
First member of the Committee: Vedovotto, João Marcelo
Second member of the Committee: Cavalini Junior, Aldemir Aparecido
Third member of the Committee: Bose Filho, Wladimir
Fourth member of the Committee: Paes, Marcelo Torres Piza
Summary: Este trabalho avaliou a susceptibilidade à fragilização por hidrogênio (SFH) de aços de alta resistência e baixa liga (ARBL) utilizados na indústria de óleo e gás por meio de ensaios de puncionamento esférico instrumentado (Small Punch Test - SPT). Para a avaliação da SFH por meio desta técnica, foram realizados ensaios com permeação in situ de hidrogênio e os efeitos nas propriedades mecânicas foram estudados. Para tanto, foram seguidas três linhas de trabalho: i) avaliação do efeito do fator velocidade de ensaio nas propriedades mecânicas dos aços 4130M, 4137M e 4140 por meio de um planejamento com um único fator em dois níveis (1,0 µm/s e 0,1 µm/s); ii) desenvolvimento de uma metodologia para avaliar a força limite de ruptura (P_th) por meio de ensaios SPT carregados em patamares (ISPT), em corpos de prova sem e com entalhe; iii) otimização do modelo de cálculo de limite de escoamento. Os resultados obtidos mostraram que: i) Um aumento da SFH foi observado ao reduzir a velocidade de ensaio de 1,0 µm/s para 0,1 µm/s, porém, este fator provocou efeitos estatisticamente significativos apenas no limite de resistência à tração do aço 4137M, levando a um decréscimo de aproximadamente 14,1 % no valor desta propriedade; ii) a redução de tempo de patamares de 2 h / 4 h para 20 min / 40 min não afetou os valores de P_th nem alterou o formato das curvas força x deslocamento. Os valores de P_(th-SPT) obtidos dos ensaios com CPs entalhados apresentaram erros sistemáticos menores que -3,0 %, em relação à técnica ISL convencional, indicando excelente exatidão dos resultados. A metodologia proposta para o cálculo de P_th baseada na rigidez do material do CP se mostrou robusta, eficiente e de fácil implementação, permitindo separar os efeitos do escoamento e do início de propagação de trinca durante o ensaio ISPT; iii) A nova equação proposta para determinar o limite de escoamento de aços com escoamento maior que 800 MPa exibiu erros menores que 5 % quando comparados aos valores obtidos por ensaio de tração. Quando comparados com a literatura a redução nos valores de erro foi da ordem de até 83 %.
Abstract: In this work it was evaluated the hydrogen embrittlement susceptibility (HES) of high strength low alloy steels (HSLA) used in the oil and gas offshore industry by means of small punch test (SPT). To evaluate the HES by using this technique, tests with in situ hydrogen charging were performed and its effects on the mechanical properties were investigated. For this purpose, three lines of work were followed: i) evaluation of SPT loading velocity effect on mechanical properties of 4130M, 4137M and 4140 steels through a single factor design on two levels (1.0 µm/s and 0.1 µm/s); ii) development of a methodology to evaluate the threshold force (P_th) by means of SPT, loaded in incremental steps (ISPT) using specimens with and without notch; iii) optimization of the yield strength calculation model in SPT. The results obtained showed that: i) an increase in the HES was observed when the test velocity was reduced from 1.0 µm/s to 0.1 µm/s, however, the test velocity factor caused statistically significant effects only on the tensile strength of 4137M steel, leading to a decrease of approximately 14.1 % in this property value; ii) the step time reduction from 2 h / 4 h to 20 min / 40 min did not affect the P_th values or the force x displacement curves. The P_(th_SPT) values obtained from the tests with notched specimens showed systematic errors lower than -3.0 %, when compared to those obtained with the conventional ISL tests, indicating excellent results accuracy. The methodology proposed to calculate P_th based on the material specimen stiffness proved to be robust, efficient and easy to implement, allowing the effects of yield and beginning of crack propagation to be separated during the ISPT; iii) the new proposed equation to determine the yield strength of steels with yield higher than 800 MPa using SPT exhibited errors lower than 5 % when compared to values obtained by conventional tensile test. When compared with the literature, the reduction in error values was of the order of up to 83%.
Keywords: Small Punch Test
Fragilização por Hidrogênio
Aços ARBL
Propriedades mecânicas
Hydrogen Embrittlement
HSLA steels
Mechanical Properties
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO
Subject: Engenharia Mecânica
Usinagem
Aço de alta resistência
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: ALMEIDA, Luiz Fernando Maia de. Avaliação da susceptibilidade à fragilização por hidrogênio em aços de alta resistência e baixa liga usando ensaios de puncionamento esférico em meio assistido. 2022. 150 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.5021
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.5021
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/35267
Date of defense: 23-Jun-2022
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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