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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/83941| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Weldabilty evaluation of corrosion-resistant alloy weld metals for high-temperature service in oil and gas industry using trans-varestraint test |
| Autor(es): | Sousa, Ana Beatriz Ferreira |
| Orientador: | Silva, Cleiton Carvalho |
| Palavras-chave em português: | Aço inoxidável austenítico;Soldagem por fricção;Trincas de solidificação;Ensaio Trans-Varestraint;Aço inoxidável austenítico - Caracterização microestrutural |
| Palavras-chave em inglês: | Austenitic stainless steel;Friction welding;Solidification cracks;Trans- Varestraint test;Austenitic stainless steel - Microstructural characterization |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA |
| Data do documento: | 2024 |
| Citação: | SOUSA, Ana Beatriz Ferreira. Weldabilty evaluation of corrosion-resistant alloy weld metals for high-temperature service in oil and gas industry using trans-varestraint test. 2024. 139 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Materiais) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024. |
| Resumo: | Em plataformas e refinaria de petróleo, o flare (queimador) é o equipamento responsável pela queima de gases residuais, garantindo a segurança operacional. Flares são comumente fabricados com aços inoxidáveis austeníticos, os quais são altamente recomendados para aplicação em alta temperatura e em atmosferas redutoras/oxidantes. Apesar disso, a literatura reporta diversos casos de falha de componentes de aço inoxidável austenítico utilizados no contexto de produção e refino de petróleo e gás. Em sua maioria, estes casos de falha estão relacionados a fenômenos metalúrgicos que ocorrem devido às condições extremas de operação. Os processos de fabricação e reparo por soldagem também podem ocasionar falhas, uma vez que resultam em uma solidificação fora do equilíbrio, na microssegregação de elementos de liga e na potencial rejeição de impurezas do sólido para o líquido interdendrítico, que são fatores críticos para a ocorrência de trincas de solidificação. Portanto, estre trabalho objetivou avaliar a soldabilidade de eletrodos consumíveis candidatos ao emprego na fabricação e reparo de componentes de flares por meio de uma modificação do ensaio Trans-Varestraint. As soldagens foram realizadas pelo processo Eletrodo Revestido, usando três metais de adição: os eletrodos de aço inoxidáveis austeníticos AWS E310-15 e AWS E347-17 e o eletrodo de liga de níquel AWS ENiCrFe-2. Os aços inoxidáveis austeníticos AISI 310S e AISI 304H foram selecionados como metais base. Os ensaios Trans-Varestraint foram realizados com sete níveis de deformação, de 0.5% a 8%. A soldabilidade foi avaliada em termos da susceptibilidade a trincas de solidificação, determinada por meio da deformação crítica, da deformação de saturação, do tamanho máximo de trinca, da distância máxima de trinca, do tamanho total das trincas e da taxa de deformação crítica. Ademais, amostras das zonas fundidas resultantes de cada combinação soldada foram investigadas pelas técnicas de microscopia óptica e de microscopia eletrônica de varredura, objetivando correlacionar as características microestruturais à resistência a trincas de solidificação. Análises por Difração de Elétrons Retroespalhados (EBSD) foram utilizadas para fornecer informações sobre os efeitos da tensão aplicada durante o TVT na microestrutura dos metais de solda. Considerando todos os resultados analisados, o ranking de solda menos a mais suscetível a trincas de solidificação é: (AISI 310S + AWS E347-17) > (AISI 304H + AWS E347-17) > (AISI 304H + AWS E310-15) > (AISI 310S + AWS E310-15) > (AISI 310S + AWS ENiCrFe-2) > (AISI 304H + AWS ENiCrFe-2). Os metais de solda mais resistentes a trincas de solidificação foram os resultantes de testes com o eletrodo AWS E347- 17, para os quais a solidificação ocorreu no modo ferrita primária/austenita secundária. Estas zonas fundidas consistiram em uma combinação de austenita de ferrita-δ, e a presença de ferrita- δ é conhecida por ser benéfica para prevenir o surgimento de trincas de solidificação. As soldas com o eletrodo AWS E10-15 solidificaram no modo completamente austenítico, o qual é favorável ao trincamento na solidificação. A zonas fundidas dos testes usando o eletrodo AWS ENiCrFe-2 como metal de adição é composta da fase cúbica de corpo centrado γ-Ni, e foram encontrados precipitados Nb(C,N) nos volumes interdendríticos. A formação de fases secundárias pode influenciar na propensão ao trincamento, explicando a baixa resistência a trincas de solidificação destes metais de solda. Os resultados de EBSD mostraram que altos níveis de misorientation nas adjacências das trincas e em contornos de subgrão. Isso pode ser justificado pelo severo grau de deformação ao qual a microestrutura é submetida no trincamento. As regiões onde as discordâncias se acumulam eventualmente se tornaram contornos de subgrão. |
| Abstract: | The flare in the oil and gas industry is responsible for burning harmful gases, ensuring safety. Flares are commonly made of austenitic stainless steels (ASSs), which are highly recommended for application at high temperatures and in reducing/oxidising atmospheres. Despite this, several failure cases of ASS components utilised in oil and gas production and refining have been reported in the literature, mostly related to metallurgical phenomena occurring due to harsh operation conditions. The processes of fabrication and repair per welding may also cause failures once the welding leads to nonequilibrium solidification, microsegregation of alloy elements, and potential rejection of impurities from the solid toward the interdendritic liquid, which are critical factors for the occurrence of solidification cracking. Therefore, this work aimed to assess the weldability through Trans-Varestraint Test (TVT) of consumable electrodes which can be employed in the fabrication and repair of flare components. The welds were made with the shielded metal arc welding (SMAW) using three filler metals: the ASS electrodes AWS E310-15 and AWS E347-17 and the nickel-based alloy electrode AWS ENiCrFe-2. The ASSs AISI 310S and AISI 304H were applied as the base metals. The TVTs was performed with strain levels ranging from 0.5% to 8%. The weldability was evaluated based on the susceptibility of the weld metal to solidification cracking, which was determined through the critical strain, saturated strain, maximum crack length, maximum crack distance, total crack length, and critical strain speed. Additionally, samples of the fusion zones resulting from each welded combination were investigated by light optical microscopy and scanning electron microscopy, with a focus on correlating the microstructural characteristics to the resistance to solidification cracking. Electron backscatter diffraction (EBSD) analysis was used to determine the effects of stress applied during TVT on the microstructures of the weld metals. Considering all the results analysed, the ranking from least to most susceptible to solidification cracking was as follows: (AISI 310S + AWS E347-17) > (AISI 304H + AWS E347-17) > (AISI 304H + AWS E310-15) > (AISI 310S + AWS E310-15) > (AISI 310S + AWS ENiCrFe-2) > (AISI 304H + AWS ENiCrFe- 2). The weld metals most resistant to solidification cracking resulted from the tests with the AWS E347-17 electrode, for which solidification occurred in the primary ferrite/secondary austenite mode. These fusion zones consisted of a combination of austenite and δ-ferrite, and the presence of δ-ferrite is known to be beneficial for preventing solidification cracking. The welds with the AWS E310-15 electrode solidified in the fully austenitic mode, which is favourable for solidification cracking. The fusion zones of tests using the AWS ENiCrFe-2 filler metal were composed of the γ-Ni fcc phase, and evidence of the precipitation of Nb(C,N) was found in the interdendritic volumes. The formation of secondary phases may have some influence on the cracking propensity, explaining the lower resistance to solidification cracking of these weld metals. The EBSD results showed higher misorientation levels surrounding the cracks and on subgrain boundaries. This may be attributed to the severe deformation level at which the microstructure was subjected to cracking. The regions where dislocations accumulate eventually became subgrain boundaries. |
| Descrição: | Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas. |
| URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/83941 |
| ORCID do(s) Autor(es): | https://orcid.org/0000-0001-8888-6667 |
| Currículo Lattes do(s) Autor(es): | http://lattes.cnpq.br/4005042423965071 |
| ORCID do Orientador: | https://orcid.org/0000-0001-6827-8939 |
| Currículo Lattes do Orientador: | http://lattes.cnpq.br/2862541276328123 |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| Aparece nas coleções: | DEMM - Dissertações defendidas na UFC |
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| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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| 2024_dis_abfsousa.pdf | Trabalho corrigido (atualizado) | 8,44 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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