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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/67471
Tipo: | Dissertação |
Título: | Plasticity of the heat-affected zone in 9Ni steel welded pipes: evaluation of the microconstituents' deformability |
Título em inglês: | Plasticity of the heat-affected zone in 9Ni steel welded pipes: evaluation of the microconstituents' deformability |
Autor(es): | Maia, Pedro Paulo Nunes |
Orientador: | Silva, Cleiton Carvalho |
Coorientador: | Miná, Émerson Mendonça |
Palavras-chave: | Aço carbono;Zona térmica afetada;ZAC - propriedades mecânicas;Plasticidade;Eletróns - Difração;Deformação plástica |
Data do documento: | 25-Mai-2022 |
Citação: | MAIA, P. P. N. Plasticity of the heat-affected zone in 9Ni steel welded pipes: evaluation of the microconstituents' deformability. 2022. 107 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Materiais) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Fortaleza, 2022. |
Resumo: | Aços baixo carbono ligados ao níquel têm, ao longo de décadas, sido aplicados em serviços que demandam boa tenacidade a baixas temperaturas. Nessa família, o aço 9Ni destaca-se como o principal material aplicado no transporte e armazenamento de gás natural liquefeito. Recentemente, o aço 9Ni tem sido adotado na fabricação de sistemas de injeção de CO 2 supercrítico em campos de petróleo em águas profundas, um processo que demanda a aplicação de uma soldagem multipasse, a qual produzirá uma Zona Afetada pelo Calor (ZAC) composta por martensita em ripas com elevada heterogeneidade de características microestruturais e de propriedades mecânicas locais, apresentando riscos de introdução de zonas frágeis localizadas na ZAC de Grãos Grosseiros (ZACGG). Uma extensiva investigação microestrutural foi conduzida ao longo desta ZAC, mapeando as propriedades mecânicas locais e correlacionando características microestruturais ao comportamento mecânico durante a deformação plástica. Os resultados revelaram que os maiores valores de microdureza são observados na ZACGG supercrítica, caracterizada por sua microestrutura refinada e sua baixa fração de ripas grosseiras. A ZACGG Subcrítica (ZACGG-SC) e a ZACGG Intercrítica (ZACGG-IC) – regiões com blocos de martensita mais largos e com maior fração de ripas grosseiras – compõem as regiões mais macias da ZAC. Também foi observado que reaquecimentos intercríticos podem induzir a formação de martensita fresca e a estabilização de austenita retida rica em C, impactando as propriedades mecânicas da ZACGG-IC. Ademais, análises sobre a plasticidade da ZAC revelaram que a ZACGG é a única região que sofre deformação significativa, com a ZACGG-SC apresentando os maiores níveis de deformação. Em relação às ripas grosseiras, análises de difração de elétrons retroespalhados revelaram que estas podem conduzir a plasticidade durante o início do regime plástico até que a microestrutura atinja um estado de alta restrição, participando de uma deformação plástica hierárquica, que é iniciada pela transformação martensítica induzida por deformação dos filmes de austenita entre ripas. Esta dissertação traz resultados consistentes sobre a caracterização microstrutural da ZAC em tubos soldados de aço 9Ni, auxiliando no entendimento de como um processo multipasse pode impactar as propriedades mecânicas da ZAC. Ela também traz novas percepções sobre o comportamento mecânico da martensita em ripas, verificando como seus microconstituintes, especialmente as ripas grosseiras, podem contribuir para sua deformabilidade. |
Abstract: | Low carbon nickel-alloyed steels have been, through decades, applied in services that demand good toughness at low temperatures. Within this group, 9Ni steel stands out as the most traditional material used to transport and store liquefied natural gas. 9Ni steels have been recently adopted in supercritical CO 2 injection systems in deepwater oil fields. The manufacture of these subsea systems involves multi-pass welding procedures, which produce a lath martensitic Heat-Affected Zone (HAZ) with high heterogeneity of microstructural features and local mechanical properties, and may introduce Local Brittle Zones (LBZ) at the Coarse-Grained HAZ (CGHAZ). A detailed microstructural investigation was conducted along the this HAZ, mapping local mechanical properties and correlating the microstructural features with the mechanical behaviour during plastic deformation. The results revealed that the highest microhardness values are found at the Super-critically reheated CGHAZ (SCR-CGHAZ), characterised by its refined microstructure and a quite low area fraction of coarse lath martensites. The Subcritically reheated CGHAZ (SC-CGHAZ) and the Intercritically reheated CGHAZ (IC-CGHAZ) – regions with wider martensite blocks and higher coarse lath area fraction – composed the softer zones of the HAZ. However, reheating at intercritical temperatures induces the formation of fresh martensite and the stabilisation C-rich retained/reversed austenite particles, which may degrade the mechanical properties at the IC-CGHAZ. Furthermore, analysis of the HAZ plasticity – focusing on the contribution of coarse martensite laths to its deformability – revealed that the CGHAZ is the only HAZ region that experiences significant strain, with the SC-CGHAZ presenting the highest strain levels. Regarding the coarse laths, Electron Backscatter Diffraction (EBSD) analyses on progressively deformed specimens showed that these constituents might carry plasticity during most of the early plastic regime until the microstructure reaches a state of high constraint, participating in a hierarchic plastic deformation, which is initiated with the strain-induced martensitic transformation of interlath austenite films. The present thesis brings solid results regarding the microstructural characterisation of the HAZ in 9Ni steel girth welded pipes, aiding in understanding how multipass welding processing may impact the mechanical properties of the HAZ. It also brings new insights on the mechanical behaviour of lath martensite, assessing how its microconstituents, especially the coarse martensite laths, may contribute to its deformability. |
URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/67471 |
Aparece nas coleções: | DEMM - Dissertações defendidas na UFC |
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