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Tipo: TCC
Título: Microestrutura e propriedades mecânicas do aço inoxidável austenítico Aisi 310s envelhecido em operação
Autor(es): Cavalcante Neto, Francisco Edmar
Orientador: Silva, Cleiton Carvalho
Palavras-chave em português: AISI 310S;Ensaios mecânicos;Caracterização microestrutural
Palavras-chave em inglês: AISI 310S;Mechanical testing;Microstructural characterization
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
Data do documento: 2026
Citação: CAVALCANTE NETO, Francisco Edmar. Microestrutura e propriedades mecânicas do aço inoxidável austenítico Aisi 310s envelhecido em operação. 2026. 78 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Metalúrgica) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2026.
Resumo: queimador (flare) é um equipamento crucial para a segurança operacional de plataformas de petróleo, por descartar adequadamente gases tóxicos e inflamáveis. Por operar em alta temperatura e em ambientes oxidantes e redutor, ele é construído com aços inoxidáveis austeníticos. Apesar disso, a literatura relata diversos casos de falhas em equipamentos, como o flare, geralmente relacionados à exposição em alta temperatura. Sendo assim, o presente trabalho tem como objetivo investigar as alterações microestruturais e as propriedades mecânicas de um flare de plataforma de petróleo fabricado em aço inoxidável austenítico AISI 310S após longo período de operação em alta temperatura. O trecho analisado consistiu de uma lança, sendo formada por um tubo laminado, uma peça cônica fundida e uma solda circunferencial de união entre elas. Para isso, foram realizados ensaios mecânicos de tração, impacto Charpy-V, dureza e microdureza, além de análises microestruturais por microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura, incluindo a técnica Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios-X (EDS). Os resultados do ensaio de tração mostraram uma redução significativa da ductilidade do material pós-operação. O aço AISI 310S como recebido apresentou alongamento médio de aproximadamente 66,9%, enquanto as amostras da zona tripla do flare e da região laminada apresentaram valores médios de 35% e 8,2%, respectivamente. No ensaio de impacto Charpy, o material como recebido apresentou energia absorvida média de cerca de 40,1 J, valor significativamente superior ao observado na zona tripla do flare (24 J) e, principalmente, na parte laminada do flare (12 J), evidenciando uma redução de aproximadamente 70% na energia absorvida em relação à condição inicial. Os ensaios de dureza Vickers indicaram aumento cerca de 20 HV da dureza do material após a operação. O ensaio de microdureza revelou a presença de um gradiente de dureza, com valores significativamente mais elevados próximos à superfície do material, associados à carbonetação e à precipitação de fases duras. As análises microestruturais revelaram intensa precipitação de fases secundárias, como carbonetos de cromo do tipo Cr₂₃C₆ e fase sigma. Essas transformações foram atribuídas à exposição prolongada a altas temperaturas e à atmosfera rica em hidrocarbonetos e gases reativos, o que resultou na degradação das propriedades mecânicas do aço AISI 310S. Conclui-se que, embora o AISI 310S apresente desempenho satisfatório em sua condição inicial, as alterações metalúrgicas induzidas durante a operação podem afetar seu desempenho futuro.
Abstract: The flare is a crucial piece of equipment for the operational safety of oil platforms, as it ensures the proper disposal of toxic and flammable gases. Due to its operation at high temperatures and in oxidizing and reducing environments, it is manufactured from austenitic stainless steels. Nevertheless, the literature reports several cases of failures in equipment such as flares, generally associated with long-term exposure to high temperatures. Therefore, the present work aims to investigate the microstructural changes and mechanical properties of an oil platform flare manufactured from AISI 310S austenitic stainless steel after a long period of operation at high temperature. The analyzed component consisted of a lance composed of a rolled tube, a cast conical part, and a circumferential weld joining these elements.To this end, mechanical tests including tensile, Charpy V-notch impact, hardness, and microhardness tests were performed, in addition to microstructural analyses by optical microscopy and scanning electron microscopy, including Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS). The tensile test results showed a significant reduction in post-service ductility. The as-received AISI 310S steel exhibited an average elongation of approximately 66.9%, whereas samples from the flare triple zone and the rolled region showed average values of 35% and 8.2%, respectively. In the Charpy impact test, the as-received material presented an average absorbed energy of about 40.1 J, which is significantly higher than that observed in the flare triple zone (24 J) and, especially, in the rolled part of the flare (12 J), indicating a reduction of approximately 70% in absorbed energy compared to the initial condition. Vickers hardness tests indicated an increase of about 20 HV in the material hardness after service. Microhardness testing revealed the presence of a hardness gradient, with significantly higher values near the material surface, associated with carburization and the precipitation of hard phases. Microstructural analyses revealed intense precipitation of secondary phases, such as chromium carbides of the Cr₂₃C₆ type and sigma phase. These transformations were attributed to prolonged exposure to high temperatures and to a hydrocarbon-rich and reactive gas atmosphere, resulting in the degradation of the mechanical properties of the AISI 310S steel. It is concluded that, although AISI 310S exhibits satisfactory performance in its initial condition, metallurgical changes induced during service may adversely affect its future performance.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/85925
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/2116417154596947
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/2862541276328123
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:ENGENHARIA METALÚRGICA - Monografias

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