ANÁLISE DA MICRODUREZA VICKERS (HV)

O ensaio de dureza Vickers (HV 0,5) foi realizado ao longo da espessura da junta soldada SAW varrendo as regiões compreendidas pelo metal base (MB), zona afetada pelo calor (ZAC) e metal de solda (MS), conforme Figura 60. Foram realizados 45 pontos de indentação, sendo 15 pontos ao longo da linha próxima ao diâmetro externo (DE), 15 ao longo da linha central da espessura representada pelo diâmetro médio (DM) e 15 na linha próxima ao diâmetro interno (DI). Os resultados da microdureza de cada ponto são mostrados na Tabela 7.

Figura 60 - Mapeamento da dureza ao longo da junta soldada SAW do tubo API 5L X70.

Tabela 7 - Resultado da microdureza Vickers (HV0,5).

Mapeamento da dureza Vickers (HV0,5)

MB ZAC MS ZAC MB 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 DE 177,6 178,2 178,3 185,6 189,9 198,7 213,5 216,2 220,9 197,3 192,5 186,8 171,5 179,2 170,9 DM 168,5 167,6 158 175,5 189,3 199,5 219,9 230,6 221,5 202,8 189,3 185,0 176,5 168,8 177,8 DI 174,5 171,9 168 176,9 185,5 196,3 233,2 224,2 220 199,9 192,8 207,9 176,9 161,4 166,8 1 2 3 4 5 6 _{10 11 12 13 14 15} 1 2 3 1 2 3 13 14 15 13 14 15 7 8 9 7 8 9 7 8 9 DE DM DI 4 5 6 10 11 12 4 5 6 10 11 12

Analisando os dados da Tabela 7 é possível verificar que, de maneira geral, a região compreendida pelo metal de solda apresentou os maiores valores de dureza enquanto que o metal base apresentou os menores valores de dureza.

De acordo com Bott (2003) e Bott et al. (2005) o ciclo térmico de soldagem afeta as propriedades mecânicas da ZAC podendo promover uma diminuição na dureza da ZAC, embora não necessariamente uma redução na resistência mecânica. No entanto, esse não foi o caso da ZAC da junta soldada analisada, ao contrário, pôde ser constatado um ligeiro aumento na dureza da ZAC em comparação ao metal base, mas ainda assim consideravelmente inferior à dureza do metal de solda. É prática comum normas como API 5L especificar valores limites de dureza para a ZAC, como os especificados pelos anexos J para condição Offshore e H para condição Sour Service que limitam, respectivamente, uma dureza máxima de 300 HV10 e 250 HV10 tanto para a região da ZAC, quanto para o metal base e o metal de solda.

A fim de evidenciar a diferença nos valores de dureza, foi feito uma breve análise estatística a partir dos dados da Tabela 7. Os valores da dureza média (’“) associado ao respectivo desvio padrão estão contidos na Tabela 8.

Tabela 8 - Comparação da dureza entre as regiões do MB, ZAC e MS.

Como pode ser verificado na Tabela 8, o valor médio da dureza do metal de solda (222,22 HV0,5) foi superior em quase 30% quando comparado ao metal base (171,80 HV0,5). Esse resultado de dissimilaridade indica a possibilidadade da existência da condição weld overmatch, em que a resistência mecânica do metal de solda é superior à resistência mecânica do metal base. Diversos códigos de fabricação e procedimentos seguros de soldagem (e.g., API 1104, 2005; ASME Sec. IX, 2010 e AWS D1.1, 2000) prescrevem o uso da condição weld overmatch como meio de reduzir a probabilidade de falhas catastróficas induzidas por defeitos não detectados na soldagem ou por aqueles formados na estrutura devido às condições operacionais (DONATO; MAGNABOSCO; RUGGIERI, 2009; PAREDES; RUGGIERI, 2012; THAULOW et al., 2000).

Conforme observação da Figura 60, os pontos 4,5,6 e 10,11 e 12 referentes à linha do diâmetro médio (DM) estão contidos na ZAC modificada entre passes. A disposição adotada

MB ZAC MS

’“ 171,80 191,75 222,22

para esses pontos foi feita visando comparar os valores dessas ZAC’s com as ZAC’s formadas a partir de um único ciclo térmico, pois aquelas são as mais importantes pela sua influência nas propriedades mecânicas da ZAC. Embora a dureza tenha sido mapeada, a determinação exata das diferentes sub-regiões que compõe a ZAC afetada pelo ciclo térmico posterior não é trivial. O objetivo foi tentar avaliar a dureza da região de grãos grosseiros da ZAC reaquecida na faixa intercrítica (RICGG), pois tal região é extensivamente referenciada na literatura como a região mais prejudicada pelos ciclos térmicos de soldagem. Moeinifar, Kokabi e Hosseini (2011) relatam que o estudo das propriedades mecânicas dessa região é complexo e apresenta dificuldades em virtude dessa região ser extremamente pequena, o que muitas vezes torna necessário a estudo por simulação termomecânica. Segundo Bott et al. (2005), Fairchild et al. (1991) e Moeinifar, Kokabi e Hosseini (2011), constituintes de baixa tenacidade como o microconstituinte M-A podem ser formados em aços ferríticos-perlíticos devido ao reaquecimento intercrítico causado pelo ciclo térmico de soldagem do passe de solda seguinte.

A presença do microconstituinte M-A pode reduzir a tenacidade na ZTA, formando regiões de baixa tenacidade e elevada dureza designadas como zonas frágeis localizadas (ZFL). Esse constituinte apresenta elevada dureza e é susceptível ao trincamento, o que contribui para a redução na tenacidade da região de grãos grosseiros reaquecida intercriticamente o que facilita a propagação de trincas. Embora os resultados obtidos, conforme os dados da Tabela 7, não evidencia uma variação significativa na dureza referente às diferentes regiões da ZAC, salienta- se que devido as distâncias entre as identações serem relativamente grandes em relação às dimensões das sub-regiões de reaquecimento intercrítico, torna-se difícil assegurar um mapeamento exato dessa região.

As medidas da dureza ao longo da espessura tiveram também como intuito investigar a possibilidade de variação da dureza ao longo da espessura de parede do tubo. Como já descrito no tópico 2.2.5, as propriedades mecânicas podem variar ao longo da espessura devido às possíveis tensões e deformações residuais inerentes da conformação a frio U-O-E. Logo, para facilitar essa análise a partir dos dados da Tabela 7 foi construído o gráfico mostrado na Figura 61 que faz uma análise comparativa entre os valores de dureza expressos em função do diâmetro externo (DE), médio (DM) e interno (DI).

Figura 61 - Análise comparativa da dureza ao longo da espessura da junta soldada.

O gráfico da Figura 61 deixa nítido que não houve diferenças significativas de dureza ao longo da espessura, exceto em relação às regiões compreendidas pelo MB, ZAC e MS que já foram discutidas. O fato de não haver uma diferença significativa da dureza ao longo da espessura, principalmente em relação ao diâmetro médio (DM) que corresponde a porção central da espessura da chapa, permite depreender que o processo de fabricação do aço seja por lingotamento convencional ou contínuo minimizou ou, até mesmo, não promoveu a formação da linha de segregação de elementos de liga. Essa constatação é de extrema importância no que diz respeito à fissuração a frio por hidrogênio (HIC), pois de acordo com Hulka (2001) a formação da linha central de segregação potencializa à fragilização induzida pelo hidrogênio e, quanto maior a dureza da região segregada, mais sensível ao fissuramento a frio estará o aço.