El desarrollo de la explotación de petróleo en aguas profundas (más allá de 1000 metros), exige la utilización de alta resistencia tubos de acero utilizado para permitir el flujo de producción de petróleo.

El medio ambiente submarino se aplica, más allá de las presiones externas extremadamente altas, bajas temperaturas y proceso corrosivo intenso, la aparición de defectos en el cuerpo de la tubería, lo que compromete la integridad estructural de las tuberías que conducen a fallos catastróficos.

Estos defectos pueden ser causados por diversas situaciones tales como: los efectos de los componentes que cae desde la plataforma en alta mar, el exceso de flexión en los procesos de instalación, grietas superficiales provocados durante el transporte de las líneas, entre otros.

Con el objetivo de mejorar la fiabilidad de la instalación y operación de complejos sistemas de tuberías en alta mar, un estudio basado en la mecánica de las fracturas elastoplásticas se hizo con el fin de permitir una mejor predicción de la resistencia a la fractura en X65 y X70 tubos de aceros.

El criterio de la mecánica de la fractura utilizados en el análisis fue la CTOD (Desplazamiento crack Apertura Consejo) a baja temperatura.

Los recientes descubrimientos de petróleo y gas en ambientes con severas condiciones de operación, tales como las regiones árticas y aguas profundas (más de 1000 metros), han llevado a la utilización de la especificación de acero adquisiciones aún más estricta de lo que solían ser. Las principales modificaciones se refiere a la resistencia mecánica, tenacidad a baja temperatura (menos de 0 º C), soldabilidad y resistencia .

En este contexto, la aplicación de tubos API 5L grado X65 y como X70, que consisten en aleación de acero de alta Low (HSLA), se presenta como una solución potencial para mejorar la fiabilidad en la operación de estos tubos en ambientes hostiles y en consecuencia, la asistencia de todos los detalles más estrictas publicado en el pliego de acero de contratación.

Aceros HSLA, donde el contenido de carbono es de alrededor de 0,06% en peso, se han na que tiene un excelente rendimiento se refieren a regulares C-Mn aceros, debido a su mejor combinación de resistencia mecánica y tenacidad. Esta combinación se da a través de la adición de elementos de microaleación como Mo, Ti, V, Ni y Nb, y también debido a los tratamientos de calor termo-mecánicas

Aceros microaleados, como la HSLA, se caracterizan por su presentación de importantes variaciones microestructurales que resulta de diferente composición química y de diferentes velocidades de enfriamiento después de los tratamientos térmicos termo-mecánicas. Las propiedades finales deseadas son las de tener una mejor resistencia y tenacidad.

Estos aceros se puede rodar por el termomecánico laminación controlada (TMCR) o proceso por proceso termomecánico controlado (TMCP). El TMCR consiste en el despliegue de las losas en placas en tres etapas principales. En primer lugar, rodando en las temperaturas de recristalización

de austenita (alrededor de 1250oC); segundo, rodando en austenita no recristalización temperaturas (alrededor de 1050oC), y tercera, acabado laminado en austenita - ferrita temperatura Ar3 (o incluso a temperaturas más bajas, dependiendo del contenido de carbono y sobre la resistencia mecánica dirigida) y finalmente enfriado por aire. El TMCP consiste en el proceso TMCR seguido de agua na acelerado de enfriamiento después de la tercera etapa de la laminación controlada [3,4]. Sin embargo, existe una diferencia fundamental entre los dos TMCR y procesos TMCP, la temperatura final pasada de laminación. En el proceso TMCR esta temperatura es más baja, ya que, como este proceso no se han acelerado de enfriamiento, las propiedades mecánicas deben ser garantizada durante la pasada de laminación final. La reducción de la temperatura en esta etapa de la tercera TMCR proceso da las microtexturas materiales en la microestructura del acero. Estas texturas tienen orientaciones diferentes a través de placas de acero espesores, lo que provoca el desarrollo de tensiones residuales en el material laminado y que permite la aparición de separaciones, la figura 4 en la superficie de Charpy y especímenes de CTOD cuerpo, con muescas perpendiculares a la superficie de la placa, y fractura plano perpendicular a la dirección de laminado.

Es bien conocido a través de las referencias técnicas que las separaciones de sufren la influencia no sólo de la temperatura de laminación, sino también de la composición química, la velocidad de deformación y la cantidad de inclusiones no metálicas. Las inclusiones no metálicas, por ejemplo, se comportan como sitios de nucleación preferidos para las separaciones, con la propagación se produce en los límites de grano en los planes cristalográficos preferibles y en áreas con segregación.

El parámetro CTOD, en conjunción con el análisis de superficie de la grieta, representa una técnica precisa para la evaluación de la influencia de las variables microestructurales en el comportamiento mecánico de los materiales metálicos. Otro factor que aumenta la importancia de CTOD es que, hoy en día, este parámetro es uno de los más importantes para la selección de los materiales que será sometido a condiciones adversas de trabajo.

OBJETIVO

El objetivo de este trabajo es estudiar la morfología de las separaciones y para determinar el factor metalúrgico más importante para su ocurrencia en X65 y X70 aceros, así como a pruebas de resistencia a la dureza de estos materiales.

Los materiales utilizados en este estudio fueron extraídos de metales comunes de API X65 y X70 tubos fabricados en una planta siderúrgica brasileña. Los aceros microaleados con Nb fueron, Ti, V y Mo. Los materiales se envían a nosotros en cajas con las siguientes dimensiones: 1.521 mm x 21,2 mm x 12,450 mm para las X65 y 1,978 mm x 26,3 mm xx 2,450 mm para el X70

Técnica de formación de tubo utilizado fue el proceso UOE con SAW longitudinal (soldadura por arco sumergido), como se puede ver en la figura 1. Las API X65 tuberías fueron producidos con un

diámetro exterior de 508 mm. Los tubos X70 se produjeron con un diámetro externo de 660,40 mm.

Las pruebas Charpy se realizaron también de acuerdo con la norma ASTM A370. Las pruebas se realizaron con el plan de muesca dirigida transversalmente a la dirección de laminación como ilustran en la figura 3. Las muestras tenía unas dimensiones de 55 mm x 7,5 mm, anchura x longitud, con muesca centralizada en relación a la longitud. Temperaturas de ensayo fueron en el rango de-70oC a 25oC.

El criterio utilizado fue la tenacidad CTOD (Desplazamiento crack Apertura Consejo), fueron la temperatura de ensayo fue-10oC y la especímenes se hicieron como tipo SE (B), tres curva punto. Estas pruebas se siguió la metodología descrita en la norma BS 7448 parte 1, con la carga máxima. Las dimensiones de las muestras fueron: 200 mm x 40 mm x 20 mm (longitud x anchura x grosor)

y tomada en dirección transversal tuberías, la figura 3 [12].

Pruebas de CTOD se realizaron en una máquina MTS servo-hidráulico 810 con una capacidad de 100 kN. Un clip de calibre se colocó en la parte superior de la muesca y el seguimiento de su apertura como una función de la carga aplicada, lo que permite trazar un gráfico llamado CMOD (Boca Grieta desplazamiento de apertura) versus carga aplicada. Las muestras se sumergieron en un baño de agua / alcohol, se enfrió con CO2 sólido, fueron la temperatura se controló con termopares, uno de ellos vinculados a los datos de adquisición de sistema, y el otro a un termómetro digital. Temperaturas especímenes "se estabilizaron durante 20 minutos a 10 º C de temperatura, antes de ser sometido al proceso de carga. La figura 4 muestra el dispositivo utilizado en los ensayos de CTOD.

Resultados y Discusión

análisis químico

Contenido de carbono, azufre y nitrógeno se midieron mediante análisis gasométricos, mientras que el porcentaje de otros elementos de peso se midieron por espectrometría de plasma. Tablas 1 y 2 muestran el contenido de elementos químicos en el metal de base de tubos API X65 y X70, respectivamente.

A la tracción transversal y longitudinal de prueba

Las Tablas 3 y 4 presentan valores obtenidos de resistencia a la fluencia (YS), resistencia a la tracción (TS), elongación y la relación de YS / TS para tuberías X65

y X70, respectivamente.

Ensayo de impacto Charpy

El gráfico ilustra en virtud de las curvas de transición obtenidos para tubos X65 y X70. La energía absorbidos promedio se multiplican por el factor subsize que es de 0,75

Fracture Toughness prueba

Las tablas siguientes muestran los valores de CTOD para los aceros de las tuberías estudiadas. Para el cálculo del CTOD, el criterio que se utilizó fue la intensidad de la caída de la carga en los puntos de inestabilidad, pop-in, establecidos por la norma BS 7448 parte 1. De acuerdo con este criterio, si la caída de la carga (F1 dn%) en la curva de carga dislocación x es mayor que 5% en la en-pop, la caída en considera significativo y el CTOD deben calcularse utilizando el valor de la tensión en la discontinuidad gráfico principio, en la región de inestabilidad

Valores de CTOD presentados en las tablas 6 y 7 se calcularon tomando los valores de carga máxima de la dislocación de carga x gráfico, como en ninguna de las pruebas, para ambos grados, la presentada en pop-fueron significativas, es decir, la caída de la carga en los puntos de inestabilidad fue siempre menor que 5%.

Sin embargo, las ins-pop aquellos estaban presentes en las pruebas de CTOD para tuberías X65 y X70 fueron causados por separaciones o delaminaciones en planes perpendiculares al plan de grietas por fatiga. La Figura 5 ilustra el plan de grietas por fatiga que muestra las separaciones.

Las separaciones son paralelas a las placas onduladas superficies. Estas separaciones tienen un mecanismo de propagación frágil-dúctil, es decir, la grieta se inicia en una forma frágil (clivaje) y después es detenido por una región dúctil. Las figuras 6 y 7 ilustra la superficie de delaminaciones para el grado X65

En el caso de X70 tubería, no fue posible estudiar la superficie de separación, en cuanto a este grado los defectos que presentan una muy pequeña

apertura que hace que el proceso de preparación de la muestra mucho más difícil. Una preparación metalográfica fina se hará con el objetivo de descubrir y caracterizar la superficie de separación de los grados X70.

Conclusión

La emergente en relación con el fenómeno de separación es mucho menos crítico si se compara con la inestabilidad debido a la frágil propagación de una grieta de fatiga que posteriormente será detenida por la grieta, como suele ocurrir en los ensayos CTOD. Esta afirmación se basa en el hecho de que delaminaciones se produce en un material determinado para aliviar las tensiones orientadas en la dirección del espesor de la muestra, σzz, en los planes de orientación cristalográfica preferencial, texturas. Tensiones residuales de la textura relacionada con las tensiones aplicadas, concentradores de esfuerzos (muesca grieta + fatiga) y la temperatura baja, hacen que las delaminaciones durante los ensayos CTOD.

Por lo tanto, es muy conservador para analizar la carga x dislocación gráfico pop-ins, cuando se puede atribuir a las separaciones.

Esto es debido a que el análisis se basa en la propagación inestable de la grieta de fatiga; El nivel de limpieza y la aparición de inclusiones en el metal , tienen un papel secundario en la ocurrencia de separación, debido a que los principales factores relacionados con las separaciones son el texturas formado en la laminación termomecánica controlado con temperaturas por debajo de acabado velocidades de enfriamiento Ar3 y baja (refrigeración por aire). Sin embargo, como disminuir el contenido de S y globalizar las inclusiones, se aumenta la dureza y por consiguiente la probabilidad de ocurrencia de separaciones en el material;

Destaca σzz disminuir durante la propagación de la separación, lo que consolida la teoría de que las delaminaciones son un fenómeno de alivio de tensión debido a su estado de carga;

Las delaminaciones en los grados X65 se producen por ser dúctil - Mecanismo de fractura frágil, la iniciación de una manera frágil por clivaje transgranular, y terminando dúctil;