Estudo do reparo por soldagem de aços refratários do tipo HP utilizados em plantas de procesamento de petróleo

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2008.Os aços refratários tipo HP são utilizados em unidades de refino e processamento de petróleo, em componentes tais como vasos de pressão, fornos de reforma e serpentinas de pirólise. Devido às elevadas temperaturas em que esses aços operam (até de 1050 ºC) operam (até de 1050 ºC) e ao contato com derivados do petróleo, tais materiais podem sofrer dano por vários mecanismos, dentre eles a carburização, oxidação e sensitização devido à soldagem e exposição a altas temperaturas em serviço, que podem fragilizar o material até o ponto de impossibilitar seu reparo. Neste trabalho foram estabelecidas diretrizes para o reparo por soldagem destes materiais no estado fragilizado. Para isto, foram realizados ensaios de soldabilidade em tubos envelhecidos com diversos graus de carburização, avaliados através de medidas da permeabilidade magnética. Os ensaios de soldabilidade foram realizados em três condições: a) tubo no estado original, com amanteigamento; b) tubo no estado original, soldagem normal; c) tubo submetido previamente a tratamento de solubilização a 1150 ºC. Nas soldas envelhecidas sem nenhum tratamento, a dureza resultou mais alta. As técnicas de amanteigamento e solubilização apresentaram resultados similares de dureza, mas a fragmentação dos carbonetos foi superior com a técnica de amanteigamento. A única trinca ocorreu em solda realizada sem nenhum tratamento. A trinca teve origem na linha de fusão e propagou para dentro da ZTA, através da rede de carbonetos que foram partidos ao meio. A fratura foi microscopicamente frágil, através de degraus lisos, e apresentava carbonetos coalescidos. Também foi observada a presença de filmes e fusão parcial da rede de carbonetos e precipitados dando evidências do fenômeno de liquação. Nas soldas executadas em material de base novo que foi envelhecido artificialmente em forno, foi detectada a precipitação de carbonetos em forma de agulhas que fragilizam o material. Nessas soldas observou-se uma menor dureza na linha de fusão, sendo isto uma tendência para aporte térmico mais alto. Medidas de EDS mostraram que o empobrecimento de Cr ao redor dos carbonetos precipitados é mínimo, de modo que as soldas não sofrem sensitização.Heat resistant HP steels are used in processing and refinery petroleum units such as pressure vessels, furnace reformers and pyrolisis coils. Because of the high operation temperatures (up to 1050 ºC) and the exposure to petroleum derivatives these materials may suffer various embrittling damage mechanisms, among them carburization, oxidation and sensitization due to welding and heat temperature exposition, which make difficult their repair by welding. In this work there were established directives to repair by welding that materials after service aging. For this purpose were applied weldability tests in aged pipes with various carburization levels, evaluated through magnetic permeability methods. Weldability tests were done in three conditions: a) aged material with buttering layer; b) as fabricated material with normal welding; c) aged material with 1150 ºC solution heat treatment. Buttering and heat solution treatment techniques had similar hardness values, but the carbide fragmentation was higher with the buttering technique. After analyzing a crack that appeared in the hot cracking test in material that had no treatment, it was possible to determine that its origin occurred in the fusion line and propagated inside the HAZ within the primary eutectic carbide network. The fracture was microscopically brittle, with plain stairs that showed coalesced carbides. It was observed the presence of liquid films. Besides that, the primary carbide network partial fusion and precipitates gave evidence of liquation cracking. In welds done in the as fabricated material and artificially aged in furnace there were detected needle-shaped chromium carbide precipitates that embrittle the material. In general all the welds performed with the base material in the as fabricated condition showed lower hardness in the fusion line, and this pattern repeats for higher heat inputs. EDS measurements showed that chromium depletion around the precipitated carbides is minimum so the material will not experience sensitization