Por que a resistência ao impacto governa a segurança dos tubos de linha
A tenacidade ao impacto é a capacidade de um aço de absorver energia e deformar-se plasticamente antes de fraturar sob uma carga repentina. Para um gasoduto enterrado ou submarino a propriedade é decisiva, porque um tubo que falha de forma frágil pode propagar uma fissura ao longo de centenas de metros, enquanto um tubo com resistência adequada retém a fissura. Como a tenacidade cai drasticamente à medida que a temperatura cai, o teste é sempre definido junto com uma temperatura de teste, e o padrão e o pedido de compra juntos fixam tanto a temperatura quanto o nível de aceitação. Os requisitos aplicáveis para tubos API 5L vêm da própria API 5L, da ISO 3183 para o grau internacional equivalente e dos padrões de método de teste para os quais o teste é realizado.
O teste Charpy V-Notch
A ferramenta padrão para testes de aceitação de rotina é o teste de flexão por impacto de pêndulo em uma barra entalhada simplesmente apoiada, descrito na ISO 148-1 e, para produtos de aço, nas seções de testes mecânicos da ASTM A370. O procedimento é simples e altamente repetível.
Uma amostra de tamanho real mede 10 mm por 10 mm por 55 mm com um entalhe em V-de 45 graus, uma profundidade de entalhe de 2 mm e um raio de raiz de entalhe de 0,25 mm.
A amostra é resfriada até a temperatura de teste especificada em um banho ou câmara e transferida para a máquina dentro do tempo permitido pelo método, de modo que a temperatura do aço, e não a da sala, decida o resultado.
Um pêndulo de energia conhecida atinge a amostra atrás do entalhe e a fratura. A energia absorvida na fratura é lida diretamente na máquina, em joules.
Após a fratura, a área de cisalhamento é frequentemente medida na superfície da fratura e a expansão lateral é registrada na raiz do entalhe. Uma alta proporção de superfície fibrosa de fratura por cisalhamento indica comportamento dúctil.
Quando a parede do tubo é mais fina que 10 mm, amostras de sub-tamanho com largura reduzida são usinadas para que a amostra represente toda a espessura da parede. A energia absorvida de uma amostra de tamanho menor é menor do que a de uma amostra de tamanho real, simplesmente porque há menos material para fraturar, portanto, os valores especificados são dimensionados de acordo e o tamanho da amostra deve sempre ser relatado com o resultado.
Frequência, localização e direção do teste
Os testes de impacto são realizados no corpo do tubo na direção transversal, e o tubo soldado também é testado na solda e na zona afetada pelo calor. A frequência de amostragem está vinculada ao calor ou ao lote, conforme definido na norma para o nível de especificação do produto aplicável. O nível 1 de especificação do produto não exige testes de impacto, a menos que o pedido solicite; o nível de especificação do produto 2 exige o teste, que é uma das principais diferenças técnicas entre os dois níveis. Os resultados dos testes são relatados como um conjunto, normalmente três amostras, com um valor médio mínimo e um valor individual mínimo.
Teste de rasgo por peso de queda para tubos de grande diâmetro
O teste Charpy mede a energia absorvida por uma amostra pequena e entalhada, mas não reproduz totalmente o comportamento de um tubo pressurizado contendo uma trinca em funcionamento. Para linhas de transmissão de grande diâmetro e alta pressão, um teste de ruptura por queda de peso é, portanto, especificado adicionalmente. Uma placa entalhada de espessura total é atingida por um peso em queda e quebrada, e a proporção da superfície de fratura que é cisalhada em vez de clivagem é medida. Uma área de cisalhamento mínima elevada, comumente expressa como uma porcentagem da face de fratura, demonstra que o aço resistirá à propagação de trincas. O método de teste é descrito na ASTM E436 e é invocado através dos anexos da API 5L quando o tamanho do tubo e a aplicação assim o exigem.
O que move a temperatura de transição
| Fator | Efeito na resistência ao impacto |
|---|---|
| Conteúdo de carbono | O aumento do carbono aumenta a temperatura de transição dúctil para frágil e reduz a energia máxima absorvida |
| Tamanho do grão | O refinamento do grão reduz a temperatura de transição e é a maneira mais confiável de melhorar a tenacidade |
| Microestrutura | Bandas grossas de perlita e ferrita livre reduzem a tenacidade, enquanto ferrita acicular fina e estruturas bainíticas a melhoram |
| Enxofre e inclusões | Inclusões alongadas de sulfeto de manganês dividem o aço e são controladas pela prática de baixo teor de enxofre e tratamento de cálcio |
| Prática de laminação e resfriamento | O rolamento controlado e o resfriamento acelerado refinam a estrutura e aumentam a energia absorvida em baixas temperaturas |
| Espessura da parede | Paredes mais pesadas esfriam mais lentamente e tendem a ter uma estrutura mais grosseira, portanto, tubos grossos geralmente têm requisitos mais rígidos do que tubos finos do mesmo tipo. |
Perguntas frequentes
P: Qual unidade é usada para resistência ao impacto?
A energia absorvida é relatada em joules. Quando o resultado é normalizado pela área-da seção transversal no entalhe, ele é expresso em joules por centímetro quadrado ou quilojoules por metro quadrado, o que permite comparar amostras de tamanhos diferentes.
P: A que temperatura é testado o impacto de um tubo API 5L?
A temperatura de teste é especificada pela API 5L e rigorosa no pedido de compra, e normalmente está relacionada à temperatura operacional ou de instalação mais baixa esperada da tubulação, e não à temperatura ambiente.
P: Uma amostra de tamanho menor pode ser convertida em um valor de tamanho real?
Nenhum fator de conversão único é aceito para todos os aços. Os valores de aceitação especificados para amostras de sub{1}}tamanho são definidos com o tamanho da amostra no padrão, e o relatório deve indicar o tamanho usado.
P: Por que é necessário um teste de ruptura por queda de peso quando os resultados Charpy já são aceitáveis?
Os dois testes medem coisas diferentes. Charpy indica a energia absorvida por uma amostra pequena, enquanto o teste de ruptura por queda de peso mede a resistência do material de espessura total a uma trinca em funcionamento. Linhas de grande diâmetro e alta pressão geralmente exigem ambos.
P: Como o teor de enxofre afeta o resultado?
O alto teor de enxofre forma inclusões alongadas de sulfetos que atuam como caminhos internos de fissuras, diminuindo a energia absorvida e aumentando a temperatura de transição, especialmente na direção transversal. A prática de baixo teor de enxofre com controle de forma de inclusão é o remédio normal.
P: O que deve ser registrado no certificado de teste?
O grau e o nível de especificação do produto, o número de calor, a orientação e o tamanho da amostra, a temperatura de teste, a energia absorvida de cada amostra, o valor médio e, quando necessário, a área de cisalhamento ou expansão lateral, todos rastreáveis aos comprimentos de tubo testados.
