Efeitos do tratamento criogênico e da nitretação a plasma no coeficiente de desgaste abrasivo da armadura de pressão de tubos flexíveis para petróleo

Abstract

Tubos flexíveis são produtos utilizados pela indústria petrolífera para produção e transporte de petróleo de poços submarinos até plataformas e FPSO's (Floating Production Storage and Offloading). Esses tubos podem ser compostos por diversas camadas metálicas, poliméricas e/ou compósitos que podem ou não possuir contato entre si. Uma dessas camadas é a armadura de pressão, que é uma fita de aço intertravada responsável pela resistência à pressão interna. O intertravamento permite liberdade de movimento relativo entre as partes em contato. As tensões de contato podem se tornar significativas devido aos esforços atuantes no tubo. Esse movimento pode gerar desgaste entre as superfícies da armadura de pressão, o que se agrava na presença de partículas arrancadas das mesmas, caracterizando o desgaste abrasivo. Utilizou-se nesse trabalho uma técnica de cálculo do coeficiente de desgaste chamada de desgaste micro-abrasivo por esfera rotativa. Esse tipo de desgaste forma na superfície uma cratera esférica. Com base nas características de ensaio e com o diâmetro superficial da calota obtêm-se o coeficiente de desgaste. As características de projeto exigem que o material base da armadura de pressão possua uma certa ductibilidade, característica que vai na contramão da resistência ao desgaste. Foram utilizadas duas técnicas de tratamentos térmicos de forma a avaliar suas influências no coeficiente de desgaste do material. São elas, o tratamento criogênico (24 horas a -196°C) e nitretação a plasma (10 e 30 horas, a 70%N), comumente utilizados em ligas metálicas para aumentar a resistência ao desgaste. Além do coeficiente de desgaste, foi feita a avaliação da microdureza Vickers, análises comparativas micro-estruturais. Em relação aos testes de desgaste abrasivo, as nitretações à plasma reduziram o coeficiente de desgaste e aumentaram a dureza nas regiões próximas à superfície, entretanto o tratamento criogênico não se mostrou eficiente na redução do coeficiente de desgaste e no aumento da microdureza. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Flexible pipes are materials used by the Oil and Gas industry for production and transportation of oil from subsea wells to platforms and FPSO (Floating Production Storage and Offloading). These tubes can be composed by polymeric, metallic and/or composites materials layers which may have contact with each other. One of these layers is the armor pressure, which is a helical interlocked steel tape responsible for the resistance to internal pressure. Due to the interlocking, surfaces are in contact under tension and because of the pipe flexibility the surfaces have relative motion. This movement can cause wear between the surfaces which worsens the presence of particles torn off these surfaces, characterizing abrasive wear. The micro abrasive tests by rotating ball were carried out to obtain the wear resistance of the armour pressure. The abrasive wear coefficient is calculated using the diameter of the ball, the surface crater and the velocity parameters adjusted for each test. Due to design features of the pipe, the base material of the armour pressure should be a ductile material, which does not have a high wear resistance. In order to obtain better performances of wear cryogenic treatment (24 hours at 196°C) and plasma nitriding (10 and 30 hours, atmosphere of 70%N) were carried out; both treatments are commonly used for increase wear resistance in metallic alloys. In addition to the treatments, were performed the Vickers micro hardness and the micro structural characterization. In relation to the abrasive wear tests, the plasma nitriding treatments reduced the wear coefficient and raised the micro hardness (HV0,3) near the surface region, but the cryogenic treatment doesn't achieved the expected result on reducing the wear coefficient and on raising the micro hardness.