Curso básico de tubulações OCTG: aspectos dimensionais de tubos

CURSO BÁSICO DE TUBULAÇÕES OCTG

MAXIMUM É RESULTADO!
MAXIMUM TECHNICAL INSTITUTE

Eng.º FREDJOGER MENDES

ABRIL DE 2013

MISSÃO

Produzir e disseminar conhecimento para promover a educação técnica
premium, visando a formação de profissionais especializados que
agreguem valor de forma diferenciada em todos os processos aos quais
estejam envolvidos.



ABRIL DE 2013

VISÃO

Torna-se referência em produção e disseminação de conhecimento para
educação técnica premium no Brasil.



ABRIL DE 2013

NOSSOS VALORES

SEGURANÇA É INEGOCIÁVEL;
EXCELÊNCIA EM QUALIDADE;
FOCO NO RESULTADO;
DISCIPLINA OPERACIONAL;
MERITOCRACIA;
INOVAÇÃO;



ABRIL DE 2013

O CURSO

OBJETIVO
EMENTA
AVALIAÇÃO



ABRIL DE 2013

O CURSO

OBJETIVO
Fornecer conhecimento básico sobre tubos, aços e conexões utilizados no
revestimento e na completação de poços de petróleo.
Estes tubos são chamados de OCTG (oil country tubular goods) ou produtos
tubulares para campos de petróleo.



ABRIL DE 2013

O CURSO
EMENTA:
DEFINIÇÕES SOBRE TUBOS
CARACTERISTICAS GEOMÉTRICAS
ASPECTOS DIMENSIONAIS DE UM TUBO
ESFORÇOS ATUANTES EM UM TUBO
LIMITES FÍSICOS DE UM TUBO
DEFINIÇÕES SOBRE AÇOS
AÇOS UTILIZADOS EM TUBOS – GRAUS API E PROPRIETÁRIOS
CORROSÃO E FRAGILIZAÇÃO
DIAGRAMA DE ESCOLHA DOS AÇOS
CONEXÕES API
CONEXÕES PREMIUM
MARCAÇÃO DE FÁBRICA
FUNDAMENTOS DE INSPEÇÃO VISUAL
FUNDAMENTOS DE MANUSEIO E ESTOCAGEM
FUNDAMENTOS DE APERTO MECÂNICO
FUNDAMENTOS SOBRE A UTILIZAÇÃO DE TUBOS OCTG


ABRIL DE 2013

O CURSO

AVALIAÇÃO E CERTIFICAÇÃO:
PROVA DISCURSIVA E OBJETIVA
APROVAÇÃO COM 80% DE APROVEITAMENTO



ABRIL DE 2013

1- DEFINIÇÕES SOBRE TUBOS



ABRIL DE 2013

O tubo geometricamente é definido como um cilindro vazado.

CILINDRO

TUBO



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Os tubos são utilizados como elementos estruturais e também como
condutores de fluídos para diversos tipos de aplicações.

TUBO



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FUNÇÃO ESTRUTURAL
Sustentação de estruturas

Transporte de fluídos
FUNÇÃO DE CONDUÇÃO



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Os tubos podem ser feitos de diversos materiais. Ex.: Aço, cobre, PVC,
alumínio, cerâmica, ligas especiais.
COBRE

TUBO


AÇO

PVC

ALUMÍNIO


ABRIL DE 2013

Os tubos de aço podem ser laminados sem costura a partir de uma barra de
aço.
LAMINAÇÃO

TUBO



ABRIL DE 2013

LAMINAÇÃO

TUBO

1º O mandril do
laminador perfura a
barra cilíndrica


2º A massa da barra
perfurada é
distribuída ao longo
da haste do mandril

3º A barra passa a
ser um tubo “bruto”
que será ajustado
nos processos
seguintes.


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Os tubos de aço podem ser fabricados a partir de chapas de aço que são
conformadas cilindricamente e depois soldadas.
PROCESSO DE PRODUÇÃO DE TUBOS COM COSTURA

DOBRA

SOLDA E ALISAMENTO

ENTRADA

TUBO
INSPEÇÃO ELETROMAGNÉTICA

CORTE


AJUSTE DIMENSIONAL

TRAMENTO DE SUPERFÍCIE

TESTE HIDROSTÁTICO – INSPEÇÃO VISUAL - MARCAÇÃO


ESTOQUE

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PROCESSO DE PRODUÇÃO DE TUBOS COM COSTURA

TUBO

2º Chapas de aço
plano são dobradas
até formar um
cilindro.

3º O cilindro
formado é soldado
ao longo de seu
comprimento.


1º Chapas de aço
plano entram no
processo

4º O tubo soldado
está formado, mas
antes do uso será
acabado e
inspecionado.


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2- CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS



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O cilindro é um sólido em três dimensões formado a partir de uma base
circular e a geratriz de um retângulo, onde o raio da circunferência constitui
um dos lados e a altura do cilindro o comprimento do retângulo.

CILINDRO



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O retângulo é formado por retas em ângulo (90°) em que suas
extremidades são coincidentes.

COMPRIMENTO



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O círculo é um conjunto infinito de pontos (A;B;C;D; ∞) distribuídos em
360°, que possuem a mesma distância (raio) de um ponto central (X). A
distância entre dois pontos cuja separação angular seja igual a 180° é
chamada de diâmetro.

B

A

X

D



C

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Raio = Distância entre um ponto qualquer da circunferência e o centro
desta - X. R = distância entre A e X.
Diâmetro = Distância entre dois pontos da circunferência cuja separação
angular seja igual a 180°. D = Distância entre D e B.
Diâmetro = 2 x Raio

RAIO

Raio = Diâmetro / 2

B

A

360° = 2 (Radianos)
= 3,14

X

DIÂMETRO
D


180°


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Perímetro de uma circunferência é o comprimento da reta imaginária que
se formaria se rompêssemos um ponto qualquer (A) e esticássemos este
segmento.
PERÍMETRO = 2* *R (raio)

B

A

A

X

D


PERÍMETRO

A’

180°


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Área de uma circunferência é a medida em duas dimensões do espaço
ocupado pela figura.
Área =

*R² (raio)

A
Raio
X



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Uma seção tubular é o perfil formado pela subtração de área de uma circunferência
maior por uma circunferência menor de centros coincidentes.

SEÇÃO = ÁREA MAIOR – ÁREA MENOR = ÁREA DA SEÇÃO (m²)

A
Raio 1
X

B
Raio 2
SEÇÃO



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A parede de um tubo é a diferença entre o raio da circunferência maior e o
raio da circunferência menor. Também pode ser definida como a diferença
entre o diâmetro maior e o diâmetro menor dividida por dois.
PAREDE DO TUBO (mm ou “) = RAIO MAIOR – RAIO MENOR
PAREDE DO TUBO = (DIAM. MAIOR – DIAM. MENOR)/2

A
Raio 1
X

B
Raio 2
PAREDE



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O tubo possui as seguintes características geométricas:
1.1 – Comprimento; (medido em: metros; pés (ft); milímetros (mm);
polegadas)
1.2 – Para a medição podem ser utilizados os seguintes instrumentos:
1.2.1 – Escala;

1.2.4 – Paquímetro;

1.2.2 – Trena convencional;

1.2.5 – Micrometro;

1.2.3 – Trena laser;
comprimento



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O tubo possui as seguintes características geométricas:
1.2 - Diâmetro externo; (medido em: polegadas; milímetros (mm))
1.3 - Diâmetro interno; (medido em: polegadas; milímetros (mm))


PAREDE

DIAMETRO EX.

DIAMETRO INT.

1.4 - Espessura da parede; (medido em: polegadas; milímetros (mm))


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3- ASPECTOS DIMENSIONAIS DE UM TUBO



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Os padrões dimensionais dos tubos são normatizados por diversos
organismos internacionais e pela ABNT. Dentre os organismos
internacionais podemos citar:
3.1 – ASME – Amerircan Society of Mechanical Engineers.
3.2 – ASTM – American Society for Testing and Materials
3.3 – ANSI – American National Standard Institute
3.4 - DIN - Deutsches Institut für Normung
3.5 – BS – British Standard
3.6 – ISO – International Standardization Organization
3.7 – ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
3.8 – API – American Petroleum Institute



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Mas vamos nos ater apenas a API e em três de suas normas sobre tubos:
API 5B; Especificações para roscas em tubos petrolíferos.
API 5CT; Especificações para casing e tubing.
API 5L; Especificações para tubos line pipe.



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Estas normas irão nos guiar quanto às tolerâncias dos seguintes aspectos
dimensionais:
1 - Tolerância de comprimento;
2 - Tolerância de diâmetro externo;
3 - Tolerância de espessura de parede;
4 - Tolerância de diâmetro interno;



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1 - Tolerância de comprimento para tubos longos;
1.1 Instrumento: De acordo com a API 5CT ISO 11960 a precisão de um instrumento
de medição para comprimentos menores que 30 metros deve ser de ± 0,3m ou ± 0,1
FT.
1.2 De acordo com a mesma norma os pup joints com comprimentos de norma
(2;3;4;6;8;12 FT) podem variar no máximo ± 3 in.
1.3 Os tubos longos devem seguir a tolerância de ranges conforme tabela a C30 ou
E30 da norma.
comprimento



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Obs.: Conversão de unidades:
1 In (Polegada) = 25,4mm ou 0,0254m
1 FT (Pé) = 304,8mm ou 0,3048m
1 Metro = 3,281 FT
1 Metro = 39,37 In
1 In = 0,0833 FT
1 FT = 12 In



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2.1 Se a medida do diâmetro externo estiver no SI (sistema internacional) deve ser
expressa com no mínimo duas casas decimais. Ex.: 6 5/8” = 168,27 mm.


PAREDE

DIAMETRO EX.

DIAMETRO INT.

2.2 Se a medida estiver expressa no sistema inglês decimal devem ser adotadas três
casas decimais. Ex.: 6 5/8” = 6,625”.


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DIAMETRO EX.

Item 8.11.1 API 5 CT
Exemplos:
3,5” = Máx. 3,531” Min. 3,469”
88,9mm = Máx. 89,69mm Min. 88,11mm
6,625” = Máx. 6,691” Min. 6,592”
168,27” = Máx. 169,95mm Min. 167,44mm



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A espessura de parede pode variar em função de processos de fabricação
(laminação) ou em função da utilização ao qual o tubo foi submetido.
Segundo a norma API 5CT a tolerância é de – 12,5% da dimensão nominal. Não há
limite máximo definido, mas há necessidade de passagem do gabarito de drift. Se a
parede for muito mais espessa que o nominal, e o tubo estiver no limite do empeno,
então o gabarito pode não passar.
PAREDE



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Exemplos:
Nominal 13,84mm => Máx. 13,84mm => Min. 12,11mm
Nominal 8,05mm => Máx. 8,05mm => Min. 7,04mm
Min. = Nominal - (Nominal x 0,125)
PAREDE



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Outro aspecto a ser observado na integridade da parede de um tubo é a ocorrência
de deformações plásticas pontuais, causadas por ferramentas de contato com a
superfície externa do tubo. Exemplo: mordentes de chaves de aperto, alavancas de
manuseio, garfos de empilhadeiras etc.
Para estas deformações a norma tem uma tolerância.

PROFUNDIDADE
DO DANO.



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Se as marcas abaixo estiverem localizadas na luva, ou em conexões integrais existem
diferenças no critério de avaliação.
Se o dano for pontual ou linear também haverá uma avaliação diferente.
Este tema é tratado em várias tabelas da API 5 CT. Exemplo: C33; C34; C39.

Danos pontuais

PROFUNDIDADE
DO DANO.
Danos lineares



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Tabela C33 para danos lineares: Há diferença de critério entre os aços.

Danos pontuais

PROFUNDIDADE
DO DANO.
Danos lineares



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A tabela C34 trata de conexões específicas que não serão objeto de estudo. A tabela
C39 possui informações relevantes sobre a tolerância de imperfeições em luvas. É
recomendado que os fabricantes adotem tolerâncias iguais ou inferiores a estas
para conexões e graus proprietários.

Danos pontuais: por exemplo marca de mordentes ou cunhas.

PROFUNDIDADE
DO DANO.



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3 - Tolerância de espessura de parede; Tabela C39

As medidas são em milímetros e se referem exclusivamente a luvas. Notem que há
diferenças de critério para diâmetros e aços diferentes. As aços T95 e C90 indicados
para ambientes com a ocorrência de H2S tem mais rigor em suas tolerâncias.



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4- ESFORÇOS ATUANTES EM UM TUBO



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4.1 – Definição de esforços
Esforços são tensões resultantes da aplicação de uma determinada quantidade de
energia mecânica sobre um ou vários pontos de uma superfície.
A representação clássica de um esforço mecânico é dado por um vetor com módulo
(valor) sentido ( de onde para onde ; ex. da direita para esquerda) e direção (vertical
ou horizontal) definidos.
As tensões podem ser provocadas por uma ou várias situações combinadas que
geram cargas sobre m determinado objeto.
CARGA = 50.000 kgf
VETOR



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4.1 – Definição de esforços
Desde o momento em que um tubo é manufaturado ele passa a ser submetido a
esforços diversos. A integridade do tubo só será mantida se estes esforços não
forem superiores ao limite projetado. Os esforços atuantes não deverão gerar
deformações acima do limite elástico do material do qual é feito o tubo.

Análise de elementos finitos
define o nível de tensão em
cada ponto do tubo


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4.2 – Definição de deformações
Quando submetido ao um esforço o material terá dois tipos de deformação:
Elástica: É uma deformação temporária. Quando a tensão cessa o material volta às
suas características iniciais.
Plástica: É uma deformação permanente. Quando a tensão cessa o material fica com
as características dimensionais, metalográficas e físicas adquiridas após a aplicação
do esforço.

Diagrama de TENSÃO X DEFORMAÇÃO do aço


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4.2 – Definição de deformações
Aços diferentes possuem comportamentos distintos quando submetidos aos
mesmos esforços.

Diagrama de TENSÃO X DEFORMAÇÃO de diferentes tipos de aço



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4.3 – TRAÇÃO - TENSÃO
É a força aplicada sobre um corpo numa direção perpendicular à sua superfície de
corte e num sentido tal que, possivelmente, provoque a sua ruptura.
Uma peça estará sendo tracionada quando a força axial aplicada estiver atuando
com o sentido dirigido para o seu exterior. A tração faz com que a peça se alongue
no sentido da força e fique mais fina, com menor seção transversal, pois
teoricamente, seu volume deve manter-se constante.
A TRAÇÃO É MEDIDA EM: kgf; N; lbf. ===== 1 kgf = 9,8N = 2,204 lbf
CORTE

TRAÇÃO = 50.000 kgf



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4.3 – TRAÇÃO - TESTES



ABRIL DE 2013

4.3 – TRAÇÃO - TESTES

Amostras
Equipamento para ensaio de tração

Amostras



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4.4 – Compressão
É a força aplicada sobre um corpo numa direção perpendicular à sua superfície de
corte e direcionada para o interior do corpo onde é aplicada.
O esforço de compressão tente num primeiro momento a reduzir o volume do
corpo, e depois a deformá-lo elasticamente e depois permanentemente
(deformação plástica).
A compressão pode ser denominada como tal quando a peça estiver
sendo "empurrada", ao contrário da tração, onde ela está sendo "puxada“ e isto
gera considerável stress e tensão diferenciados em vários pontos da peça.
CORTE

Compressão = 50.000 kgf



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4.4 – Compressão

Comportamento das
amostras

Equipamento para ensaio de compressão

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4.5 – Pressão
A ação de uma ou mais forças sobre um determinado espaço, podendo este ser
líquido, gasoso ou mesmo sólido.
Unidades:
PRESSÃO = FORÇA / ÁREA = kgf/cm² ou lb/in²


Unidades puras: BAR ou ATM etc.


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4.5 – Pressão - Unidades
Lb/in² = pound / square inch ou PSI

1000 PSI = 1 KSI.

Equipamento medir
pressão interna –
manômetro



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4.6– Pressão Interna
Sistema de forças atuantes em um espaço determinado que utiliza como meio um
fluído (líquido ou gasoso ou uma combinação destes). A origem deste sistema de
forças está relacionada com características físico-químicas do fluído ou do meio ao
qual o sistema está interligado. É a pressão de dentro para fora do sistema. Ex.:
Temperatura, densidade, massa, gravidade, eletromagnetismo, dimensionamento
do meio, etc.
PAREDE




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4.6 – Pressão Interna – Exemplos de danos causados pela falta de controle.



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4.6 – Pressão Interna – Teste Hidrostático – API 5CT Item 10.12 – API 5C3

EQUIPAMENTOS DE TESTE HIDROSTÁTICO

GRÁFICO DE TESTE HIDROSTÁTICO


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4.7 – Pressão Externa
Sistema de forças do meio externo com atuação em uma determinada superfície. É
a pressão de fora para dentro. A origem deste sistema forças está diretamente
relacionada com as características físicas do meio onde o sistema está inserido.. Ex.:
Profundidade, densidade, temperatura etc.




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Segundo a norma API Bulletin 5C3, no caso do colapso por regime plástico, a
equação para determinar a resistência a este esforço foi obtida empiricamente
a partir de 2488 testes realizados em tubos sem costura fabricados com aço de
grau K-55, N-80 e P-110 e é dado pela equação:

Onde Rc é a resistência ao colapso do tubo, Sy é o limite de escoamento do
tubo, A, B e C são parâmetros obtidos experimentalmente, OD é o diâmetro
externo e h a espessura do tubo..



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4.7 – Pressão Externa – Razão entre Diâmetro / Parede

SUPORTA MAIS PRESSÃO



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Análise de elementos finitos
define o nível de tensão em
cada ponto do tubo. A tensão
é resultado da pressão
externa pelo meio sobre a
superfície do tubo.



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4.7 – Pressão Externa – Teste de colapso

GRÁFICO DE TESTE COLAPSO

EQUIPAMENTO PARA TESTE DE COLAPSO



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4.8 – Esforços combinados

Os gráficos acima servem
para analisar os esforços
combinados que um tubo
pode sofrer. Após a analise
tem-se uma conclusão se
haverá ou não ruptura.
Gráfico de Von Misses



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5 – LIMITES FÍSICOS DE UM TUBO



ABRIL DE 2013

5.1 – TENSÃO
Em física e engenharia, se denomina tensão mecânica ao valor da distribuição
(resultante) de forças por unidade de área em torno de um ponto material
dentro de um corpo material ou meio contínuo.
A unidade em SI para tensão é o pascal (símbolo Pa), que é uma medida
de força por unidade de área. A unidade da tensão é a mesma que a da
pressão. Grandezas de engenharia para esta finalidade são normalmente
medidas em megapascals (MPa) ou gigapascals ( Gpa ). Em unidades inglesas,
tensão é expressa em libras-força por polegadas quadradas ( psi ) ou kilolibras
- força por polegadas quadradas ( ksi ).
Então tensão também é : Tensão = Força / Área.
1 KSI = 1000 PSI = 6,89 Mpa = 70,31 Kgf/cm²



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5.1 – TENSÃO
Tensão = 500 lb/In²
Ou 500 psi

Tração = 1500 lb
ÁREA = 1 In²

Pressão = 0 psi

Pressão Int.=
800 psi

Pressão Ext.= 800 psi

Compressão = 1000 lb



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5.2 – FATORES QUE INFLUENCIAM A TENSÃO MÁXIMA SUPORTÁVEL POR UM
TUBO:

PAREDE

DIAMETRO EX.

DIAMETRO INT.

1 – Seção crítica: É a seção vista em duas dimensões originada após o corte do tubo.
A seção crítica vai variar em função da parede e do diâmetro externo do tubo. A
seção crítica é data em medida de área. Ex.: In²; mm²; cm² etc.

2- Aço: É a liga que compõe tubo. Diferentes aços suportam diferentes tensões.
Estas diferenças são o resultado de componentes de liga e de tratamentos térmicos
diferentes (têmpera, normalização, revenimento etc.).


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TUBO:
2 – Cálculo da seção crítica de um tubo:
SC = Área da circunferência externa – Área da circunferência interna.
SC = ACE – ACI
SC = πRe² - πRi²

ACE = 5
In²

ACI = 3
In²

SC = 2 In²



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TUBO:
3 – Então se este tubo for feito de um aço X que suporta 60 KSI então é só
multiplicar 60 x 2 = 120 KSI é a resultante de forças que este tubo pode suportar
como tensão numa área de 2 In².
Logo todos os esforços combinados ou separados não podem resultar numa tensão
superior a 120 KSI.

SC = 2 In²



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5.1 – Limites de um tubo. Ex: Diâmetro 5,5” parede 0,304” aço de 80 KSI

Body Yield Strengh = Tração máxima no limite elástico, dada em função do aço e da
seção crítica
Collapse = Pressão externa máxima que pode ser aplicada.
Internal Yield = Pressão Interna máxima que pode ser aplicada.
SMYS = Specified Minimum Yield Strength (Mínima tensão de rendimento especificada),
mínima tensão que pode resultar em deformação plástica para determinado aço.



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6 – DEFINIÇÕES SOBRE AÇOS



ABRIL DE 2013

6.1 – DEFINIÇÃO DE AÇO:
Aço é uma liga metálica formada essencialmente por ferro e carbono, com
percentagens deste último variando entre 0,008 e 2,11%.
Distingue-se do ferro fundido, que também é uma liga de ferro e carbono, mas
com teor de carbono entre 2,11% e 6,67%.
O carbono é um material muito usado nas ligas de ferro, porém varia com o uso
de outros elementos como: magnésio, cromo, vanádio e tungstênio. O carbono e
outros elementos químicos agem com o agente de resistência, prevenindo
o deslocamento em que um átomo de ferro em uma estrutura cristalina passe
para outro.
A diferença fundamental entre ambos é que o aço, pela sua ductibilidade, é
facilmente deformável por forja, laminação e extrusão, enquanto que uma peça
em ferro fundido é muito frágil



ABRIL DE 2013

6.1 – DEFINIÇÃO DE AÇO:
Aço é uma liga metálica formada essencialmente por ferro e carbono, com
percentagens deste último variando entre 0,008 e 2,11%.

Ferro ( hematita Fe 2 O3)e2O3fe


Carbono na forma de carvão


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6.2 – FABRICAÇÃO DO AÇO:
O carvão exerce duplo papel na fabricação do aço. Como combustível, permite
alcançar altas temperaturas (cerca de 1.500° Celsius) necessárias à fusão do
minério. Como redutor, associa-se ao oxigênio que se desprende do minério com
a alta temperatura, deixando livre o ferro.
O processo de remoção do oxigênio do ferro para ligar-se ao carbono chama-se
redução e ocorre dentro de um equipamento chamado alto forno. Antes de serem
levados ao alto forno, o minério e o carvão são previamente preparados para
melhoria do rendimento e economia do processo.
O minério é transformado em pelotas e o carvão é destilado, para obtenção do
coque, dele se obtendo ainda subprodutos carboquímicos.



ABRIL DE 2013

6.2 – ESQUEMA DE FABRICAÇÃO DO AÇO:



ABRIL DE 2013

6.2 – ESQUEMA DE FABRICAÇÃO DO TUBO: LAMINAÇÃO
LAMINAÇÃO
LINGOTAMENTO DE BARRA

FORNO DE REAQUECIMENTO

CORTE DE SEGMENTOS

RESFRIAMENTO

AJUSTE DIMENSIONAL

REAQUECIMENTO

ESTOQUE EM PROCESSO

INSPEÇÃO ELETROMAGNÉTICA



ABRIL DE 2013

6.2 – ESQUEMA DE FABRICAÇÃO DO TUBO: TRATAMENTO TÉRMICO

TEMPERA

FORNO DE REVENIMENTO

AJUSTE DIMENSIONAL

FORNO DE AUSTENITIZAÇÃO

RESFRAIMENTO



ABRIL DE 2013

6.2 – ESQUEMA DE FABRICAÇÃO DO TUBO: ACABAMENTO

DESEMPENO

INSPEÇÃO FINAL


ENSAIO NÃO DESTRUTIVO

TESTE HIDROSTÁTICO

FACEAMENTO

INSPEÇÃO POR DRIFT

ROSQUEAMENTO

APERTO DE LUVAS


ABRIL DE 2013

No processo de redução, o ferro se liquefaz e é chamado de ferro gusa ou ferro
de primeira fusão. Impurezas como calcário, sílica etc. formam a escória, que é
matéria-prima para a fabricação de cimento. A etapa seguinte do processo é o
refino.



ABRIL DE 2013

O ferro gusa é levado para a aciaria, ainda em estado líquido, para ser
transformado em aço, mediante queima de impurezas e adições. O refino do aço
se faz em fornos a oxigênio ou elétricos. Finalmente, a terceira fase clássica do
processo de fabricação do aço é a laminação.
O aço, em processo de solidificação, é deformado mecanicamente e transformado
em produtos siderúrgicos utilizados pela indústria de transformação, como chapas
grossas e finas, bobinas, vergalhões, TUBOS, perfilados, barras etc. Com a
evolução da tecnologia, as fases de redução, refino e laminação estão sendo
reduzidas no tempo, assegurando maior velocidade na produção.



ABRIL DE 2013

6.3 – PROPRIEDADES DO AÇO:
6.3.1 A plasticidade é a propriedade inversa à da elasticidade, ou seja, do material
não voltar à sua forma inicial após a remoção da carga externa, obtendo-se
deformações permanentes. A deformação plástica altera a estrutura de um metal,
aumentando sua dureza. Este fenômeno é denominado endurecimento pela
deformação à frio ou encruamento. Veja abaixo a simulação computacional de
uma deformação plástica.



ABRIL DE 2013

6.3 – PROPRIEDADES DO AÇO: DEFORMAÇÃO DE UMA AMOSTRA



ABRIL DE 2013

6.3.2 - Ductilidade é a capacidade do material de se deformar sob a ação de
cargas antes de se romper, daí sua grande importância, já que estas deformações
constituem um aviso prévio à ruptura final do material, o que é de extrema
importância para prevenir acidentes em uma construção, por exemplo.

6.3.3- A fragilidade, oposto à ductilidade, é a característica dos materiais que
rompem bruscamente, sem aviso prévio (um dos principais fatores responsáveis
por diversos tipos de acidentes ocorridos em pontes e navios).


ABRIL DE 2013

6.3.4 - A resiliência é a capacidade de absorver energia mecânica em regime
elástico, ou seja, a capacidade de restituir a energia mecânica absorvida. Já
a tenacidade é a energia total, plástica ou elástica, que o material pode absorver
até a ruptura. Assim, um material dúctil com a mesma resistência de um material
frágil irá requerer maior energia para ser rompido, portanto é mais tenaz.2



ABRIL DE 2013

6.3.5 - A fluência é mais uma outra propriedade apresentada pelo aço e metais
em geral. Ela acontece em função de ajustes plásticos que podem ocorrer em
pontos de tensão, ao longo dos contornos dos grão do material. Estes pontos de
tensão aparecem logo após o metal ser solicitado por uma carga constante, e
sofrer a deformação elástica.
6.3.6 - Após esta fluência ocorre a deformação continua, levando a uma redução
da área do perfil transversal da peça (denominada estricção). Tem relação com a
temperatura a qual o material está submetido: quanto mais alta, maior ela será,
porque facilita o início e fim da deformação plástica. Nos aços, é significativa para
temperaturas superiores a 350° C, ou seja, em caso de incêndios.2



ABRIL DE 2013

6.3.6 - É importante citar ainda a fadiga, sendo a ruptura de um material sob
esforços repetidos ou cíclicos. A ruptura por fadiga é sempre uma ruptura frágil,
mesmo para materiais dúcteis. Veja abaixo dano típico causado por fadiga:



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6.3.7 - Por fim, temos a dureza, que é a resistência ao risco ou abrasão: a
resistência que a superfície do material oferece à penetração de uma peça de
maior dureza. Sua análise é de fundamental importância nas operações de
estampagem de chapas de aços.



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6.3 – PROPRIEDADES DO AÇO: EXEMPLO DE FRATURA DO AÇO EM ENSAIO



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6.4 – AÇO FASES EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA E DO % DE CARBONO –
DEFINIÇÕES NECESSÁRIAS:



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6.4.1 – EXEMPLO DE ESTRUTURA DO AÇO : SAE 1060 :
Cementita ou carboneto de ferro é
um composto químico de fórmula
química Fe3C e estrutura em forma de
cristal ortorrômbico. Contém 6,67% de
carbono e 93,33% de ferro. É um
material duro e quebradiço e, apesar
de ser comumente classificado
como cerâmica em sua forma pura, é
mais utilizado na metalurgia. É
formado diretamente pelo
derretimento do ferro fundido branco.

A figura representa a foto de micrografia de um aço ABNT composto por 0,6% de carbono,
austenitizado a temperatura de 840°C, e posteriormente resfriado á temperatura ambiente do
(ar atmosférico) e mantido nessas circunstâncias por aproximadamente 24 horas. Esta
transformação isotérmica resultou em bainita, microestrutura composta por ferrita-α e uma
fina dispersão de cementita. Esse é o produto austenítico encontrado em alguns aços e ferros
fundidos, que resulta em uma dureza intermediária para esta determinada liga, com valor
verificado de 325HV. Ampliação de 500x.


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6.4.2 – COMPARAÇÃO DE ESTRUTURAS APÓS DEFORMAÇÃO AÇO ASTM A193 B7:

ANTES


DEPOIS


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6.4.3 – AÇO FASES – DEFINIÇÕES NECESSÁRIAS:
ESTRUTURA CRISTALINA DA CEMENTITA Fe3C

Fe
C



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6.4.4.1 - FERRITA: Conhecida como α-ferrita (α-Fe) ou ferro alfa, é um termo
de ciência dos materiais para o ferro puro, com uma estrutura cristalina cúbica de
corpo centrado. É esta estrutura cristalina que dá aço e ferro fundido suas
propriedades magnéticas, e é o exemplo clássico de um material ferromagnético.

Cúbica de corpo centrado
Ferrita é a parte clara


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AUSTENITA: A austenita ou (ou ferro na fase γ) é uma fase sólida não magnética
constituída de ferro na estrutura CFC. O ferro possui a propriedade de
transformar-se da estrutura CCC (cúbico de corpo centrado, característica
da ferrita -α) para a estrutura CFC (cúbico de face centrada, característica
principal da austenita-γ). A transformação de cúbico de corpo
centrado para cúbico de face centrado pode ocorrer a várias temperaturas,
temperaturas as quais são determinadas pelos elementos presentes na liga
metálica em questão, por exemplo essa transformação ocorre a 912°C (1185K)
para o ferro puro e a 727°C (1000K) para o aço carbono eutetóide ( perlita ).
A austenita é o ponto de partida para vários tratamentos térmicos nas ligas de
ferro, pois partindo da austenita é possível a transformação da liga em vários
microconstituintes, como por exemplo a têmpera que consiste na transformação
da austenita em martensita por meio de um rápido resfriamento da peça tratada
termicamente.
A
fase
foi
denominada
em
homenagem
a
um metalúrgico inglês, sir William Chandler Roberts-Austen (1843-1902).



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AUSTENITA:

Cúbica de face centrada

Austenita



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MARTENSITA: É formada quando as ligas ferro - carbono austenitizadas são resfriadas
rapidamente ou bruscamente ( como no tratamento térmico de têmpera). É uma estrutura
monofásica (TCC), tetragonal de corpo centrado, porque se encontra em equilíbrio,
resultante de uma transformação sem difusão da austenita. A dureza da martensita depende
do teor de carbono e dos elementos de liga do aço, sendo que um maior teor de carbono
resultará em uma martensita de maior dureza. Os elementos de liga presentes em um
determinado tipo de aço, determinam sua temperabilidade, ou seja, qual a velocidade de
resfriamento necessária, a partir da temperatura de austenitização, para que toda a
austenita se transforme em martensita. Maiores teores de elementos de certos liga resultam
em maior temperabilidade. A martensita, no estado pós têmpera, praticamente nunca é
utilizada, sendo necessária a aplicação de um tratamento térmico posterior a têmpera. Este
tratamento térmico, denominado revenimento, tem como objetivos aliviar as tensões
geradas pela formação da martensita, além de reduzir sua dureza, para os valores
especificados pelo projeto. Portanto, como resultado do tratamento térmico de têmpera,
espera-se a formação de uma microestrutura totalmente martensítica, com a maior dureza
que possa ser atingida pelo aço tratado. Depois, no revenimento, em função do tempo de
tratamento e da temperatura, atinge-se a dureza desejada.



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MARTENSITA: Não revenida

Cúbica de corpo centrado



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6.4.4 – AÇO INOXIDÁVEL – DEFINIÇÕES NECESSÁRIAS:
MARTENSITA: Após têmpera e revenimento.

MARTENSITA => MARTENSITA TEMPERADA => MARTENSITA TEMPERADA FORTEMENTE


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6.6 – AÇO INOXIDÁVEL:
O aço inoxidável é uma liga de ferro e cromo ( mínimo 8% - 10,5%), podendo
conter também níquel (até 30%), molibdênio, nióbio, titânio e outros elementos,
que apresenta propriedades físico-químicas superiores aos aços comuns, sendo a
alta resistência à oxidação atmosférica a sua principal característica. As principais
famílias de aços inoxidáveis, classificados segundo a sua microestrutura, são:
ferríticos, austeníticos, martensíticos, endurecíveis por precipitação e Duplex.
Sua principal característica, a resistência à corrosão, se deve a presença
do cromo que ao reagir com o oxigênio da atmosfera forma uma camada
superficial que protege o aço de agentes oxidantes. Essa película protetora, muito
fina e resistente, é formada por óxido de cromo e, se arranhada ou desfeita por
algum motivo, rapidamente se recompõe, bastando para isso que haja oxigênio



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6.6 – AÇO INOXIDÁVEL:



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6.6.1 – AÇO INOXIDÁVEL – CAMADA PASSIVADORA:
Figura 1 – Num ambiente oxidante normal uma camada protetora de um filme
passivo de óxido rico em cromo é formado automaticamente no aço inoxidável.
Figura 2 – Quando o filme passivo é riscado, danificado ou usinado, a superfície do
aço inoxidável fica exposta à atmosfera.
Figura 3 – O filme passivo é prontamente restaurado através da sua regeneração,
a partir da reação entre o cromo do aço inoxidável e o oxigênio do meio
circundante..



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Apesar de invisível, estável e com espessura finíssima, a camada passiva é muito
aderente ao inox e tem sua resistência aumentada à medida que é adicionado
mais cromo à liga. Em resumo, a camada passiva:
• Protege o inox contra a corrosão do meio ambiente;
• Tem formação instantânea (cerca de 0,01 s);
• Apresenta alta resistência mecânica, o que dificulta seu desprendimento;
• É termodinamicamente estável, não reagindo com outros elementos para
formar novos compostos;
• Está presente em toda a superfície do material;
• Não é porosa (bloqueia a ação do meio agressivo) ;
• É muito fina com 30 - 50 Å de espessura (1 Å = 10-1 nm = 10-10 m), e por isso
invisível ao olho humano;
• É auto-regenerável;



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É inerente ao aço inoxidável já que o cromo faz parte de sua composição química.
Estas características da camada passiva explicam porque o aço inoxidável não
requer qualquer revestimento ou proteção contra corrosão, para permanecer
brilhante e polido mesmo após décadas de uso.

1- Reação do Cr com O2

2 – Formação da camada

Outros elementos como níquel, molibdênio, titânio e nióbio, para citar alguns,
permitem que o inox seja dobrado, soldado, estampado e trabalhado de forma a
poder ser utilizado nos mais variados produtos. A seleção correta do tipo de inox
e de seu acabamento superficial são fatores importantes para assegurar uma
longa vida útil ao material.


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6.6.2 – AÇO INOXIDÁVEL - TIPOS:
Os aços inox podem ser classificados em cinco tipos de acordo com sua composição e
estrutura em:
Ferríticos (Família normativa 430, 409 e 410S): possuem de 11 a 17% de cromo (Núcleo
Inox) e menos que 0,3% de carbono (COSTA). Não possui níquel e são mais econômicos. Os
aços ferríticos possuem grande resistência a corrosão sob tensão e sua resistência pode ser
aumentada por trabalho a frio. Apresenta fácil conformação, são magnéticos e soldáveis com
alguns cuidados especiais.
Martensíticos (Família normativa 420): possuem de 12% a 18% de cromo (Núcleo Inox), e de
1% a 1,5% de carbono (COSTA). Podem receber tratamento de têmpera adquirindo elevados
níveis de dureza e resistência mecânica. São magnéticos, pouco soldáveis, apresentam baixa
resistência a corrosão.
Austeníticos (Famílias normativas 301, 304, 304L, 306 e 306L): possuem de 17% a 25% de
cromo, e de 7% a 20% de níquel (Núcleo Inox). Apresentam alta ductilidade e soldabilidade e
são o tipo de aço inox mais utilizado por apresentar melhor resistência a corrosão,
principalmente se adicionados elementos como o molibdênio ou reduzido seu teor de
carbono. Não são magnéticos e podem ser utilizados para trabalhos a temperaturas muito
baixas (menor que 0°C) ou muito altas (até 925°C).


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6.6.2 – AÇO INOXIDÁVEL - TIPOS:
Além destes grupos principais existem o aço inoxidável duplex e o PH.
O duplex é um aço formado por uma estrutura dupla de matriz ferrítica com ilhas de
austenita e que apresenta características de elevada resistência mecânica e à corrosão.
O PH é o aço inoxidável endurecível por precipitação (PH). De estrutura martensítica, é ferro
magnético e tem sua dureza aumentada por um processo diferente dos martensíticos
atingindo uma resistência a tração da ordem de 1700 MPa. Possuem boa ductilidade e
tenacidade sendo sua resistência à corrosão comparável ao aço austenitico 304.
O aço PH é muito usado na indústria aeroespacial enquanto que o duplex possui larga
aplicação nas indústrias alimentícias, químicas, petroquímicas, papel e celulose dentre
outras.



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7 –AÇOS API E PROPRIETÁRIOS



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7.1 AÇOS API:
São aços fabricados segundo a norma API 5CT. A norma padroniza composição química,
tratamento térmico e estabelece os indicadores de desempenho para os ensaios de tração,
dureza, resistência ao H2S entre outras coisas.
A codificação se dá pelo uso de letras e números , a letra não tem significado especial mas
o número significa o limite mínimo de tensão em KSI necessário para romper o limite
elástico do aço.
Ex:
N80 = 80.000 psi ou 80 KSI é o mínimo de tensão necessária para romper o limite elástico.



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7.2.1 AÇOS API: CÓDIGO
DE CORES
Para
que
seja
possível
diferenciar um aço de outro
visualmente, foi adotado um
código de cores para as luvas e
para faixas que são marcadas
no corpo do tubo.
Isto é muito útil porque impede
que um tubo projetado para
uma determinada situação seja
utilizado em outra para o qual
não foi dimensionado.



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7.2.1 AÇOS API: CÓDIGO DE CORES
Tabela C66 da API 5 CT.



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7.2.1 AÇOS API: CÓDIGO DE
CORES

H-40 = LUVA PRETA. FAIXA PRETA AO REDOR DO TUBO

M-65 = LUVA VERMELHA COM FAIXA MARROM E
FAIXAS AZUL E VERDE NO CORPO DO TUBO.



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7.2.2 AÇOS API: RESISTÊNCIA A TENSÃO
YIELD STRENGTH - MINIMUM PSI:
TENSÃO MÍNIMA NECESSÁRIA PARA ROMPER O LIMITE ELÁSTICO DO MATERIAL.
YIELD STRENGTH - MAXIMUM PSI:
TENSÃO MÁXIMA NECESSÁRIA PARA ROMPER O LIMITE ELÁSTICO DO MATERIAL.
TENSILE STRENGTH - MINIMUM PSI
TENSÃO MÍNIMA NECESSÁRIA PARA ROMPER O LIMITE DE PLASTICO DO
MATERIAL. INÍCIO DA RUPTURA



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YIELD STRENGTH MINIMUM PSI:
TENSÃO MÍNIMA
NECESSÁRIA PARA
ROMPER O
LIMITE ELÁSTICO
DO MATERIAL.



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API GRADE
H-40
J-55
K-55
C-75
L-80
N-80
C-95
P-110
Q-125


YIELD
YIELD
TENSILE
ROCKWELL C
STRENGTH STRENGTH STRENGTH HARDNESS
MINIMUM PSI MAXIMUM PSI MINIMUM PSI
(EST.)
40,000
80,000
60,000
0-15
55,000
80,000
75,000
0-15
55,000
80,000
95,000
14-25
75,000
90,000
95,000
14-26
80,000
95,000
95,000
14-23
80,000
110,000
100,000
16-25
95,000
110,000
110,000
22-31
110,000
140,000
125,000
27-35
125,000
150,000
135,000
30-38


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7.2.3 AÇOS API: COMPOSIÇÃO QUÍMICA



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7 – AÇOS API E PROPRIETÁRIOS
A API 5CT no item 7.1 diz que os aços devem seguir as composições descritas na C5 no anexo
C.
Esta tabela limita a adição de CARBONO, MANGANÊS; MOLIBDÊNIO; CROMO; NÍQUEL; COBRE;
FÓSFORO; ENXOFRE E SILÍCIO.
Estes elementos junto com o FERRO é irão ser processados na aciaria e a quantidade e a forma
como serão adicionados serão determinantes para as características do aço que se deseja
obter.



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7.2.4 AÇOS API: PROCESSOS DE MANUFATURA
Os tubos OCTG podem ser produzidos por dois processos distintos:
SEAMLESS PROCESS – Processo de laminação que produz tubos sem costura.
ERW PROCESS – Processo de dobra e solda elétrica de chapas que produz tubos com
costura.
A norma API regulamenta quais tipos de aço podem ser utilizados para a produção de tubos
em cada processo.
O L80 por exemplo só pode ser produzido pelo processo seamless, enquanto o K55 pode ser
produzido pelos dois sistemas.



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7.2.4 AÇOS API: PROCESSOS DE MANUFATURA



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7.2.4 AÇOS API: PROCESSOS DE MANUFATURA – Tubo com costura

Electric Resistance Welded Pipe - ERW



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7.2.4 AÇOS API: PROCESSOS DE MANUFATURA – Tubo sem costura

Seamless Pipe - S


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7.3 AÇOS PROPRIETÁRIOS:
São graus de aço desenvolvidos pelos fabricantes para atender demandas de desempenho que
não são cobertas pelos graus API. Os grupos mais comuns são os seguintes:
Graus High Collapse
Os graus proprietários High Collapse (HC) oferecem uma maior resistência a pressão externa
do que os graus API. Isto só pode ser obtido devido à alta capacidade dos processos
(laminação, tratamento térmico e desempeno a quente) que garantem uma adequada
espessura de parede, ovalização, limite de escoamento e tensões residuais, parâmetros estes
que influenciam a performance ao colapso.
Graus Sour Service
São aços que possuem desempenho superior em ambientes com diferentes concentrações de
H2S em diferentes cenários de tensões combinadas e temperaturas.
Graus com adição de Cromo (13Cr) para ambientes corrosivos
São aços que possuem desempenho superior em ambientes com diferentes concentrações de
CO2 e CO2 combinado com H2S em diferentes cenários de tensões combinadas e
temperaturas.



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7.3 AÇOS PROPRIETÁRIOS:
Deep Well Service - DW:
Usados em poços com mais de 4500m de profundidade. Possuem excelente resistência a
tração e ao colapso.
Low Temperature Service – LT:
Usados em ambientes com temperaturas muito baixas (-45 °C), onde são necessários
ductilidade altamente eficaz e tenacidade à fratura. Quando os metais não tem suficiente
resistência ao impacto e são expostos a temperaturas baixas, eles se tornam muito frágeis.
Graus CRA:
São aços com grande adição de Cromo e Níquel em suas ligas e são usados em ambientes
corrosivos severos. São aços com características inoxidáveis.
Podemos citar:
DUPLEX; SUPER DUPLEX; SUPER AUSTENÍTICO; INCONEL etc.



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7.3.1 AÇOS PROPRIETÁRIOS: CRA
DUPLEX:
Aço duplex é um tipo de aço inoxidável composto pela combinação de dois tipos de
microestrutura: Ferrítica e austenítica. Sua principal característica é a excelente resistência
à corrosão em meios agressivos devido à sua habilidade em se passivar, ou seja acionar a
camada superficial que é responsável pela proteção do aço em meios agressivos (esta camada
é extremamente fina 3° a 50A) e permanecer no estado passivo em diversos meios aos quais é
submetido; Devido ao efeito do refino de grão obtido pela estrutura austenítica-ferrítica e ao
endurecimento por solução sólida, estes aços apresentam resistência mecânica superior aos
aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos. Veja abaixo um exemplo de composição química:
Porcentagem média

Elemento químico

22% a 25%

Cr

5%

Ni

3%

Mo

0,15%

N

0,02%

C



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SUPER DUPLEX:
O grau é caracterizado por uma boa resistência à corrosão por cloretos, combinada com uma
elevada resistência mecânica. Ele é particularmente adequada para utilização em ambientes
agressivos, tais como a água salgada , cloratos aquecidos e ácidos, meios contendo cloreto.
Adequado para serviço em condições altamente corrosivos e de elevada resistência, onde for
necessário, as propriedades de vêm sendo largamente utilizados offshore na exploração e
produção de óleo e gás . Usado em permutadores de calor na indústria petroquímica e de
processamento químico.
EX: COMPOSIÇÃO QUÍMICA
C 0.030 max
Cr 24.0-26.0
Cu 0.5 max
Mn 1.20 max
Mo 3.0-5.0
N 0.24-0.32
Ni 6.0-8.0
P 0.035 max
S 0.020 max
Si 0.8 max


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SUPER AUSTENÍTICO:
Uma linha de aços que alia alta resistência à corrosão e excelente trabalhabilidade. Por isso é
muito requisitada na fabricação de peças que não podem ser corroídas e também de
equipamentos químicos.
Esses materiais são utilizados, principalmente, nas indústrias alimentícia, de bebidas,
farmacêutica, hospitalar, química, petroquímica, de papel e celulose, além de máquinas e
equipamentos.
Os aços Austeníticos são o grupo principal de aços inoxidáveis; a composição mais comum é
18% Cr e 8% Ni (ex. aços 18/8, tipo 304). Um aço com melhor resistência à corrosão é criado
pela adição de 2-3% de molibdénio, geralmente chamado de “aços à prova de ácido”: (tipo
316). O grupo MC também inclui aços inoxidáveis Super Austeníticos com um teor de Ni acima
de 20%. Os aços Austeníticos endurecidos por precipitação (PH) possuem uma estrutura
austenítica na condição tratada por calor e um teor de Cr superior a 16% e um teor de Ni
superior a 7%, com aproximadamente 1% de alumínio (Al). Um aço endurecido por
precipitação típico é o aço 17/7 PH.



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INCONEL:
Inconel é uma família de austenítica de níquel - cromo com base em superligas . O nome é
uma marca registrada da Special Metals Corporation .
Inconel ligas são tipicamente utilizados em aplicações de elevada temperatura. Ele é muitas
vezes referida em Inglês como "Inco" (ou ocasionalmente "Iconel"). Nomes comerciais comuns
para a liga Inconel 625 incluem: Inconel 625, Chronin 625, Altemp 625, Haynes 625, 625 e
Nickelvac Nicrofer 6020.
A família de ligas de Inconel foi desenvolvido pela primeira vez na década de 1940 por equipes
de pesquisa no Wiggin Alloys ( Hereford, Inglaterra ), que já foi adquirida pela SMC, em apoio
ao desenvolvimento do White e motor a jato. Abaixo o exemplo de composição química:



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7.3.1 AÇOS PROPRIETÁRIOS: Nomenclaturas
Cada fabricante adota o nome que melhor lhe convém, mas há um certo padrão. Em geral
vem as iniciais da companhia que fabrica o aço, depois o limite mínimo de tensão em KSI para
romper o limite elástico e depois o tipo de serviço que o material deve ser empregado (Ex: SS)
ou o elemento de liga que o diferencia (Ex: Cr).
Assim temos:
Vallourec: VM
Sumitomo: SM
JFE: JFE
Tenaris: TN
US Steel: USS
Baos Steel: BG



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7.3.2 AÇOS PROPRIETÁRIOS: Catálogos
Os fabricantes elaboram catálogos que orientam os clientes sobre as características físicas e
químicas de seus aços. São nestas publicações também que temos definidos os códigos de
cores e marcação de cada aço proprietário. Vejamos alguns exemplos:



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7.3.2 AÇOS PROPRIETÁRIOS:
Catálogos
CÓDIGO DE CORES DA VALLOUREC



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Catálogos
CÓDIGO DE CORES DA JFE



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Catálogos: CÓDIGO DE CORES DA
SUMITOMO



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Catálogos: CÓDIGO DE CORES DA
TENARIS



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8 – CORROSÃO E FRAGILIZAÇÃO



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8.1 CORROSÃO
“Interação físico-química entre um metal e o meio envolvente, da qual
resultam mudanças nas propriedades do metal, levando frequentemente à
sua inutilização ou do sistema técnico do qual faz parte ou ainda à
alteração do meio ” (Federação Européia de Corrosão).
“Deterioração de um material ou das suas propriedades devido à reação
com o meio envolvente” (NACE - The National Association of Corrosion
Engineers - USA).



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Algumas definições entendem que “corrosão” tem que envolver uma reação
eletroquímica.
Outras definições, mais abrangentes, poderão incluir todas as alterações induzidas
pelo meio sobre os materiais  neste caso não só metais mas também polímeros,
cerâmicos, pedra, madeira, ... e admite também que, para além do próprio
material, as suas propriedades podem deteriorar-se.



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- É um processo espontâneo que ocorre frequentemente na natureza por ação de
diversos fatores.
- ex.: proc. de desgaste por atrito, por erosão ou por fatores mecânicos.
- Deterioração sofrida por um material metálico em consequência da ação
eletroquímica do meio (N-2561 / 96 - Petrobras).
- Ponto de vista eletroquímico: estudar apenas os fenômenos cujas origens são
processos de oxidação de elementos metálicos.



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8.1.1 Considerações Energéticas
• A corrosão resulta da tendência que os materiais têm em voltar ao seu
estado de menor energia, que é o que se encontra naturalmente no seu
minério de origem;
• A obtenção do metal faz-se à custa do fornecimento de energia (processos
metalúrgicos);
• A tendência do metal será, pois, voltar ao estado original, i.e., à sua forma
oxidada.
Minério + Energia => Metalurgia => Metal
Minério + Energia <= Corrosão <= Metal



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8.1.2 Importância da Corrosão Metálica
• uso crescente de metais no campo tecnológico
• utilização de construções metálicas de grandes dimensões, mais susceptíveis à
corrosão do que as estruturas (pesadas) de pedra (do passado) .
• meios cada vez mais agressivos, tanto em domínios de aplicação corrente (água e
ar poluídos) como em domínios industriais (processos envolvendo reagentes
agressivos e perigosos) .
• utilização de metais raros  caros, em certas aplicações especiais (energia
atômica, domínio espacial). A falta de materiais resistentes pode mesmo ser um
entrave ao progresso nessas áreas.



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8.1.3 Custos devidos à corrosão
• Custos diretos
• Custos de substituição de peças danificadas (incluindo energia e mão de obra)
• Custos de manutenção de sistemas de proteção (revestimentos, proteção
catódica, ...)



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8.1.3 Custos devidos à corrosão
• Custos indiretos
• Paralisações
• Perda de produto
• Perda de eficiência
• Contaminação de produtos
• Necessidade de super-dimensionamento dos projetos
• Outros custos
• Segurança de instalações, cuja falha pode resultar em perdas humanas
(automóveis, aviões, pontes, tubulações, tanques, etc)
• Degradação de monumentos



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8.1.4 Seleção de um material
Para a seleção de um aço deve ser levada em consideração os seguintes fatores:
• Resistência mecânica;
• Resistencia a corrosão;
• Custo;
• Manufatura;
• Disponibilidade;
• Transporte;
• Armazenagem;
• Preservação;
• Manuseio e instalação;



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8.1.5 Fatores Influentes na velocidade de corrosão
A velocidade do processo corrosivo pode ser expressa em termos da corrente de
corrosão. Vale ressaltar : quanto menor for a corrente de intercâmbio, menor será a
magnitude da corrente de corrosão.
Quanto menor a corrente de intercâmbio da reação catódica, menor será também a
magnitude da corrente de corrosão.
Outros fatores importantes que têm influência sobre a velocidade de corrosão são a
concentração do agente corrosivo e a condutividade do meio ao qual o metal está
exposto.
Quando a concentração do agente corrosivo é pequena, a curva catódica atinge o
limite difusional e a velocidade de corrosão passa a ser controlada pelo transporte
do reagente ao centro de ataque no metal, sendo a corrente de corrosão tanto
menor quanto menor for a concentração.
Um exemplo bem conhecido onde este efeito acelera os processos de corrosão é
observado em ambientes localizados perto do litoral pois, devido à alta umidade e à
alta concentração iônica da atmosfera marítima, há uma maior corrosão dos metais.


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8.1.5.1 Meios Corrosivos
Os meios corrosivos em corrosão eletroquímica são responsáveis pelo aparecimento
do eletrólito. O eletrólito é uma solução eletricamente condutora constituída de
água contendo sais, ácidos ou bases.
Principais Meios Corrosivos e Respectivos Eletrólitos
- atmosfera: o ar contém umidade, sais em suspensão, gases industriais, poeira, etc.
O eletrólito constitui-se da água que condensa na superfície metálica, na presença
de sais ou gases presentes no ambiente. Outros constituintes como poeira e
poluentes diversos podem acelerar o processo corrosivo;
- solos: os solos contêm umidade, sais minerais e bactérias. Alguns solos
apresentam também, características ácidas ou básicas. O eletrólito constitui-se
principalmente da água com sais dissolvidos;
- águas naturais (rios, lagos e do subsolo): estas águas podem conter sais minerais,
eventualmente ácidos ou bases, resíduos industriais, bactérias, poluentes diversos e
gases dissolvidos. O eletrólito constitui-se principalmente da água com sais
dissolvidos. Os outros constituintes podem acelerar o processo corrosivo;


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- água do mar: A água do mar em virtude da presença acentuada de sais, é um
eletrólito por excelência. Outros constituintes como gases dissolvidos, podem
acelerar os processos corrosivos; estas águas contêm uma quantidade apreciável de
sais. Uma análise da água do mar apresenta em média os seguintes constituintes
em gramas por litro de água:
Cloreto (Cl-)
18,9799
Sulfato (SO -)
Bicarbonato (HCO )

0,1397

Brometo (Br-)

0,0646

Fluoreto (F-)

0,0013

Ácido Bórico (H3BO3)

0,0260

Sódio (Na+)

10,5561

Magnésio (Mg2+)

1,2720

Cálcio (Ca2+)

0,4001

Potássio (K+)

0,3800

Estrôncio (Sr 2+)


2,6486

0,0133


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- produtos químicos: os produtos químicos, desde que em contato com água ou
com umidade e formem um eletrólito, podem provocar corrosão eletroquímica.



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Geração do meio corrosivo: como foi dito anteriormente oxigênio funciona como
controlado dos processos corrosivos. Portanto, na pressão atmosférica a velocidade
de corrosão aumenta com o acréscimo da taxa de oxigênio dissolvido. Isto ocorre
por ser o oxigênio um elemento despolarizante e que desloca a curva de polarização
catódica no sentido de maior corrente de corrosão;
PH de eletrólito: a maioria dos metais passivam-se em meios básicos (exceção para
os metais.
Temperatura: o aumento de temperatura acelera, de modo geral, as reações
químicas. Da mesma forma também em corrosão as taxas de desgaste aumentam
com o aumento da temperatura. Com a elevação da temperatura diminui-se a
resistividade d eletrólito e consequentemente aumenta-se a velocidade de
corrosão;



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8.1.6 Formas de corrosão
As formas segundo as quais a corrosão pode manifestar-se são definidas
principalmente pela aparência da superfície corroída, sendo as principais:
Corrosão uniforme: quando a corrosão se processa de modo aproximadamente
uniforme em toda a superfície atacada. Esta forma é comum em metais que não
formam películas protetoras, como resultado do ataque;
Corrosão por placas: quando os produtos de corrosão formam-se em placas que se
desprendem progressivamente. É comum em metais que formam película
inicialmente protetora mas que, ao se tornarem espessas, fraturam e perdem
aderência, expondo o metal a novo ataque;
Corrosão alveolar: quando o desgaste provocado pela corrosão se dá sob forma
localizada, com o aspecto de crateras. É frequente em metais formadores de
películas semi protetoras ou quando se tem corrosão sob depósito, como no caso
da corrosão por aeração diferencial;.



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8.1.5 Formas de Corrosão
Corrosão por pite: quando o desgaste se dá de forma muito localizada e de alta
intensidade, geralmente com profundidade maior que o diâmetro e bordos
angulosos. A corrosão por pite é frequente em metais formadores de películas
protetoras, em geral passivas, que, sob a ação de certos agentes agressivos, são
destruídas em pontos localizados, os quais tornam-se ativos, possibilitando corrosão
muito intensa. Exemplo comum é representado pelos aços inoxidáveis austeníticos
em meios que contêm cloretos;
Corrosão intergranular ou intercristalina: quando o ataque se manifesta no
contorno dos grãos, como no caso dos aços inoxidáveis austeníticos sensitizados,
expostos a meios corrosivos;
Corrosão transgranular ou transcristalina: quando o fenômeno se manifesta sob a
forma de trincas que se propagam pelo interior dos grãos do material, como no caso
da corrosão sob tensão de aços inoxidáveis austeníticos.



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8.1.5 Formas de Corrosão



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8.1.6 Corrosão por CO2



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As falhas de corrosão, relacionadas com a corrosão por dióxido de carbono CO2
são responsáveis por 25% dos incidentes relacionados com segurança, 8,5% no
aumento do capital gasto, 5% da perda de produção e 11,5% no aumento dos
gastos com a extração (KERMANI, 2003).
O aço baixo carbono é amplamente utilizado devido ao seu baixo custo, por ser
encontrado em volumes que atendem a demanda da indústria e por atenderem
os requisitos mecânicos, estruturais e de fabricação. Embora a tecnologia de aços
baixo carbono esteja bem desenvolvida, e seja economicamente viável sua
aplicação nas indústrias, eles possuem baixa performance em relação à corrosão
generalizada e por CO2. Dadas as condições associadas à produção de petróleo e
gás e ao transporte destes, a corrosão sempre será um risco em potencial,
principalmente na presença de fase aquosa em contato com o aço (KERMANI,
2003).



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A corrosão por CO2 é frequentemente encontrada na indústria de petróleo e gás
(KINSELLA, 1998) e ocorre em todos os estágios de produção, desde a prospecção
até as instalações de processamento (DURNIE, 2002; MORAMENDOZA, 2002).
A perda de produção e os custos de reparo ocasionados pela corrosão do aço
carbono em contato com gases úmidos e linhas com múltiplas fases tornam
indispensável a adoção de técnicas adequadas para monitoramento do processo
corrosivo por CO2 , por técnicas eletroquímicas adequadas (de WAARD, 1975;
DURNIE, 2002).
Os métodos de prevenção incluem a reposição das tubulações de aço carbono por
ligas resistentes à corrosão e o uso de inibidores e revestimentos não metálicos
(MISHRA, 1997).



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O CO2 se dissolve na água formando ácido carbônico (H2CO3), o qual é agressivo ao
aço carbono (KINSELLA, 1998).
0 potencial de corrosão do ácido carbônico pode ser superior a qualquer outro
ácido completamente dissociado em um mesmo Ph (de WAARD, 1975).
A formação do produto de corrosão sobre a superfície sofre influência da
composição do aço, do fluxo e das condições ambientais, como pH, temperatura,
pressão, composição do eletrólito, existência de inibidores, dentre outros
(KINSELLA, 1998; MORA-MENDOZA, 2002).
Sabe-se que a camada de produto de corrosão tem papel fundamental no
mecanismo, na cinética e no tipo de corrosão por CO2. Quando existe uma camada
protetora, a transferência de massa de e para a superfície metálica se torna o fator
de controle da taxa de corrosão, antes do desprendimento do hidrogênio (KINSELLA,
1998).



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A formação irregular da camada de corrosão e a sua destruição localizada são os
principais fatores que contribuem para a corrosão localizada por CO2.
Camadas de corrosão protetoras são capazes de diminuir a taxa de corrosão inicial
em até 3 vezes, levando a taxa nula de corrosão com o passar do tempo (KINSELLA,
1998). A corrosão por CO2 pode ser ocasionada tanto pelas condições do meio,
quanto pelos aspectos metalúrgicos ou materiais (MISHRA, 1997).



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Formação do ácido carbônico
Reação anódica

Fe2+ + CO32− ↔ FeCO3(s) (7)
Reação catódica sobre a superfície do aço



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8.1.7 Fragilização por H2S



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O hidrogênio é um átomo de tamanho reduzido que consegue se difundir
rapidamente pela malha cristalina de estruturas metálicas.
Essa permeação pode prejudicar as propriedades mecânicas de componentes de
diversos setores industriais, principalmente quando em contato com as fontes de
hidrogênio como o H2S.
O desgaste é designado fragilização por hidrogênio, e o material adquire
susceptibilidade à formação de falhas e de fraturas frágeis



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O processamento e a aplicação de materiais metálicos susceptíveis à fragilização em
contato com hidrogênio representam um desafio para os engenheiros, pelos danos
que afetam a integridade do componente e geram prejuízos.
As indústrias metalúrgica, química, petroquímica, aeroespacial e outras vinculadas
principalmente a atividades com aços de alta resistência presenciam falhas por ação
do hidrogênio, dentre elas a perda de ductilidade e tenacidade, a geração de trincas
internas seguida por fraturas frágeis e o empolamento do material por gás
aprisionado.



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O hidrogênio é capaz de se difundir rapidamente na malha cristalina após absorvido
na superfície metálica, como resultado da combinação entre a difusão e reações
químicas. São as condições de operação que determinam a quantidade potencial de
hidrogênio a ser integrada ao componente, e devem ser controladas para amenizar
tais efeitos degradativos. Para mitigação da fragilização por hidrogênio existem
medidas como a adição de elementos químicos, por exemplo Cu, Co, Ni, que
enobrecem o metal, e tratamentos térmicos que melhoram as propriedades
mecânicas.



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9 – DIAGRAMAS DE ESCOLHA DOS AÇOS



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9 – INTRODUÇÃO
Os fabricantes de tubos de aço elaboraram diagramas que em função das pressões
de CO2 e H2S combinadas com temperaturas poderiam indicar quais tipos de aços
poderiam ser escolhidos e aplicados em determinadas situações.
Estes diagramas devem ser vistos apenas como referência, porque é altamente
indicado que seja chamado um técnico da empresa que fabrica o aço para que junto
com os engenheiros responsáveis pelo dimensionamento das tubulações do poço
possam chegar a uma conclusão.
É importante ressaltar também que no modelo não são considerados os esforços
atuantes e isto pode ser muito importante numa análise combinada que leve em
conta todos os fatores de desempenho para a escolha correta do aço com o qual
serão fabricados os tubos que comporão as colunas de revestimento e produção de
poços de petróleo.



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9.1 - VALLOUREC



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9.2 - SUMITOMO



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9.2 – ISO 15156



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10 – CONEXÕES API



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10.1 FUNDAMENTOS SOBRE CONEXÕES
10.1.1 DEFINIÇÃO
co.ne.xão
(cs) sf (lat connexione) 1 Ligação de uma coisa com outra. 2 Mec Seção de tubo ou
cano, de várias formas, para ligar as extremidades adjacentes de dois tubos ou
canos. Segundo a forma e modo de ligação específicos, é denominada luva, cruzeta,
cotovelo, flange, níple, bucha, união. 3 Mec Ligação entre duas peças, mecanismos,
dispositivos etc. 4 Eletr Ligação de dois condutores de um circuito ou de um
aparelho elétrico a um circuito. 5 Dependência, relação, nexo.



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10.1.1 EXEMPLOS



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10.1.1 DEFINIÇÃO DE CONEXÃO ROSQUEADA
Ligação entre dois segmentos tubulares cilíndricos, por meio de uma união pino e
caixa rosqueados e compatíveis.



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10.1.1 EXEMPLOS CONEXÕES ROSCADAS



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10.1.1 DEFINIÇÃO DE ROSCA
Sulcos contínuos e padronizados em alto ou baixo relevo que seguem uma trajetória
helicoidal (espiral) no entorno de uma superfície cilíndrica.
Geralmente fabricadas por meio de usinagem em metais, podendo ainda serem
fundidas, estampadas ou prensadas em diversos tipos de materiais.
Foram inventadas pelo filósofo e matemático pitagórico Arquitas de Tarento (428 ac
a 350 ac). Tarento atualmente na Itália, à época pertencia a Grécia. Arquitas é
considerado o pai da matemática aplicada a mecânica.



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10.1.1 DEFINIÇÃO DE ROSCA – ARQUITAS DE TARENTO



ABRIL DE 2013

10.1.1 DEFINIÇÃO DE ROSCA - ESPIRAL



ABRIL DE 2013

10.1.2 PARTES QUE COMPÕE UMA ROSCA



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FLANCO DE
ENTRADA

CRISTA

FLANCO DE
CARGA

RAÍZ



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FLANCO DE ENTRADA (STABBING FLANK): É a face frontal do fio de rosca. É a parte
que terá o primeiro contato do pino com a caixa no início do acoplamento.
FLANCO DE CARGA (LOAD FLANK): É a face traseira do fio de rosca. É a parte que
será primeiramente tensionada quando a conexão for exposta a esforços de tração.
CRISTA (CREST): É a parte superior do filete de rosca. Poderá ou não estar em
contato com a raiz da caixa.
RAIZ (ROOT): É a parte inferior do filete de rosca. Poderá ou não estar em contato
com a crista da rosca.



ABRIL DE 2013

10.1.3 DIÂMETROS QUE COMPÕE A ROSCA

DIAMETRO
MÉDIO OU
PITCH

DIAMETRO
MAIOR

DIÂMETRO
MENOR



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10.1.3 DIÂMETROS QUE COMPÕE UMA ROSCA
DIÂMETRO MÉDIO OU PITCH: É o diâmetro médio da rosca.
DIÂMETRO MENOR: É o diâmetro medido da raiz da rosca.
DIÂMETRO MAIOR: É o diâmetro medido na crista da rosca.



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10.1.3 TIPOS DE ROSCAS QUANTO A INCLINAÇÃO DO EIXO (CONICIDADE):
CILÍNDRICAS ou RETAS: São roscas que não possuem inclinação no eixo paralelo
(crista ou raíz) ao eixo de centro do cilindro o qual a rosca fabricada. Exemplo:
roscas em fusos de tornos, parafusos com porcas, etc.



ABRIL DE 2013

10.1.3 TIPOS DE ROSCAS QUANTO A INCLINAÇÃO DO EIXO (CONICIDADE):
CÔNICAS: São roscas que possuem inclinação no eixo paralelo (crista ou raiz) ao
eixo de centro do cilindro o qual a rosca fabricada. A medida desta inclinação é
chamada de conicidade. Ex.: conexões em tubos de revestimento, de produção, de
perfuração, etc.



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10.1.4 DIMENSÕES BÁSICAS DE UMA ROSCA:
COMPRIMENTO
PASSO
PROFUNDIDADE



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10.1.4 DIMENSÕES DE UMA ROSCA:

Ângulo do cone



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10.2 CONEXÕES API – PINO E CAIXA
CAIXA

PINO



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10.2 CONEXÕES API
10.2.1 LINE PIPE: Conexão geralmente usada para condução de hidráulica de
superfície do poço on shore até algum local de armazenagem. Geralmente trabalha
com baixas pressões de linha.



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10.2 CONEXÕES API
10.2.2 ROSCA REDONDA: Conexão usada em tubing NU (10 e 8 fios por polegada);
tubing EU (8 fios por polegada) e casing (versões curta e longa de 8 fios por
polegada). Na versão tubing é usada em tubos de produção e na versão casing em
tubos de revestimento.



ABRIL DE 2013

10.2 CONEXÕES API
10.2.2 ROSCA REDONDA



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10.2 CONEXÕES API
10.2.2 ROSCA REDONDA – TUBING EU
Possui um reforço na parede do pino
chamado de upset, o objetivo deste
aumento de parede é aumentar a seção
crítica do tubo e com isto aumentar
também a resistência a tração.



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10.2 CONEXÕES API
10.2.2 ROSCA REDONDA – TUBING NU
Não possui nenhum reforço na conexão.



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10.2 CONEXÕES API
10.2.2 LTC (LONG THREAD CASING) E STC (SHORT THREAD CASING).
A diferença básica entre estas conexões está no comprimento da rosca.



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10.2 CONEXÕES API
10.2.3 BTC (BUTTRESS THREAD CASING).
Conexão de formato trapezoidal. Sua origem está relacionada com as roscas
quadradas que começaram a ser utilizadas depois de 1850 na indústria. É uma
evolução de diversos formatos trapezoidais como outros tipos de buttress e a rosca
ACME. Possui 5 fios por polegada, passo é de 5,08mm e altura do filete é de
1,575mm. O ângulo de entrada é de +10° e o de carga é de +3° a conicidade é de
1/16 ou de 3°34´34” no diâmetro em tubos até 13 3/8” acima disto a conicidade é
alterada para 1”/1FT o que dá em torno de 4°50´22” no diâmetro.



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10.2 CONEXÕES API
10.2.3 BTC (BUTTRESS THREAD CASING).



ABRIL DE 2013

10.2 CONEXÕES API
10.2.3 BTC (BUTTRESS THREAD CASING).DISTRIBUIÇÃO DAS TENSÕES



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10.2 CONEXÕES API
10.2.3 BTC (BUTTRESS THREAD CASING). CORTE



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10.2 CONEXÕES API
10.2.3 BTC (BUTTRESS THREAD CASING). CORTE

CAIXA BTC


CALIBRES BTC


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10.2 CONEXÕES API
10.2.4 EXTREME LINE



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10.2 CONEXÕES API
10.2.4 EXTREME LINE – Perfil de rosca da conexão. Conexão integral com um selo de
vedação contra gás (metal-metal). A conexão é reforçada com um recalque de pino
e caixa que possibilita um aumento na resistência à tração. Não possui ombro de
torque. Hoje está em desuso em função da adoção das conexões premium
proprietárias.



ABRIL DE 2013

10.2 CONEXÕES API
10.2.4 EXTREME LINE – Acoplamento



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10.2 CONEXÕES API
10.2.4 EXTREME LINE – Pino



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11 – CONEXÕES PREMIUM



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11.1 CONEXÕES PREMIUM – DEFINIÇÕES
São conexões projetadas pelos fabricantes de tubos para atender às demandas por
desempenho não cobertas pelas conexões API.
Em geral, cada conexão Premium possui desenho diferente, salvo aquelas que são cópias
das originais. Este desenho depois de concebido é patenteado.
Em geral possuem selo de vedação metal / metal e ombro de torque e são internamente
flush (lisas no acoplamento). Cada fabricante testa sua conexão e garante padrões de
desempenho diferentes em tração, compressão, vedação, pressão interna e externa.
As conexões Premium podem ser:
a) Tubo e luva – Pino no tubo e caixa acoplada.
b) Integral flush – Pino e caixa usinados no tubo. Não há diferenciação de diâmetro
interno e externo.
c) Integral semi-flush - Pino e caixa usinados no tubo. Há diferenciação de diâmetro
interno e/ou externo.



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11.1 CONEXÕES PREMIUM – DEFINIÇÕES – CONEXÃO TUBO E LUVA
Internamente flush

Filetes de rosca acoplados
caixa

Ombros
acoplados
Selos acoplados

pino



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Selos acoplados

Caixa
Pino

Ombros acoplados



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Caixa

Selos acoplados
Ombros acoplados

Pino



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Caixa

Ombros acoplados
Selos acoplados

Pino



ABRIL DE 2013

Pino
Caixa


Selos acoplados

Ombros acoplados


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Caixa

Ombros acoplados
Selos acoplados
Pino



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11.1 CONEXÕES PREMIUM – DEFINIÇÕES – CONEXÃO INTEGRAL FLUSH

pino
Ombros
acoplados
Selos acoplados
caixa



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Pino
Ombros acoplados
Selos acoplados

Selos acoplados
Caixa



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Pino

Selos acoplados
Selos acoplados

Caixa



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11.1 CONEXÕES PREMIUM – DEFINIÇÕES – CONEXÃO INTEGRAL SEMI-FLUSH

Pino

Selos acoplados
1º Estágio filetes de rosca acoplados
Ombros acoplados
2º Estágio filetes de rosca acoplados
Selos acoplados

Caixa



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Pino

Selos acoplados
Selos acoplados

Caixa



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Pino

Ombros acoplados
Selos acoplados
Caixa



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