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Tesis

Estudio de las cinéticas de recuperación y termofluencia en aceros al Cr-Mo, sin y con deformación previa

2008



Título Estudio de las cinéticas de recuperación y termofluencia en aceros al Cr-Mo, sin y con deformación previa
Nombre Bergant, Marcos
Ingeniero Mecánico Universidad Nacional del Comahue Argentina
Magister en Ciencia y Tecnología de Materiales UNSAM
Directores Ing. Pérez Teresa.
Dr. Alvarez Miguel Vicente.
. SIDERCA
Fecha Defensa 19/08/2008
Jurado Dra. Cuniberti Adela Univ. Nac. del Centro IFIMAT
Dr. Mosca Hugo CNEA UNSAM
Dr. Rubiolo Gerardo CNEA UNSAM
Código Código IT IS/T--114/08

Resumen

Ciertas uniones roscadas especiales requieren, durante su producción, la deformación en frío de los extremos de los tubos laminados, templados y revenidos, para la adecuada fabricación de las roscas. Durante esta operación de produce una deformación plástica localizada. sta introduce una alta densidad de dislocaciones en el material, mientras que la no homogeneidad en la deformación genera un estado de tensiones residuales en los extremos de los tubos. Debido a que estos fenómenos afectan las propiedades mecánicas y la resistencia del material a la fisuración bajo tensión en medio sulfhídrico durante el servicio, los extremos de los tubos deformados en frío son tratados térmicamente. Durante el proceso de recocido el material es calentado, activándose los fenómenos metalúrgicos de recuperación y termofluencia. Estos son los mecanismos operantes en la recuperación de la deformación y la relajación de las tensiones residuales, motivo por el cual el modelado de éstos constituye una herramienta importante para el diseño y optimización de los tratamientos térmicos a aplicar. El objetivo del presente trabajo se centró en el estudio teórico y experimental de las cinéticas de recuperación y termofluencia. En el desarrollo teórico se formuló un modelo metalúrgico capaz de predecir las cinéticas de recuperación y termofluencia. Por su lado, en la parte experimental se diseñaron y realizaron ensayos de recuperación y termoluencia, con la finalidad de ajustar y validar el modelo propuesto. En la literatura se han presentado modelos basados en la densidad de dislocaciones como parámetro microestructural que caracteriza la evolución de la estructura de dislocaciones durante los procesos de recuperación y termofluencia. Otros modelos, por su parte, han sido desarrollados considerando que la estructura de dislocaciones en un material puede representarse en forma similar a una red formada por segmentos de dislocaciones, con un espectro de longitudes. En estos modelos, el parámetro microestructural que gobierna la evolución de la estructura de dislocaciones es la distribución de longitudes de segmentos de dislocaciones. Siguiendo estas últimas ideas, se desarrolló un modelo metalúrgico capaz de predecir la evolución temporal de la distribución de longitudes de dislocaciones durante los procesos de recuperación y termofluencia. A partir de esta se derivan la densidad de dislocaciones y la velocidad de deformación por termofluencia, como funciones del tiempo. El modelo desarrollado cuenta con una serie de parámetros empíricos, cuyos valores se han determinado a través del ajuste y validación de datos experimentales obtenidos de los ensayos de recuperación y termofluencia, utilizando un acero al Cr-Mo templado y revenido. En el caso de los ensayos de recuperación, el material original fue deformado en frío hasta el 2,6 por ciento y el 7 por ciento. Por su lado, para los ensayos de termofluencia se utilizó el material sin deformación previa.

Complete Title

Abstract

Some special connections require, during their manufacture, a cold deformation of the tube ends to obtain the appropriate shape for threading. During this operation, there is a localized plastic deformation, which introduces a high dislocation density in the material. The non homogeneity of this deformation generates a residual stress field in the tube ends. As both phenomena affect the mechanical resistance of the pipe and the sulphide stress cracking performance during service, the cold deformed tube ends are heat treated. During the annealing process, the material is heated to recover the mechanical properties and to relax the stresses. At high temperatures, the metallurgical phenomena of recovery and creep activate, which are the operating mechanisms in the deformation recovery and the residual stresses relaxation, respectively. For this reason, the modeling of these phenomena constitutes an important tool for the heat treatments design and optimization. The objective of the present work is focused on the experimental and theoretical study of the recovery and creep kinetics. In the theoretical study, a metallurgical model is developed, which is able to predict the recovery and creep kinetics. In the experimental study, recovery and creep tests are designed and carried out, in order to fit and validate the proposed model. Several models have been proposed in the literature. Some of them are based on the dislocation density as the microstructural parameter that characterizes the evolution of the dislocation structure during the recovery and creep processes. Other models consider that the dislocation structure in a material can be represented as a network formed by dislocation links, with a spectrum of lengths. In these models, the microstructural parameter that governs the dislocation structure evolution is the distribution of dislocation link lengths. Following the last ideas in this thesis, a metallurgical model is developed. The model is able to predict the temporal evolution of the distribution of dislocation link lengths during the recovery and creep processes. The dislocation density and the strain rate can be evaluated from the dislocation link lengths distribution, as time functions. The developed model has empiric parameters, which have been fitted from experimental data from recovery kinetic and creep tests. The material under study is a quenched and tempered Cr-Mo steel. In the recovery kinetic tests, the as-received material was cold deformed up to 2.6 per cent and 7 per cent, while the creep tests were done on the material without previous deformation.

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