Desarrollo de componentes de acero para la unión de tubos de grandes dimensiones para aplicaciones offshore

Abstract

El trabajo que se presenta en esta tesis surge como continuación al trabajo desarrollado durante el proyecto industrial llevado a cabo entre la empresa Talleres Gainza S.L. y el CEIT. El objetivo principal de la tesis, al igual que el del proyecto industrial, ha sido el desarrollo de componentes de acero, principalmente bridas y anillos, utilizados para la unión entre los diferentes tramos de tubería de grandes oleoductos y gasoductos submarinos. Estas piezas se fabrican mediante forja y/o laminación en caliente, utilizando aceros de bajo carbono (< 0,16 %C), por requerimientos de soldabilidad, y de baja aleación, seguido de un tratamiento térmico, en general de temple y revenido. Estos tratamientos son necesarios para conferir a la pieza las propiedades mecánicas de resistencia y tenacidad exigidas al producto. Al tratarse de piezas de grandes dimensiones, una de las características es la existencia de un amplio abanico de microestructuras de transformación a lo largo de la sección después del tratamiento de temple. Por lo tanto, es importante conocer cuales son las fases que pueden aparecer para un rango dado de velocidades de enfriamiento. Con este objetivo se han llevado a cabo ensayos de dilatometría, con los que se han podido obtener curvas CCT para algunos de los materiales estudiados. Uno de los principales problemas que surgen en la fabricación de este tipo de componentes es garantizar la templabilidad de las piezas en todo su espesor, ya que deben dar características mecánicas (resistencia y tenacidad) a una determinada profundidad. Se ha estudiado la templabilidad de todos los materiales utilizando el ensayo Jominy estándar. A su vez, y como complemento a los ensayos de dilatometría, se ha realizado una caracterización microestructural exhaustiva de las probetas Jominy ensayadas. Por último, este tipo de ensayo ha permitido obtener relaciones entre la dureza y la velocidad de enfriamiento en cada posición Jominy para los distintos materiales estudiados. Tal y como se ha indicado anteriormente, este tipo de piezas son sometidas tras el temple a un tratamiento de revenido. Debido a que todos los componentes utilizados en este sector deben cumplir con la norma DNV-OS-F101 y teniendo en cuenta el abanico de microestructuras de transformación que aparecen a lo largo de la sección, es de suma importancia conocer como puede afectar este tipo de tratamiento a las propiedades mecánicas y de tenacidad de cada una de ellas. Por todo ello, en primer lugar y con el objetivo de analizar el efecto que puede tener el tratamiento de revenido sobre la dureza de este tipo de materiales se han utilizado las probetas Jominy sometiéndolas a diferentes condiciones de revenido. Hay que señalar que a lo largo de la probeta Jominy se crea un gradiente de velocidades de enfriamiento que permite obtener todo el abanico de microestructuras de transformación posible. Posteriormente, mediante el empleo de tres medios de enfriamiento diferentes (temple en agua, temple en aceite y enfriamiento al aire), con los que se obtienen diferentes velocidades de enfriamiento y por tanto diferentes microestructuras de transformación se ha analizado la influencia que tiene el tratamiento de revenido sobre las propiedades mecánicas (ensayos de tracción y ensayos de tenacidad Charpy) para diferentes microestructuras de partida. Para finalizar, teniendo en cuenta el coste que puede suponer fabricar una de estas piezas para una posterior caracterización mecánica y microestructural, se han utilizado herramientas estadísticas (Essential Regression) y de modelización por elementos finitos (ABAQUS) para el desarrollo de modelos que permitan predecir las propiedades mecánicas de este tipo de componentes en función de la composición química y condiciones de enfriamiento sin la necesidad de fabricarlos.