ESTUDO COMPARATIVO DA VIDA EM FADIGA DE AÇOS FUNDIDOS E FORJADOS DE ALTA RESISTÊNCIA PARA UTILIZAÇÃO EM ACESSÓRIOS DE LINHAS DE ANCORAGEM DE PLATAFORMAS OFFSHORE

Abstract

The present work is part of a research program which focuses the development of a methodology capable to provide the prediction of the cycles of fatigue life of an IACS W22 (2009) grade R4 steels used in offshore oil platforms mooring chain manufacturing and its accessories as well. The classification societies state that the mooring lines shall be periodically inspected, but the only way to assess its cycles of fatigue life is through mooring chains full scale tests, simulating the service life until the fatigue failure. This full scale test requires specific test facilities involving high costs and a very long period of time to complete a testing program. Therefore, it has been tried to develop a testing program in laboratory in order to replace these full scale tests in such way that make feasible the predictions with more frequency, cost and term reduction. By considering that the R4 type steel can be manufactured from different routes as rolling, forging and casting depending on the component geometry, the work was conducted by performing rotating bending fatigue tests in order to obtain the S-N plots using specimens of each R4 type steels. Tensile tests and Hardness tests were performed after the cyclic loading of the fatigue damaged test samples aiming to verify a relationship between the cycles of life in fatigue and mechanical properties. The results revealed that the specimens originating from forged steel had larger fatigue limit compared with the specimens from cast steel. For high stresses, the cast steel specimens demonstrated to have larger number of cycles in fatigue life than those ones of forged steel, and for both routes of manufacture were not observed any evidence of a relationship between accumulated fatigue damage and degradation of mechanical properties.

O presente trabalho é parte de um programa de pesquisa que focaliza o desenvolvimento de metodologia capaz de fornecer previsão de vida residual em fadiga dos aços da classe IACS W22 (2009) Grau R4 usado na fabricação de amarras e acessórios de linhas de ancoragem de plataformas de petróleo. As sociedades classificadoras estabelecem que as linhas de ancoragem devam ser inspecionadas periodicamente, mas a única maneira de avaliar a vida residual em fadiga é através dos testes em escala real, simulando a vida de serviço em fadiga até a falha. Este ensaio em escala real requer facilidades específicas que envolvem custos elevados e um período muito longo para completar o programa. Assim, tenta-se desenvolver programas que permitam substituir estes ensaios em escala real, de forma a tornar viável esta predição, com mais frequência, menores custos e prazos. Considerando que o aço Grau R4 pode ser fabricado por diferentes rotas, como laminação, forjamento e fundição, dependendo da geometria do componente, o trabalho foi conduzido por meio de ensaios de flexão rotativa para obtenção de curvas S-N usando corpos-de-prova específicos para cada rota de fabricação de aços Grau R4. Os ensaios de tração e microdureza foram executados após o carregamento cíclico em ensaios de fadiga para acúmulo de dano, buscando verificar uma relação entre ciclos de vida em fadiga e propriedades mecânicas. Os resultados revelaram que os corpos-de-prova de aço forjado tiveram maior limite de fadiga comparativamente com os corpos-de-prova de aço fundido. Em altas tensões, os corpos-de-prova de aço fundido demonstraram possuir maior número de ciclos de vida em fadiga, e, em ambas as rotas de fabricação, nenhum indício de existência de relação entre dano acumulado em fadiga e degradação das propriedades mecânicas foi observado.