Simulación termomecánica de proceso de flexión en caliente en cladding de Inconel 625

Abstract

Los tubos de acero al carbono para el transporte de hidrocarburos en instalaciones offshore requieren de un depósito por soldadura de Inconel 625 en el diámetro interno (cladding) para evitar en servicio corrosión y daño por hidrógeno. El proceso de flexión por inducción en caliente (típicamente entre 850 y 1100 °C) se utiliza para fabricar las curvas que hacen parte de los ductos de las líneas de conducción, el inconveniente es que durante este proceso pueden aparecer microfisuras tanto en el cladding como en la interfaz con el acero inaceptables para las normas aplicables. El principal objetivo de este trabajo fue encontrar la ventana de procesos (temperatura, deformación) para evitar la fisuración solamente en el cladding mediante simulación termomecánica del proceso de curvado con el simulador Gleeble 3500. Adicionalmente, se emplearon técnicas de caracterización de materiales como microscopia óptica, microscopia electrónica de barrido y microdureza antes de la deformación en caliente. En la caracterización previa a la deformación se encontró que la microestructura del cladding es dendrítica columnar con segundas fases, previo a la flexión en caliente se aplica un tratamiento térmico de solubilización que no es suficiente para disolverlas. Por otro lado, los ensayos en caliente mostraron que el cladding es susceptible a la fisuración intergranular en el rango de temperaturas del proceso, especialmente a altas temperaturas, encontrándose que el rango de menores temperaturas es el más adecuado para la fabricación de las curvas. Se encontró que la posible causa de la susceptibilidad a la fisuración del cladding está relacionado con el mecanismo de pérdida de ductilidad a alta temperatura, de esta manera, se ha planteado como hipótesis, que la susceptibilidad del material es afectada por la disolución parcial de los precipitados debido al tratamiento térmico previo a la flexión en caliente. Finalmente, este trabajo se realizó en las instalaciones del REDE-AR centro de I+D de Tenaris en Campana, Argentina.

Carbon steel pipes for the transport of hydrocarbons in offshore installations require a welding deposit of Inconel 625 on the internal diameter (cladding) to avoid corrosion and hydrogen damage in service. Hot induction bending process (850 and 1100 °C) is used to manufacture the curves that are part of the pipelines. The drawback is that during this process, microcracks may appear both in the Weld overlay and at the interface with the steel that are unacceptable for the aplicable standards. The main objective of this work was to find the process window (temperature, deformation) to avoid cracking only in the cladding by thermomechanical simulation of the vending process with a Gleeble 3500 simulator. Additionally, materials characterization techniques such as optical microscopy, scanning electron microscopy and microhardness were used before hot deformation. In the characterization prior to deformation, it was found that the microstructure of the cladding is columnar dendritic with second phases. Prior to hot bending a solubilization heat treatment is applied which is not sufficient to dissolve them. On the other hand, the hot deformation showed that the cladding is susceptible to intergranular cracking in the temperature range of the process, especially at high temperatures, finding that the lower temperature range is the most suitable for the manufacture of the curves. It was found that the possible cause of the susceptibility to cracking of the clad material is related to the mechanism of loss of ductility at high temperature, thus, it has been hypothesized that the susceptibility of the material is affected by the partial dissolution of the precipitated due to heat treatment prior to hot bending. Finally, this work was carried out at the facilities of REDE-AR R&D center of Tenaris in Campana, Argentina.