[pt] As tubulações de aços utilizadas pela indústria do petróleo estão constantemente expostas à ação do ácido sulfídrico (H2S) que é o veículo para a difusão do hidrogênio no aço, provocando o surgimento de trincas induzidas pela fragilização por hidrogênio e/ou trincas de corrosão sob tensão. A junta soldada, que é considerada a região crítica dos dutos, foi o objeto de avaliação neste trabalho mediante ensaios de tração sob baixa taxa de deformação (BTD) e através da norma NACE TM0177/96 - Método A (Standard Tensile Test), verificando o seu comportamento quanto à fragilização por hidrogênio e à corrosão sob tensão em aços da classe API grau X70 e X80. Uma solução de tiossulfato de sódio foi utilizada no ensaio BTD para avaliação da fragilização por hidrogênio e corrosão sob tensão, reduzindo custos e atendendo aos ítens de segurança. Os resultados mostraram que os aços API 5L X70 e X80 são susceptíveis à fragilização por hidrogênio e à corrosão sob tensão. / [en] The steel tubes used in the Oil Industry are constantly exposed to hydrogen sulphide (H2S) which leads to the diffusion of hydrogen into the steel, provoking hydrogen induced embrittlement cracks and/or stress corrosion cracking. Welded joints, generally considered to be the critical region in pipelines, were evaluated in this study, using slow strain rate tensile testing (SSRT) and NACE TMO177/96 - Method A (standard tensile test) norm, verifying the behaviour of joints in API X-70 and X-80 grade steels, with regard to hydrogen embrittlement and stress corrosion cracking. Sodium thiosulphate was used in the slow strain rate tests permit the evaluation of hydrogen embrittlement and stress corrosion cracking while reducing testing costs and maintaining safety standards. The results show that the API X-70 and X-80 grade steels are susceptible to hydrogen embrittlement and stress corrosion cracking.

[pt] A susceptibilidade à corrosão sob tensão em aços para dutos é dependente de uma série de eventos que vão desde a manufatura do aço, fabricação do tubo, montagem dos dutos e tipo de substância transportada pelo duto. O procedimento de soldagem envolvido na montagem dos dutos pode modificar as propriedades mecânicas do metal de base na região da zona termicamente afetada (ZTA), assim como as propriedades metalúrgicas e de resistência à corrosão, tornando potencialmente a região da junta soldada com maior probabilidade de incidência de corrosão sob tensão.Este trabalho tem como objetivo estudar a resistência à corrosão sob tensão em presença de sulfeto e fragilização pelo hidrogênio, em soldas circunferenciais de tubo API 5L X80. Foram realizados: -Ensaios de acordo com norma NACE TM0177/96, Método A -Ensaios de Baixa Taxa de Deformação (BTD) de acordo com a norma ASTM G129-00/2006, em solução contendo Tiossulfato de Sódio. Os resultados mostraram que o metal base foi considerado aprovado segundo os requisitos dos testes NACE TM0177/96. Porém as juntas soldadas originadas nos diferentes processos de soldagem estudados apresentaram susceptibilidade à corrosão sob tensão em presença de sulfeto e fragilização pelo hidrogênio, segundo o mesmo critério, fraturando em um período inferior a 720h. Esta susceptibilidade foi comprovada com os resultados dos ensaios de tração BTD, tendo sido constatada uma queda significativa no limite de resistência, alongamento e tempo de ruptura, em comparação aos ensaios realizados ao ar na mesma taxa de deformação. O mecanismo de fratura predominante nos ensaios foi fratura transgranular. / [en] The susceptibility of pipeline steels to stress corrosion cracking (SCC) depends on a series of factors ranging from the manufacture of the steel, the pipe fabrication, the assembly of the pipeline and the type of substances to be transported. Additionally, the welding procedures adopted during the production of the tubes and for construction of the pipelines (field welding), can modify the properties of the base metal in the heat affected zone (HAZ), potentially rendering this region susceptible to sulphide stress corrosion cracking and hydrogen embrittlement.This study evaluates the resistance of girth welds in API 5LX80 pipes to hydrogen embrittlement and also to stress corrosion cracking in the presence of sulphides. The evaluation was performed according to NACE TM0177/96, Method A, applying the criterion of fracture/no fracture, and slow strain rate tensile tests (SSRT) were undertaken using a sodium thiosulphate solution according to the ASTM G29 standard. According to the requirements of the NACE TM0177/96 test, the base metal was considered approved. The weld metal exhibited susceptibility to SCC in the presence of sulphides, failling in a period of less than 720h. The susceptibility of the welded joint to SCC in the presence of sulphides was confirmed by the results obtained with SSRT tensile tests, where a significant decrease in the ultimate tensile strength, elongation and time to fracture were observed. The mechanism of fracture for the tests was predominantly transgranular.

[pt] Corrosão sob tensão (SCC), que consiste na iniciação e propagação de trincas devido ao efeito combinado de tensões mecânicas e o ambiente corrosivo, é um dano potencial para estruturas e componentes. Além do mais, SCC pode ser explicado por diferentes mecanismos dependendo do par material ambiente corrosivo considerado, o que dificulta o uso de um modelo geral para predizer o comportamento de trincas em SCC. Sendo assim, projetos frequentemente utilizam um critério conservativo que desqualifica materiais susceptíveis à SCC sem analisar de maneira apropriada a influência dos campos de tensão que a induzem. O objetivo deste trabalho é avaliar o efeito de tensões elastoplásticas na corrosão sob tensão. Esta abordagem mecânica considera que todos os efeitos corrosivos envolvidos na corrosão sob tensão podem ser apropriadamente quantificados pelas tradicionais resistências do material à iniciação e propagação de trincas para um ambiente corrosivo específico. Corpos de prova de flexão em Alumínio fragilizados por Gálio líquido serão utilizados para prever o efeito de tensões residuais induzidas por deformações plásticas na iniciação de trincas por corrosão sob tensão. Além disso, uma análise quantitativa baseada no comportamento de trincas não propagantes a partir de entalhes será usada para estimar a tensão necessária para iniciar e propagar trincas em corpos de prova entalhados em aço AISI 4140 sujeitos à corrosão por sulfeto de hidrogênio em ambiente aquoso. O comportamento de trincas curtas e a carga máxima suportada pelos corpos de prova entalhados são analisadas considerando campos de tensões lineares elástico e elastoplásticos através do modelo proposto que será validado através de dados experimentais. / [en] Stress Corrosion Cracking (SCC), which consist in the initiation and propagation of cracks due to the combined attack of mechanical stresses and a corrosive environment is a potential danger for structures and components. Moreover, SCC can be explained by different mechanisms depending on the metal environmental pair, what makes difficult to create a generalized analytical approach to predict the crack behavior in SCC. Therefore, projects often use an over-conservative design criteria that disqualify a material susceptible to SCC without properly evaluate the influence of the stress fields that drive them. The aim of this work is to evaluate the effect of elastic-plastic stress in SCC. This mechanical approach assumes that all chemical effects involved in SCC problems can be appositely described and quantified by traditional material resistances to crack initiation and propagation at under specific environment. Aluminum bending specimens in Gallium environment are used to predict the effect of the residual stress induced by plastic deformation in the crack initiation under SCC conditions. Furthermore, a quantitative analysis based on the non-propagating crack behavior departing from notch tips are used to calculate the necessary stress to initiate and propagate SCC in AISI 4140 steel notched specimens under aqueous hydrogen sulfide environment. The non-propagating crack behavior and the maximum load supported by notched specimens are analyzed under linear elastic and elastic-plastic stress field through the proposed model that will be validated by experimental data.

[pt] O desenvolvimento de novas tecnologias com Hidrogênio como fonte de energia ressalta um antigo desafio nos meios de transporte e armazenamento desse, visto que todos materiais estruturais têm susceptibilidade a fragilização pelo hidrogênio. A forma usual de resolver esse problema é o uso de materiais nobres e mais resistentes a fragilização pelo hidrogênio. Uma alternativa para o dimensionamento mecânico em condições de fragilização pelo hidrogênio vem da modelagem de trincas curtas através da mecânica da fratura linear elástica ou Elasto-Plástica. Esses modelos consideram dois parâmetros do material, o Limite de Resistência ao Trincamento Assistido pelo Ambiente e o Limiar de Propagação de Trincas no meio. Nesse trabalho o modelo proposto é validado experimentalmente em condições de Corrosão sob Tensão Induzida por Sulfetos (aço de alta resistência e baixa liga e o aço inoxidável super martensítico UNS S41426 expostos ao sulfeto de hidrogênio), bem como o aço 17-4PH em 200bar(g) de H2. O método de teste T-WOL recomendado no código ASME BPVC para a obtenção da tenacidade à fratura sob alta pressão de H2 é avaliada para materiais com alta tenacidade, a qual não apresentou bons resultados. Como alternativa, uma metodologia modificada a partir da norma ASTM E1820 para obter a curva J-R em H2 a alta pressão é testada, obtendo o limiar de propagação de trincas em condições Elasto-Plásticas. Durante as atividades, uma célula de carga utilizada no interior da autoclave de teste falhou quando exposta a 200bar(g) de H2. Foi realizada análise de falha e redimensionamento, conforme o modelo de trincas curtas proposto, para que células semelhantes pudessem ser utilizadas nos testes subsequentes / [en] The development of new technologies with hydrogen as an energy source underscores a longstanding challenge in its transportation and storage, since all structural materials are susceptible to hydrogen embrittlement. The usual approach to solve this problem is to use nobler materials more resistant to hydrogen embrittlement. An alternative approach to mechanical design under hydrogen embrittlement conditions involves the modeling of the behavior of short cracks through linear elastic or elastoplastic fracture mechanics. These models consider two key material parameters: the Environmental Assisted Cracking Resistance Limit and the Crack Propagation Threshold in the environment. In this study, the proposed model is validated by suitable tests under sulfide stress corrosion cracking - High Strength and Low Alloy steel and a supermartensitic stainless steel UNS S41426 exposed to hydrogen sulfide, and in a 17-4PH steel exposed to high-pressure gaseous hydrogen, at 200 bar(g) of H2. A T-WOL test methodology recommended in ASME BPVC code for measuring the fracture toughness at high pressure of H2 for materials with high toughness is evaluated, and it yields unsatisfactory results. As an alternative, a modified ASTM E1820 test method is proposed to obtain the J-R curve under high-pressure H2, obtaining the crack propagation threshold at elastoplastic conditions. During these activities, a load cell used within the test autoclave failed when exposed to 200 bar(g) of H2. Failure analysis and a new design were conducted according the short crack tolerance model, to allow the use of similar load cells in the following tests.