[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] Na indústria do petróleo, as tubulações de aço que conduzem hidrocarbonetos estão constantemente submetidas à ação do gás sulfídrico (H2S).Na condição de veículo do átomo de hidrogênio, este gás pode ensejar sua difusão no aço, provocando a fragilização do mesmo. O tratamento térmico pós-soldagem,previsto nos procedimentos de soldagem convencionais qualificados pela Petrobras, atua no sentido de atenuar os efeitos danosos do hidrogênio, na medida em que reduz o nível de tensões presentes na junta soldada, quando em contato com o H2S. O presente trabalho conduz um estudo a respeito do comportamento de juntas de topo de tubulações em aço-carbono microligado, soldadas conforme o procedimento conhecido como Dupla-Camada, comparando-o ao de juntas obtidas pelo procedimento de soldagem dito Convencional. O procedimento Dupla-Camada não contempla tratamento térmico pós-soldagem de revenimento, pois as tensões internas remanescentes na zona de solda são aliviadas pelo passe de soldagem subseqüente, agregando, portanto, redução do custo de manutenção e acréscimo da disponibilidade de tubos condutores de derivados do petróleo. Outrossim, este procedimento eleva a vida-útil da junta, pela melhoria da sua tenacidade, em função da redução do tamanho de grão obtida nas zonas termicamente afetadas (ZTA s). A medição das tensões residuais provenientes da soldagem (oriundas de contração, transformação de fases, gradiente de resfriamento e difusão do átomo de hidrogênio inerente ao processo) e da exposição do material ao H2S (provocadas por difusão do H), através do método de difração de raios-X, avaliou a efetividade do alívio de tensões alcançado em juntas idênticas soldadas pelos dois procedimentos citados. Foi, também, investigada a ocorrência de microtrincas inter e/ou transgranulares, bem como foram observadas as microestruturas resultantes, através de metalografias óptica e eletrônica de varredura, medidas as microdurezas das juntas, assim como os tamanhos de grão na zona de ligação das ZTA s, e comparados os resultados obtidos segundo os dois procedimentos de soldagem. A seguir, as amostras foram submetidas a análise em microscópio eletrônico de transmissão, visando a observação das discordâncias existentes, mecanismos que contribuem para o alcance do nível de tensões residuais reinante, que não puderam ser avaliados pelo método de medição empregado. Os resultados obtidos indicaram, em média, um estado de tensões mais relaxado, com evidência de microestrutura de granulação ligeiramente mais fina, após a soldagem pelo procedimento Convencional. Não foram encontradas microtrincas, nem constatada uma substancial existência de discordâncias, e constatou-se uma microdureza maior nas regiões de granulação refinada nas ZTA s. Torna-se necessária a realização de mais medições de tensões residuais, que forneçam suporte estatístico à tomada de decisão na escolha do procedimento de soldagem mais adequado. Do ponto-de-vista operacional, os resultados obtidos indicam a demanda por um controle mais apurado na velocidade de avanço da deposição do eletrodo (metal de adição) por parte do soldador executante do procedimento de soldagem Dupla-Camada, suficiente à garantia da elevação do aporte térmico exigida ao recozimento da microestrutura de granulação grosseira das ZTA s, visando a garantia do alcance das propriedades requeridas à junta soldada. / [en] In petroleum industry, steel pipes that conduct products are frequently submitted to the H2S action, that produces steel atomic hydrogen diffusion and embrittlement. The post- welding heat treatment, predicted in welding procedures qualified by Petrobras, reduce the dangerous hydrogen effect when joint is in contact with H2S, by reducing existing residual internal stresses level. This thesis studies a top joint performance when welded by two different techniques:Conventional, with tempering after welding, and Two-Layer Deposition, without post-welding heat treatment to internal stresses relief. In the last case, the residual stresses produced during welding deposition are reduced by action of second layer, what reduces maintenance costs and increase the equipments availability. This welding procedure increase the welded joint life too, by reducing grain size and increasing toughness of thermal affected zone. By X-ray diffraction methode, were measured internal stresses deriving from welding process and H2S exposition, to detect the efficacy of stress relief made on identical joints welded by the two refered procedures. They were also investigated existing microcracks, observed resultant microstructures by optical and scanning electron microscopy, measured microhardnesses and compared grain sizes in joints regions welded by both procedures. Then, samples were analysed by transmission electron microscopy to evaluate itself existing dislocations level, responsible by internal tension level existing at regions from welded zone that were inable to be measured by X-ray methode. Results obtained showed a major stress relief state and a relatively lowest grain size in joints welded by Conventional welding process. There was detected neither microcracks nor an important dislocations level and the microhardnesses showed higher values on the biggest grains at the thermal affected zones. It´s necessary to make more residual stresses measures to give a statistical support to decision about what is the most adequate welding procedure. From the operational point-of- view, these results suggest the necessity of a better parameters control process by the welder, in the case of alternative welding procedure proposed, the Two-Layer Deposition Technique.

[pt] A exposição de aços a condições de geração de hidrogênio, como em ambientes que contenham H2S ou sob proteção catódica, pode provocar o aumento do teor de hidrogênio na sua superfície, fragilizando o material. Foi desenvolvido um estudo com o objetivo de comparar o comportamento das microestruturas de dois diferentes aços inoxidáveis, um austenítico de classe P550 e um duplex S31803, com relação à permeação e consequente fragilização pelo hidrogênio. Os aços foram testados nas condições com e sem solda autógena utilizando os mesmos parâmetros de soldagem. Foram realizados análise microestrutural por MO, MEV e MET, ensaios de tração, ensaios de BTD com os corpos de prova imersos em solução de água do mar sintética e sob aplicação de potencial catódico de -1200 mV SCE, com o objetivo de simular condições de serviço e fractografia por MEV dos corpos de prova ensaiados por BTD. Observou-se que ambas as classes de aços sofreram alguma fragilização, no entanto, com relação à perda de ductilidade em função da redução de área dos corpos de prova, esta ocorreu de forma mais pronunciada para o aço inoxidável duplex. Foi observado que o aço austenítico no metal de base continha maior densidade de maclas do que o metal de solda, resultando em maior fragilização. Além disto, no metal de base, observou-se mais alta densidade de discordâncias e de precipitados. O aço duplex, por outro lado, apresentou fragilização muito maior do que o austenítico em ambas as condições quando permeado pelo hidrogênio. No entanto, esta fragilização foi mais pronunciada na condição de como soldado. Atribuiu-se este comportamento à ferritização parcial da estrutura e à formação de austenita Widmanstätten. As análises fractográficas sugerem a alteração do mecanismo de fratura dos corpos de prova de dúctil, quando ensaiados ao ar, para frágil, na condição de ensaio com geração de hidrogênio. Esta observação fundamenta-se no fato de que as superfícies de fratura de todos os corpos de prova ensaiados ao ar são formadas predominantemente por dimples (dúctil), enquanto no ensaio com geração de hidrogênio, as superfícies de fratura se apresentam com aspecto frágil de diferentes formas para cada aço. / [en] Steel exposure to hydrogen generation conditions, such as in environments containing H2S or under cathodic protection, can cause an increase in the hydrogen content on the surface which leads to the material embrittlement. A comparative study was carried out on the structure behavior of two different stainless steels, an austenitic class P550 and a duplex S31803, concerning permeation and consequent hydrogen embrittlement. The steels were tested in conditions with and without autogenous welding using the same welding parameters. It was performed microstructural analysis by OM, SEM and TEM, tensile tests, BTD tests with the specimens immersed in a synthetic seawater solution and under application of a cathodic potential of -1200 mV SCE, in order to simulate service conditions, and surface fractography of these specimens by SEM. It was observed that both grades of steel suffered some fragility. However, the loss of ductility due to the reduction of the area of the specimens occurred in a more pronounced way for the duplex stainless steel. It was also observed that the austenitic steel in the base metal contained a higher density of twinnings than the weld metal, resulting in greater embrittlement. In addition, a higher density of dislocations and precipitates was observed in the base metal. On the other hand, duplex steel showed much more significant embrittlement than austenitic in both conditions when permeated by hydrogen. However, this weakness was more pronounced in the as welded condition. This behavior was attributed to the partial ferritization of the structure and the formation of Widmanstätten austenite. Fractographic analyzes suggest that the fracture mechanism morphology changed from ductile to brittle when the specimens were tested in the air and hydrogen condition respectively. This observation is based on the fact that the fracture surfaces of all samples tested in the air consisted predominantly of dimples (ductile). In contrast, in the test with hydrogen generation, the fracture surfaces appear with different brittle morphologies for each steel.