Estudou-se o comportamento do aço inoxidável ABNT 304 à corrosão-sob-tensão (C.S.T.) em soluções aquosas com 0,1%, 3,5% e 20% de NaCl, na temperatura de 103°C, através de ensaios de carga constante. Com auxílio das técnicas e conceitos de Mecânica de Fratura Linear Elástica e das análises eletroquímicas procurou-se encontrar as condições em que ocorre C.S.T. no sistema aço inoxidável austenítico/solução aquosa de NaCl a 103°C. Utilizou-se o corpo-de-prova do tipo dupla viga em balanço (T-notch double cantilever beam: TN-DCB), com intuito de observar a influência do fator de intensidade de tensão, concentração da solução e potencial eletroquímico. Estimou-se o valor do fator de intensidade de tensão limite (KICST) e a velocidade de propagação das trincas; também foram analisadas outras importantes características em termos mecanísticos. Definiu-se faixas de potenciais e valores de intensidade de tensão a partir dos quais ocorre o surgimento de trincas por C.S.T.. Fêz-se análises metalográficas dos corpos-de-prova onde se pode constatar trincas transgranulares bem típicas do fenômeno de C.S.T.. Foram feitos alguns testes em solução aquosa saturada de MgCl2, em ebulição, para se comparar as diferentes soluções quanto ao fenômeno de C.S.T.. Alterou-se as dimensões do corpo-de-prova para avaliar a orientação da propagação das trincas por C.S.T.. / Stress-corrosion cracking behavior of ABNT 304 stainless steel in 0,1%, 3,5%, and 20% NaCl solutions at 103°C was analised through the constant charge method. With the help of the thedniques and concepts of fracture mechanics linear elastic and electrochemical methods the conditions in wich the SCC appeared in the system austenitic stainless steel/NaCl - aqueous solution (103°C) were determined. T-notch double cantilever beam (TN-DCB) specimen was used to observ the influence of the charge intensity, solution concentration and electrochemical potential. Values for KISCC and the velocity of crack propagation were estimated. Values of KI and potential ranges in wich SCC appears were defined. Typical transgranular fractures were observed. Some tests were made in saturated boiling MaCl2 solutions. Dimensions of TN-DCB specimens were modified to evaluated their influence on the direction of crack propagation.

Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro Universitário da FEI, São Bernardo do Campo, 2015

Filmes hidrofóbicos são caracterizados por repelir soluções aquosas quando em contato com superfícies revestidas ou com algum material que possua propriedades hidrofóbicas. Estes materiais têm despertado a atenção tecnológica devido às propriedades de: auto-limpeza, anti-gelo, anti-aderente e anti-corrosão. Este trabalho teve como objetivo a obtenção do filme hidrofóbico, em temperatura ambiente, utilizando o silano viniltrietoxisilano (VTES) sobre chapas de aço inoxidável AISI 204 em solução sol-gel pelo processo de dip-coating, tendo como finalidade o aumento da resistência à corrosão do substrato metálico. Para a reação de hidrólise foi preparada uma solução com relação percentual de silano/etanol/água de 4/48/48% em volume. Alguns parâmetros da solução e da superfície do substrato foram variados, tais como o tempo de hidrólise do silano na solução sol, em 2 e 24 horas, e a rugosidade do substrato pelo processo de jateamento com micropartículas de óxido de alumina comparando-o com o substrato liso (sem modificações). O filme foi caracterizado por microscopia eletrônica de varredura (MEV), ângulo de contato (CA), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), polarização potenciodinâmica, espectroscopia de energia dispersiva de raios-x (EDS), névoa salina e câmara úmida. Através destas técnicas de caracterização, pode-se avaliar a resistência à corrosão, a homogeneidade e a hidrofobicidade do filme obtido. Os resultados da influência do tempo de hidrólise demonstram que a solução de 24 horas proporciona um aumento na hidrofobicidade do filme de 12° em relação à solução de 2 horas de hidrólise. Enquanto que, a modificação da superfície com o jateamento favorece um aumento de 36° no ângulo de contato em relação à superfície lisa. Os ensaios eletroquímicos mostram que o substrato que possui maior ângulo de contato, 130°, apresenta maior resistência a corrosão comparando-o com as outras amostras, as quais apresentam ângulos de contato menores. Porém, os resultados de névoa salina comprovam que as amostras com a superfície lisa, ângulo de contato de 90°, possuem maior durabilidade do que as amostras jateadas quando expostas a ambientes salinos. Conclui-se que a metodologia utilizada é eficaz para a obtenção de revestimentos hidrofóbicos e para a proteção do metal base contra à corrosão. / Hydrophobic films are characterized to repel water or aqueous solutions when in interaction with coated surfaces or any materials with hydrophobic properties. These materials have attracted attention due the technological properties, like: self-cleaning, anti-icing, anti-adherent and anti-corrosion. This study aimed to obtain the hydrophobic film at room temperature using the vinyltriethoxysilane (VTES) on stainless steel AISI 204 in sol-gel solution by dip-coating process, with the purpose to increase the corrosion resistance of metal substrate. The hydrolysis reaction was prepared a solution with a percentage ratio of silane/ethanol/water 4/48/48% in volume. Some parameters of the solution and the substrate surface were varied, such as silane hydrolysis time in the sol solution at 2 and 24 hours, and the roughness of the substrate by blasting process with microparticles of aluminum oxide and it was compared with the smooth substrate (unchanged). The film was characterized by scanning electron microscopy (SEM), contact angle (CA), infrared spectroscopy by Fourier Transform (FTIR), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), potentiodynamic polarization, energy dispersive spectroscopy (EDS), salt spray and humid room tests. Through these characterization was possible to evaluate the corrosion resistance, uniformity and hydrophobicity of the film developed. The influence of hydrolysis time showed an increase in contact angle of 12° when used the 24 hours of hydrolysis solution in relation to 2 hours of hydrolysis. While the surface modification using the blasting tecnique favors an increase of 36° in contact angle in comparison to the smooth surface. Between the samples evaluated by electrochemical spectroscopy, proves the higher contact angle, 130°, has best performance in corrosion resistance compared with another samples studied which have lower contact angles. However, the smooth substrate, contact angle 90°, showed the best performance in salt spray test compared to rough surfaces samples. The methodology developed was effective to obtain hydrophobic coatings and protection the metal substrate against the corrosion.

Estudou-se o comportamento anódico do aço inoxidável AISI 304 tensionado, em soluções aquosas de NaCl neutras e ácidas. A técnica experimental utilizada foi a da deformação do material, com velocidade constante e elevada taxa de deformação, a temperatura ambiente e a 90°C. Determinou-se a densidade de corrente para o metal nu que e exposto ao meio, quando da deformação do aço em vários potenciais, para as concentrações de 1N; 0,1N e 0,001N de NaCl, em ambas as temperaturas, e para o meio de 1N de H2SO4 + 0,01N de NaCl, à temperatura ambiente. Na concentração de 1N de NaCl também foram feitos testes com o material levemente sensitizado a 25 e a 90°C. Estimou-se, a partir desses dados, a taxa possível de propagação de trincas e se anal i saram parâmetros relacionados com a susceptibilidade à C.S.T. Foram realizadas curvas de polarização potenciodinâmicas em várias velocidades de varredura de potencial, com e sem deformação simultânea do eletrodo para as mesmas temperaturas e, em algumas concentrações de NaCl, no intuito de comparar os valores de corrente encontrados com as do método descrito acima. Tais curvas foram também executadas para soluções de MgCl2 , com e sem adição de NaNO3 em ebulição, com a finalidade de comparar sua capacidade de prognóstico à corrosão-sob-tensão com a de outros tipos de ensaios reportados. / The anodic behavior of type 304 austenitic stainless steel, stressed in aqueous neutral and acid NaCl solutions, was studied. The experimental technique of the straining electrode, with constant speed and high strain rate, was applied at room temperature and at 90°C. The current density on the bare metal, which is exposed to the medium during the straining os the specimen, was determined at various potentials for 1N; 0,01N and 0,001N NaCl, at both temperatures, and for 1N H2SO4 + 0,1N NaCl at room temperature. In the 1N NaCl solution, tests were also carried with slightly sensitizes material at 25°C and 90°C. The possible crack propagation rates were estimated from these data, and parameters related with stress corrosion cracking susceptibility were analised. Potentiodynamic polarization curves were done at several potential scanning rates with and without simultaneous straining of the electrode at the same temperature, in some of the NaCl concentrations, with the aim of comparing the current values with those found in the method described above. These curves were also performed in boiling MgCl2 solutions with and without addition of NaNO3 with the purpose of compare its stress corrosion prognostic capacity in relation of that other types of tests reported.

Foi observado o comportamento eletroquímico e a morfologia das trincas resultantes da aplicação de uma deformação constante no aço SAE 304 homogeneizado e sensitizado, em solução de 3% NaCl, pH = 7,0 e pH = 2,0, em temperatura ambiente e a 100°C. Foram utilizadas curvas de polarização, além de ensaios galvanostáticos e potenciostáticos. Concluiu-se que o aumento da temperatura e o abaixamento do pH favorece a formação de fissuras transgranulares, e que o aumento do grau de sensitização diminui o tempo de fratura e favorece o aparecimento de fissuras intergranulares. Pequenos tempos de sensitização podem provocar fissuras transgranuleres, mesmo à temperatura ambiente, condições em que o material homogeneizado não apresenta corrosão sob tensão. / The electrochemical behaviour and fracture morphology of homogenized and sensetized type SAE 304 stainless steel U bent specimens, in 3% NaCl solution, at pH = 2,0 and pH = 7,0 both at room temperature and 100°C was studied. Polarization curves and galvanostatic and potentiostatic experiments were run . It could be observed that high temperature and low pH favour transgranular cracking and longer sensitization times lower fracture time and tend to promove intergranular fracture. Light sensitization can produce transgranular cracking even at room temperature, when the homogenized alloy does not present stress-corrosion cracking for the same conditions.

Diante do aumento na demanda por combustíveis fósseis e a descoberta de novos campos de exploração e produção de petróleo cada vez mais remotos e com condições de operação de maior agressividade torna-se evidente a necessidade de desenvolvimento de materiais capazes de resistir a estes novos ambientes. Este trabalho engloba a revisão bibliográfica de três famílias de aços inoxidáveis modificados desenvolvidas nas últimas décadas, os supermartensíticos, os superferríticos e os superausteníticos. A avaliação dos materiais foi realizada quanto à resistência aos mecanismos de deterioração esperados no processamento primário de petróleo com teores elevados de CO2 e presença de H2S, considerando variáveis de processamento comumente utilizadas. Com os resultados encontrados na literatura a luz dos mecanismos de deterioração e considerando as características de processamento, fez-se uma seleção de materiais via matriz de decisão qualitativa para os equipamentos de uma planta de processo de modo a obter a melhor relação de compromisso considerando resistência a corrosão, custo e resistência mecânica. / The increasing demand for fossil fuels and the discovery of new oil fields in remote locations with aggressive operation conditions enlighten the need for development of materials able to resist to this new environments. This work includes a review of three families of modified stainless steels developed in recent decades, the supermartensitic, the superferritic and superaustenitic. The materials were evaluated through the criteria of resistance to the damage mechanisms expected in the primary processing of oil with high levels of CO2 and the presence of H2S, considering variables of the processing plant. With the literature results in the light of the damage mechanisms and considering the characteristics of processing, it was developed a material selection using a qualitative decision matrix for the equipments of a process plant to obtain the best compromise considering resistance to corrosion, cost and strength.

Estudou-se o comportamento do aço inoxidável ABNT 304 à corrosão-sob-tensão (C.S.T.) em soluções aquosas com 0,1%, 3,5% e 20% de NaCl, na temperatura de 103°C, através de ensaios de carga constante. Com auxílio das técnicas e conceitos de Mecânica de Fratura Linear Elástica e das análises eletroquímicas procurou-se encontrar as condições em que ocorre C.S.T. no sistema aço inoxidável austenítico/solução aquosa de NaCl a 103°C. Utilizou-se o corpo-de-prova do tipo dupla viga em balanço (T-notch double cantilever beam: TN-DCB), com intuito de observar a influência do fator de intensidade de tensão, concentração da solução e potencial eletroquímico. Estimou-se o valor do fator de intensidade de tensão limite (KICST) e a velocidade de propagação das trincas; também foram analisadas outras importantes características em termos mecanísticos. Definiu-se faixas de potenciais e valores de intensidade de tensão a partir dos quais ocorre o surgimento de trincas por C.S.T.. Fêz-se análises metalográficas dos corpos-de-prova onde se pode constatar trincas transgranulares bem típicas do fenômeno de C.S.T.. Foram feitos alguns testes em solução aquosa saturada de MgCl2, em ebulição, para se comparar as diferentes soluções quanto ao fenômeno de C.S.T.. Alterou-se as dimensões do corpo-de-prova para avaliar a orientação da propagação das trincas por C.S.T.. / Stress-corrosion cracking behavior of ABNT 304 stainless steel in 0,1%, 3,5%, and 20% NaCl solutions at 103°C was analised through the constant charge method. With the help of the thedniques and concepts of fracture mechanics linear elastic and electrochemical methods the conditions in wich the SCC appeared in the system austenitic stainless steel/NaCl - aqueous solution (103°C) were determined. T-notch double cantilever beam (TN-DCB) specimen was used to observ the influence of the charge intensity, solution concentration and electrochemical potential. Values for KISCC and the velocity of crack propagation were estimated. Values of KI and potential ranges in wich SCC appears were defined. Typical transgranular fractures were observed. Some tests were made in saturated boiling MaCl2 solutions. Dimensions of TN-DCB specimens were modified to evaluated their influence on the direction of crack propagation.

As características de conformação do aço inoxidável austenítico 304 em ensaios de compressão axial no intervalo de temperatura de 20-300 oc e velocidades de deformação de O, 1 s-1 e 10,0 s-1 foram estudadas com a finalidade de caracterizar o escoamento plástico estável e instável. A temperatura de conformação afeta a transformação austenita-martensita. A martensita induzida por deformação é a responsável pela instabilidade de escoamento em ensaio a baixas temperaturas ( < 100 °C). Próximo a 200 oc a instabilidade deve-se ao envelhecimento dinâmico por deformação. Em vista da ocorrência desta instabilidade é preferível a conformação a 300 oc com velocidades de deformação baixas, não havendo problemas de tolerância dimensional. Também foi quantificado o fator de atrito para ensaios com lubrificante e sem lubrificante. Estes parâmetros foram avaliados mediante modelos matemáticos e modelamento físico. / The deformation characteristics of 304 stainless steel in axial compress10n at temperature range of 20-300 oc and strain rate from 0.1 to 10.0 s-1 have been studied with the aim of characterizing the estable and unstable plastic flow. The working temperature affects the austenite-martensite transformation. The formation of martensite induced by plastic deformation was responsible for flow instabilities at low temperatures (<100 °C). Near 200 oc the flow instabilities are due to dynamic strain aging. In view of the occurrence of these instabilities, the working temperature of 300 °C is preferable, having no problems of dimensional tolerance. lt was also quantified the friction factor by ring test with lubricant and without lubricant. These parameters have been evaluated through mathematical models and physical modeling.

A ampla utilização dos aços inoxidáveis austeníticos pode ser justificada pela combinação favorável de propriedades, tais como: resistência à corrosão e à oxidação, resistência mecânica a quente, trabalhabilidade e soldabilidade. As propriedades destes aços são afetadas, não somente pela matriz austenítica, mas, também, por inúmeras outras fases tais como ferrita δ, carbonetos, fases intermetálicas, nitretos, sulfetos, boretos e martensita induzida por deformação. A quantidade, o tamanho, a distribuição e a forma destas fases têm influência marcante nas propriedades do material. Um melhor entendimento da resposta de cada etapa de fabricação torna-se de grande valia na busca de processos mais otimizados e de maior previsibilidade. Este trabalho buscou comparar as características de barras laminadas de diâmetro 31,75 mm de aço inoxidável austenítico do tipo Fe-17%Cr-12%Ni-2,5%Mo (AISI 316L) como laminada e após tratamento térmico de solubilização. As amostras foram submetidas a ensaios de sensitização, conforme norma ASTM A262 - 93 A, ensaio de corrosão por exposição à névoa salina, segundo NBR 8094 e ASTM B 117, análises microestruturais através de microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura, análise comparativa das curvas de polarização e avaliação de algumas propriedades mecânicas. Testes realizados não apontam diferenças significantes nos ensaios realizados para verificar a influência na resistência à corrosão generalizada e à corrosão intergranular (sensitização). As análises das propriedades mecânicas apontam que o material que não sofreu tratamento de solubilização apresenta uma resistência mecânica maior, podendo estar associada a um menor tamanho de grão, porém menor alongamento, este podendo estar associado com uma maior concentração de ferrita delta. Através do ensaio eletroquímico de polarização potenciodinâmica e a análise da morfologia da superfície dos aços estudados, pôde-se perceber que o aço AISI 316L sem tratamento apresentou um comportamento mais nobre em termos de resistência à corrosão localizada. / The wide utilization of austenitic stainless steel can be justified by its favorable properties combinations such as: corrosion and oxidation resistance, hot work resistance, workability and weldability. Not only does the austenitic matrix affect the properties but also the range of possible phases such as δ-ferrite; carbides precipitation, intermetallic phases, nitrides, sulfides, borides and deformation-induced martensite. The quantity, size, distribution and morphology of theses phases have great influence on the material properties. Understanding the influence of each fabrication step becomes necessary to achieve an optimum and predictable process. The purpose of the present work was comparing the characteristics of 31,75 mm austenitic stainless steel round bars type Fe-17%Cr-12%Ni-2,5%Mo (AISI 316L) as rolled and after solution annealing heat treatment. The tested specimens were submitted to the susceptibility to intergranular attack test in accordance with ASTM A262 - 93 A standard, salt spray test in accordance with NBR 8094 and ASTM B 117 standard, microstructural analyses through optical microscopy and SEM (scanning electron microscopy), potentiodynamic polarization analysis and evaluation of some mechanical properties. Tests performed do not indicate significant differences between the sample that was heat treated and the one that was just rolled, concerning the salt spray test and the susceptibility to intergranular attack test. The mechanical properties tests indicate that the solution annealing heat treatment specimen had greater mechanical resistance which could be related to smaller grain size, but smaller elongation that could be associated with greater δ ferrite concentration. Potentiodynamic polarization and the morphology analysis indicated that the samples without heat treatment had shown better pit corrosion resistance.

Este trabalho tem por objetivo avaliar o impacto que a modificação no procedimento de injeção de oxigênio, a adição de ferroligas com maior afinidade por oxigênio e a diminuição no nível de oxidação do banho têm sobre a oxidação do cromo presente no aço durante a fabricação de aços inoxidáveis martensíticos, bem como a análise de possíveis efeitos colaterais e a viabilidade de aplicação destas modificações durante o fluxo de rotina das operações de fusão e refino no Forno Elétrico à Arco (FEA). Para atingir estes objetivos foram realizados 3 experimentos, cada um com um ponto de atuação distinta um dos outros, como segue: · Revisão dos procedimentos de refino do aço AISI 420, minimizando as injeções de oxigênio para descarburação do aço liquido, restringindo-as ao resultado de composição química do banho ao longo do processo no FEA; · Colocação da ferroliga Fe-Si 75% nos cestões, em quantidade calculada por meio de equações termodinâmicas encontradas na literatura, de modo a reduzir a oxidação do cromo devido à formação preferencial do óxido de silício; · Remover as injetoras de oxigênio do FEA, do tipo Cojets, atuando desta maneira no nível de oxigênio disponível no banho e permitindo maior rendimento da carga metálica durante o processo de fusão, refino e redução no forno. Os resultados dos experimentos demonstraram que o fator preponderante para melhorar a redução do óxido de cromo é a diminuição do oxigênio disponível no banho, e neste caso, os melhores resultados foram alcançados com a adição de Fe-Si 75% na carga fria (ganho de 21%, amostra E2) e a remoção das injetoras tipo Cojets (ganho de 34%, amostra E2), tendo este último apresentado um avanço na otimização das condições de redução dos óxidos de cromo da escória, sendo os resultados avaliados percentualmente. / The aim of this work was to evaluate the impact that the modification in the procedure of injection of oxygen, the addition of ferroalloys with a major affinity for oxygen and the reduction in the level of oxidation of the bath has on the oxidation of present chromium in the steel during the martensitic stainless steel manufacture, as well as the analysis of possible collateral effect and the viability of application of these modifications during the flow of routine of the operations of fusing and refining in the Electric Arc Furnace (EAF). To reach these objectives 3 experiments had been carried through, each one with a point of distinct performance one of the others, as follows: · Revision of the procedures of refining of steel AISI 420, minimizing the injections of oxygen for decarburation of the steel I eliminate, restricting them it the result of chemical composition of the bath throughout the process in the FEA; · Adition of ferroalloy Fe-Si 75% in the buckets, amount calculated by means of thermodynamic equations of the literature, in order to reduce the oxidation of chromium due the preferential formation the silicon oxide; · To remove the injectors of oxygen of the FEA, the Cojets, acting in this way in the level of available oxygen in the bath and allowing major income of the metallic load during the fusing process, refining and reduction in the oven. The results of the experiments had demonstrated that the preponderant factor to improve the reduction of chromium oxide is the reduction of the available oxygen in the bath, and this in case that, the best ones resulted had been reached with the addition of Fe-Si 75% in the bucket (a gain of 21%, sample E2) and the removal of the Cojets (a gain of 34%, sample E2), having this last one presented an advance in the optimization of the conditions of reduction of chromium oxides of the slag. The results were valued in the percentage form.