The formation of bacterial biofilms on surfaces and their subsequent biofouling pose extensive safe and healthy concerns to a variety of industries. Biofilms are ubiquitous, and the biofilm state is considered the default mode of growth for the majority of the world's bacteria population. Once mature, biofilms are difficult to remove completely and have improved resistance against antibacterial agents. Given this, there has been significant interest to mitigate or at least manage biofilm formation on surfaces. One such method has been through the material design of surfaces, and to the interest of this study, through the development of antimicrobial stainless steels. Stainless steel is not an inherently antimicrobial material. Stainless steels alloyed with small amounts of either copper (Cu) or silver (Ag), both well-known natural antimicrobial agents, have been investigated since their initial development in the late 1990's onward. This class of materials have been proven to show significant antimicrobial effect over their traditional counterparts without compromising the characteristic mechanical properties of the stainless steels. However, most of the antimicrobial assessments for these materials documented within literature are conducted over a 24-hour timeframe and do not adequately account for the biofilm mode of growth. As so, this study aimed to assess how biofilms grow on this class of antimicrobial steels over a longer duration of growth and under growth conditions which more adequately modeled the biofilm mode of life. The same strain of Escherichia coli commonly used in antimicrobial surface testing, ATCC 8739, was grown on submicron-polished coupons of a ferritic Cu-alloyed stainless steel (1.50 wt. % Cu), an austenitic Ag-alloyed stainless steel (0.042wt. % Ag), and a standard 304 series stainless steel, used as a baseline. Following ASTM-E2647-13, the E. coli/SS coupons were grown using a drip flow bioreactor under low shear conditions at either ambient temperature or 37 ± 3 degrees C with a batch phase of 6 hours and a continuous phase of 48 hours up to 96 hours. Directly after harvesting, the coupons were analyzed with an Environmental Scanning Electron Microscope (E-SEM) under low vacuum with a water vapor environment. The effect of surface chemistry and alloy microstructure, surface roughness, rinsing the surfaces prior to inoculation and after harvesting, temperature, and growth duration on the resulting E. coli biofilms were all investigated in some capacity. Growth on the submicron finished surfaces indicated there were no significant differences between the biofilms grown on the three different steel compositions. Bacterial attachment appeared non-preferential to surface chemistry or alloy microstructure, suggesting that E. coli interacted with the surfaces effectively the same under the given growth conditions. To account for apparent randomness in bacterial attachment, it is hypothesized that the surface features of interest were on a size scale irrelevant to the size of single bacterial cells. To account for the lack of an observed biocidal effect from the Cu- and Ag-alloyed stainless steels, it is hypothesized that an organic conditioning film which developed on the surfaces from the fluid environment may have effectively inhibited the release of Cu and Ag ions from the steel surfaces. / MS / Bacteria frequently self-organize into what are commonly called bacterial biofilms, or an aggregation of bacterial cells that attach to a surface and which are embedded within a self-generated matrix of polymeric substances, such as proteins and polysaccharides. The biofilm state offers a lot of survival advantages to bacteria, and once biofilms form on a surface they are very difficult to remove. The formation of bacterial biofilms on surfaces and their subsequent biofouling pose extensive safe and healthy concerns to a variety of industries. There has been significant interest to stop or at least manage biofilm formation on surfaces. One such method has been through the design of surfaces, and to the interest of this study, through the development of antimicrobial stainless steels. Stainless steel is not an inherently antimicrobial material. Stainless steels which include small amounts of either copper or silver have been proven to show a significant antimicrobial effect over their traditional stainless steel counterparts without compromising the other desirable properties of the steels. However, most of the documented antimicrobial assessments for these materials have been conducted over a 24-hour timeframe and do not adequately account for the biofilm mode of growth. This study aimed to assess how biofilms grow on this class of steels over a longer duration of growth and under growth conditions which more adequately modeled the biofilm mode of life. This was done by growing a single strain of E. coli bacteria onto coupons of these stainless steel materials for either a 48-hour or a 96-hour timeframe within a low-flow, continuously-fed bioreactor. The coupons were visualized with an environmental scanning electron microscope to assess the effect of the material properties on the observed biofilms grown during this study. Overall there were little differences observed between the E. coli biofilms grown on the copper-containing stainless steel, the silver-containing stainless steel, and the standard stainless steel used within this study. Mirror finish smooth surfaces were needed in order to adequately visualize the steel coupons. The bacteria appeared to attach randomly without any preference for steel surface chemistry or other surface features. This suggested that under the given growth conditions the bacteria interacted with the smooth steel surfaces the same. To account for this randomness, it is hypothesized that the relevant surface features were significantly smaller than the size of single bacterial cells. E. coli cells are between 1 – 2 micrometers long and 0.5 – 1 micrometers in diameter. There was also no antimicrobial effect observed on the copper-containing and silver-containing stainless steels. To account for the lack of an observed antimicrobial effect, it is hypothesized that a conditioning film of carbon-based molecules formed on the surface of the steels from the liquid growth medium environment, preventing bacterial cells from being damaged by the copper and silver within the steel surfaces.

Neste trabalho são estudados os mecanismos de desgaste, atuantes na escala do tamanho de grão (meso-escala), durante ensaios de cavitação vibratória, para diferentes amostras de aços inoxidáveis austeníticos ligados com nitrogênio. Amostras com teores superficiais de nitrogênio de aproximadamente 0, 9 % massa, 1, 4%massa e 20%massa, obtidas a partir do a¸co inoxidável dúplex UNS S31803, foram estudadas. As amostras do a¸co inoxidável duplex UNS S31803, com aproximadamente 0, 9 % N massa, foram obtidas por nitretação gasosa em alta temperatura (temperatura de nitretação entre 1050 e 1200 C) e consistiram em três grupos diferentes: amostras com nitrogênio em solução sólida e solubilizadas, amostras com precipitação de nitretos e amostras com nitrogênio em solução sólida e encruadas. Já as amostras com teor de nitrogênio próximo de 20 % N massa foram processadas por meio de nitretação a plasma na temperatura de 400 C, obtendo-se uma camada superficial de austenita expandida. As amostras de ensaio foram submetidas à caracterização de textura por difração de elétrons retroespalhados, EBSD, e posteriormente à cavitação vibratória em ´agua destilada. Os ensaios de cavitação foram periodicamente interrompidos com o intuito de estudar a deteriora¸cao das amostras por exame das mesmas no microscópio eletrônico de varredura, MEV, e por medidas de perda de massa. Quando comparadas com os aços inoxidáveis austeníticos convencionais (UNS S30403 solubilizado e UNS S31803 como recebido), sem adição de nitrogênio e livre de encruamento, as amostras estudadas apresentaram resistência ao desgaste por cavitação superior, quantificada tanto pelo tempo de incubação do dano com perda de massa quanto pela taxa máxima de perda de massa nos estágios avançados do dano. A taxa máxima de perda de massa para cada tipo de amostra estudada, com relação `a taxa máxima do material de comparação, o aço inoxidável convencional sem adição de nitrogênio e livre de encruamento (UNS S30403) solubilizado, foi de: amostras com precipitação de nitretos (318HTGN+Nit), 6,9 vezes menor; amostras com nitrogênio em solução sólida e solubilizadas (318HTGH+Sol) e laminadas e solubilizadas (318HTGN+Lam+Sol), 26,8 e 25 vezes menor, respectivamente; amostras com nitrogênio em solução sólida e encruadas (318HTGN+Enc) 145 vezes menor; e amostras com camada superficial de austenita expandida (obtidas por nitretação a plasma), (318HTGN+Plas e 304LSol+Plas) 290 e 1,77 e vezes menor respectivamente. O efeito benéfico da adição de nitrogênio na resistência à erosão por cavitação dos aços inoxidáveis austeníticos estudados foi atribuído a: (i) aumento na resistência à deformação plástica; (ii) distribuição mais homogênea da deformação plástica induzida pelas ondas de choque e micro-jatos característicos do processo de cavitação; e (iii) aumento da importância relativa dos mecanismos de perda de massa com elevado consumo de energia de impacto. Nos primeiros estágios do dano erosivo por cavitação se observou clara evidência de deformação plástica, acompanhada de formação de microreelevo superficial e de protrusão de bandas de escorregamento. A perda de massa em nível microscópico (observações no MEV) começa como destacamento de material em microtrincas e micropites. Observou-se que tanto a nucleação do dano como o seu crescimento se apresenta de forma heterogênea na escala do tamanho de grão. Os sítios microestruturais nos quais se iniciou o dano com perda de massa foram preferencialmente protuberâncias nas protrusões de bandas de escorregamento, protuberâncias nos contornos de grão e as interfaces matriznitreto. O incremento do teor de nitrogênio (em solução sólida) na amostra aumentou a importância relativa dos contornos de grão como locais de nucleação do dano, em relação ao dano iniciado no interior dos grãos. Observou-se que o interior dos grãos com planos 100 ou 111 orientados de forma aproximadamente paralela à superfície das amostras são regiões muito suscetíveis à incubação do dano e ao crescimento do mesmo. Já os grãos com planos 101 orientados aproximadamente paralela à superfície das amostras, apresentam regiões com resistência ao dano bem maior. Esses resultados são discutidos, considerando as diferenças de tensão (resultantes da ação de ondas de choque causadas pela implosão de bolhas de cavitação) crítica projetada para cisalhamento de grãos com diferentes orientações. O dano ocorre preferencialmente em contornos de grãos com acentuados gradientes de tensão resolvida para a deformação plástica, onde se desenvolve elevada concentração de tensões. Em particular, os contornos de macla CSL 3 são acentuadamente mais suscetíveis à incubação do dano que os outros tipos de contornos CSL e que os contornos não CSL. / High nitrogen austenitic stainless steels containing 0.9 wt-% N and 20 wt- % N were tested in a ultrasonically induced vibratory cavitation testing device. Incubation times for damage initiation and mass losses were periodically measured during the cavitation-erosion tests. Scanning Electron Microscopy observation of the damaged surfaces allowed identifying the wear mechanisms operating during each step of the cavitation-erosion test. 0.9 wt-% N specimens were obtained through High Temperature Gas Nitriding UNS S31803 duplex stainless steel, at temperatures between 1050 and 1200 oC. Three groups of specimens were obtained: solubilized with all nitrogen in solid solution, solubilized and work hardened specimens and nitride containing specimens. The 20 wt- % N specimens were obtained through Low Temperature Plasma Nitriding the already High Temperature Gas Nitrided specimens and getting an expanded austenite layer at the surface. The specimens were firstly characterized by Electron Backscattered Diffraction - EBSD techniques and then submitted to the cavitation-erosion tests in distilled water. When compared to conventional UNS S30403 lean nitrogen solubilized austenitic stainless steel specimens, greater incubation times and smaller maximum wear rates were observed. The maximum wear rates (compared to those of the solubilized UNS S30403 steel) were: for the nitride containing specimen 6.9 times smaller; for textured and non-textured all nitrogen in solid solution specimens 26.8 and 25 times smaller, respectively; for the solubilized and work hardened specimen 145 times smaller; for the expanded austenite layer, with circa 20 wt- % N, specimens 300 times smaller. The beneficial effect of nitrogen on the cavitation-erosion resistance of the studied specimens was attributed to: (i) an increase in resistance to plastic deformation; (ii) a more homogeneous distribution of the plastic deformation; and (iii) an increase of the relative participation of energy consuming mass loss mechanisms. Plastic deformation accompanied by formation of micro relief at the surface and slip bands protrusions were clearly identified, during the first stages of cavitation erosion. The first evidences of mass loss (detected by SEM observations) were seen as particles detaching from micro cracks and micro pits formed at the grain surface. Nucleation and growth of cavitation damage was heterogeneously distributed at the grain scale. Slip bands protrusions, grain boundary protrusions and nitride matrix interfaces sites were more prone to nucleating the damage. Increasing nitrogen contents in solid solution increased the relative contribution of grain boundary nucleated damage, compared to the total amount of nucleation sites. Grains with 100 and 111 crystallographic planes approximately parallel to the surface were more prone to nucleation and growth of cavitation damage. Grains with 101 planes // surface were much more resistant to cavitation-erosion damage. These results are discussed considering differences of critical resolved shear stresses for grains with different orientations. Cavitation erosion damage occurs preferentially at grain boundaries across which steep stress gradients arise. Particularly, CSL -3 twin boundaries are much more susceptible to cavitation erosion damage incubation than other types of CSL boundaries and non CSL boundaries.

Os processos de erosão-corrosão são comumente encontrados em tubulações, válvulas e outros componentes usados na indústria química, petroquímica e na exploração de minérios. Quando a corrosão e a erosão atuam conjuntamente, os mecanismos de dano são complexos e em geral as perdas de massa associadas com esta combinação de processos são maiores do que a soma das perdas geradas pela erosão ou a corrosão atuando separadamente. Os aços inoxidáveis são materiais amplamente usados neste tipo de indústrias. A série martensítica é usada quando se necessita de boas propriedades mecânicas e moderada resistência à corrosão, enquanto que a austenítica é usada para condições onde é necessária uma boa resistência à corrosão, ainda que as propriedades mecânicas deste tipo de aço não sejam muito altas. Adições de nitrogênio aos aços inoxidáveis melhoram tanto a resistência à corrosão quanto a resistência mecânica, no entanto, poucos trabalhos têm sido desenvolvidos sobre o sinergismo erosão-corrosão dos aços inoxidáveis de alto nitrogênio. Neste trabalho, estuda-se o efeito da adição de nitrogênio, em solução sólida, na resistência à erosão-corrosão de um aço inoxidável martensítico AISI 410 e um austenítico AISI 304L em lama composta por 3,5% de NaCl e partículas de quartzo. Para tanto foram nitretadas, em alta temperatura, amostras destes aços sob diferentes pressões. Foram obtidas amostras martensíticas com 0,2 e 0,4% de nitrogênio e austeníticas com 0,25 e 0,55% de nitrogênio em solução sólida. Amostras sem nitrogênio foram usadas como material de referência. Foram desenvolvidos dois tipos de ensaios em dispositivo tipo jato: medidas de perda de massa e de polarização potenciodinâmica. A topografia das superfícies testadas foi observada usando microscopia óptica e eletrônica de varredura. Essa informação, conjuntamente com os resultados de perda de massa e dos ensaios eletroquímicos, foi usada para estabelecer os mecanismos de degradação dos materiais estudados, nas diferentes condições de ensaio, e os efeitos da introdução de nitrogênio na estrutura dos aços. Dos resultados obtidos neste trabalho, observa-se que as curvas de polarização potenciodinâmica são sensíveis às variações nas condições de ensaio, como a presença de fluxo e a introdução de partículas. Em geral, o potencial de corrosão e de pite diminuíram e a densidade de corrente passiva aumentou com o aumento da agressividade do ensaio, deslocando as curvas para potenciais menos nobres e densidades de corrente maiores. A introdução de nitrogênio aumentou a dureza da superfície em ambos os aços inoxidáveis. A adição de nitrogênio melhorou a resistência à corrosão do aço inoxidável martensítico AISI 410, para as duas condições de nitretação usadas, medida através de polarização potenciodinâmica. Esse efeito foi avaliado através de um novo parâmetro chamado ?, dado pela diferença entre as densidades de corrente com erosão-corrosão e na condição estática (iCE-iS), para o aço nitretado, e essa mesma diferença para a condição de referência (aço solubilizado ou temperado e revenido). A adição de 0,2% de nitrogênio diminuiu em 88% a corrosão aumentada por erosão. Aumentando a 0,4% o teor de nitrogênio, esta diminuição também ocorre, sendo de 87%. O processo de remoção de material da superfície do aço inoxidável martensítico temperado e revenido é dominado pela corrosão aumentada por erosão, enquanto que no aço nitretado, o nitrogênio promove a mudança de regime para uma condição de erosão aumentada por corrosão. Observou-se que a adição de nitrogênio melhorou a resistência à corrosão, a resistência à erosão e a resistência à erosão-corrosão do aço inoxidável austenítico AISI 304L. Notou-se, também, o aumento significativo do potencial de pite com a elevação do teor de nitrogênio. As superfícies das marcas de desgaste das amostras nitretadas mostraram-se menos rugosas, mostrando o efeito benéfico do nitrogênio na resistência à corrosão do aço austenítico. A adição de 0,25% de nitrogênio diminuiu em 25% a corrosão aumentada por erosão. Aumentando o teor de nitrogênio para 0,55%, esta diminuição também foi observada, sendo de 56%. O processo de remoção de material da superfície do aço inoxidável austenítico é dominado pelo desgaste erosivo. Finalmente, a introdução de nitrogênio parece não ter influência notável no potencial de corrosão para nenhum dos aços aqui estudados. O mecanismo fundamental para a melhora na resistência à corrosão com a introdução de nitrogênio na estrutura dos aços inoxidáveis estudados, está relacionado com a produção de íons amônio durante a dissolução da superfície, produzindo um aumento de pH da solução e possibilitando uma repassivação mais fácil da superfície. / Corrosion-erosion processes are commonly found in pipes, valves and many other components for chemical, petrochemical and marine applications. When corrosion and erosion act together the damage mechanisms are complex and usually the mass losses are higher than the sum of the separate material losses due to corrosion and erosion. Stainless steels have been widely used in different components working in systems under combined corrosive and erosive effects. Martensitic stainless steels are suitable for manufacturing components with high mechanical properties and moderate corrosion resistance, while austenitic stainless steels are chosen for conditions where a better corrosion resistance is needed, even though their mechanical properties are poor. It has been shown that nitrogen addition to conventional stainless steels can improve both mechanical and corrosion properties. Very few research papers have been published about the corrosion-erosion synergism of high nitrogen stainless steels. In this research, the effect of nitrogen, introduced by solid state alloying, on the corrosionerosion resistance of a martensitic and an austenitic stainless steel tested in 3.5% NaClquartz slurry was studied. For this purpose, AISI 304L and AISI 410 samples were high temperature gas nitrided under different nitrogen pressures. 0.2 and 0.4% N martensitic samples and 0.25 and 0.55% N austenitic samples were obtained. Samples without nitrogen, but submitted to the same thermal cycle, were used as comparison materials in the tests. Corrosion, erosion and corrosion-erosion tests were conducted in a jet-like device. Two kinds of tests were developed: mass loss measurements and electrochemical polarization. The topography of the surface was observed after the wear tests using optical and scanning electron microscopy. This information, together with the results of mass losses and electrochemical tests were used to establish the degradation mechanisms of the tested materials under the different testing conditions and the effect of the introduction of nitrogen in the steel structure. The results showed that the polarization curves change a lot with the testing conditions. The corrosion and pitting potential decreased and the passive current density increased with the increase of aggressiveness of the testing conditions, shifting the curves to less noble potentials and higher current densities. Nitrogen additions increased the hardness of the nitrided surfaces in both steels. Nitrogen also improved the corrosion resistance of the AISI 410 stainless steel for both nitriding conditions. The effect of nitrogen was analyzed through a new parameter ?, given by the difference between the current densities under erosion-corrosion and the static condition (iCEiS), for the nitrided steels and the same difference for the standard condition (solubilized or quenched and tempered steels). The increase of the nitrogen content of the martensitic surface up to 0.2% reduced 88% the corrosion augmented by erosion. When the nitrogen content at the surface is 0.4%, the reduction of the corrosion augmented by erosion term was 87%. The mass removal process for the quenched and tempered condition is controlled by corrosion assisted by erosion, while for the nitrided surface is erosion assisted by corrosion. Nitrogen additions improved the corrosion, erosion and erosion-corrosion resistance of the austenitic stainless steel AISI 304L. The pitting potential noticeably increased with the increase of the nitrogen content. Smoother wear mark contours on the nitrided surface indicate a favorable effect of nitrogen on the corrosion-erosion synergism. Adding 0.25% N to the alloy decreased the corrosion augmented by erosion in the passive region by 25%, and adding 0.55% N reduced it by 56%. The mass removal process, in this case, was controlled by erosion. Finally, nitrogen addition does not seem to affect the corrosion potential of both steels studied in this work. The main mechanism to increase the corrosion resistance of the studied steels with the introduction of nitrogen is related to production of ammonia during the dissolution of the steel surface. The pH of the solution increases, and the surface can easily repassivate.

Neste trabalho, estudaram-se os mecanismos de desgaste por deslizamento dos aços AISI 304 e AISI 316 em função da carga normal (de 6 N a 20 N) e da velocidade tangencial (de 0,07 m/s a 0,81 m/s). De acordo com o planejamento fatorial 23, realizaram-se ensaios de desgaste em equipamento convencional, do tipo pino-contra-disco. Foram usadas técnicas de análise das superfícies e das partículas após o desgaste: microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios-X, espectroscopia Mössbauer, rugosidade, temperatura e dureza instrumentada. Concluiu-se que os mecanismos de desgaste por deslizamento para os aços AISI 304 e AISI 316 são dominados pela deformação plástica (desgaste por oxidação de partículas metálicas, desgaste adesivo e desgaste misto). A variação da taxa de desgaste dos dois materiais dependeu do efeito da interação entre os níveis de carga normal e velocidade tangencial. Por meio do planejamento composto central, foi possível obter um modelo empírico da variação da taxa de desgaste em função da carga normal e da velocidade. / In this work, sliding wear mechanism of AISI 304 and AISI 316 austenitic stainless steels were studied as a function of the applied load (from 6 N to 20 N) and the tangential velocity (from 0.07 m/s to 0.81 m/s). Following the 23 factorial design, wear experiments were performed using a conventional pin-on-disc machine. Worn surfaces and wear debris analysis techniques were used: scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction, Mössbauer spectroscopy, stylus profiling, surface temperature measurement and instrumented indentation. Plasticity-dominated wear (metallic debris oxidation, adhesive wear and mixed wear) are the sliding wear mechanisms for AISI 304 and AISI 316 steels. The wear rate behavior depended on interaction effect between applied load and tangential velocity. An empirical model of wear rate as a function of applied load and tangential velocity was obtained by means of the central composite design.

Visando-se determinar as temperaturas mais adequadas de nitretação e carbonitretação por plasma dos aços inoxidáveis austenítico AISI 316L, ferrítico AISI 409 e super duplex ASTM A890 Gr 5A e suas influências nas resistências ao desgaste e à corrosão, amostras desses aços foram tratadas a 400, 450 e 500°C, e submetidas a ensaios micrográficos, de raios X, ensaios microabrasivos e de corrosão. Todas as temperaturas de tratamentos utilizadas nos vários aços estudados produziram camadas com grande regularidade, que tiveram suas espessuras e durezas aumentadas com o aumento da temperatura de tratamento. Em todos os casos, ocorreu um grande aumento nas resistências ao desgaste microabrasivo das amostras nitretadas ou carbonitretadas, em comparação com o substrato, comprovando a efetividade da fase \"S\", produzida nas temperaturas mais baixas, no aumento das durezas e resistências ao desgaste. No caso das amostras tratadas em temperaturas mais elevadas, o nitreto de cromo foi o responsável principal pelo aumento dessa resistência. Verificou-se por meio dos resultados das curvas de polarização anódicas das camadas nitretadas e carbonitretadas a 400°C que, para os três tipos de aços em estudo, tais camadas apresentaram comportamentos semelhantes e superiores aos dos substratos, devido a formação de austenita ou ferrita expandidas. No caso das temperaturas de tratamentos de 450 e 500°C, as amostras carbonitretadas apresentaram desempenho superior ao das nitretadas e, próximos aos dos substratos, não tendo ocorrido degradação dessa propriedade. Os tratamentos de nitretação e carbonitretação por plasma, realizados nas temperaturas adequadas definidas no presente trabalho para os principais tipos de aços inoxidáveis, produziram camadas com elevadas durezas e resistências ao desgaste, sem perdas nas características de corrosão, que inclusive melhoraram em alguns casos, permitem a ampliação do uso dos aços inoxidáveis para situações que requeiram aquelas propriedades. / Aiming to determine the most appropriate temperatures of plasma and carbonitriding of the AISI 316L austenitic stainless steel, AISI 409 stainless steel and ASTM A890 Gr5A super duplex steel and their influence corrosion and wear resistances of those steel samples, they were treated 450 and 500°C, and submitted to micrography analyses, X-ray diffraction, abrasive wear and corrosion tests. All treatment temperatures used in the several studied steels produced layers with great regularity, which increased their thickness and hardness with the increase of the treatment temperature. In all the cases, a great increase occurred in the micro-abrasivive resistance of the nitrided and carbonitrided samples, in comparison with the substrate, proving the effectiveness of the \"S\" phase, produced in the temperatures, in the increase of the hardness and wear resistances. In the the samples treated at higher temperatures, the chromium nitride was the responsible one for the increase in the wear resistance. It was verified through the results of the potenciodinâmicos corrosion the nitrided and carbonitrided layers at 400°C, that for the three types of stee study, such layers presented similar and superior behaviors to that of the substrate, due to austenite or expanded ferrite formation. In the case of the treatment temperatures of 450 and 500°C, the carbonitrided samples presented s performance to the nitrided one and similar performance to the substrates s without the occurrence of any degradation of that property. The plasma nitriding and plasma carbonitriding treatments, carried out in the temperatures defined in the present work, for the principal types of stainless to produce layers with high hardness and wear resistances, without losses corrosion characteristics, which even got better in some cases, allow to expand the use of the stainless steels in situations where those properties are required.

O objetivo deste trabalho é viabilizar o uso conjunto, em um mesmo sistema de tubulação, na indústria de óleo e gás, dos aços inoxidáveis superduplex UNS S32750 e UNS S32760. Atualmente as especificações de projeto limitam o uso de um ou outro para um dado sistema, implicando em menor flexibilidade de fornecimento e maiores custos. Adicionalmente será avaliado o processo de soldagem automatizado com arame tubular com matriz metálica (metal cored) e com proteção gasosa. Este processo de soldagem possui grande produtividade e rendimento. Foram estudadas a resistência à corrosão, a resistência mecânica e possíveis danos causados à microestrutura do metal de solda e das zonas afetadas pelo calor (ZAC) dos aços inoxidáveis superduplex UNS S32750 e UNS S32760. A junta foi realizada com chanfro em meio \"V\", com geometria de 300 mm por 200 mm por 6,35 mm e com os seguintes parâmetros de soldagem: tensão de 25 V, corrente de 150 A, velocidade de soldagem de 6,35 mm/s, velocidade de alimentação do arame de 135 mm/s e distância de trabalho de 20 mm. As juntas foram caracterizadas por microscopia óptica, eletrônica de varredura, ensaio de tração, ensaio de dobramento, ensaio Charpy V a - 46 °C e ensaio de corrosão segundo a norma ASTM G48. A base para os critérios de aprovação será o disposto normativo da Norsok Standard M-601, Welding and inspection of piping, na sua mais recente edição (2008). Os resultados mostraram que não existem diferenças significativas entre as soldagens similares e dissimilares com relação às propriedades testadas. / The objective of this work is to enable the use in the same piping system, used in the oil and gas industry, of UNS S32750 and UNS S32760 superduplex stainless steels. Currently, the design specifications limit the use of one or the other for a given system, resulting in less flexibility in supply and higher costs. Additionally, it will be evaluated automated welding process with metal cored using a shielding gas. This welding process has high productivity and efficiency. It was studied corrosion resistance, mechanical strength and possible damage to the weld metal microstructure and heat affected zones (HAZ) of stainless steels superduplex UNS S32750 and UNS S32760. The joint was welded using a half \"V\" bevel geometry, with 300 mm by 200 mm by 6.35 mm and the following welding parameters: voltage 25 V, current 150 A, welding speed of 6.35 mm/s, wire feed speed of 135 mm/s and 20 mm working distance. The joints were characterized by optical microscopy, scanning electron microscopy, tensile test, bending test, Charpy V test at - 46 °C and corrosion test according to ASTM G48. The basis for the criteria for approval is the normative provisions of Norsok Standard M-601, Welding and inspection of piping in its latest edition (2008). The results showed that there are no significant differences between similar and dissimilar welds with respect to the tested properties.

Neste trabalho, estudaram-se os mecanismos de desgaste por deslizamento dos aços AISI 304 e AISI 316 em função da carga normal (de 6 N a 20 N) e da velocidade tangencial (de 0,07 m/s a 0,81 m/s). De acordo com o planejamento fatorial 23, realizaram-se ensaios de desgaste em equipamento convencional, do tipo pino-contra-disco. Foram usadas técnicas de análise das superfícies e das partículas após o desgaste: microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios-X, espectroscopia Mössbauer, rugosidade, temperatura e dureza instrumentada. Concluiu-se que os mecanismos de desgaste por deslizamento para os aços AISI 304 e AISI 316 são dominados pela deformação plástica (desgaste por oxidação de partículas metálicas, desgaste adesivo e desgaste misto). A variação da taxa de desgaste dos dois materiais dependeu do efeito da interação entre os níveis de carga normal e velocidade tangencial. Por meio do planejamento composto central, foi possível obter um modelo empírico da variação da taxa de desgaste em função da carga normal e da velocidade. / In this work, sliding wear mechanism of AISI 304 and AISI 316 austenitic stainless steels were studied as a function of the applied load (from 6 N to 20 N) and the tangential velocity (from 0.07 m/s to 0.81 m/s). Following the 23 factorial design, wear experiments were performed using a conventional pin-on-disc machine. Worn surfaces and wear debris analysis techniques were used: scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction, Mössbauer spectroscopy, stylus profiling, surface temperature measurement and instrumented indentation. Plasticity-dominated wear (metallic debris oxidation, adhesive wear and mixed wear) are the sliding wear mechanisms for AISI 304 and AISI 316 steels. The wear rate behavior depended on interaction effect between applied load and tangential velocity. An empirical model of wear rate as a function of applied load and tangential velocity was obtained by means of the central composite design.

Os aÃos inoxidÃveis austenÃticos tÃm sido bastante utilizados em equipamentos de utilidades de dessulfurizaÃÃo de petrÃleo devido à sua boa resistÃncia à corrosÃo em temperatura elevada.Contudo, esses materiais estÃo sujeitos a sensitizaÃÃo (deficiÃncia em cromo na regiÃo vizinha ao contorno de grÃo) quando expostos a temperaturas de 425 a 815ÂC, durante a operaÃÃo ou processos de fabricaÃÃo. A sensitizaÃÃo torna o equipamento suscetÃvel à corrosÃo sob tensÃo causada por aÃos politiÃnicos, formados pela interaÃÃo de compostos sulforoso, umidade e ar em temperatura ambiente. A resistÃncia à corrosÃo sob tensÃo de amostras de aÃo inoxidÃvel austenÃtico AISI 321 e 347, removidas de um tubo, foi investigada atravÃs do procedimento ASTM 262 Pr. E â ensaio alternativo e de execuÃÃo mais fÃcil do que a simulaÃÃo dos aÃos politiÃnicos. Os corpos de prova foram submetidos aos tratamentos tÃrmicos de estabilizaÃÃo (900ÂC, durante 75 minutos) e de sensitizaÃÃo (600ÂC, durante 20, 40, 80, 120 e 140 horas), apÃs o que foram expostos ao meio corrosivo de CuSO4 + H2SO4 durante 72 horas e depois dobradas, nÃo apresentando trincamento. A agressividade do meio utilizado no ensaio foi verificada atravÃs da utilizaÃÃo de amostras de aÃo AISI 304L sensitizadas (600ÂC, 24, 28 e 72 horas e 677ÂC durante 4, 45 e 72 horas). Neste caso, somente as amostras com acabamento superficial feito com lixa n 100 sofreram um intensivo processo corrosivo. / Os aÃos inoxidÃveis austenÃticos tÃm sido bastante utilizados em equipamentos de utilidades de dessulfurizaÃÃo de petrÃleo devido à sua boa resistÃncia à corrosÃo em temperatura elevada.Contudo, esses materiais estÃo sujeitos a sensitizaÃÃo (deficiÃncia em cromo na regiÃo vizinha ao contorno de grÃo) quando expostos a temperaturas de 425 a 815ÂC, durante a operaÃÃo ou processos de fabricaÃÃo. A sensitizaÃÃo torna o equipamento suscetÃvel à corrosÃo sob tensÃo causada por aÃos politiÃnicos, formados pela interaÃÃo de compostos sulforoso, umidade e ar em temperatura ambiente. A resistÃncia à corrosÃo sob tensÃo de amostras de aÃo inoxidÃvel austenÃtico AISI 321 e 347, removidas de um tubo, foi investigada atravÃs do procedimento ASTM 262 Pr. E â ensaio alternativo e de execuÃÃo mais fÃcil do que a simulaÃÃo dos aÃos politiÃnicos. Os corpos de prova foram submetidos aos tratamentos tÃrmicos de estabilizaÃÃo (900ÂC, durante 75 minutos) e de sensitizaÃÃo (600ÂC, durante 20, 40, 80, 120 e 140 horas), apÃs o que foram expostos ao meio corrosivo de CuSO4 + H2SO4 durante 72 horas e depois dobradas, nÃo apresentando trincamento. A agressividade do meio utilizado no ensaio foi verificada atravÃs da utilizaÃÃo de amostras de aÃo AISI 304L sensitizadas (600ÂC, 24, 28 e 72 horas e 677ÂC durante 4, 45 e 72 horas). Neste caso, somente as amostras com acabamento superficial feito com lixa n 100 sofreram um intensivo processo corrosivo. / Because of their resistance to high temperature corrosion by hydrogen sulfide, austenitic stanless steels are commonly used for equipment in desulfurization process. However, these materials are subject to sensitization (chromium carbide precipitation) from exposure in the temperature range 425 to 815ÂC during fabrication or operation. Sensitization makes the equipment susceptible to failure from intergranular stress corrosion cracking caused by polythionic acid. Polythionic acid is formed by sulfur compounds, moisture, and air at ambient temperature. The main goal of the present work is to investigate the stress corrosion cracking susceptibility of stainless steels AISI 321 and 347 in polythionic acids using an alternative process that is to submit the samples to cooper-cooper sulfate-16% sulfuric acid test (ASTM A262 Pr.E). After the stabilization heat treatment at 900ÂC for 75 minutes, samples were heat treated at 600ÂC during 20, 40, 80, 120 and 140 hours and then exposed to boiling acidified copper sulfate solution for 72 hours. After exposure, the specimens were bent. The appearance of fissures or cracks was not observed in AISI 321 and 347 samples. The effectiveness of the solution has been made by submitting AISI 304L samples to the same environment . The AISI 304L samples with higher finishing have been cracked. The ones with fine-ground finishing have not been attacked. / Because of their resistance to high temperature corrosion by hydrogen sulfide, austenitic stanless steels are commonly used for equipment in desulfurization process. However, these materials are subject to sensitization (chromium carbide precipitation) from exposure in the temperature range 425 to 815ÂC during fabrication or operation. Sensitization makes the equipment susceptible to failure from intergranular stress corrosion cracking caused by polythionic acid. Polythionic acid is formed by sulfur compounds, moisture, and air at ambient temperature. The main goal of the present work is to investigate the stress corrosion cracking susceptibility of stainless steels AISI 321 and 347 in polythionic acids using an alternative process that is to submit the samples to cooper-cooper sulfate-16% sulfuric acid test (ASTM A262 Pr.E). After the stabilization heat treatment at 900ÂC for 75 minutes, samples were heat treated at 600ÂC during 20, 40, 80, 120 and 140 hours and then exposed to boiling acidified copper sulfate solution for 72 hours. After exposure, the specimens were bent. The appearance of fissures or cracks was not observed in AISI 321 and 347 samples. The effectiveness of the solution has been made by submitting AISI 304L samples to the same environment . The AISI 304L samples with higher finishing have been cracked. The ones with fine-ground finishing have not been attacked.

[pt] Os aços inoxidáveis Duplex são materiais metálicos que tendem a aliar uma excelente resistência à corrosão em meios agressivos com elevada resistência mecânica devido à sua microestrutura bifásica. Essa microestrutura é composta por uma matriz ferrítica e ilhas de austenita, a temperatura ambiente, com frações volumétricas aproximadamente iguais dessas duas fases. Com isso, estas ligas costumam ser utilizadas em tubulações e equipamentos industriais onde se requer elevada relação resistência/peso, especialmente em empreendimentos de construção e montagem off-shore. Este trabalho apresenta uma metodologia desenvolvida com a utilização de um modelo numérico parametrizado baseado no método de elementos finitos para analisar o efeito dos ciclos térmicos de soldagem nos aços duplex e leanduplex. O modelo desenvolvido faz uso da análise térmica transiente da soldagem, em que as propriedades térmicas dos materiais envolvidos são termo dependentes, e grandes gradientes térmicos são gerados entre a região da solda e as áreas afastadas dela. Procedimentos experimentais para medição dos ciclos térmicos empregados sob determinados regimes de soldagem são utilizados para calibrar o modelo numérico. A metodologia é aplicada ao estudo do comportamento de uma solda na forma de cordão sob chapa contendo um único passe, realizada com o processo GMAW, em chapas planas de 10mm de espessura dos aços duplex UNS32205 e leanduplex UNS32304, através de um modelo de elementos finitos. Os resultados mostram uma boa correspondência entre o modelo numérico e o resultado experimental. / [en] Duplex stainless steels are metallic materials that tend to combine excellent corrosion resistance in aggressive environment with high mechanical strength due to their biphasic microstructure. This microstructure is composed of a ferritic matrix and austenite islands, at room temperature, with approximately equal volume fractions of these two phases. As a result, these alloys are often used in pipes and industrial equipment where high resistance / weight ratio is required, especially in offshore assembly and construction field. This work presents a methodology developed with the use of a parameterized numerical model based on the finite element method to analyze the effect of thermal welding cycles on duplex and leanduplex stainless steels. The developed model uses the transient thermal analysis of welding, in which the thermal properties of the materials involved are thermo-dependent, and large thermal gradients are generated between the region of the weld and the areas away from it. Experimental procedures for measuring the thermal cycles employed under certain welding conditions are used to calibrate the numerical model. The methodology is applied to the study of the behavior of a weld in the form of a strand in sheet form containing a single pass, realized with the GMAW process, in flat plates of 10mm thickness of the duplex steels UNS32205 and leanduplex UNS32304, through a finite element model. The results show a good correspondence between the numerical model and the experimental result.

Advanced alloys often present precipitated carbides and nitrides in their microstructure following exposure to elevated temperatures. These secondary phases are usually undesirable, because potentially deleterious for the corrosion and mechanical performances of the material. Carbides and nitrides are enriched in key alloying elements that are subtracted from their surrounding matrix areas, creating alloying element depleted zones, which might become initial sites for corrosion initiation. In this study, the influence of micro- and nano-sized precipitated carbides and nitrides on the corrosion initiation of biomedical CoCrMo alloys and duplex stainless steels has been investigated at microscopic scale, by using a combination of local probing techniques. The microstructures of the alloys were first characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and magnetic force microscopy (MFM). The Volta potential mapping of carbides and nitrides revealed their higher nobility compared to the matrix, and particularly compared to their surrounding areas, suggesting the occurrence of some alloying element depletion in the latter locations, which may lead to a higher susceptibility for corrosion initiation. In-situ electrochemical AFM studies performed at room temperature showed passive behavior for large potential ranges for both alloy families, despite the presence of the precipitated carbides or nitrides. At high anodic applied potential, at which transpassive dissolution occurs, preferential dissolution started from the areas adjacent to the precipitated carbides and nitrides, in accordance with the Volta potential results. Thus, the presence of carbides and nitrides doesn’t largely affect the corrosion resistance of the tested advanced alloys, which maintain passive behavior when exposed to highly concentrated chloride solutions at room temperature with no applied potential. The effect of nitrides on the corrosion initiation of duplex stainless steels was investigated also at temperatures above the critical pitting temperature (CPT). Depending on the type, distribution and size range of the precipitated nitrides different corrosion behaviors were observed. Intragranular (quenched-in) nano-sized nitrides (ca. 50-100 nm) finely dispersed in the ferrite grains have a minor influence on the corrosion resistance of the material at temperatures above the CPT, while larger intergranular (isothermal) nitrides (ca. 80-250 nm) precipitated along the phase boundaries cause a detrimental reduction of the corrosion resistance of the material, in particular of the austenite phase / <p>QC 20130927</p>