Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by giuliana silveira (giulianagphoto@gmail.com) on 2016-03-04T16:28:51Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_SuscetibilidadeCorrosãoTensão.pdf: 3508598 bytes, checksum: 940f9e9c70d54093077592f79360b9a3 (MD5) / Approved for entry into archive by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2016-04-15T12:57:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_SuscetibilidadeCorrosãoTensão.pdf: 3508598 bytes, checksum: 940f9e9c70d54093077592f79360b9a3 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-15T12:57:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_SuscetibilidadeCorrosãoTensão.pdf: 3508598 bytes, checksum: 940f9e9c70d54093077592f79360b9a3 (MD5) Previous issue date: 2015 / Este trabalho foi realizado com o objetivo de se investigar o comportamento do aço inoxidável duplex (AID) UNS S32304 em meios contendo íons cloreto, sob o ponto de vista da corrosão sob tensão (CST). Para tanto, foram realizados ensaios de CST com carga e deformação constantes. Os ensaios de CST com carga constante foram realizados em soluções aquosas com 42% e 35%, em massa, de cloreto de magnésio (MgCl2), em ebulição (143°C e 125°C, respectivamente). O ensaio de CST com deformação constante dos eletrodos foi realizado com solução aquosa contendo 42%, em massa, de MgCl2, também em ebulição (143°C). Foram realizados também ensaios de polarização a fim de se avaliar o comportamento do aço em relação à corrosão por pites. Microscopia óptica e análise química foram feitas para a caracterização do material. Constatou-se a suscetibilidade à CST deste material, quantitativa e qualitativamente, além da influência da concentração de íons cloreto na solução. Essa comparação foi reforçada após a análise microfractográfica dos corpos de prova ensaiados. Os ensaios de polarização potenciostática indicaram que o potencial de pite foi por volta de 400 mVECS em solução aquosa contendo 3,5%, em massa, de cloreto de sódio (NaCl). Por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV) constatou-se a presença de alguns pites formados durante os ensaios de polarização. ________________________________________________________________________________ / ABSTRACT : work was carried out in order to investigate the duplex stainless steel UNS S32304 behavior in environments containing chloride ions from the point of view of stress corrosion cracking (SCC). Thus, we performed SCC tests with constant load and constant strain. SCC tests were carried out under constant load in aqueous solutions with 42% and 35% by weight magnesium chloride (MgCl2), boiling (143 ° C and 125 ° C, respectively). The SCC test of constant strain of the electrodes was carried out with an aqueous solution containing 42% by weight MgCl2, also boiling (143 ° C). Were also conducted polarization tests in order to evaluate the steel about pitting corrosion behavior. Optical microscopy and chemical analysis were performed to characterize the material. It was found the susceptibility to SCC of this material, quantitatively and qualitatively, beyond the influence of the concentration of chloride ions in the solution. It was found susceptibility to SCC of this material, quantitatively and qualitatively, beyond the influence of the concentration of chloride ions in the solution. This comparison was reinforced after microfractographic analysis of test specimens. The potentiostatic polarization tests indicated that the pitting potential was around 400 mVSCE in aqueous solution containing 3.5% by weight sodium chloride (NaCl). By means of scanning electron microscopy (SEM) revealed the presence of some pits formed under polarization tests.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As ligas de Níquel são amplamente utilizadas na construção de diversos componentes de reatores à água pressurizada PWR. Estes materiais foram selecionados por possuírem elevada resistência mecânica e a corrosão generalizada e compatibilidade com os materiais do reator. No entanto, alguns reatores têm apresentado trincamento causado por corrosão sob tensão em soldas dissimilares efetuadas com a liga de Inconel 182, isto têm ocorrido principalmente no circuito primário. O trabalho aqui apresentado é um estudo para calcular a taxa de propagação de trincas causada por corrosão sob tensão em soldas dissimilares, efetuadas com a liga de Inconel 182 com sobrecamada de solda de Inconel 52 em ambiente simulado do circuito primário de reatores PWR. Este estudo é fundamental para determinar o tempo de vida em serviço dos equipamentos e estabelecer intervalos de inspeção, evitando-se assim acidentes catastróficos. / Nickel alloys are widely used in the construction of several components of the pressurized water reactors (PWR).These materials were selected due to their high mechanical and corrosion resistance as well as its compatibility to the reactor materials. However, some reactors have shown cracking caused by stress corrosion cracking (SCC) in dissimilar metals weld made with alloy Inconel 182, mainly in the primary circuit. The purpose of the present study was to calculate the crack growth rate caused by primary water SCC in dissimilar metals weld made with alloy Inconel 182 and Weld Overlay of Inconel 52.This study is essential to determine the lifetime of the equipments and establish inspection intervals, avoiding catastrophic accidents.

Um dos principais mecanismos de falha que causam riscos de fratura a reatores de água pressurizada é a corrosão sob tensão de ligas metálicas em água do circuito primário (CSTAP). É causada por uma combinação das tensões de tração, meio ambiente em temperatura e microestruturas metalúrgicas susceptíveis. Ela pode ocorrer, dentre outros locais, nos bocais do mecanismo de acionamento das barras de controle. Essa fratura pode causar acidentes que comprometem a segurança nuclear através do bloqueio das barras de controle e vazamentos de água do circuito primário reduzindo a confiabilidade e a vida útil do reator. O objetivo desta Tese de Doutorado é o estudo de modelos e uma proposta de modelagem para fraturas por corrosão sob tensão em liga 75Ni15Cr9Fe (liga 600), em água de circuito primário de reator de água pressurizada nesses bocais. São superpostos modelos eletroquímicos e de mecânica da fratura e validados com dados obtidos em experimentos e na literatura. Na parte experimental foram utilizados resultados obtidos pelo CDTN no equipamento recém-instalado de ensaio por taxa de deformação lenta. Na literatura está proposto um diagrama que exprime a condição termodinâmica de ocorrerem diversos modos de CSTAP na liga 600: partiu-se de diagramas de potencial x pH (diagramas de Pourbaix), para a liga 600 imersa em água primária à alta temperatura (3000C a 3500C). Sobre ele, determinaram-se os submodos de corrosão, a partir de dados experimentais. Em seguida acrescentou-se uma dimensão adicional ao diagrama, correlacionando uma variável a que se denominou fração de resistência à corrosão sob tensão. No entanto, é possível acrescentar-se outras variáveis que exprimem a cinética de iniciação e/ou crescimento de trinca, provenientes de outras modelagens de CSTAP. A contribuição original deste trabalho se insere nessa fase: partindo-se de uma condição de ensaio de potencial versus pH, foram iniciadas as modelagens de um modelo empírico-comparativo, um semi-empírico-probabilístico, um de tempo de iniciação e um de taxa de deformação, a partir dos ensaios experimentais e superpostas a essa condição. Esses exprimem respectivamente a susceptibilidade à CSTAP, o tempo de falha, e nos dois últimos o tempo de iniciação de falha por corrosão sob tensão. Os resultados foram comparados com os da literatura e se mostraram coerentes. Através desse trabalho, obteve-se uma metodologia de modelagem a partir de dados experimentais. / One of the main failure mechanisms that cause risks to pressurized water reactors is the primary water stress corrosion cracking (PWSCC) occurring in alloys. It can occurs, besides another places, at the control reactor displacement mechanism nozzles. It is caused by the joint effect of tensile stress, temperature, susceptible metallurgical microstructure and environmental conditions of the primary water. These cracks can cause accidents that reduce nuclear safety by blocking the rods displacement and may cause leakage of primary water, reducing the reactors life. In this work it is proposed a study of the existing models and a modeling proposal to primary water stress corrosion cracking in these nozzles in a nickelbased Alloy 600. It is been superposed electrochemical and fracture mechanics models, and validated using experimental and literature data. The experimental data were obtained at CDTN-Brazilian Nuclear Technology Development Center, in a recent installed slow strain rate testing equipment. In the literature it is found a diagram that indicates a thermodynamic condition for the occurrence of some PWSCC submodes in Alloy 600: it was used potential x pH diagrams (Pourbaix diagrams), for Alloy 600 in high temperature primary water (3000C till 3500C). Over it, were located the PWSCC submodes, using experimental data. It was added a third parameter called stress corrosion strength fraction. However, it is possible to superpose to this diagram, other parameters expressing PWSCC initiation or growth kinetics from other models. Here is the proposition of the original contribution of this work: from an original experimental condition of potencial versus pH, it was superposed, an empiric-comparative, a semi-empiric-probabilistic, an initiation time, and a strain rate damage models, to quantify respectively the PWSCC susceptibility, the failure time, and in the two lasts, the initiation time of stress corrosion cracking. It was modeling from our experimental data. The results were compared with the literature and it showed to be coherent. From this work was obtained a modeling methodology from experimental data.

No presente trabalho foi estudado o comportamento de um aço inoxidável austenítico do sistema Fe-Cr-Mn-N, nas condições como recebido, solubilizado e sensitizado, quando submetidos à meios contendo cloretos. Para analisar a suscetibilidade à corrosão sob tensão foram utilizados corpos de prova dos tipos DCB (\"Double Cantilever Beam\") e C(T) (\"Compact- Tension\"), pré-trincados em fadiga, com entalhes laterais e carregados com cunhas. Os meios empregados foram as soluções aquosas 45% em peso de MgCl2 na temperatura de ebulição de 154°C, água do mar sintética na temperatura ambiente e de ebulição de 100°C e 3,5% em peso de NaCI na temperatura ambiente. A suscetibilidade à corrosão sob tensão foi avaliada em termos do fator limite de intensidade de tensão, KISCC, e foram caracterizados os aspectos fractográficos dos corpos de prova em que ocorreram propagação de trinca por corrosão sob tensão. Foi verificado que apenas os corpos de prova do aço E3949 nas condições como recebido e sensitizado, foram suscetíveis à corrosão sob tensão em solução aquosa de 45% em peso de MgCl2 na temperatura de ebulição. Também foi determinado o comportamento eletroquímico do material nas condições citadas acima com relação aos meios empregados. Os resultados das curvas de polarização obtidas mostraram que o material apresenta baixa resistência à corrosão, principalmente em meios de MgCl2. / The present work studies the stress corrosion cracking behavior in austenitic Fe-Cr-Mn-N stainless steel, in as received, solubilized and sensitized conditions, when submited to several chlorides environments. To evalued the stress corrosion cracking susceptibility, DCB (\"Double Cantilcver Beam\") and C(T) (\"Compact- Tension\") specimens, fatigue precracked, side grooved and wedge loaded were used. The environments employed were boiling solution of 45 wt% of MgCl2 at 154ºC, synthetic sea water at room and 100°C temperatures, and a solution with 3,5 wt% of NaCI at room temperature. The susceptibility to stress corrosion cracking has been evaluated in terms of the threshold stress intensity factor, KISCC, and the fracture surface appearance of those specimens whose the crack propagation took place was characterized. The results showed that only the specimens in the as received and sensitized conditions, were suceptible to the stress corrosion cracking effect in the solution with 45 wt% of MgCl2 at the boilling temperature. Also, it has been verified the electrochemical behavior of this steel when submited in the above environments. The results of polarization curves showed that the material presents low corrosion strength, mainly in MgCl2 environments.

Um dos principais mecanismos de falha que causam riscos de fratura a reatores de água pressurizada é a corrosão sob tensão de ligas metálicas em água do circuito primário (CSTAP). É causada por uma combinação das tensões de tração, meio ambiente em temperatura e microestruturas metalúrgicas susceptíveis. Ela pode ocorrer, dentre outros locais, nos bocais do mecanismo de acionamento das barras de controle. Essa fratura pode causar acidentes que comprometem a segurança nuclear através do bloqueio das barras de controle e vazamentos de água do circuito primário reduzindo a confiabilidade e a vida útil do reator. O objetivo desta Tese de Doutorado é o estudo de modelos e uma proposta de modelagem para fraturas por corrosão sob tensão em liga 75Ni15Cr9Fe (liga 600), em água de circuito primário de reator de água pressurizada nesses bocais. São superpostos modelos eletroquímicos e de mecânica da fratura e validados com dados obtidos em experimentos e na literatura. Na parte experimental foram utilizados resultados obtidos pelo CDTN no equipamento recém-instalado de ensaio por taxa de deformação lenta. Na literatura está proposto um diagrama que exprime a condição termodinâmica de ocorrerem diversos modos de CSTAP na liga 600: partiu-se de diagramas de potencial x pH (diagramas de Pourbaix), para a liga 600 imersa em água primária à alta temperatura (3000C a 3500C). Sobre ele, determinaram-se os submodos de corrosão, a partir de dados experimentais. Em seguida acrescentou-se uma dimensão adicional ao diagrama, correlacionando uma variável a que se denominou fração de resistência à corrosão sob tensão. No entanto, é possível acrescentar-se outras variáveis que exprimem a cinética de iniciação e/ou crescimento de trinca, provenientes de outras modelagens de CSTAP. A contribuição original deste trabalho se insere nessa fase: partindo-se de uma condição de ensaio de potencial versus pH, foram iniciadas as modelagens de um modelo empírico-comparativo, um semi-empírico-probabilístico, um de tempo de iniciação e um de taxa de deformação, a partir dos ensaios experimentais e superpostas a essa condição. Esses exprimem respectivamente a susceptibilidade à CSTAP, o tempo de falha, e nos dois últimos o tempo de iniciação de falha por corrosão sob tensão. Os resultados foram comparados com os da literatura e se mostraram coerentes. Através desse trabalho, obteve-se uma metodologia de modelagem a partir de dados experimentais. / One of the main failure mechanisms that cause risks to pressurized water reactors is the primary water stress corrosion cracking (PWSCC) occurring in alloys. It can occurs, besides another places, at the control reactor displacement mechanism nozzles. It is caused by the joint effect of tensile stress, temperature, susceptible metallurgical microstructure and environmental conditions of the primary water. These cracks can cause accidents that reduce nuclear safety by blocking the rods displacement and may cause leakage of primary water, reducing the reactors life. In this work it is proposed a study of the existing models and a modeling proposal to primary water stress corrosion cracking in these nozzles in a nickelbased Alloy 600. It is been superposed electrochemical and fracture mechanics models, and validated using experimental and literature data. The experimental data were obtained at CDTN-Brazilian Nuclear Technology Development Center, in a recent installed slow strain rate testing equipment. In the literature it is found a diagram that indicates a thermodynamic condition for the occurrence of some PWSCC submodes in Alloy 600: it was used potential x pH diagrams (Pourbaix diagrams), for Alloy 600 in high temperature primary water (3000C till 3500C). Over it, were located the PWSCC submodes, using experimental data. It was added a third parameter called stress corrosion strength fraction. However, it is possible to superpose to this diagram, other parameters expressing PWSCC initiation or growth kinetics from other models. Here is the proposition of the original contribution of this work: from an original experimental condition of potencial versus pH, it was superposed, an empiric-comparative, a semi-empiric-probabilistic, an initiation time, and a strain rate damage models, to quantify respectively the PWSCC susceptibility, the failure time, and in the two lasts, the initiation time of stress corrosion cracking. It was modeling from our experimental data. The results were compared with the literature and it showed to be coherent. From this work was obtained a modeling methodology from experimental data.

No presente trabalho foi estudado o comportamento de um aço inoxidável austenítico do sistema Fe-Cr-Mn-N, nas condições como recebido, solubilizado e sensitizado, quando submetidos à meios contendo cloretos. Para analisar a suscetibilidade à corrosão sob tensão foram utilizados corpos de prova dos tipos DCB (\"Double Cantilever Beam\") e C(T) (\"Compact- Tension\"), pré-trincados em fadiga, com entalhes laterais e carregados com cunhas. Os meios empregados foram as soluções aquosas 45% em peso de MgCl2 na temperatura de ebulição de 154°C, água do mar sintética na temperatura ambiente e de ebulição de 100°C e 3,5% em peso de NaCI na temperatura ambiente. A suscetibilidade à corrosão sob tensão foi avaliada em termos do fator limite de intensidade de tensão, KISCC, e foram caracterizados os aspectos fractográficos dos corpos de prova em que ocorreram propagação de trinca por corrosão sob tensão. Foi verificado que apenas os corpos de prova do aço E3949 nas condições como recebido e sensitizado, foram suscetíveis à corrosão sob tensão em solução aquosa de 45% em peso de MgCl2 na temperatura de ebulição. Também foi determinado o comportamento eletroquímico do material nas condições citadas acima com relação aos meios empregados. Os resultados das curvas de polarização obtidas mostraram que o material apresenta baixa resistência à corrosão, principalmente em meios de MgCl2. / The present work studies the stress corrosion cracking behavior in austenitic Fe-Cr-Mn-N stainless steel, in as received, solubilized and sensitized conditions, when submited to several chlorides environments. To evalued the stress corrosion cracking susceptibility, DCB (\"Double Cantilcver Beam\") and C(T) (\"Compact- Tension\") specimens, fatigue precracked, side grooved and wedge loaded were used. The environments employed were boiling solution of 45 wt% of MgCl2 at 154ºC, synthetic sea water at room and 100°C temperatures, and a solution with 3,5 wt% of NaCI at room temperature. The susceptibility to stress corrosion cracking has been evaluated in terms of the threshold stress intensity factor, KISCC, and the fracture surface appearance of those specimens whose the crack propagation took place was characterized. The results showed that only the specimens in the as received and sensitized conditions, were suceptible to the stress corrosion cracking effect in the solution with 45 wt% of MgCl2 at the boilling temperature. Also, it has been verified the electrochemical behavior of this steel when submited in the above environments. The results of polarization curves showed that the material presents low corrosion strength, mainly in MgCl2 environments.