Duas das principais formas de degradação de materiais metálicos estão relacionadas a danos mecânicos e eletroquímicos, devidos ao atrito, e à corrosão, respectivamente. Especialmente em materiais passivos, como os aços inoxidáveis, observa-se uma sinergia entre esses mecanismos de dano. Nesta dissertação foram realizados ensaios de tribocorrosão do aço superduplex UNS S32750 em solução aquosa de 3,5% em massa de NaCl. Para realizar estes ensaios foi necessário, inicialmente, instrumentar e adaptar um tribômetro do tipo pino-no-disco construído no Instituto Politécnico da UERJ. Para identificar os parâmetros de tribocorrosão mais relevantes para este sistema, foi elaborado um planejamento fatorial 23 e, a partir destes resultados, outros ensaios mais específicos foram elaborados. Técnicas eletroquímicas in situ de espectroscopia de impedância eletroquímica, polarização potenciodinâmica e amperometria de resistência nula foram usadas em amostras submetidas à solicitação tribológica. Os resultados mostraram que a carga aplicada no atrito é o fator de maior influência nas variáveis eletroquímicas medidas. Foi verificado que há efetivamente uma correlação entre os aspectos mecânicos e eletroquímicos com base no coeficiente de atrito e nos resultados dos ensaios eletroquímicos, principalmente nos obtidos de varredura potenciodinâmica e amperometria de resistência nula. Os dados eletroquímicos para a carga aplicada mostra claramente dois grupos com diferentes comportamentos, abaixo e acima da carga aplicada de 7 N. / Two of the main forms of degradation of metallic materials are related to mechanical and electrochemical damages due to friction and corrosion processes respectively. Especially in passive materials, such as stainless steels, there is a synergy between these mechanisms of damage. In this dissertation, we carried out tribocorrosion tests of superduplex steel UNS S32750 in 3.5 wt% NaCl aqueous solution. Initially, to perform these tests was necessary to instrumentate and adapt a pin-on-disk tribometer, wich had built at the Instituto Politécnico of UERJ. In order to identify most relevant tribocorrosion parameters of this system, was designed a 23 factorial design and, from these results, other more specific tests were developed. In situ electrochemical techniques of electrochemical impedance spectroscopy, potentiodynamic polarization and zero resistance amperometry were used on samples under tribological solicitation. The results showed that the applied load is the most influent factor on electrochemical measurements. It was found a close correlation between the electrochemical and mechanical aspects, based on the analysis of friction coefficient and the results of electrochemical tests, mainly those obtained from potentiodynamic sweeping and zero resistance amperometry. The electrochemical data for mechanical loads clearly shows two groups of different behaviors, below and beyond the applied charge of 7 N.

Duas das principais formas de degradação de materiais metálicos estão relacionadas a danos mecânicos e eletroquímicos, devidos ao atrito, e à corrosão, respectivamente. Especialmente em materiais passivos, como os aços inoxidáveis, observa-se uma sinergia entre esses mecanismos de dano. Nesta dissertação foram realizados ensaios de tribocorrosão do aço superduplex UNS S32750 em solução aquosa de 3,5% em massa de NaCl. Para realizar estes ensaios foi necessário, inicialmente, instrumentar e adaptar um tribômetro do tipo pino-no-disco construído no Instituto Politécnico da UERJ. Para identificar os parâmetros de tribocorrosão mais relevantes para este sistema, foi elaborado um planejamento fatorial 23 e, a partir destes resultados, outros ensaios mais específicos foram elaborados. Técnicas eletroquímicas in situ de espectroscopia de impedância eletroquímica, polarização potenciodinâmica e amperometria de resistência nula foram usadas em amostras submetidas à solicitação tribológica. Os resultados mostraram que a carga aplicada no atrito é o fator de maior influência nas variáveis eletroquímicas medidas. Foi verificado que há efetivamente uma correlação entre os aspectos mecânicos e eletroquímicos com base no coeficiente de atrito e nos resultados dos ensaios eletroquímicos, principalmente nos obtidos de varredura potenciodinâmica e amperometria de resistência nula. Os dados eletroquímicos para a carga aplicada mostra claramente dois grupos com diferentes comportamentos, abaixo e acima da carga aplicada de 7 N. / Two of the main forms of degradation of metallic materials are related to mechanical and electrochemical damages due to friction and corrosion processes respectively. Especially in passive materials, such as stainless steels, there is a synergy between these mechanisms of damage. In this dissertation, we carried out tribocorrosion tests of superduplex steel UNS S32750 in 3.5 wt% NaCl aqueous solution. Initially, to perform these tests was necessary to instrumentate and adapt a pin-on-disk tribometer, wich had built at the Instituto Politécnico of UERJ. In order to identify most relevant tribocorrosion parameters of this system, was designed a 23 factorial design and, from these results, other more specific tests were developed. In situ electrochemical techniques of electrochemical impedance spectroscopy, potentiodynamic polarization and zero resistance amperometry were used on samples under tribological solicitation. The results showed that the applied load is the most influent factor on electrochemical measurements. It was found a close correlation between the electrochemical and mechanical aspects, based on the analysis of friction coefficient and the results of electrochemical tests, mainly those obtained from potentiodynamic sweeping and zero resistance amperometry. The electrochemical data for mechanical loads clearly shows two groups of different behaviors, below and beyond the applied charge of 7 N.

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

[pt] O transporte eletrocinético de gasolina e óleo através de um solo residual gnáissico é focado na utilização da eletrocinese como uma técnica de remediação para solos finos. Baseia-se na aplicação de uma diferença de potencial através de uma massa de solo, com a conseqüente produção de um fluxo eletrocinético, o qual envolve mecanismos como eletroosmose -fluxo de água- e migração de íons.Na primeira etapa, amostras de solo foram contaminadas com gasolina e com óleo cru. Os ensaios mostraram que a presença desses compostos não variou o comportamento dos parâmetros eletroosmóticos, assim como o pH e a condutividade elétrica dos eletrólitos e do próprio solo. Em dois dos ensaios realizados com óleo, observou-se um notório transporte em direção ao anodo devido à eletroosmose. Já com a gasolina os resultados das determinações analíticas sugeriram o transporte da mesma, embora que em uma escala reduzida. Na segunda etapa analisou-se a remediação dos metais e do óleo presentes em uma borra de petróleo da Bacia de Campos, para a utilização desta como material geotécnico. Nenhum teor significativo de metal foi encontrado na borra antes do ensaio, em contrapartida, observou-se contaminação de zinco pela corrosão dos eletrodos de latão utilizados. E quanto ao óleo, notou-se um transporte considerável devido à eletroosmose. / [en] This study assesses the use of electrokinetics as an innovative technique for remediation of fine-grained soils. It relies on the application of an electrical potential through a soil mass, producing a series of coupled flows, including fluid flow -electroosmosis- and migration of ions. The first stage of the experimental program encompassed a series of tests with samples of residual soil contaminated with gasoline and crude oil. The results showed that the presence of these compounds did not affect the electroosmotic behavior, and there was observed no changes on the pH and electric conductivity of neither the electrolytes solution nor the soil itself.When oil contaminated samples are of concern, it was noticed a clear electroosmotic flow towards the anode. This pattern was also observed, but at a reduced level, on the tests on the gasoline contaminated samples.The second stage of the experimental program consisted on a series of tests with oil ground from Campos Basin aiming on dewatering and de-oiling. The results were satisfying, in all sample there was a noticeable reduction on the water and oil contents. Tests results also showed a zinc contamination on the sample caused by electrolysis on the brass electrodes.

[pt] A Corrosão Influenciada por Microrganismos (CIM) ou biocorrosão é reconhecida como um dos fenômenos causadores de inúmeros problemas nas indústrias de petróleo e gás, pois causa sérios danos ao material reduzindo sua vida útil. Neste trabalho foram avaliados os efeitos da biocorrosão caracterizado pela cinética de formação de biofilme em uma junta soldada longitudinal de aço API X80 obtida pelo processo de arco submerso (SAW). Durante o processo de soldagem forma-se uma região com características microestruturais distintas do metal de base e do metal de adição, denominada de zona termicamente afetada (ZTA). Assim essa zona poderá ter uma adesão microbiana diferenciada, visto que diferenças superficiais em um material, seja por natureza química ou física, podem limitar ou facilitar a adesão microbiológica. Por esse motivo foi realizado um estudo comparativo entre a cinética da formação de biofilme na junta soldada de um aço API X80. Também foi avaliada a influência das características físicas da superfície na adesão microbiana utilizando dois tipos de superfície: com a rugosidade original e polido com pasta de diamante com granulação de 6μm. Estas superfícies foram expostas ao fluido de processo (água do mar da Baía de Guanabara) em um sistema dinâmico. Foram realizadas tanto a quantificação microbiana, como também a quantificação dos ácidos orgânicos, sulfato depletado e ferro total para avaliar os nutrientes disponíveis e a bioatividade das reações bacterianas. A rugosidade superficial e o biofilme formado foram caracterizados morfologicamente e a sua presença correlacionada com a formação de pites. / [en] The Microbiologically Influenced Corrosion (MIC) or bio-corrosion is recognized as one of the phenomena that cause a lot of problems in petroleum and gas industries, because it causes serious damages to the materials, reducing its life cycle. This study evaluated the effects of bio-corrosion characterized by the biofilm formation kinetics in longitudinal welds of API 5L X80 steel obtained by the process of submerged arc welding (SAW). During the welding process a region with different microstructural characteristics of the base metal and weld metal is formed, called heat affected zone (HAZ). Thus this zone can have a differentiated microbial adhesion since the different surfaces of a material, either by chemical and physical nature, can limit or facilitate the microbial adhesion. For this reason a comparative study of biofilm formation kinetic on the welded joint was conducted. The influence of the physical characteristics of the surface in microbial adhesion was also evaluated using two kinds of surface: steel with real roughness and steel polished with diamond paste with grain size of 6 μm. These surfaces were exposed to the process fluid (Guanabara Bay seawater) in a dynamic flow system. The microbial quantification was held. Organic acids, depleted sulfate and total iron were also measured to evaluate the available nutrients bioactivity of bacterial reactions. Surface roughness and biofilm were characterized morphologically and correlated with pitting formation.

[pt] Atualmente, pesquisas envolvendo metais e suas ligas têm como um de seus objetivos o controle microestrutural, como forma de aprimorar as propriedades de interesse, para as aplicações desejadas. Um fator importante que possui influência nas propriedades dos materiais policristalinos são os tipos, e distribuições de contornos de grãos e/ou de fase. A aplicação de processos que envolvam altas temperaturas, como tratamentos térmicos ou processos de soldagem, podem levar a transformações de fase, as quais modificam a cristalografia, composição química, distribuição e tamanho dos grãos. Os aços inoxidáveis duplex são ligas bifásicas constituídas de proporções aproximadamente iguais de ferrita e austenita pertencentes ao sistema Fe-Cr-Ni. Essa estrutura bifásica combina elevada resistência, boa tenacidade e excelente resistência à corrosão. Devido à essas excelentes propriedades são utilizadas em vários setores industriais como: indústrias químicas, petroquímicas, de petróleo e gás, e de construção naval. Incrementos na concentração de Cr e Ni nestes aços levam a formação de duas novas classes, os aços super e hiper duplex, cujas propriedades são semelhantes aos aços duplex, porém superiores. Neste caso, devido ao aumento no teor dos elementos de liga os processos de soldagem podem levar a formação de fases intermetálicas e/ou precipitados, as quais são deletérias as propriedades dos aços, facilitando o processo de corrosão. Muitas das transformações no estado sólido que ocorrem nos aços, seguem determinadas relações de orientação cristalográfica. Essas relações descrevem as interfaces de baixa energia que determinam os processos de nucleação e crescimento de novas fases. Portanto a determinação das relações de orientação presente nos aços duplex, super-duplex e hiper-duplex, a partir de transformações de fase obtidas em condições de equilíbrio e paraequilíbrio foram estudadas com a intenção de correlacionar com a susceptibilidade à corrosão por pites. Foram estudados os aços UNS S32205, UNS S32750 e UNS S33207, respectivamente pertencendo as classes duplex, super e hiperduplex A determinação das relações de orientação e fração de fases foi obtida por difração de elétrons retroespalhados (Electron Backscattering Diffraction - EBSD). A composição química das fases foi obtida por Espectroscopia de Energia Dispersiva (Energy Dispersion Spectroscopy - EDS). Estes dados foram correlacionados com os resultados obtidos após testes de corrosão ASTM G-48. Para todos os aços se observa a tendência do aumento da relação de orientação KS após submissão aos ciclos térmicos. No entanto, para as condições estudadas não foi encontrada uma correlação clara entre a presença da orientação KS com a formação de pites na ferrita. / [en] Currently, research involving metals and their alloys has microstructural control as one of its objectives, to improve the properties of interest, for the desired applications. An important factor that influences the properties of polycrystalline materials are the types and distributions of grain and/or phase boundaries. The application of processes involving high temperatures, such as heat treatments or welding processes, can lead to phase transformations, which modify the crystallography, chemical composition, distribution and size of the grains. Duplex stainless steels are biphasic alloys made up of approximately equal proportions of ferrite and austenite belonging to the Fe-Cr-Ni system. This two-phase structure combines high strength, good toughness and excellent corrosion resistance. Due to these excellent properties, they are used in various industrial sectors such as: chemical, petrochemical, oil and gas, and shipbuilding industries. Increases in the concentration of Cr and Ni in these steels lead to the formation of two new classes, super and hyper duplex steels, whose properties are like duplex steels, but superior. In this case, due to the increase in the content of alloying elements, the welding processes can lead to the formation of intermetallic phases and/or precipitates, which are deleterious to the properties of the steels, facilitating the corrosion process. Many of the solid-state transformations that occur in steels follow certain crystallographic orientation relationships. These relationships describe the lowenergy interfaces that determine the processes of nucleation and growth of new phases. Therefore, the determination of orientation relationships presents in duplex, super-duplex and hyper-duplex steels, from phase transformations obtained under equilibrium and paraequilibrium conditions, were studied with the intention of correlating with the susceptibility to pitting corrosion. The UNS S32205, UNS S32750 and UNS S33207 steels were studied, respectively belonging to the duplex, super and hyperduplex classes. of the phases was obtained by Energy Dispersion Spectroscopy (EDS). These data were correlated with the results obtained after ASTM G-48 corrosion tests. For all steels, there is a trend towards an increase in the KS orientation ratio after submission to thermal cycles, however no clear correlation between the presence of the KS orientation and the formation of pits in the ferrite was found.

[pt] Esta pesquisa avaliou a resistência a corrosão de revestimentos de base em resina epóxi, reforçada com 0,1% wt e 0,5% wt de óxido de grafeno reduzido (rGO), aplicado sobre um substrato em aço carbono AISI 1020. Como teste de corrosão foi aplicado testes de imersão em solução com 3,0% wt de NaCl saturadas com CO2, em um vaso de pressão a 70 bar na temperatura de 40 ᵒC, por 528 h. Os revestimentos foram avaliados por teste de aderência (Pull Off), microdureza (Dureza Shore D) e caracterizado por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) quanto a qualidade de ancoragem do revestimento ao substrato, porosidade e espessura, para a análise de existência de pites na superfície do substrato metálicos foi utilizada microscopia ótica (MO). Os resultados obtidos evidenciaram que os revestimentos nas três condições, como recebido, aditivados com 0,1% wt e 0,5% de rGO tiveram a mesma eficiência na proteção do substrato metálico, todos igualmente, evitaram a formação de pites nas condições de testes propostas. Para adição de 0,1% wt de rGO ocorreu refinamento dos poros e a adição de 0,5% wt promoveu drástica redução da densidade de poros. A adição do rGO não influenciou na Dureza Shore D dos revestimentos. Para pré teste de corrosão, o revestimento com 0,1% wt de rGO obteve maior densidade de poros e menor valor de dureza, seguido pelo 0,0% wt e posterior 0,5% wt de rGO. Para pós testes de corrosão a ordem é invertida. Os resultados pós testes de corrosão indicaram que a porosidade possibilitou a permeação da solução nos revestimentos, e está relacionada com as bolhas e empolamentos, que influenciaram na dureza. A adição de 0,1% wt e 0,5% wt de rGO não influenciou na ancoragem dos revestimentos, obtendo boa acomodação nas irregularidades da superfície metálica do substrato. / [en] This research evaluated the corrosion resistance of an epoxy resin-based coat, reinforced with 0.1 and 0.5 wt% of reduced graphene oxide (rGO), applied to AISI 1020 carbon steel. Immersion tests in aqueous solution with 3.0 wt% NaCl saturated with CO2, in a pressurized cell at 70 bar at 40⁰C, for 528 h. The coating was evaluated by Pull-Off Test, microhardness (Shore D hardness), and Scanning Electron Microscopy (SEM). The quality of the coating anchoring to the substrate, porosity, and thickness was evaluated. The presence of pits on the surface of the metallic substrate was assessed by Optical Microscopy (OM). The results obtained indicated that the addition of rGO contributed to greater corrosion resistance and provided better structural integrity to the coating. The results obtained showed that the coatings under the three conditions, as received and 0.1 and 0.5wt% rGO additions had the same efficiency in protecting the metallic substrate, avoiding pitting. Pore refinement occurred for 0.1wt % rGO, and the addition of 0.5wt% promoted a drastic reduction in pore density. The addition of rGO did not influence on the Shore D Hardness of the coatings. For a precorrosion test, the coating with 0.1wt% of rGO obtained higher pore density and lower hardness value, followed by 0 wt% and later 0.5 wt% of rGO. For the post corrosion test, the order is reversed. The results of the post corrosion test indicated that the porosity allowed the permeation of the solution in the coatings and is related to the bubbles and blistering, which influenced the hardness. The addition of 0.1 and 0.5 wt% or rGO did not affect the coating anchoring, obtaining reasonable accommodation in the irregularities of the substrate metallic surface.

[pt] Em tubulações industriais e dutos, a presença de biofilme pode ocasionar danos localizados (pites e alvéolos), levando a vazamentos e redução da área de fluxo devido à formação de biomassa. Aços grau API são os materiais usualmente utilizados nas tubulações industriais e dutos que podem ser afetados pelo fenômeno de corrosão induzida por microrganismos (CIM). A CIM ocorre devido a interações entre os grupos microbianos presentes no biofilme formado, a liberação de produtos metabolitos, e a relação destes com a superfície do metal. Foi realizado um estudo do comportamento de aços graus API B, X-65 e X-80, em presença de água do mar sintética com adição de cultura mista de bactérias (BRS; BPF; BPA) em sistema dinâmico, e comparados com meio sem adição de microrganismos. Foram realizadas analises químicas do fluido de processo e a quantificação microbiana das bactérias planctônicas e sésseis que demonstraram a relação entre os grupos bacterianos dentro dos biofilmes formados e sua cinética ao longo do tempo. Microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de dispersão de energia foi aplicada para visualização do biofilme e seus produtos de corrosão. A extensão, severidade e morfologia da corrosão dos aços API foi avaliada por microscopia ótica, sendo possível relacionar o efeito no processo corrosivo com o consorcio de microrganismos presente, tendo sido ainda avaliado a influência da microestrutura dos diferentes aços nos sítios preferenciais de nucleação de pites. / [en] In industrial and transportation pipelines, the presence of biofilms may cause localized damage (pitting), leading to leakages and reduction of flow area due to the formation of biomass. API grade steels pipes are the materials commonly used in industrial and transportation pipelines and may be affected by this type of phenomenon. The microbiologically influenced corrosion (MIC) occurs due to interactions between the microbial groups present in the biofilm, the release of metabolites and their relation with the metal surface. The present work study of the behavior of API pipe steels degrees B, X-65 and X-80 in synthetic sea water containing mixed culture of bacteria (SRB, APB, IOB) carried out on a dynamic system and compared to medium without added microorganisms. Chemical analysis of the process fluid and quantification of microbial planktonic and sessile bacteria performed showed the relation between bacterial groups within biofilms and their kinetics over time. Scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy was applied for visualization of biofilms and their corrosion products. The extent, severity and morphology of corrosion of API pipe steels were assessed by optical microscopy, being possible to relate the effect of the consortium of microorganisms on the corrosion process. Also the influence of microstructure of different steels in preferential nucleation sites for pitting were evaluated.