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O aumento de demanda por combustíveis menos poluentes e de fontes renováveis faz com que o Etanol se destaque como uma alternativa as fontes convencionais de energia. O crescente aumento no consumo deste produto, para os próximos anos, exigirá meios de transporte e estocagem eficientes e seguros, desde os diversos produtores até os terminais de distribuição. O transporte por dutos é, sem dúvida, a forma mais econômica de transporte deste produto, porém, há evidências de que esses dutos de transporte e fundo de tanques de armazenamento de etanol poderiam ser susceptíveis ao fenômeno de corrosão sob tensão. Este fenômeno pode ser avaliado, por exemplo, por ensaios de baixa taxa de deformação (BTD) com corpos de prova com ou sem entalhe. Este trabalho tem por objetivo avaliar a influência da severidade do entalhe em corpos de prova ensaiados a baixa taxa de deformação no meio etanol combustível simulado (PRCI SFGE). Foram preparados quatro tipos de corpos de prova de aço API X70: sem entalhe, com entalhe da norma NACE TM 0111, com entalhe “intermediário” (severidade 18,9% menor que o da norma) e com entalhe “menos severo” (redução de 37,2% na severidade do entalhe, segundo concentração de tensões, quando comparado com o da norma). Os resultados mostram que os quatro tipos de corpos de prova apresentaram susceptibilidade ao meio (etanol PRCI SFGE). Nos corpos de prova sem entalhe esta susceptibilidade foi evidenciada somente nas imagens fractográficas. Já nos CPs com entalhe, mesmo com redução de concentrações de tensões no entalhe, observou-se resultados bem semelhantes, ficando evidenciada a susceptibilidade ao meio tanto nas imagens fractográficas (fratura frágil), quanto pela diminuição da ductilidade. / The increasing demand for cleaner fuels and renewable sources makes the ethanol rise as an alternative to conventional energy sources. The increasing consumption rate of this product, predicted for the upcoming years, will require safer and more efficient methods for transportation and storage through the entire transport cycle. Pipelines are the most economical way to transport it. However, there is evidence that pipeline transportation and the bottom of the storage tanks for ethanol might be susceptible to the stress corrosion cracking phenomenon. This phenomenon can be assessed by slow strain rate tests (SSRT) using smooth or notched specimen. This work aims to evaluate the influence of notch severity in specimens submitted to SSRT technique in simulated fuelgrade ethanol (PRCI SFGE). Four types of specimens of steel API X70 were prepared: unnotched, notched according to standard NACE TM 0111, notched with “intermediate” severity (severity 18.9% lower than the standard) and “less severe” notched (reduction of 37.2% on severity of the notched when compared with the standard). The results show that both sample types presented susceptibility in the solution (ethanol PRCI SFGE). For the unnotched specimens this susceptibility was observed only in fractographic images. In the notched specimens, despite the reduction of stress concentrations in the notch, the results were very similar. In this case the susceptibility can be observed in fractographic images (brittle fracture) as well as by decrease in the ductility.

O aumento de demanda por combustíveis menos poluentes e de fontes renováveis faz com que o Etanol se destaque como uma alternativa as fontes convencionais de energia. O crescente aumento no consumo deste produto, para os próximos anos, exigirá meios de transporte e estocagem eficientes e seguros, desde os diversos produtores até os terminais de distribuição. O transporte por dutos é, sem dúvida, a forma mais econômica de transporte deste produto, porém, há evidências de que esses dutos de transporte e fundo de tanques de armazenamento de etanol poderiam ser susceptíveis ao fenômeno de corrosão sob tensão. Este fenômeno pode ser avaliado, por exemplo, por ensaios de baixa taxa de deformação (BTD) com corpos de prova com ou sem entalhe. Este trabalho tem por objetivo avaliar a influência da severidade do entalhe em corpos de prova ensaiados a baixa taxa de deformação no meio etanol combustível simulado (PRCI SFGE). Foram preparados quatro tipos de corpos de prova de aço API X70: sem entalhe, com entalhe da norma NACE TM 0111, com entalhe “intermediário” (severidade 18,9% menor que o da norma) e com entalhe “menos severo” (redução de 37,2% na severidade do entalhe, segundo concentração de tensões, quando comparado com o da norma). Os resultados mostram que os quatro tipos de corpos de prova apresentaram susceptibilidade ao meio (etanol PRCI SFGE). Nos corpos de prova sem entalhe esta susceptibilidade foi evidenciada somente nas imagens fractográficas. Já nos CPs com entalhe, mesmo com redução de concentrações de tensões no entalhe, observou-se resultados bem semelhantes, ficando evidenciada a susceptibilidade ao meio tanto nas imagens fractográficas (fratura frágil), quanto pela diminuição da ductilidade. / The increasing demand for cleaner fuels and renewable sources makes the ethanol rise as an alternative to conventional energy sources. The increasing consumption rate of this product, predicted for the upcoming years, will require safer and more efficient methods for transportation and storage through the entire transport cycle. Pipelines are the most economical way to transport it. However, there is evidence that pipeline transportation and the bottom of the storage tanks for ethanol might be susceptible to the stress corrosion cracking phenomenon. This phenomenon can be assessed by slow strain rate tests (SSRT) using smooth or notched specimen. This work aims to evaluate the influence of notch severity in specimens submitted to SSRT technique in simulated fuelgrade ethanol (PRCI SFGE). Four types of specimens of steel API X70 were prepared: unnotched, notched according to standard NACE TM 0111, notched with “intermediate” severity (severity 18.9% lower than the standard) and “less severe” notched (reduction of 37.2% on severity of the notched when compared with the standard). The results show that both sample types presented susceptibility in the solution (ethanol PRCI SFGE). For the unnotched specimens this susceptibility was observed only in fractographic images. In the notched specimens, despite the reduction of stress concentrations in the notch, the results were very similar. In this case the susceptibility can be observed in fractographic images (brittle fracture) as well as by decrease in the ductility.

O aumento de demanda por combustíveis menos poluentes e de fontes renováveis faz com que o Etanol se destaque como uma alternativa as fontes convencionais de energia. O crescente aumento no consumo deste produto, para os próximos anos, exigirá meios de transporte e estocagem eficientes e seguros, desde os diversos produtores até os terminais de distribuição. O transporte por dutos é, sem dúvida, a forma mais econômica de transporte deste produto, porém, há evidências de que esses dutos de transporte e fundo de tanques de armazenamento de etanol poderiam ser susceptíveis ao fenômeno de corrosão sob tensão. Este fenômeno pode ser avaliado, por exemplo, por ensaios de baixa taxa de deformação (BTD) com corpos de prova com ou sem entalhe. Este trabalho tem por objetivo avaliar a influência da severidade do entalhe em corpos de prova ensaiados a baixa taxa de deformação no meio etanol combustível simulado (PRCI SFGE). Foram preparados quatro tipos de corpos de prova de aço API X70: sem entalhe, com entalhe da norma NACE TM 0111, com entalhe “intermediário” (severidade 18,9% menor que o da norma) e com entalhe “menos severo” (redução de 37,2% na severidade do entalhe, segundo concentração de tensões, quando comparado com o da norma). Os resultados mostram que os quatro tipos de corpos de prova apresentaram susceptibilidade ao meio (etanol PRCI SFGE). Nos corpos de prova sem entalhe esta susceptibilidade foi evidenciada somente nas imagens fractográficas. Já nos CPs com entalhe, mesmo com redução de concentrações de tensões no entalhe, observou-se resultados bem semelhantes, ficando evidenciada a susceptibilidade ao meio tanto nas imagens fractográficas (fratura frágil), quanto pela diminuição da ductilidade. / The increasing demand for cleaner fuels and renewable sources makes the ethanol rise as an alternative to conventional energy sources. The increasing consumption rate of this product, predicted for the upcoming years, will require safer and more efficient methods for transportation and storage through the entire transport cycle. Pipelines are the most economical way to transport it. However, there is evidence that pipeline transportation and the bottom of the storage tanks for ethanol might be susceptible to the stress corrosion cracking phenomenon. This phenomenon can be assessed by slow strain rate tests (SSRT) using smooth or notched specimen. This work aims to evaluate the influence of notch severity in specimens submitted to SSRT technique in simulated fuelgrade ethanol (PRCI SFGE). Four types of specimens of steel API X70 were prepared: unnotched, notched according to standard NACE TM 0111, notched with “intermediate” severity (severity 18.9% lower than the standard) and “less severe” notched (reduction of 37.2% on severity of the notched when compared with the standard). The results show that both sample types presented susceptibility in the solution (ethanol PRCI SFGE). For the unnotched specimens this susceptibility was observed only in fractographic images. In the notched specimens, despite the reduction of stress concentrations in the notch, the results were very similar. In this case the susceptibility can be observed in fractographic images (brittle fracture) as well as by decrease in the ductility.

Today, ethanol, as well as other biofuels, has been increasingly gaining popularity as a major alternative liquid fuel to replace conventional gasoline for road transportation. One of the key challenges for the future use of bioethanol is to increase its availability in the market via an efficient and economic way. However, one major concern in using the existing gas-pipelines to transport fuel-grade ethanol or blended fuel is the potential corrosion and stress corrosion cracking (SCC) susceptibility of carbon steel pipelines in these environments. Both phenomenological and mechanistic investigations have been carried out in order to address the possible degradation phenomena of X-65 pipeline carbon steel in simulated fuel-grade ethanol (SFGE). Firstly, the susceptibilities of stress corrosion cracking of this steel in SFGE were studied. Ethanol chemistry of SFGE was shown to have great impact on the stress corrosion crack initiation/propagation and the corrosion mode transition. Inclusions in the steel can increase local plastic strain and act as crack initiation sites. Secondly, the anodic behavior of carbon steel electrode was investigated in detail under different ethanol chemistry conditions. General corrosion and pitting susceptibility under unstressed condition were found to be sensitive to the ethanol chemistry. Low tendency to passivate and the sensitivity to ethanol chemistry are the major reasons which drive corrosion process in this system. Oxygen plays a critical role in controlling the passivity of carbon steel in ethanol. Thirdly, the detailed study was carried out to understand the SCC mechanism of carbon steel in SFGE. A film related anodic dissolution process was identified to be a major driving force during the crack propagation. Fourthly, more detailed electrochemical impedance spectroscopy (EIS) studies using phase angle analysis and transmission line simulation reveal a clearer physical picture of the stress corrosion cracking process in this environment. Fifthly, the cathodic reactions of carbon steel in SFGE were also investigated to understand the oxygen and hydrogen reactions. Hydrogen uptake into the pipeline steel and the conditions of the fractures related to hydrogen embrittlement were identified and studied.

Com a implementação do Programa Nacional do Álcool (Proálcool), Protocolo de Quioto e substituição do MBTE (metil-terci-butil eter) em alguns países nos últimos anos, houve um aumento significativo da produção de etanol. Os dois maiores produtores mundiais de etanol são os Estados Unidos e o Brasil, sendo o etanol oriundo do Milho e da Cana-de-açucar, respectivamente. Transporte por dutos é a forma mais econômica para grandes quantidades, porém, há evidências de que esses dutos de transporte, e também fundo de tanques de armazenamento, possam ser susceptíveis ao fenômeno de corrosão sob tensão quando operam com etanol. Este fenômeno pode ser avaliado, por exemplo, por ensaios de baixa taxa de deformação (BTD) e de tenacidade à fratura, com corpos de prova definidos em normas já conhecidas internacionalmente. Este trabalho tem por objetivo avaliar a susceptibilidade do aço API X70 em diferentes meios de etanol (Etanol combustível simulado (SFGE), Milho e Cana) através de ensaios de mecânica da fratura. Foram preparados corpos de prova pré-trincados do tipo C(T) (Compact Tension), de acordo com a norma ASTM E647-08. A análise dos resultados foi realizada através das equações da mecânica da fratura linear elástica. Nos ensaios de curvas K-R, apesar de somente o etanol de Milho apresentar uma queda de tenacidade, o K de iniciação aparente e as análises fractográficas, confirmam a fragilização do material nos meios etanol SFGE e Milho. Ensaios de baixa taxa de deformação (BTD) interrompidos e os de step loading com carga flutuante também confirmam estes resultados. / In recent years, there have been significant increases in ethanol production due to Brazilian Alcohol Program (Proálcool) implementation, Kyoto Protocol and replacement MBTE in some countries. The world’s largest producers of ethanol are United States and Brazil, being produced from Corn and Sugar Cane, correspondingly. Pipeline transportation is the most cost effective in large volumes, although, there are evidences that these pipelines and the bottom of ethanol storage tanks might be susceptible to the stress corrosion cracking phenomenon. This phenomenon can be assessed, for example, by slow strain rate tests (SSRT) and fracture toughness tests, with specimens well defined by international standards. This study aims to evaluate the susceptibility of steel API X70 in different ethanol environment (Simulated fuel-grade ethanol (SFGE), Corn and Sugar Cane) through fracture mechanics specimens. The tests were carried out on pre-cracked C(T) (Compact Tension) specimens, according to ASTM E647-08. The analysis of results was performed using linear elastic fracture mechanics equations. The analysis of K-R curves initially presented a decrease in toughness only in Corn environment, however the K for crack initiation apparent and fractography investigation confirm the material embrittlement in both SFGE and Corn ethanol environments. Tests of the slow strain rate test (SSRT) interrupted and loading step with fluctuating load also confirm these results.

Com a implementação do Programa Nacional do Álcool (Proálcool), Protocolo de Quioto e substituição do MBTE (metil-terci-butil eter) em alguns países nos últimos anos, houve um aumento significativo da produção de etanol. Os dois maiores produtores mundiais de etanol são os Estados Unidos e o Brasil, sendo o etanol oriundo do Milho e da Cana-de-açucar, respectivamente. Transporte por dutos é a forma mais econômica para grandes quantidades, porém, há evidências de que esses dutos de transporte, e também fundo de tanques de armazenamento, possam ser susceptíveis ao fenômeno de corrosão sob tensão quando operam com etanol. Este fenômeno pode ser avaliado, por exemplo, por ensaios de baixa taxa de deformação (BTD) e de tenacidade à fratura, com corpos de prova definidos em normas já conhecidas internacionalmente. Este trabalho tem por objetivo avaliar a susceptibilidade do aço API X70 em diferentes meios de etanol (Etanol combustível simulado (SFGE), Milho e Cana) através de ensaios de mecânica da fratura. Foram preparados corpos de prova pré-trincados do tipo C(T) (Compact Tension), de acordo com a norma ASTM E647-08. A análise dos resultados foi realizada através das equações da mecânica da fratura linear elástica. Nos ensaios de curvas K-R, apesar de somente o etanol de Milho apresentar uma queda de tenacidade, o K de iniciação aparente e as análises fractográficas, confirmam a fragilização do material nos meios etanol SFGE e Milho. Ensaios de baixa taxa de deformação (BTD) interrompidos e os de step loading com carga flutuante também confirmam estes resultados. / In recent years, there have been significant increases in ethanol production due to Brazilian Alcohol Program (Proálcool) implementation, Kyoto Protocol and replacement MBTE in some countries. The world’s largest producers of ethanol are United States and Brazil, being produced from Corn and Sugar Cane, correspondingly. Pipeline transportation is the most cost effective in large volumes, although, there are evidences that these pipelines and the bottom of ethanol storage tanks might be susceptible to the stress corrosion cracking phenomenon. This phenomenon can be assessed, for example, by slow strain rate tests (SSRT) and fracture toughness tests, with specimens well defined by international standards. This study aims to evaluate the susceptibility of steel API X70 in different ethanol environment (Simulated fuel-grade ethanol (SFGE), Corn and Sugar Cane) through fracture mechanics specimens. The tests were carried out on pre-cracked C(T) (Compact Tension) specimens, according to ASTM E647-08. The analysis of results was performed using linear elastic fracture mechanics equations. The analysis of K-R curves initially presented a decrease in toughness only in Corn environment, however the K for crack initiation apparent and fractography investigation confirm the material embrittlement in both SFGE and Corn ethanol environments. Tests of the slow strain rate test (SSRT) interrupted and loading step with fluctuating load also confirm these results.

Com a implementação do Programa Nacional do Álcool (Proálcool), Protocolo de Quioto e substituição do MBTE (metil-terci-butil eter) em alguns países nos últimos anos, houve um aumento significativo da produção de etanol. Os dois maiores produtores mundiais de etanol são os Estados Unidos e o Brasil, sendo o etanol oriundo do Milho e da Cana-de-açucar, respectivamente. Transporte por dutos é a forma mais econômica para grandes quantidades, porém, há evidências de que esses dutos de transporte, e também fundo de tanques de armazenamento, possam ser susceptíveis ao fenômeno de corrosão sob tensão quando operam com etanol. Este fenômeno pode ser avaliado, por exemplo, por ensaios de baixa taxa de deformação (BTD) e de tenacidade à fratura, com corpos de prova definidos em normas já conhecidas internacionalmente. Este trabalho tem por objetivo avaliar a susceptibilidade do aço API X70 em diferentes meios de etanol (Etanol combustível simulado (SFGE), Milho e Cana) através de ensaios de mecânica da fratura. Foram preparados corpos de prova pré-trincados do tipo C(T) (Compact Tension), de acordo com a norma ASTM E647-08. A análise dos resultados foi realizada através das equações da mecânica da fratura linear elástica. Nos ensaios de curvas K-R, apesar de somente o etanol de Milho apresentar uma queda de tenacidade, o K de iniciação aparente e as análises fractográficas, confirmam a fragilização do material nos meios etanol SFGE e Milho. Ensaios de baixa taxa de deformação (BTD) interrompidos e os de step loading com carga flutuante também confirmam estes resultados. / In recent years, there have been significant increases in ethanol production due to Brazilian Alcohol Program (Proálcool) implementation, Kyoto Protocol and replacement MBTE in some countries. The world’s largest producers of ethanol are United States and Brazil, being produced from Corn and Sugar Cane, correspondingly. Pipeline transportation is the most cost effective in large volumes, although, there are evidences that these pipelines and the bottom of ethanol storage tanks might be susceptible to the stress corrosion cracking phenomenon. This phenomenon can be assessed, for example, by slow strain rate tests (SSRT) and fracture toughness tests, with specimens well defined by international standards. This study aims to evaluate the susceptibility of steel API X70 in different ethanol environment (Simulated fuel-grade ethanol (SFGE), Corn and Sugar Cane) through fracture mechanics specimens. The tests were carried out on pre-cracked C(T) (Compact Tension) specimens, according to ASTM E647-08. The analysis of results was performed using linear elastic fracture mechanics equations. The analysis of K-R curves initially presented a decrease in toughness only in Corn environment, however the K for crack initiation apparent and fractography investigation confirm the material embrittlement in both SFGE and Corn ethanol environments. Tests of the slow strain rate test (SSRT) interrupted and loading step with fluctuating load also confirm these results.

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