Atualmente a maior parte da energia consumida no mundo provém de fontes como carvão, petróleo e gás natural. Nas últimas décadas, o aumento na demanda por petróleo e gás natural teve como resultado um grande aumento no uso de tubos de aço para transportar estes produtos por longas distâncias. Os aços de alta resistência e baixa liga (ARBL) produzidos de acordo com a norma API 5L são atrativos para estas aplicações por apresentarem boas propriedades mecânicas e soldabilidade aliadas a baixos custos. Entretanto, nestas aplicações os materiais são expostos a meios corrosivos com altos teores de H2S, tornando-os susceptíveis aos danos provocados pelo hidrogênio. Dentre estes um dos mais importantes é o trincamento induzido pelo hidrogênio (hydrogen induced cracking - HIC). Neste trabalho a resistência à corrosão e ao HIC de dois aços API 5L X65, cujas composições diferem principalmente com relação aos teores de Mn e de Nb, e de um aço API 5L X80 comercial foi investigada na solução A da norma NACE TM0284-2011. A avaliação da resistência à corrosão foi realizada em solução naturalmente aerada ou desaerada sem e com saturação com H2S por meio de ensaios de potencial de circuito aberto, curvas de polarização potenciodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica. Análises microestruturais por microscopia óptica (MO) e eletrônica de varredura (MEV) foram realizadas para correlacionar a microestrutura com os dois parâmetros investigados. As análises por MO e MEV mostraram que os dois aços API 5L X65 possuem inclusões uniformemente distribuídas em uma matriz ferrítica com ilhas de perlita degenerada e microconstituintes M/A (martensita/ austenita) nos contornos de grão da ferrita. Por sua vez, o aço API 5L X80 apresentou matriz ferrítica com microconstituintes M/A, e inclusões de formas arredondadas e irregulares em maior número e distribuídas de forma irregular. Os resultados dos ensaios eletroquímicos mostraram que, para os três aços, a resistência à corrosão diminui sensivelmente na presença de H2S. Por outro lado, os ensaios de impedância evidenciaram aumento da resistência à corrosão com o tempo de imersão em todos os meios, provavelmente associado à formação de produtos de corrosão insolúveis e que precipitam sobre a superfície dos aços. Todos os ensaios mostraram que os dois aços API 5L X65 são mais resistentes à corrosão que o aço API 5L X80. Os ensaios de HIC mostraram que os dois aços API 5L X65 não são suscetíveis a este tipo de falha, contrariamente ao aço API 5L X80. Neste último houve formação de trincas da parte central e inferior (interna) da amostra fornecida em forma de tubo. A análise do caminho de propagação da trinca mostrou a presença de inclusões ricas em Mn e S, indicando que elas têm um papel relevante no mecanismo de trincamento. Os resultados de todos os ensaios de corrosão mostraram que o aço experimental API 5L X65 produzido pela CBMM com baixos teores de Mn e altos teores de Nb apresentou resistência à corrosão ligeiramente superior ao aço API 5L X65 comercial, indicando ser esta composição promissora para aplicações em meios sour. / Currently most of the energy consumed in the world comes from sources such as coal, oil and natural gas. In recent decades the increase in demand for oil and natural gas has resulted in a large increase in the use of steel tubes to transport these products over long distances. High strength low alloy (HSLA) steels produced according to the API 5L standard are attractive for these applications because they have good mechanical properties and weldability combined with low costs. However, in these applications the materials are exposed to corrosive media with high levels of H2S, making them susceptible to damage caused by hydrogen. Among them, one of the most important is hydrogen-induced cracking (HIC). In this work the resistance to corrosion and HIC of two API 5L X65 steels, whose compositions differ mainly with respect to their Mn and Nb contents, and a commercial API 5L X80 steel were investigated in solution A of the NACE standard TM0284-2011. The evaluation of the corrosion resistance was carried out in naturally aerated or in deaerated solution without and with saturation with H2S by means of open circuit potential tests, potentiodynamic polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Microstructural analysis by optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM) were performed to correlate the microstructure with the two investigated parameters. OM and SEM analyzes showed that the two API 5L X65 steels have inclusions evenly distributed in a ferritic matrix with degenerated perlite islands and M/A (martensite/austenite) microconstituents at the perlite grain boundaries. In turn, the API 5L X80 steel presented a ferritic matrix with M/A microconstituents and round-shaped and irregular-shaped inclusions in greater number and irregularly distributed. The results of the electrochemical tests showed that, for all three steels, the corrosion resistance decreases significantly in the presence of H2S. On the other hand, the EIS tests showed an increase in corrosion resistance with immersion time in all media, which is probably due to the formation of insoluble corrosion products that precipitate on the steels surfaces. All assays showed that the two API 5L X65 steels are more resistant to corrosion than the API 5L X80 steel. The HIC assays showed that the two API 5L X65 steels are not susceptible to this type of failure, unlike the API 5L X80 steel. In the latter there was cracks formation in the central and lower (inner) part of the sample supplied as a tube. The analysis of the crack propagation path showed the presence of Mn and S-rich inclusions, indicating that they play a key role in the cracking mechanism. The results of all corrosion tests showed that the experimental steel API 5L X65 produced by CBMM with low Mn contents and high levels of Nb exhibited slightly higher corrosion resistance than the API 5L X65 commercial steel, indicating that this composition is promising for sour media applications.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-05012018-104419 |
| Date | 07 November 2017 |
| Creators | Quispe Avilés, Janeth Marlene |
| Contributors | Melo, Hercilio Gomes de |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Dissertação de Mestrado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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