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Corrosion, Permeability and damage caused by hydrogen in microalloyed steels.
No full textO objetivo deste trabalho é analisar e comparar o comportamento quanto à resistência à corrosão, permeabilidade de hidrogênio e sua relação com a susceptibilidade ao trincamento induzido por hidrogênio de aços ARBL, em ambientes contendo H2S, enfatizando a influência da microestrutura. Foram realizados tratamentos térmicos de normalização e têmpera (em água) de dois tipos de tubos API 5L X65 para aplicação sour service, obtendo-se três condições com diferentes microestruturas para cada tubo. Assim, as duas amostras tais como recebidas apresentavam microestruturas de: ferrita/perlita e, o outro, ferrita/ferrita acicular; após tratamento de normalização os dois tipos de amostras apresentaram microestrutura de ferrita/perlita; e, por último, os aços que passaram por têmpera constituíram-se de martensita. O eletrólito empregado foi a solução A (ácido acético contendo cloreto de sódio) da norma NACE TM0284-2011, saturado com H2S. Os materiais foram submetidos a: ensaios de polarização linear para determinação da Resistência de Polarização (Rp), ensaios de permeabilidade de hidrogênio - baseado na ASTM G148-2003 - e ensaios de resistência ao trincamento induzido por hidrogênio (HIC) segundo a norma NACE TM0284-2011; exames em microscópio óptico e eletrônico de varredura para caracterização microestrutural, da morfologia da corrosão e do trincamento. Após os ensaios de polarização linear, foi observada uma diferença pequena dos valores de Rp entre as diferentes amostras estudadas, entre 120 ?.cm2 e 210 ?.cm2; dentro desta faixa, as microestruturas de martensita (aços temperados) apresentaram a menor resistência à corrosão. Foi realizado o tratamento dos dados obtidos por polarização linear com a metodologia desenvolvida por Mansfeld (1973) para cálculo da taxa de corrosão, observando mudanças nos declives de Tafel evidenciando a formação de produtos de corrosão. Apesar da formação destes produtos a taxa de corrosão não foi afetada, já que estes produtos são dissolvidos na solução A, oferecendo uma baixa proteção contra à corrosão. Nos ensaios de permeabilidade de hidrogênio foi utilizada uma célula modificada tipo Devanathan-Stachurski, com a solução A, com injeção de H2S no lado de geração de hidrogênio e 0,2M NaOH no lado de detecção. Foi realizado o tratamento dos dados com o método tlag, calculando a difusividade aparente, concentração de hidrogênio no metal e quantidade de sítios de ancoramento de hidrogênio. Também foi utilizado um método de ajuste da curva experimental com a equação obtida a partir da segunda lei de Fick para calcular a difusividade aparente. Foram comparados os valores obtidos com os dois métodos, obtendo-se resultados similares de difusividade aparente. As amostras temperadas foram as que apresentaram menor difusividade aparente, maior concentração de hidrogênio e maior número de sítios de ancoramento. Após o ensaio de resistência ao trincamento induzido por hidrogênio os exames em microscópio óptico mostraram que as amostras de tubos API 5L X65 como recebidas e normalizadas não apresentaram trincamento, já as amostras que passaram por tratamento de têmpera apresentaram trincas. A realização dos ensaios e tratamento dos dados permitiram observar a relação entre a quantidade de interface e a taxa de corrosão: assim a microestrutura martensítica apresenta a maior taxa de corrosão devido a maior quantidade de interfaces. A difusividade de hidrogênio também é afetada por esta mesma microestrutura, por ter maior quantidade de interface e maior número de discordâncias, apresentando menor difusividade aparente, maior concentração de hidrogênio e maior quantidade de sítios de ancoramento, tem-se que a microestrutura de martensita apresenta maior susceptibilidade ao trincamento induzido por hidrogênio. A nucleação e propagação das trincas nesta microestrutura depende de vários mecanismos que atuam simultaneamente: (i) nucleação das microtrincas, (ii) formação de H2 nas microcavidades com aumento da pressão local e (iii) migração de átomos de hidrogênio até a ponta da trinca diminuindo a força coesiva do reticulado facilitando a propagação. No entanto, esta relação entre microestrutura e HIC não pode ser generalizada, pois a susceptibilidade ao trincamento depende tanto da quantidade de sítios de ancoramento, como de sua energia de ligação, localização microestrutural e tamanho destes sítios. Outro fator importante é a presença de regiões de pouca ductilidade onde as trincas nucleadas tenham maior facilidade para sua propagação. Este trabalho contribuiu para o melhor entendimento dos mecanismos que levam à fragilização e danos provocados pelo hidrogênio, mostrando a relação entre microestrutura, corrosão, difusão e trincamento. Permitiu ampliar o conhecimento sobre os testes utilizados para avaliar o desempenho de aços microligados para aplicações em ambientes severos.Pipelines produced from High Strength Low Alloy steels (HSLA) are a safe and cheap way to transport large quantities of petroleum and gas. HSLA steels offers mechanical and economic advantages. When HSLA steels are exposed to environments containing hydrogen sulphide (H2S), the steel can corrode and generate atomic hydrogen in the surface wich can diffuse and trapped, leading loss of mechanical properties and subsequent failures. The infrastructure to transport oil and gas represent a high cost investment, in adittion, they must be free from degradation processes that can causes severe health and environmental impacts. For this reason, the development of materials with high performance in aggressive environments is required. The aim of this study is to analyze and compare the corrosion behavior, hydrogen permeability and its relation with the susceptibility to Hydrogen Induced Cracking (HIC) of HSLA steels in environments containing H2S, with emphasis on the influence of microstructure. Normalizing and quenching heat treatments were applied in two different API 5L X65 pipelines for sour service. Three conditions were obtained (as received, normalized and quenched). The as received has a microstructure of ferrite / pearlite and ferrite / acicular ferrite, respectively; the microstructure of normalized specimens consist of ferrite / pearlite and finally quenched steels presented a microstructure of martensite. Solution A (acetic acid containing sodium chloride), according to NACE TM0284-2011 standard and saturated with H2S was used. The materials were tested by linear polarization technique, hydrogen permeability and Hydrogen Induced Cracking test (HIC). HIC tests were performed according to NACE TM0284-2011 standard. Optical microscope and scanning electron microscope were used for microstructural, corrosion and cracking characterization. Rp values show a slight difference between the different samples studied (120 ?.cm2 e 210 ?.cm2); the martensite microstructure (quenched) showed the lower corrosion resistance. Mansfeld (1973) method was used to calculate the corrosion rates from polarization curves. The Tafel slopes are differents between samples making evident the formation of corrosion products. Despite the growth of those corrosion products, the corrosion rate was not affected, since these products are dissolved in the solution A, providing a low corrosion protection. A modified Devanathan-Stachurski cell was used for the hydrogen permeability tests. It was used the solution A, with injection of H2S in the charging cell, and 0.1M NaOH solution on the oxidation cell. The hydrogen effective diffusivity, sub-surface concentration of atomic hydrogen at the charging side and number of hydrogen-trap sites were calculate by tlag method. Moreover, the experimental data were fitted using an equation derived from Fick\'s second law, in order to determinate the diffusion coefficient. The diffusion coefficient obtained from both methods were compare showing similar results. The quenching samples showed the lower diffusion coefficient, higher hydrogen concentration and number of trap sites. The steels in the as received and normalized conditins did not show cracks in Hydrogen Induced Cracking test; in the other hand, quenched samples presents cracks. The results shoed the relationship between the amount of interface and the corrosion rate. Being the martensitic microstructure the one with the higher corrosion rate. The diffusion coefficient in the martensitic microstructure, is a result of the high amount of interfaces and high dislocation density, leading to a lower diffusion coefficient, higher hydrogen concentration and number of trap sites. In the Hydrogen induced Cracking test the martensitic microstructure has shown the lower resistance to crack. The nucleation and propagation of the cracks in martensite depend of mechanisms that may act simultaneously: (i) nucleation of micro-cracks in preferential sites, (ii) formation of H2 in micro-cavities, with increase the local pressure, and (iii) hydrogen migration to the tip of the crack, decreasing the cohesive force in the lattice. However, the relationship between microstructure and Hydrogen Induced Cracking can not be generalized, since the susceptibility to cracking depends of several factors, like number of trap sites, binding trap energy, microstructural distribution and trap sizes. In addition, the presence of regions of low ductility can result in easy cracks nucleation and propagation. This thesis contributed to the understanding of the mechanisms that lead to hydrogen embrittlement and hydrogen damage, showing the relationship between microstructure, corrosion rate, diffusion and cracking, I ncreasing the scientific knowledge about the standard tests actually used to evaluate the performance of microalloyed steels in sour environments
Electrochemical behavior of UNS N07090 alloy indifferent sulfuric acid concentrations.
No full textLigas de níquel têm atualmente uma vasta gama de aplicações, sendo a agressividade do meio e as elevadas temperaturas que estas ligas suportam, um diferencial excepcional. A liga UNS N07090, objeto deste trabalho, encontra aplicações muito diversas, entre elas turbocompressores, sistemas de exaustão e de pós-tratamento de motores a diesel. Nestas aplicações a liga está exposta a gases, que ao condensarem formam ácido sulfúrico (H2SO4). Torna-se, assim, importante, o conhecimento da resistência à corrosão da liga nesse meio. O presente trabalho tem como objetivo caracterizar o comportamento eletroquímico da liga através de curvas de polarização potenciodinâmica em diferentes concentrações de ácido sulfúrico. Observou-se que quanto maior a concentração de ácido, maior é a corrosão da liga. Este fato pode ser discutido pela adsorção do íon sulfato (SO42-), que prejudica tanto a formação quanto a cinética de crescimento da película passiva do níquel. Em contrapartida, a presença de Cr na liga UNS N07090 apresentou um benefício sobre a resistência à corrosão desta muito acima do esperado, influenciando de forma direta as curvas de polarização da liga e mantendo-a em condição de elevada resistência à corrosão em detrimento do pior desempenho observado em outros elementos pertecentes à liga, como Co, Al e Ti. Tempos de imersão de 24h em ácido sulfúrico elevam discretamente os parâmetros de corrosão da liga, mantendo-os, no entanto em patamares bastante baixos, permitindo finalmente concluir que a liga UNS N07090, quando exposta a concentrações que variam de 1M a 4M H2SO4, a 25°C, apresenta boa resistência à corrosão e que esta não se altera com o tempo de exposição. A análise dos resultados mostrou que o processo corrosivo é controlado por reações catódicas de sulfato e hidrogênio, as quais podem ter diferentes contribuições dependendo da concentração do ácido e do tempo de imersão da liga UNS N07090 no meio corrosivo.Nickel alloys have a wide range of application nowadays due to their excellent resistance to aggressive media and high temperatures. UNS N07090, the nickel alloy studied herein, is used for turbochargers, exhaust and after treatment systems of diesel engines. These applications expose the alloy to hot gases, which condensate forming sulfuric acid (H2SO4). It is thus important to know the corrosion resistance of the alloy in this media. The goal of this work is the characterization of the electrochemical behaviour of UNS N07090 alloy through potentiodynamic polarization curves in different sulfuric acid concentrations. On the one hand, higher acid concentrations were noticed to lead to higher corrosion of the alloy. This phenomenon can be discussed by sulfate (SO42-) adsorption, which negatively influences not only the formation but also the growth of the passive film on nickel. On the other hand, the presence of Cr in UNS N07090 composition, improves the corrosion resistance of the alloy far more than expected, directly affecting the shape of the polarization curves of the alloy, placing it in a condition of high corrosion resistance despite the worst performance shown by the other elements present in the chemical composition of the alloy, such as Co, Al and Ti. 24h immersion periods in sulfuric acid slightly raise corrosion parameters of UNS N07090 alloy, but still ranking the alloy in very good corrosion resistance. Finally, it can be concluded that UNS N07090 alloy exposed to 1M to 4M H2SO4 at 25°C presents good corrosion resistance and that this is not affected by longer immersion periods. The results showed that the corrosion process of alloy UNS N07090 is controlled by sulfate and hidrogen cathodic reactions, which have stronger or weaker contribution depending on acid concentration and immersion time on the corrosive media
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No full textUm dos principais obstáculos para a incorporação dos compósitos de matriz metálica nas aplicações de engenharia é a influência dos reforços na resistência à corrosão. O objetivo principal deste trabalho foi estudar a resistência à corrosão porpite dos compósitos de matriz de alumínio Al 1100 reforçada com partículas de carbeto de silício (SiC), em meio contendo íons cloreto, utilizando-se da técnica eletroquímica potenciodinâmica. Os compósitos contendo diferentes porcentagens volumétricas, 5, 10 e 20% e diferentes tamanhos médios, 27 \'micrometros\' e 43 \'micrometros\', de partículas de \'SI\'C foram fabricados pelo processo de Metalurgia do Pó. Os compósitos foram comparados com duas matrizes sem reforço: uma produzida por Metalurgia do Pó (1100P) e outra pelo processo de metalurgia líquida (1100L) seguido de extrusão. As melhores condições para os ensaios eletroquímicos foram: acabamento superficial das amostras com diamante 1 \'micrometro\', cinco minutos de imersão antes da polarização em solução naturalmente aerada 0,01 N NaCl e polarização iniciada a 600 mV abaixo do potencial de circuito aberto, com velocidade de varredura igual a 1 mV/s. Os compósitos com partículas de SiC de 43 \'micrometros\', nas três composições, e a matriz sem reforço produzido por Metalurgia do Pó (1100P) apresentaram valores de potencial de pite muito similares. O compósito com 10% de partículas de SiC de 27 \'micrometros\' apresentou melhor resistência à corrosão por pite dentre todos osmateriais pesquisados. A resistência à corrosão por pite dos compósitos de matriz de alumínio Al 1100 reforçada com partículas de \'SI\'C foi muito influenciada pela presença de porosidade.One of the main restraints for the use of matrix composites in engineering applications is the influence of the reinforcing ohase on the corrosion resistance. The main purpose of this work was to study the resistance to pit corrosion of composites of Al 1100 matrix reinforced with silicone carbide (SiC) particles, in chloride ion bering médium, using potentiodynamic electrochemical techniques. Composites having different volume fractions 5, 10, and 20%, and different average particle sizes, 27 and 43 µm, of reinforcement particles were prepared by standard poder metallurgical methods. The composites were compared to matrices without reinforcement, produced by poder metallurgy, or by casting and extrusion. The best conditions for the electrochemical tests were: surface polishing of samples with 1 µm Diamond, five minutes immersion in naturally aerated 0,01 N NaCl solution before polarization, initiated 600 mV below open circuit potential and performed with scan speed 1 mV/s. Composites with SiC particles averaging 43 µm, in the three compositions, and the unreforced poder metallurgy matrix had similar pit potentials. The composite with 10% 27 µm SiC particles had the best pit corrosion resistance among the tested materials. Pit corrosion resistance of Al 1100 matrix composites reinforced with SiC particles was strongly influenced by porosity
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No full textO aço inoxidável UNS S31254, que pertence à família dos aços inoxidáveis superausteníticos com 6% Mo, é um aço de elevada resistência à corrosão por pite e em fresta em meios que contém cloreto. Esta liga é amplamente utilizada em processos que envolvem o uso da água do mar, tais como: a indústria offshore, estações de dessalinização da água do mar ou ainda em alguns processos químicos que envolvem o uso de cloreto, como a fabricação de papel, entre outras. Este aço tem sido bastante estudado na condição solubilizada, porém pouco se sabe sobre as variações na resistência à corrosão devidas às alterações microestruturais que este material pode apresentar após ser submetido a históricos térmicos que envolvam altas temperaturas. Este trabalho teve como objetivo estudar o comportamento desta liga, quanto a resistência à corrosão por pite, após tratamento térmico a 800°C por diversos tempos. Buscou-se relacionar as variações ocorridas na microestrutura do UNS S31254, com as alterações observadas na resistência à corrosão por pite. Estas determinações de resistência à corrosão por pite foram realizadas através de ensaios de polarização potenciodinâmica cíclica. Porém, logo nas primeiras determinações realizadas (condição solubilizada e tratada a 800°C por 40 min e 6h) ficou claro que uma solução 3,5% NaCl (solução comumente utilizada nestes casos), não seria a adequada para este estudo, pois não permitia diferenciar a resistência à corrosão para diferentes condições de tratamento térmico. Desta forma fez-se necessário encontrar um eletrólito mais agressivo, que permitisse diferenciar o efeito do tratamento térmico na resistência à corrosão por pite para as diversas condições. Encontrou-se na literatura (GUO e IVES, 1999; EL MEGUID, 1997) que aços que contém elevado teor de Mo, como o UNS S31254, são mais afetados quanto à corrosão por pite pelo íon brometo. ) Assim após alguns testes chegou-se a solução de 0,3M NaCl + 0,3M NaBr, como eletrólito adequado ao estudo. Para a análise da variação da microestrutura do aço UNS S31254 durante o tratamento térmico foram utilizados diversos ataques metalográficos eletroquímicos, e técnicas auxiliares como EDS e difração de raios-X para o reconhecimento das diversas fases precipitadas. Chegou-se a conclusão que as fases chi, de Laves, sigma e nitretos precipitam durante o tratamento térmico, ocasionando aumento da quantidade de interfaces matriz/precipitados, além da formação de regiões empobrecidas em Cr e Mo, que por sua vez fazem com que a resistência à corrosão por pite sofra variações durante todo o tratamento térmico. Tais variações ocorrem na forma de sucessivos períodos de queda e recuperação da resistência à corrosão, até que a partir de 32h de tratamento térmico a quantidade de fases precipitadas não permite a recuperação da liga através da difusão, e ocorre uma queda contínua do potencial de pite até 1000h de tratamento térmico, que foi o tempo máximo investigado no presente trabalho e onde foram registrados os mais baixos potenciais de pite. Vale ainda ressaltar que até 32h a recuperação observada nunca alcança os níveis da condição solubilizada, revelando ser esta a condição microestrutural de maior resistência à corrosão por pite.The UNS S31254 stainless steel, which belongs to the kind of 6% Mo stainless steel, is a high resistance steel for pitting and crevice corrosion in chloride environment. This alloy is widely used in process that work with the sea water, such as an offshore industry, desalination plants or some chemical processes that use chloride, such a paper manufacturer, among others. This steel has been studied a lot in annealed condition, but there is a little knowledge about the changes in the corrosion resistance due the microestrutural alters that this material might present after being submitted to thermal historical that involve high temperatures. This search had has aim to study the behavior of this alloy as for the resistance by pitting corrosion after a thermal treatment in 800°C for many different periods of time. This search had the aim to relate the variation occurred in the micro structure of UNS S31254 with the alterations observed in the pitting corrosion resistance. These determinations observed in the resistance to the corrosion by pit were done through the cyclic potentiodynamic polarization experiments. However at very first determinations done (annealed condition and heat treated at 800°C, for 40min and 6h) it was clear that 3,5% NaCl solution (solution usually proper in theses experiments) it wouldn\'t be proper for this search because it didn\'t permit to differentiate the corrosion resistance to different thermal treatment conditions. So it was necessary tofind a more aggressive electrolyte that was able to differentiate the effect of the thermal treatment in the pitting corrosion at different conditions. ) It was seen in the literature (GUO e IVES, 1999; EL MEGUID, 1997) that the steels that present high tenor of Mo, as the UNS S31254, are more affected in relation to the pitting corrosion through the ion bromide, the after some of these experiments it was reached at 0,3M NaCl + 0,3 NaBr solution as adequate electrolyte to this search. To the analyze of the variation of the microstructure of de steel UNS S31254 during the thermal treatment, were used different electrochemical metallographic attack and auxiliary techniques as energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray to the recognition of the different precipitated phases. It was concluded that chi, de Laves, sigma e nitrides phases precipitate during the thermal treatment provoking the increase of the quantity of matrix / precipitated interfaces as far as the formation of impoverishment regions in Cr e Mo, that provoke with the pitting resistance suffers changes during the entire thermal treatment. These changes occur in the successive falls and recuperation periods on the corrosion resistance, till after 32h of thermal treatment the quantity of the precipitate phases doesn\'t allow the recuperation of the alloy thought diffusion, and occurs a pit potential continuous fall till 1000h of thermal treatment, that was the highest time investigated at this presentsearch and where they were registed the shortest pitting potential. It\'s important to show till 32h, the observed recuperation never reach the levels of the annealed condition revealing to be this one the micro structural condition of the highest resistance to the corrosion by pit
Influence of immersion time in water solution containing H2S opn the toughness of pipe API 5L X65 Sour evaluated from Charpy test.
No full textCom o decorrer dos anos o consumo de petróleo e seus derivados aumentou significativamente e com isso houve a necessidade de se investir em pesquisas para descobertas de novas jazidas de petróleo como o pré-sal. Porém, não apenas a localização dessas jazidas deve ser estudada, mas, também, sua forma de exploração. Essa exploração e extração, na maioria das vezes, se dão em ambientes altamente corrosivos e o transporte do produto extraído é realizado através de tubulações de aço de alta resistência e baixa liga (ARBL). Aços ARBL expostos a ambientes contendo H2S e CO2 (sour gas) sofrem corrosão generalizada que promovem a entrada de hidrogênio atômico no metal, podendo diminuir sua tenacidade e causar falha induzida pela presença de hidrogênio (Hydrogen Induced Cracking HIC), gerando falhas graves no material. Tais falhas podem ser desastrosas para o meio ambiente e para a sociedade. O objetivo deste trabalho é estudar a tenacidade, utilizando ensaio Charpy, de um tubo API 5L X65 sour após diferentes tempos de imersão em uma solução saturada com H2S. O eletrólito empregado foi a solução A (ácido acético contendo cloreto de sódio) da norma NACE TM0284 (2011), fazendo-se desaeração com injeção de N2, seguida de injeções de H2S. Os materiais foram submetidos a: ensaios de resistência a HIC segundo a norma NACE TM0284 (2011) e exames em microscópio óptico e eletrônico de varredura para caracterização microestrutural, de inclusões e trincas. As amostras foram submetidas a imersão em solução A durante 96h e 360h, sendo que, após doze dias do término da imersão, foram realizados os ensaios Charpy e exames fractográficos. Foram aplicados dois métodos: o de energia absorvida e o da expansão lateral, conforme recomendações da norma ASTM E23 (2012). As curvas obtidas, em função da temperatura de impacto, foram ajustadas pelo método da tangente hiperbólica. Esses procedimentos foram realizados nas duas seções do tubo (transversal e longitudinal) e permitiram a obtenção dos seguintes parâmetros: energias absorvidas e expansão lateral nos patamares superior e inferior e temperaturas de transição dúctil-frágil (TTDF) em suas diferentes definições, ou seja, TTDFEA, TTDFEA-DN, TTDFEA-FN, TTDFEL, TTDFEL-DN e TTDFEL-FN (identificação no item Lista de Abreviaturas e Siglas). No exame fractográfico observou-se que o material comportou-se conforme o previsto, ou seja, em temperaturas mais altas ocorreu fratura dúctil, em temperaturas próximas a TTDF obteve-se fratura mista e nas temperaturas mais baixas observou-se o aparecimento de fratura frágil. Os resultados mostraram que quanto maior o tempo de imersão na solução A, menor é a energia absorvida e a expansão lateral no patamar superior, o que pode ser explicado pelo (esperado) aumento do teor de hidrogênio em solução sólida com o tempo de imersão. Por sua vez, os resultados mostraram que há tendência à diminuição da temperatura de transição dúctil-frágil com o aumento do tempo de imersão, particularmente, as TTDFEA-DN e TTDFEL-DN das duas seções do tubo (longitudinal e transversal). Esse comportamento controverso, que pode ser denominado de tenacificação com o decorrer do tempo de imersão na solução A, foi explicado pelo aparecimento de trincas secundárias durante o impacto (Charpy). Isso indica uma limitação do ensaio Charpy para a avaliação precisa de materiais hidrogenados.Over the years the consumption of crude oil and its derivatives increased significantly, creating the necessity to invest in research to discover new sources of pre-salt crude oil. However, not only the location of these deposits should be studied, but also its extraction. This exploration and extraction, in most cases, occur in highly corrosive environments and the transport of the extracted product is performed by high strength low alloy steel pipes (HSLA). HSLA steels exposed to environments containing CO2 and H2S (sour gas) suffer general corrosion that promotes the diffusion of atomic hydrogen into the metal structure, which may decrease its toughness and induce cracks by the presence of hydrogen (Hydrogen Induced Cracking - HIC), leading the material to severe failures. Such events can be disastrous for the environment and the society. The objective of this work is to study the toughness using Charpy Impact Tests on an API 5L X65 sour service steel pipe, submitted to different immersion times in a H2S saturated solution. The used electrolyte was the NACE TM0284 (2011) solution A (acetic acid containing sodium chloride), with deaeration by N2 injection followed by H2S injection. The materials were submitted to HIC resistance tests according to NACE TM0284 (2011) standard and examination by optical microscopy and scanning electron microscopy for microstructural inclusions and cracks characterization. The samples were immersed in the solution for 96h and 360h and after twelve days of immersion, Charpy tests and fracture analysis were performed. Two analytical methods were applied to Charpy tests results: the energy absorbed and lateral expansion, as recommended by the ASTM E23 (2012). The obtained curves, that are a function of impact temperature, were adjusted by the hyperbolic tangent method. This procedure was performed in two different orientations in the pipe (transverse and longitudinal) and allowed the determination of the following parameters: energy absorbed and lateral expansion in the upper and lower levels and ductile-to-brittle transition temperatures (DBTT) in its different definitions: DBTTAE, DBTTAE-DN, DBTTAE-FN, DBTTLE, DBTTLE-DN e DBTTLE-FN. Fracture analysis revealed that the material behaved as expected, meaning that at higher temperatures ductile fracture occurred, at temperatures near DBTT it was obtained a mixed fracture and at lower temperatures it was observed the presence of brittle fracture. Results showed that when the immersion time in the solution was higher, the energy absorbed in upper shelf decreases, and also lateral expansion in upper shelf decreases, which may be explained by the (expected) increase of hydrogen level in solid solution, induced by the immersion time. It was found that there is a tendency of the ductile-to-brittle transition temperature to be lower with the increase of immersion time, particularly the DBTTAE-DN and DBTTLE-DN of the two pipe sections (longitudinal and transversal). This controversial behavior, which may be defined as the toughening by the increase of immersion time in the solution A, was explained by the appearance of secondary cracks during impact test (Charpy). This indicates a limitation of the Charpy test for the accurate characterization of hydrogenated materials, concerning toughness
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No full textO presente trabalho teve como objetivos avaliar a resistência à corrosão e as propriedades mecânicas de ligas cuproníquel com adições de ferro e de alumínio. As propriedades mecânicas foram avaliadas a partir de ensaios de tração e microdureza. Para caracterizar a resistência à corrosão dessas ligas, foram realizadas medidas de potencial de corrosão em função do tempo de imersão e ensaios de polarização, nas soluções 0,1M HCl, 2M NaOH, 0,01M NaCl, 0,1M NaCl e 0,6M (3,5%) NaCl. Para tanto, foi necessário elaborar as ligas Cu10Ni, Cu10Ni-1Al, Cu10Ni-3Al, Cu10Ni-1,3Fe e Cu10Ni-3Al-1,3Fe, que foram fundidas em um forno poço, e solubilizadas à 900°C por 3 horas, sob atmosfera de nitrogênio, com resfriamento em água. A seguir, foram laminadas a frio com redução média de 87,5%. As amostras resultantes da laminação foram tratadas termicamente à 900°C por 1 hora, com a mesma atmosfera e o mesmo resfriamento do tratamento térmico de solubilização. Este tratamento térmico foi realizado com intuito de garantir que as amostras apenas apresentassem fase \'ALFA\'. Através dos ensaios de tração e medidas de microdureza, verificou-se que as adições de ferro e de alumínio nas ligas cuproníquel promoveram acréscimo na resistência mecânica, onde a adição de alumínio promoveu um aumento mais significativo. Os valores de tenacidade confirmaram que a adição de alumínio é mais efetiva no aumento das propriedades mecânicas. Convêm ainda, dizer que estas ligas foramas que apresentaram as microestruturas mais refinadas. No entanto, essas adições diminuíram levemente a ductilidade comparativamente à liga sem adição. Em relação a resistência à corrosão, constatou-se que todas as ligas apresentaram corrosão seletiva do níquel (desniquelação) nas soluções propostas. ) Ensaios de polarização potenciodinâmica cíclica, em solução 0,1M HCl, mostraram que as ligas praticamente não apresentaram diferenças de comportamento, observando-se apenas corrosão ativa. Em solução 2M NaOH, os ensaios de polarização potenciodinâmica geraram, na região de potenciais mais baixos, curvas com dois potenciais reprodutíveis em máximos de densidade de corrente anódica, com formação e dissolução de produtos; para potenciais mais altos as curvas apresentaram um trecho de densidade de corrente constante, cujo valor diminuiu com a adição de ferro e alumínio. Os ensaios de polarização potenciodinâmica cíclica em 0,01M, 0,1M e 0,6M NaCl mostraram que as ligas apresentam potenciais de quebra de passividade (Eq), e que estes estão relacionados com o início do processo de corrosão seletiva; e quanto maior seu valor, maior é a resistência ao início da corrosão seletiva. No entanto, quanto maior o valor de Eq, mais acentuado é o ataque, inclusive com as maiores perdas de níquel. Estes potenciais apresentaram diferenças significativas em relação à concentração de cloreto, e entre as ligas as variações mais expressivas ocorreram na solução 0,01MNaCl, sendo que a liga Cu10Ni-1,3Fe apresentou o maior potencial de quebra de passividade, enquanto a liga Cu10Ni-3Al-1,3Fe apresentou o menor. O exame das superfícies das amostras revelou que se trata de um processo de corrosão localizada por mecanismo de corrosão seletiva, atuante em todas as ligas cuproníquel 90-10, com ou sem adição de elementos de liga.The present work evaluates corrosion resistance and mechanical properties of cupronickel alloys containing iron and aluminum. The mechanical properties were measured by microhardness and tension tests. To evaluate the corrosion resistance, measurements of corrosion potential in function of time and polarization tests were done, using solutions 0,1M HCl, 2M NaOH, 0,01M NaCl, 0,1M NaCl and 0,6M (3,5%) NaCl. It was necessary to prepare the alloys Cu10Ni, Cu10Ni-1Al, Cu10Ni-3Al, Cu10Ni-1,3Fe and Cu10Ni-3Al-1,3Fe, casting them in controlled atmosphere furnaces, and solution treated at 900°C for 3 hours, with cooling in water. The alloys were cold rolled with reduction of 87,5%. The samples resulted from the cold rolling were heat treated at 900ºC for one hour, followed by cooling in water, to guarantee that the samples would present one phase only. Hardness and tension tests confirmed that addition of iron and aluminium to cupronickel increases mechanical resistance. Aluminium addition, however, is more effective. Concerning corrosion resistance, all alloys presented selective corrosion, characterized as loss of nickel (denickelification) in the solutions used. During polarization tests in 0,1M HCl the alloys presented the same behavior and the curves showed active corrosion. In 2M NaOH solution, the polarization curves at low potentials showed two reproductible potentials in anodic current density maxima, related to the formation and dissolution ofnickel-base corrosion products; at higher potentials, the curves presented a stretch of constant current density, whose value decreased with the addition of iron and aluminum. The polarization tests on 0,01M, 0,1M and 0,6M NaCl showed that the alloys presented passivation break potentials (Eq), which are related to the beginning of the selective corrosion process. ) The higher the Eq, the stronger is the attack, and the higher the nickel losses. These potentials presented significant differences with chloride different concentrations. Among the alloys, the most significant variations happened in the 0,01M NaCl solution, where the Cu10Ni-1,3Fe alloy showed the highest of passivation break potentials, while the Cu10Ni-3Al-1,3Fe showed the lowest. Surface examination confirmed a local corrosion process, through a selective corrosion mechanism, operating in all alloys
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No full textO presente trabalho teve por objetivo estudar o efeito do pré-tratamento superficial de eletropolimento sobre a resistência à corrosão por pite de aços inoxidáveis em presença de íon cloreto. Em princípio o eletropolimento permite o nivelamento da superfície e, conseqüentemente, uma melhora quanto à resistência à corrosão por pite. Para tanto, foram conduzidos ensaios através de técnicas eletroquímicas que consistiram basicamente no levantamento do potencial de corrosão em função do tempo de imersão e de curvas de polarização cíclica em 3,5% NaCl. Os materiais empregados foram aços inoxidáveis comerciais tipo UNS S30403, UNS S31603, UNS S42000 e UNS S43000. Para efeito de comparação foram estudadas, além da condição superficial eletropolida, a condição lixada até lixa de grana #600 e decapada em meio nítrico e fluorídrico. Para a decapagem utilizou-se solução de ácido nítrico + ácido florídrico (HNO3 + HF) a (23±2)°C por 15 minutos, e para o eletropolimento teve-se como eletrólito a solução de álcool etílico + ácido perclórico + água (C2H5OH + HClO4 + H2O), na faixa de temperatura de 19°C a 25°C, durante 30 segundos, com tensão de 40 V e corrente de aproximadamente 3 A/cm². No ensaio de polarização potenciodinâmica cíclica utilizou-se como eletrólito a solução 3,5% NaCl, naturalmente aerada e temperatura ambiente de (23±2)°C. Primeiramente caracterizou-se a perfilometria, a macro-rugosidade, a micro-rugosidade - através de microscopia de força atômica e a reflectância objetivando-se a caracterização superficial dos corpos-de-prova. Em seguida, foram realizados os ensaios eletroquímicos. Os resultados revelaram o efeito benéfico do eletropolimento sobre a resistência à corrosão por pite e intensidade de brilho dos aços UNS S30403 e UNS S43000. ) O aço UNS S31603 apresentou perda da resistência à corrosão por pite após eletropolimento, comparativamente à condição lixada e decapada, enquanto que o aço UNS S42000 não apresentou qualquer alteração de comportamento caracterizando-se por apresentar baixa resistência à corrosão por pite independentemente do acabamento superficial, inclusive com caráter de corrosão generalizada. O potencial de pite apresentou correlações com os parâmetros de macro-rugosidade, micro-rugosidade e reflectância. Em particular para os aços UNS S30403 e UNS S43000 o potencial de pite aumenta quando se diminui a macro e micro-rugosidade, o que também corresponde a um aumento de brilho. A presença de inclusões foi detectada como prejudicial principalmente para o acabamento de decapagem, onde este processo não foi capaz de eliminá-las e gerou baixos potenciais de pite quando a inclusão era do tipo sulfeto de manganês (aço UNS S31603). Como conclusão final, é recomendável o eletropolimento em meio perclórico para os aços UNS S30403 e UNS S43000 os quais tem sua resistência à corrosão por pite aumentada além de melhoria no aspecto decorativo por apresentar mais brilho. Mais pesquisa é necessária no sentido de se encontrar eletropolimentos para os aços UNS S31603 e UNS S43000 que melhorem a resistência à corrosão em meio de íons cloreto.The purpose the present work was to study the effect of pre-treatment the surface of electropolishing on the resistance to pitting corrosion of stainless steel in the presence of chloride ion. Firstly, the electropolishing allows the leveling of the surface, and consequently an increase in the resistance to the pitting corrosion. In order to accomplish the presented results, tests were conducted using electrochemical techniques, which consisted basically in the raising of the corrosion potential accordingly to the time of immersion and of the cyclic polarization curve in 3,5% NaCl. To undertake this work samples commercial purity grade stainless steel as UNS S30403, UNS S31603, UNS S42000 and UNS S43000 were tested. For comparison effects, not only the condition of the electropolished surface were studied, but also the conditions of the sanding polished until the use of sander of mesh #600 and pickled in nitric acid and fluoridric acid solution. For pickling, it was used a solution of nitric acid + fluoridric acid (HNO3 + HF) under temperature of (23±2)°C for 15 minutes. For electropolishing it was used as electrolyte the solution of alcohol ethyl + perchloric acid + water (C2H5OH + HCIO4 +H2O) under temperatures between 19°C and 25°C for 30 seconds, with the tension of 40 V and current of approximately 3 A/cm². In the test of the cyclic potentiodinamic polarization cyclic, the electrolyte used was an aerated 3,5% NaCl aqueous solution at a controlledtemperature of (23±2)°C. Firstly, the perfiling, the macro-rogosity and the micro-rogosity were characterized by the application of the microscopy of the atomic energy and reflectance expecting the characterization of the base metal test specimen. The next step was the realization of the electrochemistry tests. ) The results showed the favorable effect of electropolishing to the resistance to the pitting corrosion and the intensity of brightness, of the steel UNS S30403 and UNS S43000. The steel UNS S31603 presented lost of resistance to the pitting corrosion after the electropolishing, when compared to the trimmed and pickled condition. Meanwhile, the steel UNS S 42000 did not present any alteration of behavior performance, being characterized for presenting low resistance to the pitting corrosion in spite of the surface finishing, obtaining the character of generalized corrosion. The potential of pitting presented relations to the parameter of the macro-rogosity, micro-rogosity and reflectance. Particularly, for the steels UNS S30403 and UNS S43000, the potential of the pitting increases when the macro and micro-rogosity are decreased, which also represent an increase in brightness. The presence of inclusions was detected as detrimental mainly to the pickling finishing, where the process was not able to eliminate them resulting in low potential of pite when the inclusions were the type of manganese sulfide (steel UNS S31603). At last, it is recommendedthat the electropolishing be done in perchoric solution when using steel UNS S30403 and UNS S43000, because those steel present resistance to the pitting corrosion and also the betterment in the decorative aspect for presenting more brightness. It is necessary more search to find electropolishing for the steel UNS S31603 and UNS S43000 that could make the resistance to corrosion in the presence of ion chloride
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No full textO presente trabalho procura definir os mecanismos que governam a influência da microestrutura no comportamento eletroquímico do aço inoxidável dúplex UNS S31803, ou SAF 2205. Para tanto, foram conduzidos ensaios de polarização potenciodinâmica em solução 0,5 M ´H IND.2´S´O IND.4´ e de polarização cíclica em 3,5% NaCl, visando relacionar os mecanismos de corrosão que podem ocorrer como conseqüência das diferentes microestruturas obtidas através de envelhecimento isotérmico a 850ºC por períodos de até 100 horas. O trabalho realizado permite concluir que, durante o envelhecimento do aço inoxidável dúplex SAF 2205 a 850ºC, ocorre formação de fase sigma através de precipitação a partir da ferrita, gerando sigma de morfologia maciça e ferrita secundária empobrecida em cromo e molibdênio, e este é o mecanismo principal em tempos de até 10 minutos. Se o envelhecimento a 850ºC se dá por tempos superiores a 30 minutos a formação de sigma ocorre tanto pela precipitação direta da ferrita presente quanto pela decomposição eutetóide da ferrita (gerando austenita secundária, também empobrecida em cromo e molibdênio), sendo que o crescimento de sigma ocorre a partir da austenita e ferrita. Em tempos superiores a 5 horas, além dos mecanismos já descritos pode ocorrer nucleação e crescimento de sigma a partir da austenita. Após 100 horas de envelhecimento a 850°C as únicas fases presentes no aço SAF 2205 são sigma, austenita e austenita secundária, esta última empobrecida em cromo e molibdênio. Para verificar a estabilidade da microestrutura formada, conduziu-se envelhecimento por 1008 horas a 850°C, constatando-se a formação, além de austenita e sigma na microestrutura do aço SAF 2205, de nitreto de cromo do tipo ´Cr IND.2´N. ) Constatou-se que a presença de fase sigma e de fases a esta associadas não altera o potencial de corrosão, nem o potencial de início da região transpassiva, do aço SAF 2205 em solução 0,5 M ´H IND.2´S´O IND.4´. De modo semelhante, a presença de fase sigma, e de fases a esta associadas, não altera o potencial de corrosão do aço SAF 2205 em solução 3,5% NaCl nas condições de ensaio utilizadas neste estudo. Verificou-se que a forma das curvas de polarização em solução 0,5 M ´H IND.2´S´O IND.4´ é dependente da microestrutura, sendo encontrados máximos de densidade de corrente anódica na região passiva que podem ser associados aos microconstituintes presentes. As fases ricas em cromo são preferencialmente atacadas em potenciais da região transpassiva do aço SAF 2205 em solução 0,5 M ´H IND.2´S´O IND.4´. Constatou-se que o potencial de pite do aço SAF 2205 em solução 3,5% NaCl é reduzido pela presença de fase sigma e fases a esta associadas, ferrita e austenita secundárias empobrecidas em cromo e molibdênio; além disso, a morfologia da corrosão por pite do aço SAF 2205 envelhecido a 850ºC se dá como corrosão seletiva de fases ou regiões empobrecidas em cromo e molibdênio. Em solução 0,5 M ´H IND.2´S´O IND.4´, as amostras envelhecidas por 100 horas a 850°C tem curva de polarização semelhante à da amostra solubilizada, o que poderia sugerir restituição da resistência à corrosão, a despeito da presença de sigma. No entanto, o cálculo do parâmetro resistência de polarização para esta solução e o comportamento eletroquímico em solução 3,5% NaCl indicam que o aço SAF 2205 envelhecido a 850°C por 100 horas apresenta menor resistência à corrosão do que o aço na condição solubilizada.This work determines the influence of microstructure on the electrochemical behavior of UNS S31803 (SAF 2205) duplex stainless steel, through potentiodynamic polarization tests in 0,5 M ´H IND.2´S´O IND.4´ and cyclic polarization tests in a 3,5% NaCl solution in samples aged for periods up to 100 hours at 850°C. It was concluded that during aging of SAF 2205 at 850°C in periods up to 10 minutes sigma phase forms by precipitation from ferrite, resulting in massive sigma phase and secondary ferrite, an impoverished phase in chromium and molybdenum. In aging treatments between 10 minutes and five hours, sigma phase was formed by ferrite eutectoid decomposition, resulting in sigma (lamellar and massive forms) and secondary austenite, impoverished in chromium and molybdenum; sigma phase growth can occur simultaneously from austenite or ferrite. After five aging hours, besides the described mechanisms, sigma phase nucleation and growth can occur from austenite, and after 100 hours the phases present in SAF 2205 are only sigma, austenite and secondary austenite. A long-term aging (1008 h) was conducted in order to check microstructural stability: it was found that chromium nitride (´Cr IND.2´N) appears in the microstructure together with austenite, secondary austenite and sigma. The presence of sigma and sigma-related phases (secondary ferrite and austenite) neither affect the corrosion potential, nor the potential that marks the beginning of transpassive region, in 0,5 M ´H IND.2´S´O IND.4´ solution. In the same way, sigma and sigma-related phases do not affect the corrosion potential in the 3,5% NaCl solution, in the experimental conditions used here. The shape of polarization curves in 0,5 M ´H IND.2´S´O IND.4´ solution is microstructure-dependent, and the current density maxima found in the passive region can be related to the microstructure. ) The shape of polarization curves in 0,5 M ´H IND.2´S´O IND.4´ solution is microstructure-dependent, and the current density maxima found in the passive region can be related to the microstructure. It was found that chromium rich phases are preferably dissolved during polarization under the 0,5 M ´H IND.2´S´O IND.4´ solution in transpassive potentials. The pitting potential of SAF 2205 in the 3,5% NaCl solution is reduced by the presence of sigma and sigma-related phases; in addition, it was concluded that pitting corrosion in aged SAF 2205 occurs as selective corrosion of chromium and molybdenum impoverished phases and regions. The analysis of the 0,5 M ´H IND.2´S´O IND.4´ solution polarization results shows that the shape of polarization curves obtained from the sample aged 100 hours and the sample without sigma-phase are identical, suggesting corrosion resistance recovery. However, the polarization resistance of aged samples in the 0,5 M ´H IND.2´S´O IND.4´ solution and the electrochemical behavior in the 3,5% NaCl confirmed the corrosion resistance reduction of samplescontaining sigma and sigma-related phases
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No full textEste trabalho teve por objetivo estabelecer a relação entre a corrosão intergranular e por pite do aço inoxidável UNS S43000 submetido a diferentes tratamentos térmicos a 800°C. Para realização da parte experimental amostras deste aço foram solubilizadas a 1160°C (1433K) e em seguida sofreram tratamento térmico a 800°C (1073K) por tempos diferentes, o que originou diferentes graus de sensitização. Utilizando estas amostras com graus de sensitização diferentes foram realizados ataques em ácido oxálico segundo a Prática W da norma ASTM A 763-90, ensaios de reativação potenciodinâmica na versão duplo-loop (DL-EPR) em 0,5M H2SO4 e ensaios de polarização potenciodinâmica cíclica em 3,5% NaCl. A comparação dos valores obtidos dos ensaios de polarização permitiu avaliar a resistência à corrosão intergranular e por pite e a recuperação destas com tempos mais longos de tratamento térmico. A condição que apresentou maior grau de sensitização foi a solubilizada a 1160°C, devido à precipitação de carbonetos de cromo nos contornos de grão e conseqüente empobrecimento em Cr das regiões adjacentes, durante o resfriamento. Com 10 minutos de tratamento a 800°C ocorre recuperação parcial da resistência à corrosão intergranular. Com 20 minutos e períodos superiores de tratamento a 800°C a recuperação é total. O comportamento do aço UNS S43000 em relação à corrosão por pite não acompanha o grau de sensitização, mostrando ser influenciado pelo empobrecimentoem Cr mas também pela quantidade de interface matriz/carbonetos na superfície. Esta quantidade de interface depende da precipitação inter- e intragranular e do coalescimento dos precipitados.The present work had the goal to establish a relationship between intergranular and pitting corrosion for the UNS S43000 stainless steel after different heat treatments at 800°C. For the experimental part, samples of this steel were annealed at 1160°C (1433K) and then heated at 800°C (1073K) for different periods, leading to different sensitization degrees. These samples were etched with oxalic acid after ASTM A 763-90, tested under double-loop potenciodinamic reactivation test in 0,5M H2SO4 and cyclic polarization in 3,5% NaCl. The comparison of the results obtained with the polarization tests allowed an evaluation of the intergranular corrosion resistance and its recovery after longer periods of heat treatment. The 1160°C annealed condition showed the highest sensitization degree, due to the chrome carbides precipitation at the grain boundaries during the cooling and consequently chrome depletion of the adjacent areas. After 10 minutes of exposure at 800°C there was a partial recovery of the intergranular corrosion resistance. With heat treatments of 20 minutes at 800°C and longer periods, there was a complete recovery of the intergranular corrosion resistance. The pitting corrosion resistance of the UNS S43000 stainless steel doesn\'t follow the sensitization degree, being affected by the chrome depletion but also by the quantity of interface matrix/carbide of the surface. This interface quantity depends of the inter- and intragranular precipitation and thecoalescence of the carbides
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No full textEstudou-se o fenômeno da corrosão intergranular nos aços inoxidáveis martensíticos, selecionando métodos capazes de avaliar o grau de sensitização destes materiais. Utilizou-se um aço AISI 410, temperado em óleo a partir de 975\'GRAUS\'c, e revenido entre 300 e 700\'GRAUS\'c. Realizaram-se levantamentos potenciodinâmicos das curvas de polarização, ataques potenciostáticos e ensaios de reativação potenciodinâmica pelo método DL-EPR. Adotou-se nestes casos a solução 1 normal de ácido sulfúrico. Também foram realizados ataques em ácido oxálico (ASTM A 262). Os resultados indicaram que a causa da sensitização é a presença de zonas empobrecidas em cromo ao redor de carbonetos precipitados tanto nos contôrnos de grão como nas interfaces das agulhas de martensita. Os resultados dos métodos foram comparados. Com exceção do ataque em ácido oxálico, os demais ensaios são capazes de detectar as zonas empobrecidas em cromo e avaliar o grau de sensitização do aço.The aim of present work was to investigate the intergranular corrosion In martensitic stainless steels and to identify suitable tests for evaluation of their degree of sensitization. To undertake this work, samples of commercial AISI 410 stainless steels were quenched in oil from 975°C and tempered between 300°C and 700°C. Electrochemical techniques were used because they are simpler and faster. The methods performed were potentiokinetic polarization, potentiostatic etch at -100 mVSeE; and double loop electrochemical potentiokinetic reactivation test (DL-EPR). In these cases the electrolyte was 1 N H2S04 solution at room temperature. Also was performed the oxalic acid test (ASTM A 262 practice A). It was found that the sensitization of AISI 410 stainless steel was caused by the presence of chromium depleted zones surrounding carbides precipitated on both grain boundaries and interfaces between martensite laths. The sensitizing process begins after 2 h treatment at 500°C_ Healing processes with the recovery of corrosion resistance occurs after 2 h treatment at 600°C. The results of the different tests were compared and showed that, with exception of the oxalic acid test, all methods are able to detect chromium depleted zones and can give the degree of sensitization of the steel. The oxalic acid test did not allow a clear distinction among sensitized and healed samples
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