Caracterização microestrutural e mecânica e avaliação da resistência à corrosão dos processos de reparo por soldagens FHPP e FTSW do aço inoxidável duplex UNS S31803

Abstract

Os aços inoxidáveis duplex são largamente utilizados como materiais estruturais para a construção de dutos que transportam grandes volumes de CO2 e fabricam as camadas internas de tubos flexíveis (dutos offshore) utilizados na produção de petróleo offshore. Nestes casos, quando a o reparo ou manutenção é necessária usualmente a soldagem por arco elétrico é mepregada. Entretanto, a soldagem a arco podelevar à formação de fases que degradam suas propriedades mecânicas. O processo FHPP (Hydro-pillar Friction Processing) é um método alternativo para evitar o problema de precipitação de fases indesejáveis. Além do processo de soldagem FHPP, também foi realizado o estudo do processo Fricção Taper Stitch Welding (FTSW) que é uma série de soldagem de pinos cônicos interligados, com mesma geometria utilizada na soldagem FHPP, que podem ser usados para reparar uma trinca de fadiga ou defeitos maiores. Para fazer as juntas de solda, os pinos e bases foram usinados com furos de geometria predeterminados baseados em estudos anteriores e depois soldados na máquina de solda por fricção. O objetivo principal deste trabalho é a caracterização de juntas de aço inoxidável duplex UNS S31803 obtidas através dos processos FHPP e FTSW, verificando a união metalúrgica entre os componentes de soldagem e a influência dos processamentos nas transformações das microestruturas e das propriedades mecânicas e também na resistência à corrosão das zonas geradas ao final do processamento das soldas. Análises microestruturais foram realizadas em microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de elétrons retroespalhados (EBSD), também foram realizados perfis de microdureza ao longo da região da soldada. Verificou-se que os processos FHPP e FTSW provocam refinamento de grãos ZTMA e na interface de solda, modificando a estrutura lamelar de grãos alongados de matriz ferrítica / austenítica. As juntas de solda também exibiram ductilidade e resistência aceitáveis em testes de tração e dobramento, além de manter a resistência à corrosão similar ao material base.

The Duplex stainless steels are materials widely used for a variety of applications in the pharmaceutical, marine, chemical, food, nuclear and especially in the oil and gas industry, due to their mechanical properties and excellent corrosion resistance. In the petrochemical industry, duplex stainless steels are extensively used as structural materials for the construction of pipes to transport large volumes of CO2 and for manufacturing inner layers of flexible pipes (offshore pipelines) used in the exploitation of oil and gas. In these cases, when repair or maintenance is required, electric arc welding processes is usually applyed . However, fusion welding maylead to formation of precipitates which would degrade its mechanical properties. FHPP (Friction Hydro Pillar Processing) is an alternative method to avoid issues related to precipitation of undesirable phases. Main objective of this work is the metallurgical and mechanical characterization of UNS S31803 duplex stainless steel joints obtained through FHPP and Friction Taper Stitch Welding (FTSW) processes. For producing the welded joints, the drilled rod and bases with predetermined geometry were machined based on previous works and then joined in the friction welding machine. Microstructural analyzes were also performed in optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), electron backscatter diffraction (EBSD), and microhardness profile along the weld region. It was verified that FHPP and FTSW processes cause a grain refinement in the joint, modifying the lamellar structure of elongated grains of ferritic/austenitic matrix. Welded joints also exhibited acceptable ductility and strength in tensile and bending tests.