Efeito da presença de depósito calcário formado durante a proteção catódica na absorção de hidrogênio e na fragilização pelo hidrogênio do aço API 5CT P110

Abstract

O processo de proteção catódica é amplamente utilizada na indústria do petróleo e gás para a prevenção contra a corrosão. Entretanto, devido às reações catódicas induzidas pelo potencial catódico aplicado pode ocorrer a formação de depósito calcário na superfície de componentes protegidos catodicamente em água do mar. Existe certa incerteza na literatura sobre o papel do depósito calcário na absorção de hidrogênio e consequentemente na fragilização pelo hidrogênio. Assim, o presente trabalho visa investigar sua influência a fim de contribuir para o melhor entendimento da participação dessa camada nesse fenômeno. Para isso, foram realizados testes de permeação eletroquímica de hidrogênio, de tração de baixa taxa de deformação (BTD) e de cronoamperometria no aço API 5CT P110 em três soluções diferentes: água do mar sintética (AMS), água do mar sintética sem Ca2+ e Mg2+ e NaCl 3,5%. Além disso, foram aplicados dois potenciais catódicos: -1000 mVECS e -1500 mVECS. Após o ensaio de tração de BTD e de cronoamperometria as amostras foram analisadas em MEV/EDS. A partir dos resultados obtidos verificou-se que o depósito calcário formado em AMS em -1000 mVECS é formado por uma fina camada inicial rica em Mg seguida de cristais de aragonita. A formação dessa camada aparentemente diminuiu o fluxo de hidrogênio no estado estacionário em comparação com as demais soluções avaliadas nesse mesmo potencial. Todavia, essa diminuição não resultou em uma mudança significativa na fragilização do material. O depósito calcário formado em AMS em -1500 mVECS mostrou-se poroso e pulverulento, apresentando principalmente Mg em sua composição. O fluxo de hidrogênio no estado estacionário e a fragilização do material em AMS em -1500 mVECS foi maior do que nas demais soluções nesse potencial. Um possível mecanismo para explicar o efeito do depósito calcário na absorção e na fragilização pelo hidrogênio foi proposto e indica a competição entre o fator superficial ocasionado pela formação do depósito calcário e a sobretensão em hidrogênio.

The process of cathodic protection is widely used in oil & gas industry to corrosion prevention. However, the cathodic reactions induced by the applied cathodic potential can lead to the calcareous deposit formation on the cathodically protected structure surface in sea water. There is uncertainty about the role of calcareous deposit on hydrogen uptake and consequently on hydrogen embrittlement. Hydrogen electrochemical permeations, slow strain rate and chronoamperometric tests were carried out in three different solutions: artificial sea water, artificial sea water without Ca2+ and Mg2+ and 3.5% NaCl solution. Besides that, two cathodic potentials were applied: -1000 mVSCE e -1500 mVSCE. After slow strain rate and chronoamperometric tests the samples were analyzed in SEM/EDS. According to the obtained results it was observed that calcareous deposits formed in artificial sea water at -1000 mVSCE consists on a thin Mg-rich inner layer and an outer layer of aragonite crystals. The deposit formation apparently decreased hydrogen flux at steady state in comparison with other solutions evaluated at the same potential. The calcareous deposit formed in artificial sea water at -1500 mVSCE was porous, powdery and mainly composed by Mg. The hydrogen flux at steady state and the embrittlement of the material were higher in artificial sea water at -1500 mVSCE than in other solutions at the same potential. A possible mechanism to explain the calcareous deposit effect on hydrogen uptake and on hydrogen embrittlement was proposed and it indicates the competition between the surface effect induced by calcareous deposit formation and the hydrogen overpotential.