Caracterização da resistência à trinca induzida pelo hidrogênio de um aço SAE 1065 da armadura da tração de um riser flexível

Abstract

Esse trabalho apresenta uma caracterização metalúrgica e mecânica de um aço SAE 1065, usado na forma de arame da armadura de tração de um duto flexível, para o transporte de petróleo off-shore com o objetivo de analisar a suscetibilidade a Trinca Induzida pelo Hidrogênio (TIH). Para tanto, foi realizado uma adaptação do teste descrito na norma NACE TM0284, no qual o material foi testado em 4 condições diferentes, com variações no pH e na concentração de H2S. Os resultados dos ensaios mecânicos e metalográficos revelaram uma microestrutura perlítica-ferrítica altamente encruada. Foram encontradas tensões residuais compressivas na superfície e microdurezas médias na ordem de 400 HV, o que é suportado pela microestrutura revelada nos ensaios metalográficos. Apesar de apresentarem boa resistência à TIH nas condições testadas, pelos altos valores de dureza, o uso desses materiais em aplicações "sour service" não é recomendada pela National Association of Corrosion Engineers (NACE) Os resultados dos ensaios de avaliação de suscetibilidade a TIH demostraram relativa alta resistência a nucleação de TIHs. Das 4 condições empregadas, apenas a mais severa causou defeitos proveniente da presença de hidrogênio difundido. Os defeitos apresentados nuclearam próximos à superfície no sentido transversal do arame e cresceram escalonando e curvando na direção da laminação do arame. As trincas provavelmente nuclearam próximas à superfície em função das tensões residuais compressivas que retardaram a nucleação de defeitos até que a concentração de hidrogênio chegasse até um valor que a pressão de hidrogênio recombinado, próxima a superfície, fosse suficiente para nuclear o defeito fazendo com que ele crescesse rapidamente através da microestrutura fragilizada pelo hidrogênio.

This work presents a metallurgical and mechanical characterization of a SAE 1065 steel, in the form of a wired used in the tensile armor of a flexible pipe, used on the off-shore transport of oil with the objective of analysing the susceptibility to Hydrogen Induced Cracking (HIC). To this purpose, it was performed an adaptation of the test, described in the NACE TM0284 standard, in which the material was tested it in four different conditions varying pH and H2S concentration The results of the mechanical and metallographic revealed a highly work-hardened perlitic-ferritic microstructure. It was found residual compressive stresses on the surfaces of the wire and average microhardnesses of around 400 HV. This is supported by the type of microstructure revealed in the metallographic testing. Despite of presenting good HIC resistance in the tested conditions, because of the high hardness values, the employment of these materials in sour service applications is not recommended by the National Association of Corrosion Engineers (NACE) The results of the HIC susceptibility tests demonstrated relative high HIC nucleation resistance. Of the four conditions employed, just the most severe caused defects due to the presence of diffused hydrogen. The defects presented nucleated near the surface in the transversal direction of the wire and grew staggering and bending on the rolling direction of the wire. The cracks probably nucleated near the surface because the residual compressive stresses slowed down the nucleation of the defects up to a certain point where the concentration of hydrogen reached a value where the recombined hydrogen pressure, near the surface, was enough to nucleate the defect making it grow very quickly through the fragilized microstructure.