Avaliação da susceptibilidade à corrosão sob tensão do aço duplex 2205 em meio salino contendo H2S

Abstract

No processo de extração de petróleo, o óleo é conduzido do poço até a plataforma por dutos (risers e flowlines) que podem ser rígidos ou flexíveis. Nesta etapa, o óleo que chega até a plataforma está contaminado com água, areia e gases como o CO2 e H2S em variadas concentrações. A carcaça interna de um duto flexível (riser) é constituída pelo aço inoxidável duplex 2205, possuindo alta resistência à corrosão generalizada e localizada. No entanto, sofre com o processo corrosivo do meio eletroquímico, principalmente devido ao contato direto com os gases, das cargas de serviço (operações de extração de petróleo) e/ou tensões residuais (devido ao processo de fabricação e/ou instalação). Neste contexto, o presente trabalho tem como principal objetivo avaliar a susceptibilidade à corrosão sob tensão do aço inoxidável duplex 2205, submetido a meio agressivo de solução A da NACE TM 0177 (2016) contendo sulfeto de hidrogênio (H2S). Para esta avaliação foi empregado o ensaio de tração à baixa taxa de deformação (BTD), que no caso dos ensaios ao ar, foram realizados concomitantemente na máquina de ensaios EMIC/DL-10000 e na máquina de ensaios BTD com capacidade de 1,5 toneladas projetada pela empresa SOURTEC, a fim de avaliar o desempenho desta. Os ensaios realizados ao ar fornecem as propriedades do material para realização de comparação qualitativa com ensaios em meio agressivo. Através dos dados obtidos do ensaio de BTD foi possível plotar a curva tensão versus deformação aparente. Após o ensaio calculou-se a redução de área, alongamento e tempo de ruptura do corpo de prova. Adicionalmente, foram obtidas imagens no Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) e no Microscópio Óptico (MO) para análise das fraturas das amostras e possíveis trincas secundárias, respectivamente. Foi constatado que o aço duplex 2205 apresenta susceptibilidade à corrosão sob tensão em presença de H2S, através da fragilização pelo hidrogênio. Esse fenômeno foi identificado pela queda do limite de resistência, do alongamento e do tempo até a fratura comparados aos ensaios realizados ao ar na mesma taxa de deformação, além da fratura frágil caracterizada pela fratura transgranular. As fissuras atravessam tanto os grãos da fase ferrita como da austenita.

In the process of oil extraction, the oil is conducted from the oil well to the platform by ducts (risers and flowlines) that can be rigid or flexible. At this stage, oil reaching the platform is contaminated with water, sand and gases such as CO2 and H2S in high concentrations. The internal casing of a flexible duct (riser) consists of duplex stainless steel 2205, having high resistance to generalized and localized corrosion. However, it suffers from the corrosive process of the electrochemical environment, mainly due to direct contact with gases, service loads (oil extraction operations) and / or residual stresses (due to the manufacturing and / or installation process). In this context, the present study has as main objective to evaluate the susceptibility to stress corrosion cracking of 2205 duplex stainless steel subjected to aggressive medium of NACE TM0177 (2016) solution containing hydrogen sulfide (H2S). For this evaluation was used the tensile test at slow strain rate technique (SSR), which in the case of the air tests were performed concomitantly in the EMIC / DL-10000 test machine and in the BTD test machine with a capacity of 1,5 tons projected by the company SOURTEC, in order to evaluate the performance of this. The tests run in air provide the properties of the material for qualitative and quantitative comparison with tensile tests in aggressive medium. From the SSR test results it was possible to plot the stress versus strain curve. After the specimen rupture it was possible to calculate the reduction area, elongation and rupture time of the specimen. In addition, images were obtained in the scanning electron microscope (SEM) and the optical microscope (MO) to analyze the fractures morphology of the samples and the role of the stress corrosion cracking process in the rupture mechanism. It was verified that the duplex steel 2205 presents susceptibility to stress corrosion cracking in the presence of H2S, through the hydrogen embrittlement mechanism. This phenomenon was identified by the decrease of the resistance limit, the elongation and the time to the fracture compared to the tests performed in the air at the same rate of deformation, besides the fragile fracture characterized by the transgranular fracture. The brittle cracks cross the ferrites and the austenites grains.