Efeito da deformação elástica na absorção de hidrogênio dos aços inoxidáveis superdúplex sob proteção catódica

Abstract

Um dos maiores desafios da indústria de óleo e gás diz respeito aos problemas associados à corrosão e, em especial, quando estes são agravados pela presença de carregamento mecânico, estático ou cíclico. Com isso, medidas de proteção contra a corrosão devem ser tomadas visando minimizar os efeitos deletérios. Neste contexto, a proteção catódica é um dos métodos mais utilizados, que pode produzir hidrogênio atômico na superfície dos materiais sujeitos à proteção. O hidrogênio, por sua vez, pode ser absorvido pelo material e transportado para determinados sítios, onde fica aprisionado, tornando o material susceptível a fragilização. Portanto, faz-se necessário compreender os mecanismos de difusão e aprisionamento do hidrogênio no aço. Para isso, foram realizados testes de tração em baixa taxa de deformação (2,54 x 10-4 s-1) do aço inoxidável UNS S32750, polarizados catodicamente a densidade de corrente de 1 mA/cm2 em diferentes tempos de pré-hidrogenação, sem e com aplicação de carga constante de 70 % e 90 % da tensão de escoamento do material. O aumento da concentração de hidrogênio e a presença de trincas secundárias no material confirmam a ocorrência do HISC (trincamento induzido pelo hidrogênio) como o mecanismo predominante de fragilização. A difusividade e solubilidade do hidrogênio no AISD (Aço inoxidável superdúplex) foi investigada através da análise de concentração de hidrogênio pelo método de dessorção térmica, após o processo de pré-hidrogenação. O comportamento eletroquímico do aço foi investigado pela técnica não destrutiva de espectroscopia de impedância eletroquímica. A passividade e o depósito de platina detectados na superficie do AISD foram analisadas por DRX, RBS e EDS após diferentes tempos de imersão em NaCl 3,5% tamponado com CH3COONa (acetato de sódio) e CH3COOH (ácido acético) desaerado bem como a influência nos fenômenos envolvidos. Os testes de BTD (Baixa taxa de deformação) foram conduzidos por tração e os valores de deformação, redução de área e tempo de falha foram reduzidos conforme o aumento da carga aplicada, comprovando o efeito deletério da presença do hidrogênio, como evidenciam os índices de fragilização 57%, 67% e 73% na hidrogenação por 15 dias.

One of the major challenges in the oil and gas industry is about the problems associated to corrosion, especially when these are aggravated by the presence of static or cyclic mechanical loading. Therefore, corrosion protective measures must be taken to minimize the deleterious effects. In this context the cathodic protection is one of the most used methods, being capable of producing atomic hydrogen in the surface of the material to be protected. The Hydrogen can be also absorbed by the material and be transported to the specific sites where it is trapped, and depending on the hydrogen trapping energy it becomes a susceptible material to embrittlement. Therefore, it is necessary to understand the mechanisms of diffusion and hydrogen entrapment in the microstructure of steels. Thereupon, tensile tests were performed under slow strain rate (2.54 x 10-4 s-1) for stainless steel UNS S32750, cathodic polarized to a current density of 1mA/cm2 in different pre-charging times, with and without an application of a constant load about 70 % and 90% of the material yield strength. The Hydrogen diffusivity and solubility on the SDSS (Super Duplex Stainless Steels) was investigated through hydrogen concentration analysis by the thermal desorption method after the pre-hydrogenation process. The electrochemical behavior of steel was investigated by the non destructive technique of electrochemical impedance spectroscopy. Passivity and platinum deposition detected on the SDSS surface were analyzed by XRD, RBS and EDS after different immersion times in CH3COONa (sodium acetate) and CH3COOH (acetic acid) buffered NaCl 3.5% deaerated, as well as the influences of the phenomenon involved. The increasing hydrogen concentration and the presence of secondary cracks in the material confirm the occurrence of HISC (hydrogen induced stress cracking) as the predominant mechanism. The SSRT (Slow Strain Rate Testing) tests were conducted by traction and the deformation values, area reduction and failure time were reduced according to the increased applied load, proving the deleterious effect of hydrogen presence as evidenced by the embrittlement rates 57%, 67% and 73% on hydrogenation for 15 days.