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Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE
Engenharia Mecânica (24009016025P1)
Avaliação de susceptibilidade à corrosão e à fragilização por hidrogênio de juntas de aço soldadas API 5LX80 com diferentes espessuras e composições químicas
MATHEWS LIMA DOS SANTOS
DISSERTAÇÃO
16/12/2020

O setor de petróleo e gás exige atenção especial quando se trata da fabricação de dutos. Apesar das excepcionais propriedades mecânicas, ainda são relatados casos de falhas catastróficas envolvendo os aços API 5L e juntas soldadas, atribuídas à degradação dos materiais em meio “sour”. Neste sentido, o presente trabalho objetiva avaliar a susceptibilidade à fragilização por hidrogênio e à corrosão de juntas soldadas de aços API 5L X80 com diferentes espessuras em ambiente aquoso contendo hidrogênio. Duas chapas com espessuras iguais a 20,0 (chapa 1) e 38,1 (chapa 2) mm foram estudadas, bem como juntas soldadas destes materiais (utilizando o processo com Eletrodo de Tungstênio e Proteção Gasosa – GTAW – para o passe raiz, e ao Arco Elétrico com Eletrodo Revestido – SMAW – para os passes de enchimento e acabamento). A microestrutura foi observada por microscopia ótica e eletrônica de varredura; a avaliação da corrosão do material, bem como das faixas de potenciais para a geração de hidrogênio, foram obtidas por experimentos eletroquímicos de polarização potenciodinâmica e impedância; testes de permeação de hidrogênio foram desenvolvidos de acordo com a norma ASTM G148 (2018); ensaios de susceptibilidade à fragilização por hidrogênio foram conduzidos em conformidade com a norma ASTM G129-00 (2013), usando 0,5 mol/L H2SO4 + 10 mg/L As2O3 como solução, pré-carga de 96 horas e taxa de deformação igual a 3,35 x 10-6 s-1. A chapa de maior espessura e menores percentuais de carbono, nióbio e cromo, a qual apresentou maior crescimento de grãos ferríticos poligonais, menores valores de microdureza Vickers e maiores valores de difusividade aparente, apresentou menor susceptibilidade à fragilização por hidrogênio em análises realizadas afastadas do centro da espessura dos metais de base; devido à formação de segregação central na chapa de maior espessura, essa região apresentou o maior índice de fragilização por hidrogênio (0,612). As juntas soldadas, por outro lado, apresentaram menor susceptibilidade à fragilização por hidrogênio quando comparadas com os respectivos metais de base. A presença do hidrogênio provocou mudança na morfologia de fratura dos corpos de prova, alterando de dúctil para um tipo de fratura mista. A chapa de maior espessura apresentou resistência à polarização cerca de 75,9% maior, em comparação com a chapa de menor espessura. As juntas soldadas das chapas de menor e maior espessura apresentaram resistências à polarização cerca de, respectivamente, 2,04 e 2,93 vezes menores quando comparadas com os respectivos metais de base. A chapa de maior espessura e com maiores percentuais de elementos como cobre e molibdênio apresentou os melhores resultados de resistência à corrosão.

Aços API 5L X80;Juntas Soldadas;Microestrutura;Fragilização por Hidrogênio;Resistência à Corrosão.
The oil and gas industry requires special attention to pipeline manufacturing. Despite the exceptional mechanical properties, catastrophic failures involving API 5L steels and welded joints, attributed to the degradation of materials in “sour” environment, still occur. Then, the present work aims to evaluate the hydrogen embrittlement and corrosion susceptibility of welded joints of API 5L X80 steels with two different thicknesses in an aqueous environment containing hydrogen. Two plates with thicknesses equal to 20.0 (plate 1) and 38.1 (plate 2) mm were studied, as well as welded joints of these materials (using the Gas Tungsten Arc Welding process for the root pass, and the Shielded Metal Arc Welding Electric process for filling and cap passes). The microstructure was observed by optical and scanning electron microscopy; the evaluation of the material's corrosion, as well as the potential ranges for hydrogen generation, were carried out by potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy techniques; hydrogen permeation was evaluated according to the ASTM G148 (2018) standard; susceptibility to hydrogen embrittlement tests were conducted in accordance with ASTM G129-00 (2013), using 0.5 mol / L H2SO4 + 10 mg / L As2O3 as solution, 96 hours for pre-charging and strain rate of 3.35 x 10-6 s-1. The plate with greater thickness and lower percentages of carbon, niobium and chromium, which showed greater growth of polygonal ferritic grains, lower values of Vickers microhardness and higher values of apparent diffusivity, showed less susceptibility to hydrogen embrittlement in analyzes carried out near the surface of the base metals; due to the formation of central segregation in the thickest plate, this region had the highest hydrogen embrittlement index (0.612). Welded joints, on the other hand, were less susceptible to hydrogen embrittlement when compared to the respective base metals. The presence of hydrogen caused a change in the fracture morphology of the specimens, changing from ductile to a mixed fracture type. The thicker plate presented polarization resistance about 75.9% greater in comparison with the thinner plate. The welded joints of the thinner and thicker plates showed polarization resistance about, respectively, 2.04 and 2.93 times less when compared with the base metals. The plate with greater thickness and with higher percentages of elements such as copper and molybdenum showed the best corrosion resistance. API 5L X80 Steels; Welded Joints; Microstructure; Hydrogen Embrittlement; Corrosion Resistance.
API 5L X80 Steels;Welded Joints;Microstructure;Hydrogen Embrittlement;Corrosion Resistance.
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE
O trabalho não possui divulgação autorizada

Contexto

SISTEMAS TERMOMECÂNICOS
PROCESSOS MECÂNICOS-METALÚRGICOS
Estudo e Avaliação de Procedimentos de Soldagem de Juntas Dissimilares Considerando as Aplicações Submarinas do Setor de Petróleo e Gás Natural (Convênio FINEP nº 01.10.0173.0)

Banca Examinadora

RENATO ALEXANDRE COSTA DE SANTANA
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
MARCOS MESQUITA DA SILVA Participante Externo
THEOPHILO MOURA MACIEL Participante Externo
RENATO ALEXANDRE COSTA DE SANTANA Docente - PERMANENTE
MARCO ANTONIO DOS SANTOS Docente - COLABORADOR

Vínculo

Bolsa de Fixação
Instituição de Ensino e Pesquisa
Ensino e Pesquisa
Sim
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