Title

AVALIAÇÃO EXPERIMENTAL DAS PROPRIEDADES TENSÃO-DEFORMAÇÃO DE UM AÇO API 5L X65 SOUR APÓS DIFERENTES TEMPOS DE IMERSÃO EM SOLUÇÃO SATURADA POR H2S

EXPERIMENTAL ASSESSMENT OF TENSILE PROPERTIES OF AN API 5L X65 SOUR STEEL AFTER DIFFERENT TIMES OF IMMERSION IN A H2S SATURATED SOLUTION

Authorship

Brunno Spinelli Pimentel; Duberney Hincapie-Ladino; Neusa Alonso-Falleiros; Rodrigo Magnabosco; Gustavo Henrique Bolognesi Donato

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Duberney Hincapie-Ladino

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Neusa Alonso-Falleiros

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Rodrigo Magnabosco

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Gustavo Henrique Bolognesi Donato

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DOI

10.5151/1516-392X-24646

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Abstract

Ambientes contendo H2S e CO2 impõem condições severas a componentes fabricados em aços, já que estes podem sofrer corrosão com perda de propriedades mecânicas e falha das instalações. Uma preocupação é a quantificação dos fenômenos envolvendo difusão do hidrogênio atômico, o qual (seja pelo gás H2 em interfaces ou pela interação com ligações atômicas ou discordâncias) pode causar redução nas energias superficiais de fraturamento prejudicando ductilidade e tenacidade. Neste cenário, este trabalho investiga a fragilização por hidrogênio em um aço microligado API 5L X65 sour obtido de um tubo de diâmetro externo 32” e espessura de parede 20,6 mm fabricado pelo processo UOE. Amostras longitudinais e transversais de tração (ASTM E8/E8M) foram extraídas e imersas em solução saturada com H2S. O eletrólito empregado foi a solução A (ácido acético contendo cloreto de sódio) da norma NACE TM0284-2011, fazendo-se purga com N2 e injeções de H2S. Os tempos de imersão foram de 0, 96 e 360 horas, sendo os ensaios de tração realizados após doze dias do término da imersão. Os resultados não revelaram efeito estatisticamente relevante na resistência mecânica, na evolução tensão-deformação e tampouco no módulo de tenacidade. Entretanto, foi observado maior espalhamento dos resultados advindos de amostras submetidas a H2S. Esse comportamento sugere que o hidrogênio influenciou no micromecanismo local de fraturamento, mas com inexpressivo comprometimento das propriedades monotônicas macroscópicas. Tal desempenho pode ser fruto da microestrutura com grãos refinados e do baixo nível de inclusões encontrado, indicando poucos e uniformes sítios de ancoramento de hidrogênio irreversível.

Sour service environments containing H2S and CO2 impose severe operating conditions to steel-made components, since they can be susceptible to corrosion damage leading to losses on mechanical properties and consequently failures. One key concern is related to the diffusion of atomic hydrogen, which (due to H2 gas in interfaces or due to the interaction with atomic bonds or dislocations) can reduce energies required for fracture and therefore reduce ductility and toughness. In this context, this work examines the hydrogen embrittlement in a microalloyed API-5L-X65 sour steel obtained from a UOE pipe with OD = 32” and t = 20.6 mm. Tensile specimens according to ASTM E8/E8M where extracted from the longitudinal and transverse directions and were exposed to a H2S saturated solution. The selected electrolyte was solution A (acetic acid containing sodium chloride) from NACE TM0284-2011 standard, purged with N2, with injection of H2S. Immersion times comprehended 0, 96 and 360 hours and the tensile tests were performed 12 days after the end of the exposure. The obtained results revealed a negligible effect on mechanical strength, stress-strain evolution and toughness. However, in all cases a larger scatter on mechanical properties was found for corroded samples. This behavior indicates that hydrogen affected the local micromechanism for fracture, but with negligible effects on the macroscopic monotonic mechanical properties. This performance can be a result of the refined microstructure combined to the low incidence of inclusions found in the studied steel, which can represent a small quantity of uniformly distributed sites for irreversible hydrogen locking.

Keywords

Aços microligados; API-5L-X65; Ambiente sour; Corrosão; Propriedades à tração

Microalloyed steels; API-5L-X65; Sour Service; Corrosion; Tensile properties