Estudo comparativo da resistência à corrosão e permeabilidade do hidrogênio de aços API grau X65 baixo manganês em solução B da norma NACE TM-0284. - Santos Martinez, Juan David (2017)
Aços de alta resistência e baixa liga (ARBL) têm sido bastante utilizados na fabricação de tubulações para o transporte de petróleo e gás. Entretanto, o uso destes materiais em meios com elevadas concentrações de H2S, denominados sour, tem resultado em falhas frequentes, devido à suscetibilidade destes materiais ao desenvolvimento do fenômeno de trincamento induzido pelo hidrogênio (Hydrogen Induced Cracking - HIC), assim como devido a problemas de corrosão. O desenvolvimento de diferentes processos tecnológicos para a produção de tubos de aços ARBL, tais como a laminação controlada e resfriamento acelerado, a adição de microligantes, assim como a diminuição do teor de enxofre, fósforo, carbono e manganês, tem levado à elaboração de materiais com propriedades mecânicas otimizadas, permitindo também um melhor controle da microestrutura. As perdas de dureza e resistência mecânica devidas à redução do teor de manganês, são compensadas pela adição de elementos como cromo e nióbio. Neste trabalho estão sendo comparadas a resistência à corrosão e os parâmetros de permeabilidade do hidrogênio de dois tubos de aço API 5L X65 e uma chapa API 5L X65, todos do tipo ARBL e com baixo manganês (0,27%) e alto nióbio (0,083% a 0,090%), na solução B da norma NACE, TM-0284 (2011). Para isto, foram realizados ensaios de potencial de circuito aberto (Open Circuit Potential - OCP), espectroscopia de impedância eletroquímica (Electrochemical Impedance Spectroscopy - EIS) e curvas de polarização potenciodinâmicas no eletrólito naturalmente aerado, desaerado e saturado com H2S. Os testes de permeabilidade do hidrogênio foram realizados com base na norma ASTM INTERNATIONAL G148 - 97, porém usando a célula modificada de DEVANATHAN e STACHURSKY (1962) e com H2S como veneno catódico. Os materiais foram caracterizados por microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva de Raios-X (X-Ray Energy Dispersive Spectroscopy - EDS) antes e depois de testes de imersão nos diferentes eletrólitos. Caracterização dos produtos de corrosão por difração de raios-X (DRX) também foi realizada após imersão em meio saturado com H2S (sour). As análises por MO e MEV mostraram matrizes ferríticas para os três aços, com a presença de baixos teores do microconstituinte martensita/austenita (M/A), de perlita e com baixo nível de inclusões uniformemente distribuídas e com composições químicas semelhantes. Os resultados dos ensaios de corrosão mostraram que, para todos os meios investigados, o aço denominado como B apresentou a melhor resistência à corrosão, enquanto aquele denominado como C se mostrou o mais suscetível em todas as condições estudadas. Para os três aços, a resistência à corrosão apresentou a seguinte ordem crescente de acordo com o meio de exposição: meio saturado com H2S < meio naturalmente aerado < meios desaerados. Ensaios de OCP e EIS no meio saturado com H2S em um período de 24h mostraram que a resistência à corrosão aumenta com o tempo em razão da formação de uma camada de sulfeto de ferro, que, no entanto, se apresentou pouco aderente. Os resultados dos ensaios de permeação de hidrogênio mostraram que o aço denominado B, que apresentou maior resistência à corrosão em todos os meios e que não apresenta perlita em sua microestrutura, teve o maior valor de difusividade efetiva de hidrogênio, menor concentração de hidrogênio atômico na sub-superfície e menor quantidade de traps por unidade de volume. Quanto aos outros dois materiais, os resultados dos testes de permeabilidade ficaram em desacordo com os resultados da caracterização microestrutural e dos testes de resistência à corrosão, indicando que fatores diferentes dos detectados neste estudo são importantes para governar essas propriedades.