CO2 corrosion of high strength steel wires in the annulus of flexible pipes

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Campos, Tatiane Seixas
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Brasil
Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica e de Materiais
UFRJ
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://hdl.handle.net/11422/28417
Resumo: Corrosion of carbon steel may occur at near neutral pH in deoxygenated solutions with high bicarbonate concentration when the corrosion reaction produces elemental hydrogen. Such conditions are encountered in the annulus of flexible pipes when it contains water with dissolved CO2, which produces high concentration of ferrous ion (Fe2+) and bicarbonate (HCO3-). The objective of the present study was to investigate if high levels of Fe2+ and HCO3- can persist for the time required to induce SCC in armor wire steels. It implies that the nucleation and growth of siderite (FeCO3) is so slow that the solution remains supersaturated for several days. The role of surface finishing and cathodic areas composed of cementite were also evaluated, as well as the salinity, temperature, and pCO2. The results show that, at temperatures lower than 40 °C and CO2 partial pressure of 5 to 10 kPa, the saturation ratio (SR) of siderite can persist at values much higher than 1 and maintain a near neutral pH for several hundred hours. The uniform corrosion rate of armor wire steel is low if pH soon achieves near neutral range. The siderite forms a layer on the steel surface and the cathodic reaction becomes limited by diffusion through it. The corrosion rate increases with increasing salt content and exposed cementite, being even more pronounced at 25 °C. In such cases, siderite could not completely inhibit localized corrosion, which may be a great site for SCC cracks to start. That is related with a join action of the higher solubility of siderite and the effect of ion chloride. At 25°C and brine, the pCO2 is the main parameter to concern in active surfaces of armor steels.
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spelling CO2 corrosion of high strength steel wires in the annulus of flexible pipesCorrosão por CO2Dutos flexíveisEspaço anularSideritapH próximo ao neutroCorrosão do aço carbonoDutos flexíveisCorrosão sob tensão (CST)CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA DE TRANSFORMACAO::TRATAMENTO TERMICOS, MECANICOS E QUIMICOSCorrosion of carbon steel may occur at near neutral pH in deoxygenated solutions with high bicarbonate concentration when the corrosion reaction produces elemental hydrogen. Such conditions are encountered in the annulus of flexible pipes when it contains water with dissolved CO2, which produces high concentration of ferrous ion (Fe2+) and bicarbonate (HCO3-). The objective of the present study was to investigate if high levels of Fe2+ and HCO3- can persist for the time required to induce SCC in armor wire steels. It implies that the nucleation and growth of siderite (FeCO3) is so slow that the solution remains supersaturated for several days. The role of surface finishing and cathodic areas composed of cementite were also evaluated, as well as the salinity, temperature, and pCO2. The results show that, at temperatures lower than 40 °C and CO2 partial pressure of 5 to 10 kPa, the saturation ratio (SR) of siderite can persist at values much higher than 1 and maintain a near neutral pH for several hundred hours. The uniform corrosion rate of armor wire steel is low if pH soon achieves near neutral range. The siderite forms a layer on the steel surface and the cathodic reaction becomes limited by diffusion through it. The corrosion rate increases with increasing salt content and exposed cementite, being even more pronounced at 25 °C. In such cases, siderite could not completely inhibit localized corrosion, which may be a great site for SCC cracks to start. That is related with a join action of the higher solubility of siderite and the effect of ion chloride. At 25°C and brine, the pCO2 is the main parameter to concern in active surfaces of armor steels.A corrosão do aço carbono pode ocorrer em pH próximo do neutro em soluções desoxigenadas com alta concentração de íon bicarbonato quando há redução de hidrogênio atômico. Tais condições são encontradas no espaço anular de dutos flexíveis com água e CO2 dissolvido, que produz alta concentração de íon ferroso (Fe2+) e bicarbonato (HCO3-). O objetivo deste estudo foi investigar se altos níveis de Fe2+ e HCO3- podem persistir a ponto de induzir corrosão sob tensão (CST) em aços de armadura. Isso implica que a nucleação e o crescimento da siderita (FeCO3) são tão lentos que a solução permanece supersaturada por vários dias. O papel do acabamento superficial e das áreas catódicas compostas por cementita também foram avaliados, assim como a salinidade, temperatura e pCO2. Os resultados mostram que, abaixo de 40 °C e pCO2 de 5 a 10 kPa, a razão de saturação (SR) da siderita pode persistir em valores muito superiores a 1 e manter pH próximo da neutralidade por várias centenas de horas. No entanto, a taxa de corrosão uniforme do aço de arame é baixa se o pH logo atingir a faixa neutra. A siderita forma uma camada na superfície do aço e a reação catódica torna-se limitada pela difusão. A taxa de corrosão aumenta com o aumento do teor de sal e cementita exposta, sendo ainda mais pronunciada a 25 °C. Nesses casos, a siderita não pode inibir completamente a corrosão localizada, o que pode ser um local de início de CST. Isso está relacionado com uma ação conjunta da maior solubilidade da siderita e o efeito do íon cloreto. A 25°C e salmoura, a pCO2 é o principal parâmetro a ser considerado em superfícies ativas das armaduras de aço.Universidade Federal do Rio de JaneiroBrasilInstituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de EngenhariaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica e de MateriaisUFRJGomes, José Antônio da Cunha Poncianohttp://lattes.cnpq.br/9490312100572373Tatiane Seixas CamposCosta, Marysilvia Ferreira dahttp://lattes.cnpq.br/7399947651945314Tavares, Sérgio Souto Maiorhttp://lattes.cnpq.br/4320367144812616Paes, Marcelo Torres Pizahttp://lattes.cnpq.br/0148916978758197Seiersten, Marion ElisabethCampos, Tatiane Seixas2026-02-09T18:28:11Z2026-02-11T03:00:09Z2022-05info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisCAMPOS, Tatiane Seixas. CO2 corrosion of high strength steel wires in the annulus of flexible pipes. 2022. 98 f. 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