Estudo das propriedades mecânicas, microestruturais e susceptibilidade do aço API 5L X70 à fragilização por hidrogênio - Macedo, Jonas Fernando (2020)
O hidrogênio ocasiona a fragilização que é um fenômeno observado em alguns tipos de metais, principalmente o aço, quando expostos a ambientes com presença do sulfeto de hidrogênio (H2S). A difusão dos átomos de hidrogênio no aço se dá através da interação hidrogênio-metal, onde devido ao seu pequeno tamanho atômico esse pode ser difundido para o interior do aço, resultando na fragilização e redução das suas propriedades mecânicas. A susceptibilidade dos aços à fragilização por hidrogênio depende principalmente de fatores ambientais do meio como a temperatura, pressão parcial de H2S e pH do ambiente, além de fatores metalúrgicos como a microestrutura e propriedades mecânicas. O objetivo deste trabalho foi estudar as propriedades mecânicas, químicas e microestruturais dos aços API 5L X70MS (sour service) e API 5L X70MO (aço off-shore utilizado como comparativo para o API 5L X70MS), utilizados na fabricação de tubos para a indústria de petróleo e gás, bem como avaliar susceptibilidade à fragilização por hidrogênio desses materiais quando expostos à diferentes ambientes contendo H2S. A avaliação das propriedades mecânicas do material foi feita com base nos resultados de ensaio de tração, dureza e impacto. A microestrutura foi avaliada por meio de microscopia óptica e a análise das inclusões (MnS) feita por microscopia eletrônica de varredura. A composição química dos aços foi determinada por espectrometria e análise gasométrica. Para avaliação da susceptibilidade dos aços ao processo de fragilização por hidrogênio, foram realizados ensaios de HIC (trincamento induzido por hidrogênio) e SSC-FPBT (teste de dobramento quatro pontos) nas soluções A e B da norma ANSI/NACE TM0177 e solução B da ANSI/NACE TM0284. Além disso, medidas de potencial em circuito aberto e curvas de polarização potenciodinâmica foram realizadas nas soluções A e B da norma ANSI/NACE TM0177 e permeação de hidrogênio na solução de H2SO4 0,05 mol/L + NH4SCN 3,0 g/L. Os resultados mostraram que o aço API 5L X70MS apresentou composição química, propriedades mecânicas e microestruturais adequadas e não apresentou susceptibilidade à fragilização pelo hidrogênio. No entanto, o aço API 5L X70MO utilizado como comparativo, apesar de também apresentar propriedades mecânicas dentro dos limites especificados pela norma API 5L (2018), não apresentou composição química e microestrutural adequada para aplicações sour service e se mostrou susceptível à fragilização por hidrogênio.