Efeito do hidrogênio produzido por proteção catódica nas taxas de propagação de trincas por fadiga no aço inoxidável superdúplex UNS S32750

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Rigoni, Rômulo Fernando Guerra
• Orientador(a): Kwietniewski, Carlos Eduardo Fortis
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Aço inoxidável duplex; Fadiga (Engenharia); Mecânica da fratura; Fragilização por hidrogênio; Proteção catódica
• Palavras-chave em Inglês: Super duplex stainless steel; Fatigue; Fracture mechanics; Hydrogen embrittlement; Fatigue crack propagation rate; Cathodicprotection
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/194574

Aços inoxidáveis dúplex são fortes candidatos para aplicação em componentes e equipamentos para a indústria offshore devido as suas boas propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Entretanto, uma barreira para a ampliação do uso destes materiais consiste na fragilização por Hidrogênio, que pode, entre outras fontes, decorrer do uso de proteção catódica em estruturas submersas. Este fenômeno é de grande complexidade, uma vez que os mecanismos possuem uma forte dependência de uma série de parâmetros, assim como não há um único tipo de teste e uma propriedade capazes de caracterizar o comportamento do material. Então, a necessidade de extensa pesquisa, com testes de duração intrinsecamente longa gera uma dificuldade na qualificação destes materiais em mais aplicações, além de um severo conservadorismo nos projetos de engenharia. Este trabalho visa caracterizar o comportamento do aço inoxidável superdúplex UNS S32750 protegido catodicamente sob um potencial de -1.100 mVECS, sob carregamento de fadiga, através de uma abordagem de mecânica da fratura. Foram realizados ensaios de taxa de propagação de trincas, levantando-se a curva da/dN x ΔK, de modo a ver o efeito da fragilização por Hidrogênio em diversos estágios da vida em fadiga. Foram realizados também ensaios a ΔK constante varrendo a frequência de aplicação de carga, o que caracteriza o tempo para difusão do Hidrogênio à frente da trinca. Os parâmetros desta análise, juntamente aos mecanismos de fratura observados em ensaio, proveem modelos matemáticos que permitem determinar condições para que o aço fragilize, assim como a frequência de ensaio das curvas da/dN x ΔK, que compreende um compromisso entre conservadorismo e tempo hábil de ensaio. Foi observado na varredura de frequência que a difusão passa a ser mais importante para maiores valores de ΔK, o que está associado a uma maior quantidade de Hidrogênio que se aloja na zona à frente da trinca. As curvas da/dN x ΔK também apontam que, para baixos níveis de ΔK e Kmax, não há efeito da fragilização, o que também é suportado pelos aspectos fractográficos observados. A fragilização nestes aços está associada à clivagem cíclica da ferrita, um mecanismo cuja ativação depende da concentração de Hidrogênio que chega à ponta da trinca e da tensão necessária para clivagem. Isto reflete no fato que, em proteção catódica, não há deterioração do desempenho do aço inoxidável superdúplex UNS S32750 para baixos níveis de ΔK e Kmax.