Avaliação de corrosão sob tensão e corrosão-fadiga do aço API 5L X70 em solução etanólica sintética

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Santos, Elielson Alves dos
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16353
Resumo: API X70 steel has been widely used in Brazil for the manufacture of ethanol transport pipelines, however, a recognized problem in carbon steel pipes exposed to ethanol is stress corrosion cracking (SCC) and, in addition, the pipelines are subject to fuel pressure fluctuations, causing concern in relation to fatigue. The objective of this research was to evaluate the SCC and corrosion-fatigue (CF) for X70 steel exposed to a circulating synthetic ethanol solution (CSES), with a view to the microstructure/environment interaction. Quench treatment in synthetic mineral oil was developed to modification of as-received microstructure. Mechanical tests were performed to analyze susceptibility to SCC, as well as cyclic loading tests to get fatigue crack growth rates (da/dN). Results on notched specimens with as-received microstructure (RA) and heat treated as-received microstructure (HTRA) revealed a strain reduction around 58% and 37%, respectively, after slow strain rate tests in CSES. Under constant load (CL), the RA microstructure steel appears no be sensitive to SCC at stress levels below the yield strength, however, under staggered constant load (SCL) the phenomenon was observed in both types of microstructure. The presence of corrosion product in the fracture surface initiation region for RA microstructure suggests crack closure, causing alterations in the initial portion of the da/dN-ΔK curves, shifting ΔKlim to higher values. Changes in crack growth rates in the Paris-Erdogan linear region for RA microstructure, at low ΔK levels at 0.25 Hz, were identified due to SCC, as well as some crack acceleration due to corrosion-fatigue. The interaction between HTRA microstructure and ethanol solution revealed lower da/dN rates when compared to rates obtained by contact of the solution with the RA microstructure.
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The objective of this research was to evaluate the SCC and corrosion-fatigue (CF) for X70 steel exposed to a circulating synthetic ethanol solution (CSES), with a view to the microstructure/environment interaction. Quench treatment in synthetic mineral oil was developed to modification of as-received microstructure. Mechanical tests were performed to analyze susceptibility to SCC, as well as cyclic loading tests to get fatigue crack growth rates (da/dN). Results on notched specimens with as-received microstructure (RA) and heat treated as-received microstructure (HTRA) revealed a strain reduction around 58% and 37%, respectively, after slow strain rate tests in CSES. Under constant load (CL), the RA microstructure steel appears no be sensitive to SCC at stress levels below the yield strength, however, under staggered constant load (SCL) the phenomenon was observed in both types of microstructure. The presence of corrosion product in the fracture surface initiation region for RA microstructure suggests crack closure, causing alterations in the initial portion of the da/dN-ΔK curves, shifting ΔKlim to higher values. Changes in crack growth rates in the Paris-Erdogan linear region for RA microstructure, at low ΔK levels at 0.25 Hz, were identified due to SCC, as well as some crack acceleration due to corrosion-fatigue. The interaction between HTRA microstructure and ethanol solution revealed lower da/dN rates when compared to rates obtained by contact of the solution with the RA microstructure.O aço API grau X70 tem sido amplamente utilizado no Brasil para a fabricação de dutos transportadores de etanol, no entanto, um problema reconhecido em tubos de aço carbono expostos ao etanol é a corrosão sob tensão (CST) e, além disso, os dutos estão sujeitos a flutuações de pressão do combustível, causando preocupação em relação à fadiga. O objetivo desta pesquisa consistiu em avaliar os processos de CST e corrosão-fadiga para o aço X70 exposto a uma solução etanólica sintética circulante (SESC), com vistas à interação microestrutura/ambiente. Tratamento por têmpera em óleo mineral sintético foi realizado para alteração da microestrutura como-recebida. Testes mecânicos foram desenvolvidos para analisar a suscetibilidade à CST, bem como testes sob carregamento cíclico para obter taxas de propagação de trinca por fadiga, da/dN. Resultados em corpos de prova entalhados com microestrutura como-recebida (CR) e microestrutura como-recebida e termicamente tratada (CRTT) revelaram redução da deformação em torno de 58% e 37%, respectivamente, após testes em baixa taxa de deformação em SESC. Sob carga constante, o aço de microestrutura CR parece não ser sensível à CST em níveis de tensão abaixo do limite de escoamento, entretanto, sob carga constante escalonada (CCE) o fenômeno foi observado nos dois tipos de microestrutura. A presença de produto de corrosão na região de iniciação da superfície de fratura para microestrutura CR sugere fechamento de trinca, causando mudanças na porção inicial das curvas da/dN-ΔK, deslocando ΔKlim para maiores valores. Alterações nas taxas da/dN na região linear de Paris-Erdogan para a microestrutura CR, em baixos níveis de ΔK a 0,25 Hz, foram identificadas devido à CST, bem como alguma aceleração de trinca por conta da corrosão-fadiga. A interação entre a microestrutura CRTT e solução etanólica revelou menores taxas da/dN quando comparada às taxas obtidas pelo contato da solução com a microestrutura CR.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)141054/2017-4porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessAço API X70Corrosão sob tensãoCorrosão-fadigaAmbiente etanólicoDutoAPI X70 steelStress corrosion crackingCorrosion-fatigueEthanol environmentPipelineENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA DE TRANSFORMACAOENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICAAvaliação de corrosão sob tensão e corrosão-fadiga do aço API 5L X70 em solução etanólica sintéticaEvaluation of stress corrosion cracking and corrosion-fatigue of the API X70 steel in synthetic ethanol solutioninfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis6006002cc4ca88-92ef-478a-92f4-50573b538f46reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTese_Elielson Alves dos Santos.pdfTese_Elielson Alves dos Santos.pdfTese definitiva_Elielson Alves dos Santosapplication/pdf15442040https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16353/1/Tese_Elielson%20Alves%20dos%20Santos.pdf7c449d40ed336a1375c91b0b836e7f96MD51Carta comprovante.pdfCarta comprovante.pdfCarta comprovante_versão definitiva da teseapplication/pdf326529https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16353/2/Carta%20comprovante.pdf4de8d5af7e9153be0963ff412bc1ffcdMD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16353/3/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53TEXTTese_Elielson Alves dos Santos.pdf.txtTese_Elielson Alves dos Santos.pdf.txtExtracted texttext/plain260621https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16353/4/Tese_Elielson%20Alves%20dos%20Santos.pdf.txt7ceffd7391c34c300f2cd3d938594a57MD54Carta comprovante.pdf.txtCarta comprovante.pdf.txtExtracted texttext/plain1520https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16353/6/Carta%20comprovante.pdf.txt067ed73ca31c1db9df0d23e8428516c2MD56THUMBNAILTese_Elielson Alves dos Santos.pdf.jpgTese_Elielson Alves dos Santos.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6269https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16353/5/Tese_Elielson%20Alves%20dos%20Santos.pdf.jpg0840263a3faf3f027c8d25bece1c91ddMD55Carta comprovante.pdf.jpgCarta comprovante.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg10591https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16353/7/Carta%20comprovante.pdf.jpgb2dbcd021b9a8e3b7d1946053a0b4ddfMD57ufscar/163532023-09-18 18:32:28.385oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/16353Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:28Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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