Estudo do comportamento tribo-mecânico e da resistência a corrosão de superfícies nitretadas de aços inoxidáveis aplicados na indústria do petróleo e gás

• Autor(a) principal: Kurelo, Bruna Corina Emanuely Schibicheski
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG
• Texto Completo: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/2836
• topic: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA; Fase S; Nanoindentação; Nanorisco; Pino sobre disco; Polarização Potenciodinâmica; S phase; Nanoindentation; Nanoscratch; Pin-on-disc; Potentiodynamic Polarization

Em materiais empregados em ambientes severos, como a extração marinha de petróleo, a presença de uma camada supersaturada em nitrogênio pode melhorar a resistência da superfície em resistir à abrasão e à corrosão em meios salinos. A investigação desses atributos em ligas especiais e sua correlação com modificações estruturais impostas às superfícies foram os objetivos deste estudo. As superfícies de aços inoxidáveis superduplex UNS S32750, superaustenítico UNS S31254, supermartensítico UNS S41426 e superferrítico UNS S44400 foram nitretadas por Implantação Iônica por Imersão em Plasma (PI3). As camadas produzidas consistiram de uma região superficial rica em nitretos de ferro (ε-Fe2-3N e γ’-Fe4N) seguida por uma região contendo predominantemente fases expandidas por nitrogênio em solução sólida (γN, αN ou α’N, dependendo da estrutura do material), como inferido por difratometria de raios X, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de raios X por energia dispersiva. As espessuras das camadas modificadas em todos aos materiais aumentaram conforme a temperatura de tratamento variou de 300 °C para 400 °C. No aço inoxidável supermartensítico, houve um claro aumento na quantidade de nitretos com o aumento da fluência iônica/temperatura. Neste material, a espessura das camadas atingiu até ~25 m, com perfis de durezas elevados, como resultado da quantidade significativa de nitretos de ferro dispersos na matriz. A dureza da camada foi 13 GPa, 225 % maior que o substrato. Nos aços superaustenítico e superferrítico, as camadas ricas em nitrogênio ficaram menos espessas, com ~4 m e ~2 m de espessura, respectivamente, como resultado da variação da difusividade e solubilidade de nitrogênio nas diferentes estruturas. Consequentemente, nesses materiais, os perfis de dureza decaíram progressivamente desde regiões próximas à superfície. O endurecimento por solução sólida foi o principal mecanismo responsável pelo aumento dos perfis de dureza destes materiais. A investigação do comportamento tribológico foi realizada no aço inoxidável supermartensítico, no qual as amostras nitretadas apresentaram maior alteração estrutural e espessura das camadas modificadas, permitindo correlacionar tais características com o desempenho em condições de trabalho. Observou-se redução nas taxas de desgaste específicas de até duas ordens de grandeza; o coeficiente de atrito foi 60% menor quando comparado com o da superfície não tratada. O desgaste apresentou uma transição de regime adesivo para abrasivo na medida em que os nitretos de ferro se tornaram a estrutura predominante nas superfícies modificadas, das temperaturas de tratamento de 300 ºC para 400 ºC. Os diferentes aços inoxidáveis nitretados apresentaram maior resistência a corrosão em meio contendo íons Cl-. Em comparação com as superfícies sem tratamento, em todas as condições nitretadas observou-se aumento dos potenciais de corrosão e de formação de pites estáveis e redução na densidade de corrente anódica. Além disso, inspeções microscópicas das superfícies também revelaram diminuição na quantidade e no tamanho dos pites formados e redução da corrosão por frestas das amostras nitretadas. O aço inoxidável supermartensítico tratado em 400 °C, apresentou a melhoria mais notável dentre todas as superfícies, que foi atribuída a alta concentração da fase nobre ε em sua superfície. Em suma, as superfícies nitretadas apresentaram desempenho mecânico e de resistência à corrosão superiores às amostras sem tratamento, em todos as análises realizadas neste trabalho. Estas características são de grande importância nos meios onde estes aços inoxidáveis são empregados.