Efeitos de ciclos térmicos na microestrutura e propriedades mecânicas do aço inoxidável superduplex ASTM A890/A890M - grau 6A

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Oliveira, Clelia Ribeiro de, 1985-
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1638859
Resumo: Orientadores: Paulo Roberto Mei, Julian Arnaldo Diaz Avila
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spelling Efeitos de ciclos térmicos na microestrutura e propriedades mecânicas do aço inoxidável superduplex ASTM A890/A890M - grau 6AEffects of thermal cycles on the microstructure and mechanical properties of ASTM A890/A890M - grade 6A superduplex stainless steelsAço inoxidávelMicroestruturaSoldagemCorrosãoAço - Propriedades mecânicasStainless steelMicrostructureWeldingCorrosionSteel - Mechanical propertiesOrientadores: Paulo Roberto Mei, Julian Arnaldo Diaz AvilaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Os aços inoxidáveis superduplex (AISDs) são materiais que apresentam excelentes propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Possuem uma ampla gama de aplicações, principalmente na indústria de óleo & gás e em equipamentos nas plataformas offshore. São constituídos somente por duas fases, ferrita ('delta') e austenita ('gama'), em proporções aproximadamente iguais e possuem a resistência à corrosão por pite (PREN) acima de 40. A soldagem dos mesmos pode provocar a alteração na microestrutura e, por consequência, perda de resistência mecânica e à corrosão. Neste trabalho, procurou-se verificar a tenacidade à fratura e a resistência à corrosão de aços inoxidáveis superduplex da norma ASTM A890/A890M - grau 6A após simulação térmica na Gleeble®3800 de um ciclo de aquecimento em distintas temperaturas (900, 1150 e 1350 °C), dois ciclos subsequentes (1350 + 1150 °C) e três ciclos subsequentes (1350 + 1150 + 900 °C). A caracterização dos corpos de prova foi executada pelas seguintes técnicas: microscopia eletrônica de varredura utilizando-se as técnicas de difração de elétrons retroespalhados e espectroscopia de energia dispersiva (MEV/EBSD/EDS). Além disso, utilizou-se microscopia ótica (MO) para a caraterização morfológica e contagem de fases por contraste de cores e difração de raios X (DRX) para identificação das fases. Em relação às propriedades mecânicas, foram realizados ensaios de tração, nanoindentação e deslocamento da abertura da ponta da trinca (CTOD-'delta'), este último foi realizado nas temperaturas de -46 °C e 25 °C, conforme especificado pela norma Norsok M601. Para a caracterização quanto ao comportamento de resistência à corrosão foram realizados ensaios de polarização potenciodinâmica cíclica em solução de 3,5 % de NaCl na temperatura ambiente. Foi observado pelo EBSD apenas a presença das fases ferrita e austenita, contudo a morfologia da austenita foi alterada com a mudança do tratamento térmico, passando de uma morfologia em placas, com contornos regulares, para uma estrutura com contornos serrilhados. Nos resultados de DRX foram observados picos característicos das fases ferrita e austenita, contudo nas condições de 900 °C, dois ciclos e três ciclos foram observados picos no 2 Theta de 92°, indicando possivelmente a presença de nitretos de cromo. Em relação à corrosão, não foram observadas variações significativas em relação ao potencial de pite (Epite), potencial de proteção (Eprot) e densidade de corrente (Icorr), quando comparados com os resultados obtidos no material como recebido e nas condições simuladas termicamente. Contudo, foi observado que os processos corrosivos ficaram concentrados na fase ferrita e foram se intensificando com o avanço dos ciclos térmicos, mostrando que com o aumento da temperatura o aço tornou-se menos resistente em ambiente contendo íons Cl-. Também quanto maior o tempo que as amostras ficaram entre 800 e 1150 ºC, maior foi a corrosão das amostras, o que seria devido à precipitação de nitretos de cromo. Os resultados de CTOD-'delta' para as condições simuladas termicamente foram baixos, mesmo para aqueles ensaiados na temperatura ambiente se comparado com a condição como recebido. As fraturas apresentaram morfologias dúcteis com exceção das condições de 900 e 1150 °C à -46 °C que apresentaram regiões com fratura frágil (clivagem)Abstract: Superduplex stainless steels (SDSSs) are materials that exhibit excellent mechanical and corrosion resistance properties. They have a wide range of applications, mainly in the oil & gas industry and offshore rig equipment. They consist only of two phases, ferrite ('delta') and austenite ('gama'), in approximately equal proportions and have a pitting resistance equivalent number (PREN) over 40. Welding them may cause a change in the microstructure and consequently loss of mechanical and corrosion resistance. In this work, we sought to verify the fracture toughness and corrosion resistance of ASTM A890 / A890M - grade 6A superduplex stainless steels after thermal simulation in Gleeble®3800 of a heating cycle at different temperatures (900, 1150 and 1350 °C), two subsequent cycles (1350 + 1150 °C) and three subsequent cycles (1350 + 1150 + 900 °C). The characterization of the samples was conducted by the following techniques: scanning electron microscopy using the electron backscatter diffraction and energy dispersive spectroscopy techniques (SEM/EBSD/EDS). Besides, optical microscopy (OM) was used for morphological characterization and phase counting by color contrast and X-ray diffraction (XRD) for phase identification. Regarding the mechanical properties, tensile tests, nanoindentation and crack tip opening displacement (CTOD-'delta') were performed, the latter was performed in temperatures of -46 °C and 25 °C, as specified by Norsok M601. For the characterize the corrosion resistance behavior, cyclic potentiodynamic polarization tests were carried out in a 3.5% NaCl solution at room temperature. Only the presence of the ferrite ('delta') and austenite ('gama') phases were observed by the EBSD, however, the morphology of the austenite was altered with the change of heat treatment, from morphology in plates, with regular contours, to a structure with serrated contours. The crystallographic orientations between austenite and ferrite followed the orientation relationship of the Kurdjumov¿Sachs (K-S) orientation. In the XRD results, characteristic peaks of the ferrite and austenite phases were observed, however at 900 °C, two cycles and three cycles, peaks were observed at 2 Theta 92°, possibly indicating the presence of chromium nitrides. Regarding corrosion, no significant variations of pitting potential (Epit), protection potential (Eprot) and current density (Icorr), were observed when compared with the results obtained in the material as received and in the thermally simulated conditions. However, it was observed that the corrosive processes were concentrated in the ferrite phase and were intensified with the advance of thermal cycles, showing that with the increase in temperature in heat treatments it made the steel less resistant in an environment containing Cl- ions. Also, the longer the samples were between 800 and 1150 ºC, the greater the corrosion of the samples, which would be due to the precipitation of chromium nitrides. CTOD-'delta' results for thermally simulated conditions were low, even for those tested at room temperature compared to the condition as received. The fractures showed ductile morphologies except for the conditions of 900 °C and 1150 °C to -46 °C, which presented regions with fragile fracture (cleavage)DoutoradoMateriais e Processos de FabricaçãoDoutora em Engenharia MecânicaCNPQ142260/2016-9[s.n.]Mei, Paulo Roberto, 1953-Diaz Avila, Julian Arnaldo, 1986-Farina, Paula Fernanda da SilvaSoyama, JulianoGabriel, Sinara BorboremaFreitas Feitosa, Emmanuelle SáUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASOliveira, Clelia Ribeiro de, 1985-20202020-02-18T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online 183( p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1638859OLIVEIRA, Clelia Ribeiro de. Efeitos de ciclos térmicos na microestrutura e propriedades mecânicas do aço inoxidável superduplex ASTM A890/A890M - grau 6A. 2020. 1 recurso online 183( p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1638859. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1128811Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-08-24T10:55:29Zoai::1128811Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2020-08-24T10:55:29Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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