CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL E AVALIAÇÃO DA CORROSÃO SOB TENSÃO DE AÇOS CARBONO DE ALTA RESISTÊNCIA EM AMBIENTE CONFINADOS CONTENDO CO2

Abstract

Flexible pipes used for crude oil and gas transportation are composed by overlapping layers of metallic and polymeric materials. The annulus between the inner and the outer polymeric sheaths creates a confined environment, due to the low ratio between the volume of electrolyte and the exposed steel surface. The steel wires located in that space can be exposed to H2S, CO2, other corrosive gases and water, which provoke the risk of stress corrosion cracking (SCC) and hydrogen induced cracking (HIC). The material studied in this work is a high carbon steel, which was rolled and cold drawn to achieve the required high strength levels. The microstructures and mechanical properties of two samples produced by the same steelmaking company were characterized and compared. The effect of CO2 was investigated by slow strain rate test (SSRT) and scanning electron microscope (SEM) measurements. Different exposure times in synthetic seawater at 10 bar of CO2 fugacity were tested to evaluate the effect of the corrosion film. The role of crevice corrosion due to the polymer in contact with the steel surface was also analyzed. It was observed that the two samples have quite different microstructures. The SSRT results show that previously corroded specimens exhibited a significant decrease in ductility. A similar result was observed in the specimens tested with polymeric cover, which was attributed to crevice induced corrosion.

A indústria de óleo e gás tradicionalmente se utiliza de dutos flexíveis para transporte de petróleo bruto, gás natural e outros fluidos. Esses dutos são compostos por camadas metálicas e poliméricas sobrepostas. O espaço anular formado entre as camadas poliméricas interna e externa caracteriza um espaço confinado, devido à baixa razão entre o volume de solução e a área exposta de superfície metálica do aço. Os arames de aço presentes nesse ambiente podem estar expostos ao H2S, CO2, outros gases corrosivos e água, provocando o risco de Corrosão Sob Tensão (CST) e Trincamento Induzido por Hidrogênio (HIC). O material utilizado nesse estudo é um aço carbono, laminado e trabalho a frio para que fossem atingidos os altos limites de resistências necessários. Foram comparadas as microestruturas e propriedades mecânicas de duas amostras produzidas pelo mesmo fabricante. O efeito do CO2 foi investigado através de ensaios de tração com Baixa Taxa de Deformação (BTD) e avaliações no Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV). Em uma solução de água do mar sintética a 10 bar de fugacidade de CO2, diferentes tempos de exposição foram testados para avaliar o efeito do filme de corrosão. A influência da corrosão por fresta provocada pelo polímero em contato com a superfície de aço também foi analisada. Os resultados mostraram que as amostras possuíam microestruturas diferentes. Nos ensaios de BTD, os corpos de prova pré- corroídos apresentaram redução significativa na ductilidade. Comportamento semelhante foi observado nos corpos de prova com revestimento polimérico, o que foi atribuído à corrosão induzida por frestas.