Caracterização e avaliação da resistência à corrosão na soldagem de tubulação de aço inoxidável duplex UNS S31803 pelo processo a arco submerso - Página 2

 

3. Resultados e Discussão


A Figura 9 apresenta a macrografia da seção transversal da junta analisada denotando-se claramente cada cordão de solda depositado. Na análise radiográfica não foi evidenciada a falta de fusão e de penetração do metal de solda. No entanto, foi observada a presença de microporosidades no metal de solda, fato que também foi corroborado através de exame por macrografia. Cabe salientar que este tipo de descontinuidade, presente em pequenas quantidades na junta, resultou em uma avaliação satisfatória [8].

resistencia-corrosao9

A Tabela 4 apresenta os valores de limite de resistência (σLR) obtidos durante o ensaio de cps retirados transversalmente à junta soldada. Os valores de σLR encontram-se acima dos valores especificados na literatura [16] e pela norma SBM SPF920872A [17] para o AID UNS S31803. Salienta-se que a fratura, em ambos cps ensaiados, ocorreu no metal base (MB), tal como verificado na Figura 10(a). Na figura 10(b) se observa claramente sinais de deformação plástica, além de um aspecto fosco da superfície de fratura. Estes fatos indicam fratura do tipo dúctil, originada pelo coalescimento de microcavidades.

resistencia-corrosao-tab4

resistencia-corrosao10


Na Tabela 5 estão apresentadas as propriedades mecânicas (limite de escoamento (σE), de resistência (σLR), alongamento (Al) e redução de área (RA)) resultantes do cp do metal de solda. Ressalta-se que os valores de limite de escoamento (σLE), de resistência (σLR) e alongamento (%) encontram-se acima dos valores especificados para metais de solda contendo 25Cr-9Ni-4Mo, segundo a norma DIN EN12072 [18].

resistencia-corrosao-tab5


A Tabela 6 mostra os resultados obtidos após os ensaios de dobramento lateral, onde três cps não apresentaram descontinuidade alguma. Porém, em um deles, denotou-se a presença de uma descontinuidade com 2,5 mm de comprimento. Esta descontinuidade foi considerada como admissível pelos critérios da norma ASME IX [9]. A Figura 11(a) apresenta a realização do ensaio em um dos cps, assim como a Figura 11(b), mostra a superfície dos 4 cps sem a decoesão do cordão de solda após o ensaio.

resistencia-corrosao-tab6

resistencia-corrosao11


A Figura 12 mostra a seção transversal da junta soldada, exibindo 4 perfis de medição de dureza identificados como GTAW, SAW 1, SAW 2 e SAW 3, respectivamente. As Figuras 13 e 14 apresentam os valores levantados para cada perfil, denotando-se claramente, em todos os casos, que os valores de dureza do MS são maiores aos medidos na ZTA e MB. Este fato é atribuído à utilização de consumível de AISD que possui maiores valores de resistência mecânica se comparado ao AID, principalmente devido ao efeito por endurecimento por solução sólida da liga. Cabe destacar que os valores de dureza no MS encontraram-se abaixo do valor limite de 318 HV especificado pela SBM SPF92033A1 [11] para sistemas contendo hidrocarbonetos, assim como 350 HV para outros sistemas, tais como, sistemas contendo água do mar.

resistencia-corrosao12

resistencia-corrosao13e14


A Figura 15 mostra os resultados dos ensaios de tenacidade ao impacto Charpy realizados em cps retirados nas regiões identificadas na Figura 3. Os valores obtidos encontram-se acima dos valores médios mínimos exigidos pela norma Norsok M 601 [19] e da norma SBM SPF920872A [17]. A Tabela 7 apresenta todos os valores obtidos em cada ensaio.

resistencia-corrosao15

resistencia-corrosao-tab7

A Figura 16 apresenta a microestrutura característica do MB atacada pelo reagente Beraha. Este ataque é propício para uma boa distinção entre as fases δ (escura) e γ (clara), onde a quantificação de fases foi aproximadamente de 49 % de ferrita (δ). O ataque eletrolítico, com o regente de KOH, não revelou a presença de fases deletérias no MB.

resistencia-corrosao16

A Figura 17(a) exibe a microestrutura do metal de solda (MS) na raiz e, na Figura17(b) se observa a linha de fusão ou zona de ligação mostrando claramente a ZTA da junta nesta região. A quantificação de fases do MS na raiz foi de aproximadamente 42 % de δ. A Figura 18(a) apresenta a microestrutura do metal de solda (MS) no enchimento, e na Figura 18(b) se evidencia a linha de fusão mostrando claramente a ZTA da junta nesta região. A quantificação de fases no enchimento do MS foi de aproximadamente 42 % de δ. Em ambos os casos o percentual de δ no MS estão de acordo com os valores admissíveis especificados pelas normas [11, 19].

resistencia-corrosao17

resistencia-corrosao18


Com relação à precipitação de fases deletérias, o critério de aceitação da norma Norsok M 601 [19] estabelece que a presença de fases deletérias não exceda o valor de 0,5% utilizando 400 X. Em algumas das amostras analisadas foram identificados traços ínfimos de fases deletérias, não excedendo de maneira alguma os valores especificados pela norma [19]. No entanto, fazendo uso de grandes aumentos, a Figura 19(a) denota a presença de pequenos precipitados de fase σ e Cr2N, menores que 3 mm, na ZTA da raiz. Por outro lado, a Figura 19(b) mostra a presença de uma colônia de Cr2N no enchimento do MS [2].

resistencia-corrosao19


A Tabela 8 apresenta os valores de percentual em peso de nitrogênio obtidos tanto no MB, MSGTAW, MSSAW e MSSAWD, respectivamente.

resistencia-corrosao-tab8

Os teores de nitrogênio contidos no metal de solda são maiores do que aqueles encontrados no metal de base. Nota-se que na análise efetuada no centro do cordão depositado pelo processo SAW (MS SAW), onde a diluição é desprezível, o valor é bem maior do que aquele obtido próximo à zona de ligação (MS SAWD) devido à forte influência da diluição com o metal de base pela aplicação do processo SAW. Depreende-se, portanto, que apesar dos consumíveis utilizados corresponderem às designações de AISD, o metal depositado possui teores de nitrogênio maiores do que o metal de base. Deste modo, as propriedades mecânicas e de resistência à corrosão do metal de solda são beneficiadas pela presença deste elemento.

A Tabela 9 apresenta análises dos elementos cromo (Cr), molibdênio (Mo) e tungstênio (W), realizadas na raiz (MSGTAW) e enchimento do metal de solda (MSSAW).

resistencia-corrosao-tab9

Na Tabela 9 pode-se verificar que os percentuais encontrados para o metal de solda depositado, tanto na raiz como no enchimento, são superiores aos valores admitidos para os AID, tal como apresentados na Tabela 2, devido à utilização de consumíveis de AISD.

Os resultados dos ensaios para a avaliação da temperatura crítica de pites (CPT) no metal de solda (MS), zona termicamente afetada (ZTA) e metal de base (MB) são apresentados na Tabela 10.

resistencia-corrosao-tab10

Observa-se que as temperaturas críticas de pites obtidas no metal de solda TIG (MSGTAW), Arco Submerso (MSSAW) e ZTA (ZTASAW) são maiores do que a encontrada para o metal de base (MB), isto se deve aos percentuais de nitrogênio (N), molibdênio (Mo) e tungstênio (W) dos metais de solda da raiz e da face da solda dos processos GTAW e SAW. Os percentuais destes elementos estão de acordo com os percentuais estabelecidos pelas especificações da tubulação e dos consumíveis aplicados.

Pode ser observado também que os valores das CPT obtidos na ZTASAW foram próximos aos obtidos no MB. Estes resultados são satisfatórios, tendo em vista que a ZTA é a região da junta que geralmente apresenta menor resistência à corrosão por pites pela provável precipitação de fases deletérias. Este fato está relacionado a um bom controle nos parâmetros de soldagem juntamente com a introdução de maiores teores de elementos de liga na junta.

Os valores de perda de massa para cada corpo de prova ensaiado são apresentados na Tabela 11, se obtendo valores aceitáveis de acordo com a norma NORSOK [19] e a especificação SBM SPF92033A1 [11], não apresentando, portanto, pites de corrosão à temperatura de 22 ± 2 ˚C, concordando desta forma com os resultados obtidos no ensaio de corrosão por CPT, determinando uma temperatura crítica de pites mínima para a tubulação de 53 ˚C.

resistencia-corrosao-tab11

4 . Conclusões


O presente trabalho, que teve como principal objetivo a caracterização de junta soldada de tubulação de aço inoxidável duplex UNS S31803 pelos processos GTAW (raiz) e SAW (passes de enchimento), permite as seguintes conclusões:

1. O procedimento adotado permitiu a obtenção de resultados satisfatórios, sendo aprovado pelos requisitos estabelecidos pelas normas de projeto.

2. A resistência à corrosão avaliada pelos ensaios de imersão a -40 ºC (ASTM G-48) atendeu às exigências das normas NORSOK M601 e SBM.

3. As temperaturas críticas de pites do metal de solda em ensaio da norma ASTM G-150 foram superiores aos do metal base, o que se explica por ter sido utilizado metal de adição superduplex.

4. Com relação às propriedades mecânicas, os valores de energia de impacto Charpy (tenacidade) do metal de solda foram de 70 J no centro do cordão, 90 J próximo à linha de fusão e até 140 J na ZTA, em ensaios realizados a -46 ºC.

5. A dureza do metal de solda se situou em torno de 300 HV, superior à do metal base (270 HV), fato que também se deve aos mais altos teores de Cr, Mo e N do metal de adição utilizado.

6. Em algumas amostras do metal de solda foram identificados traços de fases deletérias, microporosidades e a presença de pequenos precipitados de fase σ e de Cr2N menores que 3 mm na ZTA da raiz, o que não teve influência no comportamento mecânico da junta.

Finalmente, podemos afirmar que a utilização de processos de soldagem automáticos, com altas taxas de deposição e uso de controles adequados dos parâmetros de soldagem, permite a obtenção de juntas soldadas de AID em tubulações de paredes espessas em menor tempo que os processos manuais e sem a preocupação com o aquecimento elevado, pois os elevados valores de velocidade de soldagem possibilitam o balanço térmico e a utilização de aportes de calor que não comprometem a resistência mecânica e à corrosão da junta soldada.

6. Referências Bibliográficas


[1] REICK, W.; POHL, M.; PADILHA, A.F. O desenvolvimento dos aços inoxidáveis ferríticos-austeníticos com microestrutura duplex. In: CONGRESSO ANUAL DA ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE METALURGIA E MATERIAIS, 47. 1992, Belo Horizonte. Anais. Belo Horizonte: ABM, 1992. Vol 48, Nº409.
[2] PARDAL, J.M. Efeitos dos tratamentos térmicos nas propriedades mecânicas, magnéticas e na resistência à corrosão de aços inoxidáveis superduplex. Tese de Doutorado, Universidade Federal Fluminense, 2009
[3] MUTHUPANDI, V.; SRINIVASAN, P. B.; SESHADRI, S. K.; SUNDARESAN, S. Effect of weld metal chemistry and heat input on the structure and properties of duplex stainless steels welds. Mat. Sci. and Eng. A., A358:9-16,2003.
[4] PARDAL, J.M.; TAVARES, S.S.M.; FARIA, R.A. Aços inoxidáveis Duplex (austeno-ferríticos) microestrutura e propriedades. Metalurgia & Materiais. 2008;64:624-626.
[5] NOWACKI, J.; RYBICKI, P. The influence of welding heat input on submerged arc welded duplex steel joints imperfections. Journal of Materials Processing Technology. 2005;164-165:1082-1088.
[6] SIEURIN, H; SANDSTRÖM, R. Austenite reformation in the heat-affected zone of duplex stainless steel 2205. Mat. Sci. and Eng. A., A418:250-256,2006.
[7] SIEURIN, H; SANDSTRÖM, R. Fracture toughness of a welded duplex stainless steel. Engineering Fracture Mechanics. 2006;73:377-390.
[8] ASME B31.3-2008: Process Piping
[9] ASME IX -2007: Welding and Brazing Qualifications.
[10] ASTM E 23-05: Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials.
[11] SBM SPF92033A1: Fabrication, Welding and Erection Specification.
[12] IMAGE TOOL Version 3.0. Department of Dental Diagnostic Science at The University of Texas Health Science Center (UTHSCSA), San Antonio, Texas.
[13] ASTM G150-99: Standard Test Method for Electrochemical Critical Pitting Temperature Testing of Stainless Steels.
[14] SOUZA, J.A. Análise Comparativa de Arames TIG usados para a soldagem do aço inoxidável superduplex UNS S32750, Tese de doutorado, Universidade Federal Fluminense, 2009.
[15] ASTM G 48-03 (Reapproved 2009): Standard Test Methods for Pitting and Crevice Corrosion Resistance of Stainless Steels and Related Alloys by Use of Ferric Chloride Solution.
[16] GUNN, R.N. Duplex stainless steels. Microstructure, properties and applications. Cambridge - England: Abington Publishing, 2003. 204 p.
[17] SBM SPF92087A2: Piping Material Standard Datasheet.
[18] DIN EN12072: Wire Electrodes, Wire and Rods for Arc Welding of Stainless and Heat-Resisting Steels.
[19] NORSOK STANDARD M-601: Welding and Inspection of Piping. Rev. 4, July 2004.

Autores:

Juan Manuel Pardal
Guttemberg C. de Souza
Sérgio Souto Maior tavares
Maria da P. Cindra Fonseca
Miguel L. Ribeiro Ferreira
Leandro M. Martins
Omar A. Samra Filho

Fonte:

Seielo



     
    M_in_noticia