O efeito do hidrogênio nos aços inoxidáveis duplex SAF2101 SAF2205 nitretados por implantação iônica

Abstract

Resumo: Muitas pesquisas são realizadas nos aços inoxidáveis duplex devido ao aumento do custo do níquel nas últimas décadas. Estes aços possuem favorável combinação das propriedades tanto dos aços inoxidáveis austeníticos como dos ferríticos, ou seja, têm elevada resistência mecânica, boa tenacidade, muito boa resistência à corrosão em diversos meios e excelente resistência à fadiga e à corrosão sob tensão. Nas operações de extração, produção e refino do petróleo, os problemas e os prejuízos, ocasionados pela corrosão e os efeitos deletérios do hidrogênio são enormes. Portanto, os tratamentos superficiais encontrados na indústria vão desde modificações das superfícies de componentes até à deposição de materiais mais nobres que aumentem a resistência do equipamento ao meio agressivo ou rico em hidrogênio. O hidrogênio tem uma habilidade única de penetrar vários metais sólidos diretamente, devido a seu "ordinário" estado gasoso, quando este metal se encontra num estado susceptível. A habilidade de penetração do hidrogênio é aprimorada por ionização ou pela dissociação de átomos, dessa maneira o hidrogênio consegue penetrar em materiais que antes eram impenetráveis. Assim, são constantes os estudos para impedir a entrada do hidrogênio no material em uso. O objetivo deste trabalho foi avaliar a combinação de aços mais baratos aliados à técnica de nitretação para impedir a entrada de hidrogênio no material. Foram analisados dois tipos de aços inoxidáveis duplex, SAF2101 e SAF2205; com tempos de 1 e 4 horas de nitretação e temperaturas de 300 e 380°C, perante hidrogenação catódica. Neste estudo constatou-se que o hidrogênio pode induzir a formação de fase sigma à temperatura ambiente no aço inoxidável duplex do tipo SAF2101. Verificou-se que a temperatura de nitretação de 380°C foi ineficiente frente ao hidrogênio. Para o aço SAF2101 o tempo de 1 hora e temperatura de 300°C de nitretação apresentou melhor resposta, pois não formou fase sigma (??) como no aço não nitretado e consequentemente não apresentou corrosão por pites. Enquanto que para o aço SAF2205 o melhor desempenho foi obtido com temperatura de 300°C e tempo de 4 horas de nitretação, nesta condição o aço não trincou e não transformou fase como no aço não nitretado. Palavras-chaves: aço inoxidável duplex, hidrogenação, fragilização por hidrogênio, transformação de fases, corrosão localizada.

Abstract: Many investigations have been performed in duplex stainless steel due to rising cost of nickel in recent decades. These steels have a favorable combination of properties of both the austenitic and the ferritic, that is, have high mechanical strength, good toughness, very good resistance to corrosion various means and excellent resistance to fatigue and stress corrosion. In mining operations, production and refining of oil, problems and damage, caused by corrosion and the damaging effects of hydrogen are enormous. Therefore, surface treatments found in the industry ranging from modifications of the surfaces of components to the deposition of more noble materials which increase resistance to aggressive media equipment or hydrogen-rich. Hydrogen has a unique ability to penetrate several solid metals directly, due to its "ordinary" gaseous state, when this metal is in a state capable. The ability of penetration of hydrogen is enhanced by dissociation or ionization of atoms, thus the hydrogen can penetrate materials that were previously impenetrable. Thus, the studies are set to prevent entry of hydrogen into the material in use. The aim of this study was to evaluate the combination of cheaper steels combined with nitriding technique to prevent the entry of hydrogen into the material. We analyzed two types of duplex stainless steels, SAF2101 and SAF2205, with times of 1 and 4 hours and nitriding temperatures of 300 to 380 ° C, before hydrogenation cathode. In this study it was found that hydrogen can induce the formation of sigma phase at room temperature on duplex stainless steel SAF2101 type. It was found that the nitriding temperature of 380 ° C was ineffective against the hydrogen. For steel SAF2101 time of 1 hour and at 300 ° C nitriding showed a better response, since not formed as sigma phase (??) in steel not nitrided and thus showed no pitting corrosion. Whereas for steel SAF2205 the best performance was obtained at 300 ° C and a time of 4 hours of nitriding steel in this condition not cracked and nontransformed as in stage non-nitrided steel. Keywords: duplex stainless steel, hydrogenation, hydrogen embrittlement, phase transformation, localized corrosion.