Autores
Ignacio, M.D.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; de Sampaio, M.T.G. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Tavares, S.S.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; de Almeida, B.B. (UNIVERSIADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Perez, G. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Ponzio, E.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE)
Resumo
O comportamento da corrosão em um aço
inoxidável martensítico multifásico 17Cr
temperado (1000°C, resfriamento a água) e
revenido em diferentes temperaturas foi
determinado usando a reativação
potenciocinética eletroquímica de loop
duplo
(DL-EPR). O corpo de prova revenido a
550°C apresentou o maior graude
sensibilização.
Para o espécime tratado a 600°C, um
processo de healing foi observado, seguida
por uma
segunda sensitização a 625°C coincidente
com um aumento na fração volumétrica de
austenita. Essa fase foi quantificada
usando o método magnético e observou-se um
aumento nesta fase com a temperatura da
têmpera. Os resultados do DL-EPR foram
correlacionados com os aspectos da
superfície obtidos por microscopia de
força atômica.
Palavras chaves
DL-EPR; Microestrutura; Corrosão intergranular
Introdução
Em reservatórios de águas profundas,como
nos poços do pré-sal, ligas especiais
resistentes à corrosão são usadas para
aplicações de produtos tubulares
petrolíferos. Aços inoxidáveis
multifásicos de alta resistência com 14%–
17% Cr foram
desenvolvidos recentemente. Esses
materiais contêm maior teor de cromo do
que os
aços supermartensíticos e outras adições
importantes, como Ni,Cu,Mo e W. Dependendo
dos tratamentos térmicos finais de têmpera
e revenimento, a microestrutura
resultante pode conter ferrita (δ),
martensita revenida (M), austenita retida
ou
reversa (γ), carbonetos e fases
intermetálicas.A sensitização de aços
inoxidáveis
pode ser definida como a precipitação de
fases ricas em Cr deixando regiões
estreitas com depleção de Cr ao redor dos
precipitados.Esse processo ocorre em
muitos tipos de aço inoxidável. Entre as
técnicas eletroquímicas mais utilizadas
esta a reativação potenciodinâmica
eletroquímica de loop duplo (DL-EPR). O
grau de
sensitização (DOS) obtido neste teste é
uma medida das áreas com depleção de Cr.Os
testes eletroquímicos são muito
importantes do ponto de vista da análise
quantitativa, porém, é muito importante
entender a reatividade microestrutural,
observando especificamente a superfície
para explicar as diferenças de
suscetibilidade entre as fases presentes.
Devido à sua capacidade de analisar
regiões nanométricas, a microscopia de
força atômica (AFM) tem sido aplicada para
estudar fases, precipitados e processos de
sensibilização nos mais diversos aços
inoxidáveis. No presente trabalho, o DOS
em um aço inoxidável 17% Cr foi avaliado
por testes DL-EPR após diferentes
temperaturas de revenimento. A técnica AFM
foi
aplicada para correlacionar aa
microestrutura e os efeitos na superfície
após o
teste DL-EPR com o DOS para cada
temperatura.
Material e métodos
Amostras para testes de corrosão e
investigação microestrutural foram
cortadas e
tratadas termicamente por têmpera e
revenimento. Os testes de DL-EPR foram
realizados em uma célula de três
eletrodos. O eletrodo de trabalho foi o
aço 17% Cr
embutido em resina epóxi com um fio de
cobre encapsulado para contato elétrico. O
eletrodo de calomelano saturado(SCE) foi a
referência e o fio de Pt foi o contra-
eletrodo. Os eletrodos de trabalho foram
lixados com lixa de grão 400 ou polidos
com
pasta de alumina 0,1 μm quando as amostras
tiveram que ser observadas em microscopia
óptica de luz (LOM) ou AFM após o teste. A
solução de teste foi
0,25 mol/L H2SO4 e 0,01 mol/L KSCN. Após a
estabilização do potencial de circuito
aberto (OCP) por 1 h, o teste foi iniciado
aumentando o potencial do OCP na direção
anódica com uma taxa de varredura de 0,001
V/s até 0,300 mVSCE Em seguida, a
varredura foi revertida para a direção
catódica com a mesma taxa de varredura. O
DOS
foi determinado pela razão Ir/Ia, onde Ir
é a corrente máxima na varredura de
reativação (catódica),e Ia é a corrente
máxima na varredura de ativação (anódica).
A
microestrutura foi investigada por LOM,
microscopia eletrônica de varredura (MEV),
AFM, medidas magnéticas e difração de
raios X (DRX). Para LOM e SEM, as amostras
foram atacadas com reagente de Villela (95
ml de etanol, 5 ml de HCl, 1 g de ácido
pícrico). As microestruturas também foram
reveladas nos testes DL‐EPR em corpos de
prova previamente polidos, e as condições
selecionadas foram analisadas no MEV e
AFM. As medidas de AFM foram realizadas em
temperatura ambiente com o Nanosurf Flex-
Axiom AFM no modo tapping usando
cantilever Tap190Al-G. O tamanho da área
analisada
foi de 50 × 50 μm.Foi realizado um zoom
nas fases δ e M,para analise do efeito do
DL-EPR.
Resultado e discussão
O teste DL-EPR atuou como um ataque
metalográfico e revelou as fases de
martensita e
ferrita revenidas.A fração volumétrica de
ferrita foi verificada e encontrada
semelhante ao medido na amostra Q (~35%).
Nas amostras estudadas(QT-
500,QT525,QT550,QT600,QT625 e QT650), o
teste DL-EPR induz um ataque na
martensita.
Em trabalho anterior do mesmo
aço,carbonetos de nióbio e carbonitretos
(NbC e
Nb(C,N))foram identificados por XRD na
condição QT-500, não sendo suficiente para
fornecer uma estabilização completa contra
precipitação de carboneto de Cr.(TAVARES
et.al,2015). No entanto, devido a um
provavel aumento na precipitação de
carbetos
de Cr, o grau de DOS aumentou na amostra
QT-525, e um grau máximo foi alcançado na
amostra QT-550, seguida uma diminuição do
DOS com o aumento de temperatura de
têmpera, que é típica do fenomeno healing.
A alta difusividade de Cr na martensita
permite a redução dos gradientes de Cr,
diminuindo o DOS para um valor mínimo na
amostra QT-600. A análise de superfície
por AFM mostrou uma boa relação entre DOS
e
parâmetros de superfície Δhδ/M e
rugosidade martensítica (Δhδ/M sendo a
diferença
de altura entre a martensita e ferrita). A
maior dissolução do fase martensita está
relacionada com a fração de Cr global mais
baixo nesta fase em relação à ferrita,
enquanto sua rugosidade mais alta é
provavelmente devido a zonas empobrecidas
de
Cr.O aumento do conteúdo de austenita
reversa dentro das ilhas martensíticas
também
é relacionado ao segundo aumento de DOS,
nos espécimes QT-625 e QT-650. Primeiro,
porque a austenita reversa é pobre em Cr,
W,e Mo, uma vez que são elementos
ferritizantes.Segundo, porque carbonetos
de Cr podem precipitar na austenita
reversa
e a difusividade do Cr é menor neste fase,
o que retarda o processo de healing.
Conclusões
Com os ensaios de DL-EPR foi obsevado que
DOS aumenta a partir da temperatura de
revenimento do 525–550°C, ocorre então um
processo de healing reduzindo a
DOS para a amostra revenida a 600°C. Então
o segundo aumento de DOS é observado no
revenido em 625°C, seguido por um segundo
processo de healing na amostra temperada a
650°C. As análises SEM e AFM após DL-EPR
mostraram que martensita é a fase mais
atacada
durante o ensaio. Além disso o DOS das
amostras QT-500,QT-550,QT-600 e QT-625
foram
relacionados às propriedades da superfície
(Δhδ/M e rugosidade média da martensita).
Agradecimentos
Os autores agradecem às agências
brasileiras de pesquisa (CAPES, FAPERJ e
CNPq) pelo
apoio financeiro.
Referências
TAVARES, S. S. M.; BASTOS, I. N.; PARDAL, J. M.; MONTENEGRO, T. R.; SILVA, M. R. DA. Slow strain rate tensile test results of new multiphase 17%Cr stainless steel under hydrogen cathodic chargingInternational Journal of Hydrogen Energy. Anais...Elsevier Ltd, 2015
TAVARES, S. S. M.; SILVA, M. R.; PARDAL, J. M.; SILVA, M. B.; MACEDO, M. C. S. DE. Influence of heat treatments on the sensitization of a supermartensitic stainless steel. Ciencia e Tecnologia dos Materiais, v. 29, n. 1, p. e1–e8, 1 jan. 2017.
