Aula CST

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Corrosão sob Tensão (CST)
Depende de ação simultânea meio + tensão de tração
Exemplos de Falhas - Fratura Propagante
Vaza e não propaga
Vaza, propaga e para
Vaza, propaga e não para !!!
 Crack Tip Opening Displacement (CTOD);
Seleção de Materiais
1- Tensão máxima de tração
2- Tensão de escoamento
3- Tensão de ruptura
4- Região de encruamento
5- Região de “estricção”
X
Histórico:
Cápsulas de munição na 1ª G.M.
Caldeiras – rebite + tratamento alcalinodilatação + contração 
escape de vapor  conc. Alcalina  fendimento
Aspectos:
	Resistência dos Materiais
	Metalurgia
	Eletroquímica
Resistência dos Materiais:
	Como um estado de tensão influencia a corrosão?
Caldeira – tensão nos processos de dilatação
Cápsulas – resultado de trabalho mecânico
Áreas trabalhadas – anodo – energia introduzida por deformação.
Área tensionada – tensão residual
Tipo de tensão que causa CST:
	- Aplicada
	-Residual:	-trabalho mecânico
			-cordão de solda (gradiente térmico)
			-inclusões
			-geração de H2
				Metalurgia:
				O que acontece com o metal quando
				 deformado?
				Estrutura cristalina:
				-defeitos pontuais (inclusões, vacâncias)
				-defeitos de rede (discordâncias)
				
Discordâncias:
-já existentes
-induzidas por deformação
(o número aumenta e afloram na superfície
 sob deformação plástica)
Mas o cálculo de projeto garante tensão na zona elástica.
Como a fissura começa?
Eletroquímica:
A origem da CST é eletroquímica.
Instalação de corrosão localizada concentração de tensões –
emergem discordâncias  +corrosão  propagação das trincas
Formas de Progressão:
-Intergranular – pptação de fase no contorno de grão
		Caso clássico: aço austenítico sensitizado
-Transgranular
-Mista
Mas sempre que houver corrosão localizada haverá CST?
NÃO. Fenômeno concorrente = Repassivação
CST exige condições muito específicas:
	Meio
	Material
	Tensão
	Faixa de potencial
Caracteriza-se por dois estágios:
	Indução
	Propagação
Ensaios:
	Deformação constante
	Carga constante
	Tração a velocidade constante
Controle:
No meio: teor de cloreto, oxigênio, inibidores
-No material:
Alívio de tensões (TT)
-Proteção catódica. CUIDADO!!!
Importância: 
	Indústrias aeronáutica e petroquímica
Corrosão pelo H2S
(Seminário de Rafael Gama)
Origem:
Pode ser resultante de mecanismos de dissolução de sulfetos minerais, da decomposição termoquímica de compostos orgânicos sulfurados e etc.
 Outra fonte de H2S nos campos onde há injeção de água do mar tem sido atribuída a atividade da Bactéria Redutora de Sulfato - BRS, no interior do reservatório. Também pode ocorrer nos dutos e tanques.
Fontes de Enxofre: 
Sulfato solúvel (SO42–) em sedimentos marinhos, 
Sulfato de cálcio (CaSO4) ou sulfato de bário (BaSO4); 
 Os efeitos da intoxicação com este gás são sérios, similares aos do monóxido de carbono, porém mais intensos e podem permanecer por um longo período de tempo, podendo causar danos permanentes.
 Este gás tóxico paralisa o sistema nervoso que controla a respiração, incapacitando os pulmões de funcionar, provocando asfixia.
Nocividade do H2S
Nocividade do H2S
H2S - Reações
	Principais reações
		H2S gás  H2S líq
		H2S líq  HS- + H+
		HS-  S2- + H+
		Fe  Fe2+ + 2e
		H+ + e  H0
		Fe2+ + H2S  FeS + 2H+		
Danos pelo H2S
Trincamento assistido pelo meio, H2S
Corrosão sob tensão por sulfetos
Trincamento induzido pelo hidrogênio e suas variáveis
Corrosão por bactérias
Corrosão fadiga
Corrosão pelo CO2/H2S
 
Danos pelo H2S
O pior dos danos causado pelo H2S nos materiais metálicos, não é perda de espessura de parede devido à corrosão e sim o risco de proporcionar um trincamento assistido pelo meio, podendo levar a estrutura a uma falha catastrófica.
Danos pelo H2S
Formas de Trincamento pelo H2S 
Corrosão sob tensão por sulfetos, conhecido como CSTS ou SSC (Sulphide Stress Corrosion Cracking); 
Trincamento induzido pelo Hidrogênio e suas variações (SWC e SOHIC), conhecido como TIH ou HIC (Hydrogen Induced Cracking).
Danos pelo H2S
Siglas:
SOHIC = Stress Orientated Hydrogen Induced Cracking (trincamento induzido pelo H orientado pela tensão).
SWC = Step wise cracking (trincamento em degraus).
CSTS – Corrosão Sob Tensão por Sulfetos
CSTS – Corrosão Sob Tensão por Sulfetos
CSTS – Corrosão Sob Tensão por Sulfetos
- pH -> menor pH mais corrosivo é o meio; reação catódica de evolução de H2; pH = -log[H+]
- Pressão H2S (pH2S) -> maior pH2S maior é a quantidade de H2S na solução aquosa;
- Material e Microestrutura -> maior a dureza, maior será a suscetibilidade, já que a sua ductilidade será menor;
- Temperatura -> maior T maior difusão do H, ele atravessa o material rapidamente sem fragilizá-lo; 
- Nível de tensão aplicada -> maior o nível de tensão aumenta a suscetibilidade devido à proximidade do LE, incluindo tensão residual;
- Nível de cloretos -> maior o nível de cloretos, aumenta a suscetibilidade a SSC, pois o íon cloreto favorece a corrosão localizada em ambiente contendo H2S.
- Tempo de exposição 
Fatores
Trincamento Induzido pelo Hidrogênio
(TIH ou HIC)
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Estrutura Normalizada com MnS alongado
↑S → ↑ MnS 
Processo de laminação => Inclusões alongadas de MnS → Favorecimento de HIC!!!
Trincamento Induzido pelo Hidrogênio
Trincamento ocorre quando o hidrogênio atômico difunde dentro do aço para uma descontinuidade e forma gás hidrogênio
H2S + Fe  FeS + 2Hads
Fe  Fe2+ + 2e
2H + 2e  2Had  H2
H2S envenenador
H0 + H0  H2
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Esse trincamento ocorre somente nos aços carbonos. 
A geração de Ho (hidrogênio atômico) ocorre da mesma forma que a SSC. Já dentro do dentro do metal o Ho procura um defeito interno (região de maior concentração de tensão), como por exemplo, uma inclusão e se recombina com outro Ho formando H2, essa reação promove um aumento local de pressão, trincando o metal. 
O fenômeno de HIC é bem mais lento do que a SSC, pois envolve um maior tempo na difusão do H até um defeito interno.
TIH
Jun/2011
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Jun/2011
H2S
Formas de trincas pelo H2S
				
TIH - SWC
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SOHIC – TIH orientado pela tensão
Fatores que influenciam: 
 Idem TIH 
 tensão
O TIH pode ser chamado de SOHIC (stress orientated hydrogen cracking) quando a tensão une verticalmente várias trincas formadas previamente por TIH
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SOHIC
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Como obter um aço carbono resistente ao TIH?
	- Controlando a composição química, principalmente os teores de S, Mn, P, Ca e C.
 - Utilizando processo de fabricação mais modernos como o TMCP (Thermo Mechanical Control Process) com ACC (After Accelerated Cooling ), obtendo assim grãos mais refinados com a adição de menos elementos de liga
TIH - Trincamento Induzido pelo Hidrogênio
Testando p/ comprovar!
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RESUMO danos pelo H2S
Jun/2011
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CSTS – Corrosão Sob Tensão por Sulfetos
Para selecionar um aço carbono para não ser suscetível à CSTS
Deve-se:
Calcular a pH2S;
Calcular ou simular o pH;
- Utilizar o gráfico da norma ISO 15156 para achar qual a dureza máxima, na qual o material não é suscetível à CSTS.
pH2S
pH
 dureza para não ter SSC= ??? 
Seleção de Materiais
Ensaios de Qualificação de Materiais para Meios da indústria do petróleo:
NACE MR-0175/ISO15156-2 
“Petroleum and Natural Gas Industries - Materials for Use in H2S- containing Environments in Oil and Gas Production”.
NACE TM0177
Método A — Teste de tração (proof ring)
Método B — Teste de dobramento (Bent-Beam test)
Método C — Anel C (C-Ring Test)
Método D — Double Cantilever Beam Test (DCB)
ASTM G-39 – Dobramento quatro pontos (four point bend – FPB)
NACE TM0198 ou ASTM G129 – Teste de baixa taxa de deformação (slow strain rate test – SSRT)
CSTS – Testes de Qualificação 
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CSTS – Testes 
Método A – teste de tração (deformação constante)
(Proof-ring)
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Método B – Dobramento (Deformação constante)CSTS – Testes 
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Método C – Anel C-Ring (deformação constante)
CSTS – Testes 
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CSTS – Testes 
ASTM G39 - Dobramento quatro pontos (four point bend – FPB)- Deformação constante
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Carga constante ou peso morto
Constant-load ou Dead-weight device
Método D – Double-Cantilever-Beam (DCB) - resistência a propagação de trinca-Carga constante 
CSTS – Testes
14 dias
KISSC
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CSTS – testes 
Taxa de deformação de 1 x 10-6 s-1
Teste de baixa taxa de deformação (slow strain rate test – SSRT)
Jun/2011
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CSTS – Critérios para Qualificação
 (ISO 15156)
Teste de laboratório
Qualquer serviço ácido:
NACE TM0177 Solução A
Tensão min 80% AYS
100 kPa ou 1 bar H2S
Serviço ácido específico :
pH esperado na condição especifica de serviço
Tensão min. 90% AYS
PH2S esperada no serviço
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H  H+ + e-
Ni or Pd
Multitask cell used for electrochemical measurements.
General view, (B) inner view, 
(b1) fast response permeation cell,
and (b2) electrochemical probes.
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CO2
Pressão parcial
		
Jun/2011
CO2 - Reações
Principais reações:
		CO2 gás  CO2 líq
		CO2 + H2O  H2CO3
		H2CO3  HCO3- + H+
		HCO3-  CO32- + H+ 
		H2CO3 + Fe  Fe2+ + CO32- + H2
		Fe2+ + 2(HCO3-)  Fe (HCO3)2
		 Fe2+ + CO32-  FeCO3
Jun/2011
Filme de FeCO3
Jun/2011
CO2
Efeito da Temperatura
		
Fatores que Influenciam na Taxa de Corrosão
	CONCENTRAÇÃO DE H2S (PPM)
	EFEITO NOS SERES HUMANOS
	0,3 a 1,0
	Detectável pela maioria das pessoas pelo sentido do paladar, mais que pelo odor 
	3 a 5
	Facilmente detectável. Odor moderado
	8
	Inicia o processo de irritação dos olhos. Nível de exposição permissível para 8 horas de exposição
	20 a 39
	Odor forte e desagradável, mas não intolerável. Provoca tosse e imediata irritação dos olhos. Máxima concentração permissível para curto período de exposição (10 min por turno de 8 horas)
	50
	Pronunciada irritação dos olhos, garganta e pulmões, mas é possível respirar por alguns minutos
	100
	Tosse, irritação dos olhos, perda do olfato após 2 a 5 minutos de exposição
	200
	Inflamação dos olhos e irritação no sistema respiratório, após uma hora de exposição
	500
	Perda da consciência e possível morte em 30 minutos a uma hora
	700 a 1000
	Inconsciência imediata, paralisação da respiração e morte. Poderá resultar danos cerebrais permanentes.
	1000 a 2000
	Inconsciência instantânea, com parada respiratória e morte em poucos minutos. A morte poderá ocorrer mesmo se houver remoção para ambiente não contaminado.