Corrosao Sob Tensao API 2

CORROSÃO - SOB - TENSÃO

CORROSÃO - SOB - TENSÃO

CST CORROSÃO

• TRINCAS

• PERDA DE ESPESSURA

CST

• FADIGA - CORROSÃO

• CORROSÃO - EROSÃO

• CAVITAÇÃO - CORROSÃO

• FRETTING - CORROSÃO

CST = TENSÕES DE TRAÇÃO + MEIO AGRESSIVO

CASOS CLÁSSICOS

• “SEASON CRACKING” CST DE CAPSULAS DE PROJÉ-TEIS DE FUSIL, CONFORMADAS A FRIO (TENSÕES RESIDUAIS) E NH3 + H2O + O2. NH3 RESULTANTE DE DECOMPOSIÇÃO DE ESCREMEN-TOS DE ANIMAIS DURANTE A ÉPOCA DAS CHUVAS (INDIA).

• FRAG. CÁUSTICA CST DE AÇOS CARBONO DE BAIXA RESISTÊNCIA EM CALDEIRAS DE LOCOMOTIVAS (APARAFUSADAS). TENSÕES (RESIDUAIS E APLICADAS) + NaOH + T > 50OC. NaOH CONCENTRAVA-SE NAS REGIÕES APARAFUSADAS.

CARACTERÍSTICAS

1. FRATURAS FRÁGEIS MESMO EM METAIS DÚCTEIS.

2. TENSÕES INFERIORES AO LIMITE DE ESCOAMENTO.

3. SOMENTE TENSÕES DE TRAÇÃO PRODUZEM CST

4. OCORREM EM MODO I - ZC NÃO APARECEM.

5. SUSCEPTIBILIDADE VARIA MUITO NUMA MESMA FAMÍLIA DE LIGAS.

6. MEIO ESPECÍFICO. DEVE EXISTIR UMA CERTA ESPÉCIE QUÍMICA.

7. ESPÉCIE QUÍMICA ESSENCIAL NÃO PRECISA ESTAR PRE-SENTE EM ALTA QUANTIDADE NEM ALTA CONCENTRAÇÃO.

8. PIOR COMBINAÇÃO LIGA-MEIO CORRESPONDE AO MEIO EM QUE A LIGA É QUASE MAS NÃO TOTALMENTE INERTE.

9. AS TRINCAS PODEM SER SIMPLES OU RAMIFICADAS, INTER OU TRANS-GRANULARES.

AÇOS CARBONO • CÁUSTICA• AMINAS• CARBONATO• AMÔNIA

LIGAS DE COBRE • AMÔNIA

LIGAS DE ALUMÍNIO • ÁGUA !!!

AÇOS INOX. AUSTEN. • CLORO• AC. POLITIÔNICOS• CÁUSTICA

CLORO -

1. DESCRIÇÃO

TRINCAS SUPERFICIAIS EM AÇOS INOXIDÁVEIS AUSTENÍTICOS E ALGUMAS LIGAS DE Ni, DEVIDO A AÇÃO COMBINADA DE TENSÕES DE TRAÇÃO, TEMPERATURA E MEIO CONTENDO Cl -. A PRESENÇA DE OXIGÊNIO DISSOLVIDO AUMENTA A TENDÊNCIA AO TRINCA-MENTO.

2. MATERIAIS SUSCEPTÍVEIS

AÇOS INOXIDÁVEIS DA SÉRIE 300. AÇOS INOXIDÁVEIS DUPLEX SÃO MAIS RESISTENTES. LIGAS DE Ni SÃO ALTAMENTE RESISTENTES.

3. FATORES CRÍTICOS

a - CONCENTRAÇÃO DE Cl -, pH, TEMPERATURA, TENSÃO, CONCENTRAÇÃO DE OXIGÊNIO, COMPOSIÇÃO DA LIGA.

b - AUMENTANDO A TEMPERATURA, AUMENTA A SUSCEPTIBILIDADE AO TRINCAMENTO.

c - AUMENTANDO O CONTEUDO DE Cl -, AUMENTA A PROBABILIDADE DE TRINCAMENTO.

CLORO -

d - NA PRÁTICA, NÃO EXISTE MÍNIMO DE Cl - JÁ QUE CLORETOS SEMPRE PODEM SE CONCENTRAR.

e - EXPOSIÇÕES ALTERNADAS SECO / MOLHADO ASSIM COMO VAPOR / ÁGUA SÃO PROPÍCIAS AO TRINCAMENTO.

f - CST USUALMENTE OCORRE COM pH ACIMA DE 2. PARA VALORES MAIS BAIXOS, OCORRE CORROSÃO GENERALIZADA. TENDÊNCIA A CST DECRESCE PARA pHs ALCALINOS.

g - TRINCAMENTO USUALMENTE OCORRE A TEMPERATURAS SUPERIORES A 60 oC EMBORA TENHAM OCORRIDO EXCEÇÕES A TEMPERATURAS MAIS BAIXAS.

h - TENSÕES PODEM SER APLICADAS OU RESIDUAIS. COMPONENTES ALTAMENTE SOLICITADOS OU DEFORMADOS A FRIO, COMO JUNTAS DE EXPANSÃO, SÃO ALTAMENTE SUSCEPTÍVEIS.

i - OXIGÊNIO DISSOLVIDO NA ÁGUA, NORMALMENTE, ACELERA O TRINCAMENTO MAS AINDA NÃO É CLARO SE EXISTE UM LIMITE MÍNIMO DE OXIGÊNIO PARA O FENÔMENO OCORRER.

CLORO -

j - CONTEUDO DE Ni TEM UMA ALTA INFLUÊNCIA NA RESISTÊNCIA AO FENÔMENO. A MAIOR SUSCEPTIBILIDADE SE ENCONTRA

PARA CONTEUDOS DE Ni ENTRE 8% E 12%. ACIMA DE 35% DE Ni AS LIGAS SE TORNAM MUITO RESISTENTES E SÃO IMUNES ACIMA DE 45%.

k – AÇOS INOXIDÁVEIS DE BAIXO Ni, COMO OS DUPLEX (FERRÍTICOS-AUSTENÍTICOS) TEM RESISTÊNCIA MELHOR DO QUE A DOS INOX DA SÉRIE 300, MAS NÃO SÃO IMUNES.

l – AÇOS CARBONO, BAIXA LIGA E INOX DA SÉRIE 400 NÃO SÃO SUSCEPTÍVEIS À CST POR Cl -.

4. APARÊNCIA DO DANO

a – TRINCAS RAMIFICADAS E TRANSGRANULARES PARTINDO DA SUPERFÍCIE TANTO DO LADO DE PROCESSO QUANTO SOB ISOLAMENTO. TRINCAS INTERGRANULARES PODEM SER ENCONTRADAS EM AÇOS SENSITIZADOS.

CLORO -

CLORO -

Fracture surface of high strength aluminum alloy – SCC. Progression marks

similar to fatigue striations.

SCC striations on the fracture surface of 316L

CLORO -

Fracture in type 316 stainless steel resulting from SCC by exposure to a boiling solution of 42 wt% MgCl2. Transgranular cleavage features shown in (a). “Rock candy” intergranular fracture, in (b). Corrosion-generated hydrogen may have caused local embrittlement. The separated-grain facets in (b) show no trace of corrosion. Both at 350×

CLORO -

EFEITO SINÉRGICO DO CLORO E OXIGÊNIO. ENSAIOS ENTRE 250 E 300 oC, EM AÇO TIPO 304 A UMA VELOCIDADE DE DEFORMAÇÃO < 10-5 s-1

ÁCIDO POLITIÔNICO

1. DESCRIÇÃO

UMA FORMA DE CST QUE OCORRE EM PARADAS E PARTIDAS OU EM OPERAÇÕES EM QUE AR OU UMIDADE ESTÃO PRESENTES. TRINCAMENTO É DEVIDO A ÁCIDOS POLITIÔNICOS (HXSOY) QUE SE FORMAM A PARTIR DE ÓXIDOS CONTENDO S, AR E UMIDADE EM AÇOS INOXIDÁVEIS AUSTENÍTICOS SENSITIZADOS.

USUALMENTE EM REGIÕES ADJACENTES A SOLDAS OU SOLICITADAS POR ELEVADAS TENSÕES. PODE ATRAVESSAR A PAREDE EM QUESTÃO DE MINUTOS OU HORAS.


AÇOS INOXIDÁVEIS AUSTENÍTICOS DA SÉRIE 300, LIGA 600 / 600H E 800 / 800H.


a - COMBINAÇÃO CRÍTICA DE MEIO, MATERIAL E TENSÃO.

(i) MEIO – MATERIAIS METÁLICOS FORMAM UMA CAREPA RICA EM SULFETOS QUANDO EXPOSTOS A COMPOSTOS CONTENDO S.

ÁCIDO POLITIÔNICO

(ii) MATERIAL – O MATERIAL DEVE ESTAR NUMA CONDIÇÃO SUSCEPTÍVEL OU “SENSITIZADA”.

(iii) TENSÃO – RESIDUAL OU APLICADA.

b - SENSITIZAÇÃO OCORRE DURANTE A FABRICAÇÃO, SOLDAGEM OU EM SERVIÇO A ALTAS TEMPERATURAS. REFERE-SE A FORMAÇÃO DE CARBONETOS DE CROMO AO LONGO DOS CONTORNOS DE GRÃOS. OCORRE NO INTERVALO DE TEMPERATURAS DE 400 oC A 815 oC.

c - AÇOS INOXIDÁVEIS DO TIPO 304 / 304H, 316 / 316H SÃO PARTICULARMENTE SUSCEPTÍVEIS À SENSITIZAÇÃO NAS ZTAs. OS

TIPOS L (< 0,03 % C) NORMALMENTE PODEM SER SOLDADOS SEM SENSITIZAREM. ESTES NÃO SOFRERÂO SENSITIZAÇÃO COM A EXPOSIÇÃO LONGA EM SERVIÇO, DESDE QUE AS TEMPERATURAS SEJAM INFERIORES A 399 oC OU, A EXPOSIÇÕES CURTAS ABAIXO DE 538 oC.

d - TENSÕES RESIDUAIS PRESENTES NA MAIORIA DOS COMPONENTES SÃO NORMALMENTE SUFICIENTES PARA CAUSAR O TRINCAMENTO.

ÁCIDO POLITIÔNICO

e - AÇOS ESTABILIZADOS (321 OU 347) SÃO ALTAMENTE RESISTENTES.


a - OCORRE TIPICAMENTE AO LONGO DE SOLDAS MAS TAMBÉM PODE OCORRER NO METAL DE BASE. É BASTANTE LOCALIZADA E

NORMALMENTE SÓ DETECTADA APÓS UM VAZAMENTO EM PARTIDAS, OU, MAIS RARAMENTE, EM OPERAÇÃO.

b - AS TRINCAS SÃO INTERGRANULARES

c - APARENTAM “RAMIFICAÇÃO INVERTIDA” : MUITAS TRINCAS NA SUPERFÍCIE QUE A MEDIDA QUE PROPAGAM TORNAM-SE UMA ÚNICA TRINCA. EM REVESTIMENTOS CALDEADOS TEM A

APARÊNCIA DE “MUD CRACKING” (TERRA GRETADA).

ÁCIDO POLITIÔNICO

FRAGILIZAÇÃO CÁUSTICA

1. DESCRIÇÃO

FRAGILIZAÇÃO CÁUSTICA É UMA FORMA DE CST QUE OCORRE EM TUBULAÇÕES E EQUIPAMENTOS EXPOSTOS A SOLUÇÕES CÁUSTICAS, PARTICULARMENTE NA ADJACÊNCIA DE SOLDAS SEM TRATAMENTO TÉRMICO POSTERIOR A SOLDAGEM.


AÇOS CARBONO, AÇOS DE BAIXA LIGA, AÇOS INOXIDÁVEIS DA SÉRIE 300. LIGAS DE Ni SÃO MAIS RESISTENTES.


a - SUSCEPTIBILIDADE NA PRESENÇA DE NaOH OU KOH É FUNÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DO HIDRÓXIDO, TEMPERATURA E TENSÃO.

b - VER FIG. DERIVADA DA EXPERIÊNCIA EM SERVIÇO PARA A RELAÇÃO ENTRE TEMPERATURA E CONCENTRAÇÃO DE HIDRÓXIDO.

c - SE EXISTEM CONDIÇÕES PARA O HIDRÓXIDO SE CONCENTRAR EM OPERAÇÃO, 50 A 100 ppm INICIAIS SÃO SUFICIENTES.


d - TENSÕES QUE CAUSAM O PROBLEMA PODEM SER RESIDUAIS, RESULTANTES DE SOLDAGEM OU DE CONFORMAÇÃO A FRIO OU APLICADAS.

e - TENSÕES PRÓXIMAS DO LIMITE DE ESCOAMENTO SÃO CONSIDERADAS NECESSÁRIAS PARA A OCORRÊNCIA DO FENÔMENO. TRATAMENTO DE ALÍVIO DE TENSÕES É, PORTANTO, EFETIVO PARA EVITAR O PROBLEMA.

f - A VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DAS TRINCAS AUMENTA DRAMA-TICAMENTE COM A TEMPERATURA E PODE ATRAVESSAR A PAREDE EM QUESTÃO DE HORAS OU DIAS, PARTICULARMENTE SE EXISTE A POSSIBILIDADE DO HIDRÓXIDO SE CONCENTRAR. ESTA CONCEN-TRAÇÃO É FAVORECIDA POR CONDIÇÕES SECO / MOLHADO,

PONTOS QUENTES E ALTA TEMPERATURA DURANTE STEAMOUT.


a - AS TRINCAS OCORREM, TIPICAMENTE, PARALELAS AO CORDÃO, NO METAL DE BASE, MAS TAMBÉM PODEM OCORRER NO METAL

DEPOSITADO E NA ZTA.

FRAGILIZAÇÃO CÁUSTICAb - AS TRINCAS SÃO PREDOMINANTEMENTE INTERGRANULARES E

OCORREM, TIPICAMENTE, EM CONSTRUÇÕES NÃO ALIVIADAS DE AÇO CARBONO COMO UMA REDE DE TRINCAS MUITO FINAS E

PREENCHIDAS POR ÓXIDOS.

c - EM AÇOS INOXIDÁVEIS DA SÉRIE 300 AS TRINCAS SÃO TRANS-GRANULARES SENDO MUITO DIFÍCIL DISTINGUI-LAS DAS TRINCAS

PROVOCADAS POR CST NA PRESENÇA DE Cl -.


The caustic cracking was primarily transgranular, with some intergranular cracks. This is a non-standard caustic SCC mechanism, but the high stresses imposed on the impeller appear to have resulted in the transgranular crack propagation mode rather than the typical intergranular mode.


JUNTA DE EXPANSÃO DE AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICOS.

AMINAS

1. DESCRIÇÃO

CST DEVIDO A PRESENÇA DE AMINAS É UMA FORMA DE CST CÁUSTICA. AS AMINAS SÃO USADAS PARA REMOVER / ABSORVER H2S E/OU CO2 DE FLUXOS DE PROCESSO.

PODE SER CONFUNDIDA COM SSC (SULPHIDE STRESS CRACKING), FORMA DE TRINCAMENTO POR H DEVIDO A PRESENÇA DE H2S, E COM CST NA PRESENÇA DE CARBONATOS.


AÇOS CARBONO E AÇOS DE BAIXA LIGA.


a - OS FATORES CRÍTICOS SÃO: NÍVEL DE TENSÕES, CONCENTRAÇÃO DE AMINA E TEMPERATURA.

b - TRINCAMENTO É ASSOCIADO A TENSÕES RESIDUAIS DE SOLDAGEM, CONFORMAÇÃO OU ENCRUAMENTO QUE NÃO FORAM

DEVIDAMENTE ALIVIADAS POR TRAT. TÉRMICO.

AMINAS

c - TRINCAMENTO A TEMPERATURA AMBIENTE JÁ FOI OBSERVADO. API RP 945 INDICA AS TEMPERATURAS MÍNIMAS DE ALÍVIO PARA TRABALHO COM AMINAS.

d - É MAIS FREQUENTE O TRINCAMENTO EM AMINAS DILUIDAS. AMINA PURA NÃO PROVOCA TRINCAMENTO. SOLUÇÕES DE MEA E DEA SÃO MAIS CRÍTICAS MAS TRINCAMENTO TAMBÉM SE OBSERVA EM MDEA E DIPA (ADIP).

e - ALGUMAS INDUSTRIAS ACREDITAM QUE O FENOMENO NÃO OCORRE COM CONCENTRAÇÕES DE AMINA ABAIXO DE2 A 5%. MAS

A POSSIBILIDADE DE CONCENTRAÇÃO EM SERVIÇO E STEAM-OUT, REDUZEM ESTE LIMITE PARA 0,2%.


a - O TRINCAMENTO É TIPICAMENTE PARALELO AO CORDÃO NA ZTA. NO METAL DEPOSITADO PODE SER PARALELO OU PERPENDI-

CULAR AO CORDÃO.

AMINAS

b - IDENTIFICAÇÃO POSITIVA PODE SER CONSEGUIDA ATRAVÉS DE EXAME METALOGRÁFICO. AS TRINCAS SÃO TIPICAMENTE

INTERGRANULARES, PREENCHIDAS POR ÓXIDOS E RAMIFICADAS.

CARBONATOS

1. DESCRIÇÃO

TRINCAS QUE OCORREM ADJACENTES A SOLDAS DEVIDO A AÇÃO COMBINADA DE TENSÕES E MEIOS CONTENDO CARBONATOS. É UMA FORMA DE CORROSÃO-SOB-TENSÃO CÁUSTICA.


AÇOS CARBONO E AÇOS DE BAIXA LIGA.


a - TRINCAMENTO PODE OCORRER SOB BAIXOS VALORES DE TENSÕES RESIDUAIS MAS USUALMENTE OCORRE JUNTO A SOLDAS

OU REGIÕES ENCRUADAS QUE NÃO FORAM ADEQUADAMENTE ALIVIADAS.

b - SUSCEPTIBILIDADE AUMENTA COM O AUMENTO DO pH E DA CONCENTRAÇÃO DE CARBONATOS (CO3)

-2.

CARBONATOS

c - PODE OCORRER NAS SEGUINTES CONDIÇÕES:

(i) AÇO CARBONO SEM ALÍVIO DE TENSÕES

(ii) pH > 9 E (CO3)-2 > 100 ppm.

(iii) 8 < pH < 9 E (CO3)-2 > 400 ppm.

d – EM UNIDADES DE “SCRUBBING” TRINCAMENTO PODE OCORRER COM CONCENTRAÇÕES DE CO2 ACIMA DE 2% E TEMPERATURAS ACIMA DE 93 oC.

e – SE O EQUIPAMENTO CONTEM H2S ACIMA DE 50 ppm EM PESO E pH ACIMA DE 7,6 DEVE SER CONSIDERADO SUSCEPTÍVEL. CIANETOS TAMBÉM AUMENTAM A SUSCEPTIBILIDADE.


a - AS TRINCAS SÃO TIPICAMENTE PARALELAS AO CORDÃO, NO METAL DE BASE, MAS PODEM OCORRER NA ZTA E METAL DEPOSITADO.

CARBONATOS

b - REDE TIPO TEIA DE ARANHA DE PEQUENAS TRINCAS.

c - PODEM SER CONFUNDIDAS COM SSC E SOHIC MAS SÃO USUALMENTE MAIS AFASTADAS DA MARGEM DA SOLDA E APRESENTAM TRINCAS PARALELAS.

d - TIPICAMENTE INTERGRANULARES E MUITO FINAS, PREENCHIDAS POR ÓXIDOS.

AMÔNIA

1. DESCRIÇÃO

AMÔNIA ANIDRA CAUSA CST EM AÇOS CARBONO E SOLUÇÕES AQUOSAS CAUSAM CST EM LIGAS DE COBRE.


AÇOS CARBONO E LIGAS DE COBRE.


a - PARA AÇOS CARBONO:

(i) AMÔNIA ANIDRA COM MENOS DE 0,2% DE ÁGUA.

(ii) PWHT ELIMINA SUSCEPTIBILIDADE (LIM. DE RESIST. < 70 ksi )

(iii) CONTAMINAÇÃO COM AR OU OXIGÊNIO AUMENTA SUSCEPTIBILIDADE.

b - PARA LIGAS DE COBRE

(i) TEORES DE Zn ACIMA DE 15% AUMENTAM A SUSCEPTIBILIDADE.

AMÔNIA

(ii) SOLUÇÃO AQUOSA COM AMÔNIA OU COMPOSTOS AMONIACAIS DEVE ESTAR PRESENTE.

(iii)OXIGÊNIO DEVE ESTAR PRESENTE MAS PEQUENAS QUANTIDADES (TRAÇOS) JÁ É SUFICIENTE.

(iv)pH ACIMA DE 8,5

(v) OCORRE A QUALQUER TEMPERATURA.

(vi)TENSÕES RESIDUAIS DE FABRICAÇÃO (LAMINAÇÃO, CONFORMAÇÃO) SÃO SUFICIENTES PARA CAUSAR TRINCAMENTO.


TRINCAS PODEM SER TRANS OU INTER-GRANULARES.

AMÔNIA

AMÔNIA

Effect of pH on time-to-fracture by SCC. Data are for brass in ammoniacal copper sulfate solution at room temperature.

NITRATOS

Cracking in Nitrate Solutions. Stress-corrosion cracking of carbon and low-alloy steels in nitrate solutions has occurred in tubing and couplings used in high-pressure condensate wells and in storage tanks containing radioactive wastes. Cracking in nitrate solutions follows an intergranular path. Boiling solutions of several nitrates, including NH4NO3, Ca(NO3)2, LiNO3, KNO3, and NaNO3, have been found to produce cracking. In general, more acidic solutions have more potent effects. The threshold stress necessary to produce cracking decreases with increasing concentration of the nitrate in the solution. This threshold stress can be quite low. For example, exposure to boiling 4 N solutions of the nitrates listed has produced cracking in some carbon and low-alloy steels at tensile stresses lower than 69 MPa (10 ksi). Decreasing temperature increased time-to-failure.

NITRATOS

By extrapolation of these test results, it can be estimated that failure would occur in about 1000 h at room temperature. Room-temperature tests of bridge cable wire in 0.01 N nitrate solutions have produced failures after exposure for several months.

Decreasing pH enhances nitrate cracking, and resistance to cracking can be improved by raising pH. Sodium hydroxide, which causes caustic cracking by itself, can be added to nitrate solutions to retard cracking. The reverse is also true: nitrate additions retard caustic cracking. Cathodic protection can prevent SCC in many nitrate solutions. Anodic polarization is harmful. In addition to sodium hydroxide, several other inhibitors prevent cracking.

NITRATOS

Nital-etched specimen of ASTM A 245 carbon steel. Micrograph shows SCC thatoccurred in a concentrated solution of ammonium nitrate. 100×

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