APLICAÇÃO DE LAMINAÇÃO À MORNO E NITRETAÇÃO A PLASMA EM AÇO API 5L X70

Abstract

RESUMO: A necessidade cada vez maior de se transportar grandes quantidades de petróleo e gás em ambientes agressivos fez surgir uma demanda por aços de alta resistência mecânica e baixa liga ABRL de classificação API. O método de falha mais importante desses aços é, sem dúvida, o trincamento induzido por hidrogênio (HIC), provocado pela formação e absorção de hidrogênio através da corrosão da parede do duto. Dessa forma, há uma necessidade de se procurar alternativas metalúrgicas para diminuir a susceptibilidade desses materiais a esse efeito e algumas dessas soluções são: processos termomecânicos controlados (TMCP), como laminação a morno, e processos termoquímicos de nitretação a plasma. O presente estudo tem como objetivo aplicar laminação a morno e nitretação a plasma convencional e com gaiola catódica em aço API 5L X70, com a finalidade de se obter microestrutura e camadas superficiais com características favoráveis ao aumento da resistência ao trincamento induzido por hidrogênio. Para isso, amostras do aço em questão foram submetidas a laminação a morno com diferentes valores de redução e temperaturas iniciais e finais de laminação. Posteriormente, foi realizado nitretação a plasma convencional e com auxílio de gaiola catódica usando como parâmetros: 450 °C e 500 °C, com fluxo de gases 75% H2 - 25% N2 e 25% H2 - 75% N2, pressão 2.5 Torr. Para a caracterização, foi realizado microscopia ótica, ensaio de microdureza Vickers e difração de raios-X. Os resultados obtidos mostram que a microestrutura apresentou uma redução do bandeamento, quantidade e distribuição de perlita devido a laminação. A nitretação formou camadas de compostos de pequena espessura, entre 0.581μm e 3.967μm, com aumento da dureza superficial mínimo de 150% e máximo de 370%, elas eram formadas por nitretos do tipo ε(Fe3N) e γ’(Fe4N). ABSTRACT: The increasing need to transport large quantities of oil and gas in aggressive environments has resulted in a demand for high strength and low alloy (HSLA) grade API steels. The most important failure method of these steels is undoubtedly the hydrogen induced cracking (HIC), caused by the formation and absorption of hydrogen through the corrosion of the duct wall. Thus, there is a need to search for metallurgical alternatives to reduce the susceptibility of these materials to this phenomenon and some of these solutions is through thermomechanical controlled processes (TMCP), such as warm rolling, and thermochemical processes of plasma nitriding. The purpose of the present study was to apply warm rolling and conventional plasma nitriding and with cathodic cage in API 5L X70 steel, in order to obtain microstructure and surface layers with characteristics favorable to up resistence at hydrogen induced-cracking. For this, samples of the steel in question were subjected to warm rolling with different values of reduction and initial and final lamination temperatures, after which, plasma nitriding was performed using as parameters: 450 °C and 500 °C, with gas flow 75% H2 - 25% N2 and 25% H2 - 75% N2, pressure 2.5 Torr. For the characterization, optical microscopy, Vickers microhardness test and x-ray diffraction were performed, the results show that the microstructure presented a reduction of the banding, quantity and distribution of perlite due to lamination, the nitriding formed layers of small compounds, between 0.581 μm and 3.967 μm, with a minimum surface hardness increase of 150% and a maximum of 370%, and compositions type nitrides ε(Fe3N) and γ '(Fe4N).