NITRETAÇÃO A PLASMA DE JUNTA SOLDADA DO AÇO SUPERDUPLEX SAF 2507

Abstract

RESUMO:Os aços inoxidáveis superduplex (AISD) apresentam em sua microestrutura as fases ferrita e austenita, de modo a conciliar ótimas propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Estes materiais possuem grande aplicação na indústria de extração de petróleo. Os aços inoxidáveis não possuem propriedades tribológicas apreciáveis, verifica-se isto em desgastes causados pelo atrito entre cabos — que levam ferramentas para o interior de poços — ou materiais rochosos com dutos. Nas juntas soldadas dos aços superduplex, o uso de energias de soldagem acima de 2,0 kJ/mm ocasiona o desbalanceamento de fases e precipitação de fases deletérias, prejudicando as propriedades acima citadas. A nitretação a plasma enquadra-se neste enredo a fim de proporcionar uma camada superficial com excelente resistência ao desgaste e sem perda significativa na resistência à corrosão. Neste trabalho, duas técnicas de nitretação a plasma foram utilizadas: a nitretação convencional (NC) e a nitretação com gaiola catódica (NGC). A principal diferença entre as duas técnicas é que na NGC, os átomos são “arrancados” da superfície da gaiola e se combinam com o gás reativo na atmosfera do plasma, formando compostos que se depositam na superfície da amostra, e na NC o sputtering ocorre na própria amostra. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo correlacionar a microestrutura da junta soldada do aço SAF 2507, com e sem nitretação a plasma, com propriedades mecânicas e a corrosão. Para alcançar os resultados, foram utilizadas as técnicas de DRX (difração de raio x), MO (microscopia ótica), MEV (microscopia eletrônica de varredura), Microdureza Vickers e ensaios eletroquímicos (Espectroscopia de Impedância Eletroquímica e Polarização Potenciodinâmica). Das amostras nitretadas, aquela tratada convencionalmente a 400 °C apresentou melhores resultados de resistência à corrosão, tanto nos resultados de impedância eletroquímica — Rp = 3,90 x 104 Ω cm2 — quanto nos de polarização potenciodinâmica — jpassivação = 1,54 x 10-5 A cm-2 e Epite = 0,83 V. Esta maior resistência é oriunda principalmente pela formação da camada de austenita expandida (N). Com o aumento da temperatura do tratamento para 450 °C, os percentuais nos valores médios de dureza aumentaram em 233 % na NC e 330 % na NGC. Além das amostras tratadas em NGC exibirem maiores valores de microdureza que a NC, estes também foram mais uniformes. A maior dureza é devido a maior presença de nitretos de ferro e a uniformidade é um indicativo da eliminação do efeito de bordas, defeito inerente a nitretação convencional.

ABSTRACT:Superduplex stainless steels (SSSD) present in their microstructure the ferrite and austenite phases, in order to combine excellent mechanical properties and resistance to corrosion. These materials have great application in the oil extraction industry. Stainless steels do not have appreciable tribological properties, this is found in friction wear between cables - which carry tools into the wells - or rocky materials with ducts. In welded joints of superduplex steels, the use of welding energies above 2.0 kJ/ mm causes phase imbalance and precipitation of deleterious phases, impairing the properties mentioned above. Plasma nitriding fits into this plot in order to provide a surface layer with excellent wear resistance and without significant loss in corrosion resistance. In this work two plasma nitriding techniques were used: conventional nitriding (CN) and cathodic cage nitriding (CCN). The main difference between the two techniques is that in CCN the atoms are "plucked" from the surface of the cage and combine with the reactive gas in the plasma atmosphere, forming compounds that settle on the surface of the sample, and in the sputtering CN occurs in the sample itself. In this context, the objective of this work was to correlate the weld joint microstructure of SAF 2507 steel, with and without plasma nitriding, with mechanical properties and corrosion. To obtain the results, the techniques of XRD, OM (optical microscopy), SEM (Scanning Electron Microscopy), Vickers Microhardness and electrochemical tests (Electrochemical Impedance Spectroscopy and Potentiodynamic Polarization) were used. From the nitrided samples, the one that was conventionally treated at 400 °C showed better corrosion resistance results, both in the electrochemical impedance results - Rp = 3.90 x 104 Ω cm2 - and in the potentiodynamic polarization - jpassivation = 1.54 x 10- 5 A cm-2 and Epite = 0.83 V. This higher resistance comes mainly from the formation of the expanded austenite layer (N). With the treatment temperature increasing to 450 °C, the percentages in the mean hardness values increased by 233% in the CN and 330% in the CCN. Besides the samples treated in CCN exhibited higher values of microhardness than the CN, these were also more uniform. The higher hardness is due to the greater presence of iron nitrides and the uniformity is an indication of the elimination of the edge effect, a defect inherent in conventional nitriding.