Título do projeto: Efeito da Temperatura de Revenimento na Resistência do Aço API 5L X70 à Corrosão em Solo Quimicamente Tratado

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1 Título do projeto: Efeito da Temperatura de Revenimento na Resistência do Aço API 5L X70 à Corrosão em Solo Quimicamente Tratado Linha de Pesquisa: Engenharia de Superfície e Corrosão Justificativa/motivação para realização do projeto: Os aços da classe API são usados para fabricação de linhas dutoviárias. Durante a utilização dos tubos, os mesmos sofrem corrosão interna devido ao fluido, e externa devido o contato com o solo. Mas esses aços não possuem resistência a corrosão significante. Caso ocorra alguma falha nos revestimentos, possíveis falhas do metal poderão ocorrer. Falhas essas que podem ter como consequência acidentes ambientais gravíssimos e irreversíveis. Este projeto visa melhorar a resistência a corrosão do aço API 5L X70 através do tratamento térmico de têmpera seguida do revenimento. Variáveis tais como as composições químicas, físicas e biológicas do solo também serão estudadas. Ensaios laboratoriais desse aço revenido já foram realizados. E realmente comprovou-se que o tratamento térmico tem efeito possitivo nas propriedades corrosivas. Estudos mais avançados poderão possibilitar reduções nos gastos com revestimentos e melhores probabilidades do material não falhar devido à corrosão. Objetivos: Tem-se como objetivo principal deste trabalho avaliar a interferência da temperatura de revenimento na resistência á corrosão do aço API 5L X70 em solo quimicamente tratado. Através da comprovação da influência do tratamento térmico nas características químicas do metal surgem os objetivos específicos tais como avaliar a interferência das composições químicas, físicas e biológicas dos solos utilizados. Estratégia experimental planejada para se alcançar os objetivos: Inicialmente será relizado o primeiro ensaio de corrosão nas amostras metálicas sem tratamento térmico em solos alcalinizados e acidificados. Após o tratamento térmico de têmpera seguido do revenimento em 3 distintas temperaturas (400, 500 e 600ºC) será realizados em outras amostras. As amostras já tratadas termicamente serão submetidas ao segundo ensaio de corrosão utilizando o meio mais agressivo observado no primeiro ensaio. Após, será feita uma comparação do grau de corrosão das amostras tratadas térmicamente e das não tratadas. Em seguida, realizaremos o terceiro e último ensaios de corrosão. Neste iremos utilizar o meio mais corrosivo (mas o solo terá granulometria grosseira) e o tratamento térmico mais favoravél contra a corrosão já testado anteriormente. Ao final dos 3 ensaios tornará possível observar quais das variáveis ou se a união de ambas foram favoráveis para a redução da corrosão metálica. Principais referências consultadas: CALLISTER, William D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. 8.ed CHIAVERINI, V. Aços e Ferros Fundidos. 7.ed. São Paulo: Associação Brasileira dos Metais, COLPAERT,H. Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns. 3.ed. São Paulo; Editora Edgard Blucher, GENTIL, V. Corrosão. 3.ed. Rio de janeiro, ED. LTC,

2 1. Introdução Os tratamentos térmicos possuem a função de alterar as propriedades mecânicas dos metais, uma vez que afetam a microestrutura através da mudança de fases com a variação de temperatura. Dentre os tratamentos térmicos a que os aços são submetidos, a têmpera tem como principal objetivo elevar os valores de resistência mecânica e de dureza, tendo como consequência a elevação da resistência ao desgaste. Ao realizar o processo de têmpera a microestrutura martensítica é obtida. Essa microestrutura possui elevado valor de dureza, mas em contrapartida possui baixa tenacidade possibilitando assim formação de defeitos tais como trincas (REED HIIL, 1982). O revenimento é o tratamento térmico que normalmente é realizado após a têmpera, pois ele tem a função de eliminar a maioria dos inconvenientes produzidos por esta. Além de aliviar ou até mesmo remover as tensões internas, corrige as excessivas durezas e fragilidades, aumentando assim a ductilidade e resistência ao choque do material (CHIAVERINI, 2012). A corrosão pode ser entendida como a reação inversa do processo metalúrgico (ABRACO, 2004). Ela é um fenômeno que ocorre de modo natural e espontâneo, e que causa transformações de materiais metálicos em materiais cuja durabilidade e o desempenho não satisfazem o objetivo ao qual se destinam (GENTIL, 2011). A corrosão também pode ser definida como um ataque destrutivo e não intencional a um metal. Esse ataque é do tipo eletroquímico e começar geralmente na superfície. Um dos maiores problemas da corrosão metálica é de proporções significativas em relação a termos econômicos. Estimou-se que aproximadamente 5% das receitas de uma nação industrializada sejam gastos com a prevenção e manutenção dos problemas causados pela corrosão. Como consequência da corrosão, pode-se mencionar a ferrugem em carrocerias, radiadores e componentes de exaustão de automóveis (CALLISTER, 2012). É extremamente relevante estudar o solo como meio corrosivo considerando a grande variação de estruturas metálicas que se encontram em contado com o mesmo através de linhas dutoviárias (PANOSSIAN, 1993). Segundo Gentil (2011), pode-se destacar alguns parâmetros fundamentais da ação corrosiva do solo tais como teor de umidade, aeração, valor do ph, resistividade elétrica, potencial redox, condições climatológicas, presença de microrganismos e a própria heterogeneidade do solo. Para Chiaverini, (2012), aços são ligas de ferro-carbono contendo entre aproximadamente 0,008% ate 2,11% de carbono, além de outros elementos residuais, originados do processo de fabricação, que devem ser inferiores a certos limites, também outros elementos podem ser adicionados com a função de fornecer características especiais ao aço. Colpaert (2008) afirma que a evolução da utilização do aço na engenharia se deve a vários fatores técnicos e econômicos. Nas últimas décadas do século XX, os conhecimentos sobre a composição química, estrutura, desempenho e propriedade e o efeito do processamento sobre essas propriedades atingiram um nível considerado permitindo que ocorre-se um significativo desenvolvimento científico impulsionando o aprimoramento de ligas já existente e a criação de ligas cada vez melhores. Toffolo (2008) conceitua aços microligados como sendo aços de baixo teor de carbono e os mesmos são constituídos por baixos teores de elementos de liga, tais como nióbio, titânio e vanádio. Eles são classificados como aços ARBL [alta resistência e baixa liga]. Neste grupo de aço baixo carbono, encontram-se o aços da classe API, que utilizam pequenas adições de elementos de liga, fornecendo assim um limite de escoamento mínimo de 275 Mpa. O Instituto Americano de Petróleo API [American Petroleum Institute] classifica os aços empregados na fabricação de dutos em função de sua composição química e resistência mecânica seguindo a norma API 2000 (MONTE, 2013). 2

3 Os aços da classe API são comumente empregados na fabricação de tubos que são utilizados para a construção de linhas dutoviárias. Além de sofrerem desgaste devido ao contato com o solo, os mesmos ainda sofrem com o desgaste no transporte de produtos tais como gases, minério, etc. O presente trabalho visa estudar a interferência da temperatura de revenimento na deteriorização por corrosão do aço API 5L X70 estudando e avaliando as variantes que interferem no processo de corrosão como a microestrutura, fragmentação, entre outros. Para condução destes estudos, tratamentos térmicos [têmpera e revenimento], ensaios, ensaios metalógraficos, ensaios de corrosão entre outros serão realizados. Ensaios corrosivos avaliando a influência do tratamento térmico na corrosão em solo quimicamente tratado do aço API 5L X70 já foram realizados. Obtivemos resultados significativos o que nos mostra relevante continuar com essa pesquisa. Variáveis tais como a granulometria e a composição química do solo interferiram de forma positiva em nossos resultados. A influência dessas variáveis é de extrema relevância. Podemos observar isso através de Loureiro (2005), quando ela afirma que os solos argilosos em sua grande maioria possuem partículas finas e de baixa permeabilidade, o que ocasiona a retenção de umidade, e por conseguinte, certamente favorece a corrosão do material. Acredito que um estudo mais detalhado dessas influências podem nos proporcionar grandes ganhos tais como redução dos custos para fabricação dos dutos revestidos e principalmente a diminuição das chances de falhas dos mesmos. 2. Materiais e Métodos 2.1. Materiais A seguir serão enunciados os materiais a serem utilizados para conclusão do trabalho. - microscópio eletrônico de varredura; - equipamento para ensaio de tração; - micro duzera Vickers; - aço API 5L X70; - solos; - ácido sulfúrico; - hidroxido de cálcio; - cerra de fita; - lichadeira; - baquelite; - lixas para polimento; - Nital a 2%; - água; - forno elétrico; - oléo lubrificante; - oléo para têmpera; - punção; - balança analítica de precisão; - phmetro; - termômetro; - fita metrica; -etc Métodos O método inicial e essencial a esta pesquisa consiste na realização de ensaios de corrosão do solo, em diferentes amostras, para se observar como as variantes físico-químicas interferem no processo de corrosão. Para isto será necessária a leitura do material bibliográfico referente ao tema abordado. A realização de fichamentos da bibliografia estudada bem como a posterior elaboração de um cotejo teórico-conceitual se fazem necessárias para a maior compreensão e estruturação do assunto, permitindo, assim, que os conceitos sejam sistematizados e os dados coletados analisados satisfatoriamente. É importante ressaltar que o teste de corrosão inicial com o metal sem tratamento térmico será realizado apenas para verificar qual dos meios [ácido ou básico] será o mais corrosivo, 3

4 afim de direcionar os ensaios analíticos posteriores. Visando simular a realidade, o ácido e a base utilizados na pesquisa são ácido sulfúrico e hidróxido de cálcio. Através do fluxograma a seguir é possível visualizar as atividades previstas para o desenvolvimento da pesquisa: Figura 1 - Fluxograma da metodologia do trabalho 1. Caracterização dos corpos de prova metálicos 1.1 Pesagem 1.2 Microestrutura 1.3 Ensaios 2. Início do processo de corrosão sem tratamento térmico primeiro ensaio de corrosão 3. Avaliação dos corpos de prova 2.1 Ácido 2.2 Básico 3.1 Pesagem 3.2 Microestrutura 3.3 Ensaios 4. Realização do processo de têmpera e revenimento em diferentes temperaturas em outras amostras 6. 1 Pesagem 6. Avaliação dos corpos de prova 6. 2 Microestrutura 6.3 Ensaios 5. Exposição dos corpos de prova ao ambiente corrosivo mais agressivo testado anteriormente segundo ensaio de corrosão 7. Avaliação da interferência da temperatura de revenimento na corrosão do Aço API 5L X70 em solo quimicamente tratado 8. Início do processo de corrosão utilizando solo com granulometria grosseira, o meio corrosivo mais agressivo (ácido ou básico) e o tratamento térmico mais favoravél para evitar a corrosão metálica terceiro ensaio de corrosão 9. Avaliação dos corpos de prova 10. Avaliação do meio ótimo para evitar a corrosão do Aço API 5L X Pesagem 9. 2 Microestrutura 9.3 Ensaios Durante a realização dos ensaios observar-se-ão, em especial, os seguintes aspectos: a) a interferência de solos ácidos e básicos na corrosão do aço API 5L X70; b) mudanças na microestrutura devido ao tratamento térmico; c) interferência da corrosão na perda de massa e taxa de corrosão; d) relação entre corrosão e tratamento térmico; 4

5 e) influência das propriedades químicas, fisícas e biologicas do solo. Todos os métodos descritos na metodologia culminarão tanto na elaboração do projeto quanto na confecção de artigos que abordará todas as etapas da pesquisa, comparando os resultados experimentais aos elementos descritos nas referências teóricas específicas. 3. Infraestrutura e Recursos Necessários Para a realização desta pesquisa, a análise completa do solo deverá ser realizada para garantia a veracidade dos resultados. A Universidade Federal de Viçosa, possui laboratórios capazes de fazer essa caracterização do solo. Em 2015 quando uma pequena parte desta pesquisa foi realizada, nos fizemos a caracterização química do solo em estudo na UFV. E também tivemos o apoio da Arcelor Mittal de João Monlevade para utilização de equipamentos que não tinhamos no laboratório da Faculdade de Engenharia de João Monlevade-UEMG. Caso a infraestrutura e os recursos necessários a execução dessa pesquisa sejam externos ao programa, eu, o autor deste projeto de pesquisa, me responsabilizo pela disponibilidade dos mesmo. 4. Cronograma de Execução As atividades que serão conduzidas neste projeto de pesquisa foram distribuídas no período de tempo conforme o quadro abaixo. As mesmas terão duração de 24 meses. Figura 2 Cronograma da pesquisa 5. Referências Bibliográficas ABRACO, Associação Brasileira de Concreto

6 CALLISTER, William D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. ED LTC. 8.ed CHIAVERINI, V. Aços e Ferros Fundidos. 7.ed. Associação Brasileira dos Metais, São Paulo, COLPAERT,H. Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns. 3.ed. São Paulo: Editora Edgard Blucher, GENTIL, V. Corrosão. 5.ed. Rio de janeiro: Editora S.A, LOUREIRO, Aline Marta Vasconcelos. Estudo Da Corrosão De Dutos Enterrados Em Solos Contaminados Por Substâncias Químicas. Rio de Janeiro: UFRJ, p. (Dissertação, Mestrado em Ciências). MONTE, Isabel R. D. Caracterização microestrutural do aço API 5L X65 soldado por feixe de életrons com diferentes aportes térmicos. Lorena: Escola de Engenharia de Lonera da Universidade de São Paulo, p. (Dissertação, Mestrado em Engenharia de Materiais). PANOSSIAN, Z. Corrosão e Proteção conta Corrosão em Equipamentos e Estruturas Metálicas.1 ed. São Paulo: Intituto de pesquisas tecnológicas, V.2. REED HILL, Robert E. Princípios de Metalurgia Física. 2. ed. Rio de Janeiro, TOFFOLO, R. V. B. Estudo comparativo dos aços microligados API-5L-X60 e API-5L-X70, usados para confecção de tubos, quanto à tenacidade à fratura. Ouro Preto: Universidade Federal de Ouro Preto, f. (Dissertação, Mestrado em Engenharia de Materiais). 6