Avaliação da suscetibilidade à corrosão sob tensão por CO2 em aços ao carbono de alta resistência através de ensaios de carregamento cíclico de baixa amplitude

Abstract

No Brasil, a exploração e produção (E&P) de petróleo ocorre principalmente na bacia de Santos, região conhecida como pré-sal brasileiro, afastada da costa e localizada em águas ultra profundas. Para viabilizar o escoamento da produção, são utilizados dutos flexíveis, os quais tem como função conectar os poços de produção e injeção às unidades de processamento. Diante dos desafios específicos do pré-sal brasileiro tornam-se cruciais estudos direcionados sobre os limites de utilização dessas armaduras. Ainda, são necessárias novas metodologias de avaliação que proporcionem uma resposta mais rápida e assertiva do comportamento das armaduras de tração visando a qualificação para segura operação dos dutos flexíveis. Este estudo tem como objetivo principal avaliar uma metodologia de avalição da suscetibilidade à corrosão sob tensão por dióxido de carbono (CST-CO2) em aços ao carbono de alta resistência, utilizando ensaios de carregamento cíclico de baixa amplitude. Essa metodologia é amplamente reconhecida para ligas resistentes à corrosão (CRA), que possuem naturalmente uma camada passiva de óxido que protege contra a corrosão. No entanto, a ruptura dessa camada expõe o substrato metálico ao meio agressivo, possibilitando a ocorrência do fenômeno de CST-CO2 nestes materiais. Ao contrário dos CRA, os aços ao carbono das armaduras de tração dos dutos flexíveis, não possuem essa camada passiva natural, porém, no sistema Aço-H2O-CO2, se forma uma camada passiva de siderita (FeCO3), conhecido como principal produto de corrosão desse sistema. Portanto, devido a esse fenômeno de passivação por corrosão, é possível avaliar a suscetibilidade ao CST-CO2 de aços ao carbono de alta resistência com a metodologia de ensaios acelerados de carregamento cíclico de baixa amplitude. Os resultados obtidos dos ensaios acelerados de carregamento cíclico de baixa amplitude como metodologia para avaliação da suscetibilidade à corrosão sob tensão por CO2 (CST-CO2) em aços ao carbono de alta resistência foram válidos, visto que os ensaios acelerados chegaram ao mesmo resultado de trincamento que os ensaios convencionais de flexão a quatro pontos (F4P). Ainda, foi estabelecida a metodologia para o desenvolvimento desses ensaios acelerados que aborda desde a seleção do corpo de prova, até a execução do teste.

In Brazil, oil exploration and production (E&P) takes place mainly in the Santos basin, a region known as the Brazilian pre-salt, far from the coast and located in ultra deep waters. To enable production to flow, flexible pipelines are used to connect the production and injection wells to the processing units. In view of the specific challenges of the Brazilian pre-salt, targeted studies into the limits of use of these reinforcements are crucial. In addition, new evaluation methodologies are needed to provide a faster and more assertive response to the behavior of tensile armors in order to qualify them for the safe operation of flexible pipelines. The main objective of this study is to validate a methodology for assessing susceptibility to carbon dioxide stress corrosion cracking (SCC-CO2) in high-strength carbon steels, using low-amplitude cyclic loading tests. This methodology is widely recognized for corrosion-resistant alloys (CRA), which naturally have a passive oxide layer that protects against corrosion. However, the rupture of this layer exposes the metal substrate to the aggressive environment, allowing the SCC-CO2 phenomenon to occur in these materials. Unlike CRA, the carbon steels used in the tensile armors of flexible pipelines do not have this natural passive layer, but in the steel-H2O-CO2 system, a passive layer of siderite (FeCO3) is formed, which is known as the main corrosion product of this system. Therefore, due to this phenomenon of passivation by corrosion, it is possible to evaluate the susceptibility to SCC-CO2 of high-strength carbon steels using the methodology of accelerated low-amplitude cyclic loading tests. The results obtained were the validation of accelerated low-amplitude cyclic loading tests as a methodology for assessing susceptibility to CO2 stress corrosion cracking (SCC-CO2) in high-strength carbon steels, since the accelerated tests achieved the same cracking results as conventional four-point bending (FPB) tests. In addition, a methodology was established for the development of these accelerated tests, which covers everything from the selection of the specimen to the execution of the test.