Assessment of corrosion-fatigue degradation of grade R4 steel sing an electrochemical-mechanical combined approach

Abstract

O estudo trata do efeito combinado de carregamentos mecânicos cíclicos em ambiente corrosivo no aço grau R4. Este material é comumente empregado na produção de correntes de amarração das Unidades Flutuantes de Produção, Armazenamento e Transferência (FPSO). Ensaios de fadiga sob corrosão controlados por tensão foram realizados em água do mar artificial (3,5 p.% de NaCl). Uma célula de corrosão foi desenvolvida para esta finalidade. Carregamentos completamente alternados (R = −1) e na presença de carga média (R = 0, 1) foram utilizados nos experimentos. Testes de fadiga em ar e testes de imersão pura também foram realizados para fins comparativos. Os resultados mostraram uma aceleração da falha causada pelo ambiente corrosivo quando comparada à fadiga em ar. O efeito do ambiente corrosivo se torna mais severo para amplitudes de tensão mecânica menores. Medições periódicas do potencial de corrosão foram realizadas durante os experimentos e os sinais adquiridos foram correlacionados com o nível de degradação do corpo de prova. Esta técnica se mostrou eficaz na detecção de fenômenos importantes, como a formação de pites e iniciação de trincas. Medições de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS) foram realizadas para avaliar a evolução do sistema eletroquímico durante os testes de fadiga sob corrosão e os resultados foram comparados com corpos de prova em imersão pura. Os corpos de prova também foram examinados em Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) e em microscópio confocal. A degradação da superfície lateral dos corpos de prova pelo efeito da corrosão foi avaliada usando a fração de área corroída como parâmetro. A partir da análise de microscópio, constatou-se que a aplicação de carga mecânica combinada com a exposição ao ambiente salino gera uma fração de área corroída maior em relação às amostras em imersão pura, destacando a natureza sinérgica da fadiga sob corrosão. Uma grande densidade de microfissuras e pites foi observada para as menores cargas de fadiga, enquanto poucos pites e grandes trincas secundárias foram identificados para as maiores amplitudes de tensão. Assim, a falha do aço grau R4 em ambiente salino pôde ser dividida em dois regimes: um dominado por efeitos eletroquímicos, observado para menores amplitudes de tensão, e outro dominado por efeitos mecânicos, observado em maiores amplitudes de tensão.