Estudos eletroquímicos e de erosão por impacto de areia seca em aço carbono

Scientific Reports volume 5, Número do artigo: 16583 (2015) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Este estudo investigou a erosão seca e aquosa de aço doce usando técnicas eletroquímicas e de impacto de areia seca. Em experimentos de impacto de areia seca, o aço macio foi erodido com partículas de areia de 45 μm e 150 μm. Microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios-X de energia dispersiva (EDX) e técnicas de microdureza foram usadas para elaborar a morfologia da superfície das amostras erodidas. Os resultados revelaram mudança significativa na morfologia das amostras erodidas. A análise aprofundada mostrou que, embora a erosão do metal devido a partículas maiores fosse significativamente maior, os finos também danificavam notavelmente a superfície do metal. Os danos superficiais foram consideravelmente reduzidos com a diminuição do ângulo de impacto das partículas aceleradas. Os danos máximos foram observados em um ângulo de impacto de 90°. A dureza das amostras tratadas com areia de 45 μm e 150 μm permaneceram na faixa de 88,34 a 102,31 VHN e 87,7 a 97,55 VHN, respectivamente. Em experimentos eletroquímicos, uma sonda de eletrodo triplo foi adicionada ao processo de tratamento de metal. As medições de resistência de polarização linear (LPR) foram realizadas em pastas contendo 5% (em peso) de partículas de areia. O LPR das amostras tratadas com pastas de areia de 45 μm e 150 μm foi calculado em torno de 949 Ω.cm2 e 809 Ω.cm2, respectivamente.

A erosão é geralmente definida como a perda de material da superfície metálica ao ser impactada por um fluido que escoa e carrega minúsculas partículas sólidas com uma sequência de ações mecânicas1,2. A relação entre diferentes definições de erosão, na verdade, refere-se à erosão de metais por vários mecanismos prejudiciais. São muitos os casos em que acidentes com vazamentos acontecem devido à erosão de metais causada por areia grossa e finos nas indústrias de petróleo e gás2,3. Alguns casos resultam em fatalidade devido ao vazamento de gás natural altamente pressurizado das linhas de fluxo de produção, o que pode causar explosões conforme ilustrado na Fig. 1.

Falha causada por erosão por impacto de areia do aço doce.

O petróleo e o gás extraídos do poço estão inevitavelmente poluídos com areia e outras partículas sólidas. Os detritos indesejados são a principal fonte de vários problemas de seguro de fluxo na indústria de petróleo e gás. Danos nas conexões e tubulações também são consequências da erosão por impacto de areia. Se a erosão não for devidamente prevista, monitorada e controlada, pode prejudicar todo o processo produtivo. Em alguns casos, pode causar o desligamento do processo por um longo período de tempo. Portanto, é importante entender e prever a erosão por impacto de areia para proteção adequada de dutos e equipamentos contra seus perigos potenciais3.

O processo de erosão é ainda classificado em erosão aquosa e erosão aquosa. Este estudo trata de processos erosivos secos e aquosos. A erosão aquosa envolve a remoção do material por colapso de bolhas ou impacto de partículas líquidas/sólidas. No presente caso, a erosão do aço macio em 5% em peso de pasta de areia e ambiente de impacto de areia seca foi realizada com dois tamanhos de partícula. É importante mencionar que a erosão costuma atingir seu extremo na presença da areia no fluido. A lama ou erosão aquosa também é um problema importante em hidroturbinas e outras máquinas de fluidos, onde partículas sólidas erodidas arrastadas no fluido colidem com a superfície do metal para causar sua degradação3,4.

Uma reação eletroquímica deteriora a superfície do material através da erosão e corrosão, enquanto a força mecânica das partículas sólidas danifica a superfície através da erosão. Em um meio aquoso ou lama, a taxa da reação eletroquímica para o material passivo é relativamente menor do que o fluxo de corrente que transporta as partículas sólidas5. Os fluidos que fluem podem deteriorar as camadas passivas total ou parcialmente. No entanto, a erosão superficial depende essencialmente da velocidade das partículas sólidas, ângulo de impacto, resistência mecânica e agudeza das partículas envolvidas no processo. A quebra dos filmes passivos causa a despassivação da superfície, conseqüentemente a velocidade da reação eletroquímica aumenta por conta da repassivação e da dissolução metálica. No entanto, períodos de impacto muito curtos e deformações altamente localizadas podem levar a um fenômeno de impacto complicado3,4,5.