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Título: Efeito do hidrogênio na propagação de trincas no aço 2 1/4 Cr-1 Mo utilizado em reatores de hidroprocessamento
Título em inglês: Effect of Hydrogen on Crack Propagation in Steel 2 ¼ Cr-1% Mo Used in Hydroprocessing Reactors
Autor(es): Bezerra, Alexandre Campos
Orientador(es): Deus, Ênio Pontes de
Palavras-chave: Ciência dos materiais
Mecânica da fratura
Processos de transformação
Degradação de materiais
Data do documento: Ago-2002
Citação: BEZERRA, A. C. (2002)
Resumo: Os reatores de hidroprocessamento utilizados em refinarias de petróleo são, geralmente, compostos de um metal de base revestido com dupla camada de aço inoxidável austenítico. Estes materiais têm diferentes propriedades termo-elásticas, que causam elevadas tensões de revestimento durante o desligamento do reator, podendo levar à nucleação e propagação de trincas. Além disso, a parede do reator está sujeita a um ambiente corrosivo, rico em hidrogênio, a alta pressão e temperatura. Desta forma, existe a possibilidade de fragilização por hidrogênio, o que causaria uma redução da ductilidade, da intensidade de tensão limite para propagação de trincas e do tempo de falha do material. Para um melhor estudo destes problemas, o trabalho foi dividido em duas partes: simulação computacional da parede do reator e ensaios experimentais. Primeiramente, foi realizada uma simulação computacional da parede de um reator de hidroprocessamento típico, composto pelo metal de base 21/4Cr-1Mo (ASTM A387 Grau 22 Classe 2) e dupla camada de revestimento de aço inoxidável da tipo 309 (amanteigamento) e 347. Esta simulação mostrou, através da distribuição de tensões ao longo da parede do reator, com e sem a presença de trinca, a potencialidade das tensões térmicas de revestimento em propagar trincas. Na parte experimental, o aço em estudo (21/4Cr-1Mo) foi caracterizado no estado hidrogenado e comparado com os resultados obtidos para o estado não-hidrogenado. Além disso, a fragilização por hidrogênio foi quantificada por meio da determinação da tenacidade à fratura do material, nos dois estados, através do uso da integral-J. Os resultados computacionais comprovaram a alta probabilidade de uma trinca de revestimento chegar na interface com o metal de base após alguns ciclos liga-desliga. No entanto, possivelmente esta trinca lá permaneceria plastificada. Já os resultados experimentais confirmaram a alta suscetibilidade à fragilização por hidrogênio do material em estudo.
Abstract: The hydroprocessing reactors used in petroleum refineries are usually composed of a base metal coated with a double layer of austenitic stainless steel. These materials have different thermo-elastic properties that cause high stress coating during shutdown of the reactor, leading to nucleation and propagation of cracks. Furthermore, the wall of the reactor is subject to a corrosive environment, hydrogen-rich, high pressure and temperature. Thus, there is the possibility of hydrogen embrittlement, which would reduce the ductility, the stress intensity threshold for the propagation of cracks and the failure time of the material. For a better study of these problems, the work was divided into two parts: computer simulation of the reactor wall and experimental. First, we conducted a computer simulation of the wall of a typical hydroprocessing reactor, comprising the base metal 21/4Cr-1Mo (ASTM A387 grade 22 Class 2) and double layer coating of stainless steel type 309 (buttering) and 347 . This simulation showed by the stress distribution along the wall of the reactor, with and without the presence of a crack, the potential of the thermal stress cracks spread coating. In the experimental part, the steel under study (21/4Cr-1Mo) was hydrogenated in the state characterized and compared with results obtained for the non-hydrogenated state. Furthermore, the hydrogen embrittlement was quantified by determining the fracture toughness of the material, in both states, through the use of J-integral. The computational results confirmed the high probability of a crack reaching the interface coating with the base metal after a few cycles on-off. However, there remain possibly this crack plasticized. Since the experimental results confirm the high susceptibility to hydrogen embrittlement of the material under study.
Descrição: BEZERRA, A. C. Efeito do hidrogênio na propagação de trincas no aço 2 1/4 Cr-1 Mo utilizado em reatores de hidroprocessamento. 2002. 87 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Materiais) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2002.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/2428
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