Estudo da formação de sigma e sua influência no potencial de pite em solução 0,6M cloreto de sódio do aço UNS S31803 envelhecido a 850 e 900ºC

Abstract

O objetivo deste trabalho compreende o estudo dos mecanismos de formação de sigma no aço UNS S31803 envelhecido a 850ºC e 900ºC, relacionando estas transformações microestruturais ao potencial de pite do em solução 0,6M NaCl material em estudo. Para este estudo foram conduzidos envelhecimentos isotérmicos até 360 horas a 850ºC e 900ºC, bem como ensaios de polarização cíclica em solução 0,6M NaCl. Para as amostras envelhecidas em até 5 minutos de ambas as temperaturas estudadas ocorre o reequilíbrio entre ferrita e austenita na temperatura do envelhecimento, sendo que o valor do potencial de pite não é alterado pela formação de austenita de reequlíbrio. A formação de sigma para as temperaturas em estudo se dá preferencialmente pela nucleação e crescimento a partir da ferrita formando ferrita secundária, empobrecida em cromo. Entretanto, para a temperatura de 900ºC provavelmente a ferrita secundária formada, dependendo do seu empobrecimento em cromo e seu enriquecimento em níquel, podem dar origem à austenita secundária. Contudo, não se pode descartar a formação de sigma pela decomposição eutetóide da ferrita formando austenita secundária, embora os indícios de sua ocorrência não sejam tão evidentes. A partir de 72 horas a 850ºC e 18 horas, observou-se a formação de sigma a partir da austenita quando da total ausência de ferrita. As frações volumétricas de ferrita e austenita se estabilizam a partir de 144 horas a 850ºC a 360 horas a 900ºC. De acordo com o modelo de Johnson-Mehl-Avrami (J-M-A), o estudo da cinética de precipitação de sigma confirma a mudança no mecanismo que controla a formação de sigma com o aumento do tempo do envelhecimento. Para ambas temperaturas poderia ocorrer inicialmente a nucleação de sigma em contorno de grão de ferrita e/ou nos pontos triplos do materila após a saturação, além do crescimento a partir de pequenas dimensões com diminuição na taxa de nucleação. Após este processo ocorreria o crescimento destes núcleos com volume inicial apreciável, ou o espessamento das partículas formadas. Foram registradas oscilações nos valores de potencial de pite das amostras, que podem estar relacionadas ao início da formação de ferrita e austenita secundárias, empobrecidas em cromo. Após o início das dispersões nos valores de potenciaisde pite, estes voltam a se elevar, possivelmente em decorrência da redistribuição de cromo nas regiões empobrecidas neste elemento. Observou-se também que a mudança no mecanismo de formação de sigma nucleação para crescimento de sigma, após 1 e 2 horas respectivamente para as temperaturas de envelhecimento de 850ºC e 900ºC, provoca a queda nos valores de potencial de pite que com o crescimento de sigma provavelmente ocorre um aumento nas regiões empobrecidas de cromo e molibdênio. Após a ausência de ferrita, ocorre a redistribuição de cromo entre as austenita original e secundária fazendo com que haja uma redução no teor de cromo na austenita dificultando a restituição da passividade. Os pites encontrados no aço UNS S31803 envelhecido após polarização cíclica em solução em 0,6M NaCl guardam relação com a microestrutura do material, sendo que estes se formaram preferencialmente em áreas empobrecidas em cromo e molibdênio como austenita e ferrita secundárias, tendo como mecanismo de crescimento de pites a corrosão seletiva das regiões empobrecidas em cromo e molibdênio

The aim of this work is the study of the mechanisms of sigma phase formation in a UNS S31803 duplex stainless steel aged in 850 and 900ºC, and their relation to the pitting potential. For this study isothermal aging were conducted for periods up to 360 hours at 850 and 900ºC, and cyclic polarization tests in 0.6 M NaCl solution. In the samples aged until 5 minutes for, both studied temperatures, occurs the ferrite/austenite re-equilibrium in the aging temperature; however the pitting potential were not altered by formation of re-equilibrium austenite. Sigma phase formation in the studied temperatures occurs preferentially by the nucleation and growth from ferrite, forming secondary ferrite, improverished in chromium and molybdenum. However, at 900ºC this secondary ferrite, depending of this improverishment in chromium and enrichment in nickel, would be able to originate secondary austenite. Nevertheless, sigma formation by the eutectoid decomposition of ferrite, forming secondaryautenite can not be neglected, although its occurrence is not so evident. From 72 hours at 850ºC and 18 hours at 900ºC, sigma phase is formed from austenite, in the absence of ferrite. The volumetric fractions of ferrite and austenite are stabilized from 144 hours at 850ºC and 360 hours at 900ºC. According to the Johnson-Mehl-Avrami (J-M-A) model, the study of the precipitation kinetics of sigma phase formation confirms the change in mechanism of sigma phase formation. For both temperatures initially occurs sigma phase formation in the grain boundaries or in the grain edges of the materials after saturation, and growth of these particles of small dimensions with decreasing nucleation rates. After this process, occurs both the growth of those nuclei and thickening of the sigma particles. Oscillations in the pitting potential values of the samples were noted, and may be related to the beginning of the secondary ferrite and austenite formation, impoverished in chromium. After the initial oscilations, the pitting potential values return to the initial values, probably in consequence of the chromium redistribution at the improverished regions. The change in sigma phase formation mechanism from nucleation to growth after 1 hour at 850ºC and 2 hours at 900ºC, induces the decrease of pitting potential values, because of the increase of impoverished regions. In the abscence of ferrite, occurs the redistribution of chromium between original and secondary austenite, promoting the reduction of the total chromium content of austenite, difficulting the passivity restitution. The pits observed after the cyclic polarization tests are related to the microstrutucture of the material, formed mainly in impoverished areas like secondary ferrite and austenite. The amin growth mechanism of the pitting growth is the selective corrosion of impoverished areas