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CO2 corrosion of high strength steel wires in the annulus of flexible pipes

dc.contributor.advisorGomes, José Antônio da Cunha Ponciano
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/9490312100572373pt_BR
dc.contributor.referee1Costa, Marysilvia Ferreira da
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7399947651945314pt_BR
dc.contributor.referee2Tavares, Sérgio Souto Maior
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/4320367144812616pt_BR
dc.contributor.referee3Paes, Marcelo Torres Piza
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/0148916978758197pt_BR
dc.contributor.referee4Seiersten, Marion Elisabeth
dc.creatorCampos, Tatiane Seixas
dc.creator.LattesTatiane Seixas Campospt_BR
dc.date.accessioned2026-02-09T18:28:11Z
dc.date.available2026-05-16T03:08:58Z
dc.date.issued2022-05
dc.description.abstractCorrosion of carbon steel may occur at near neutral pH in deoxygenated solutions with high bicarbonate concentration when the corrosion reaction produces elemental hydrogen. Such conditions are encountered in the annulus of flexible pipes when it contains water with dissolved CO2, which produces high concentration of ferrous ion (Fe2+) and bicarbonate (HCO3-). The objective of the present study was to investigate if high levels of Fe2+ and HCO3- can persist for the time required to induce SCC in armor wire steels. It implies that the nucleation and growth of siderite (FeCO3) is so slow that the solution remains supersaturated for several days. The role of surface finishing and cathodic areas composed of cementite were also evaluated, as well as the salinity, temperature, and pCO2. The results show that, at temperatures lower than 40 °C and CO2 partial pressure of 5 to 10 kPa, the saturation ratio (SR) of siderite can persist at values much higher than 1 and maintain a near neutral pH for several hundred hours. The uniform corrosion rate of armor wire steel is low if pH soon achieves near neutral range. The siderite forms a layer on the steel surface and the cathodic reaction becomes limited by diffusion through it. The corrosion rate increases with increasing salt content and exposed cementite, being even more pronounced at 25 °C. In such cases, siderite could not completely inhibit localized corrosion, which may be a great site for SCC cracks to start. That is related with a join action of the higher solubility of siderite and the effect of ion chloride. At 25°C and brine, the pCO2 is the main parameter to concern in active surfaces of armor steels.pt_BR
dc.description.resumoA corrosão do aço carbono pode ocorrer em pH próximo do neutro em soluções desoxigenadas com alta concentração de íon bicarbonato quando há redução de hidrogênio atômico. Tais condições são encontradas no espaço anular de dutos flexíveis com água e CO2 dissolvido, que produz alta concentração de íon ferroso (Fe2+) e bicarbonato (HCO3-). O objetivo deste estudo foi investigar se altos níveis de Fe2+ e HCO3- podem persistir a ponto de induzir corrosão sob tensão (CST) em aços de armadura. Isso implica que a nucleação e o crescimento da siderita (FeCO3) são tão lentos que a solução permanece supersaturada por vários dias. O papel do acabamento superficial e das áreas catódicas compostas por cementita também foram avaliados, assim como a salinidade, temperatura e pCO2. Os resultados mostram que, abaixo de 40 °C e pCO2 de 5 a 10 kPa, a razão de saturação (SR) da siderita pode persistir em valores muito superiores a 1 e manter pH próximo da neutralidade por várias centenas de horas. No entanto, a taxa de corrosão uniforme do aço de arame é baixa se o pH logo atingir a faixa neutra. A siderita forma uma camada na superfície do aço e a reação catódica torna-se limitada pela difusão. A taxa de corrosão aumenta com o aumento do teor de sal e cementita exposta, sendo ainda mais pronunciada a 25 °C. Nesses casos, a siderita não pode inibir completamente a corrosão localizada, o que pode ser um local de início de CST. Isso está relacionado com uma ação conjunta da maior solubilidade da siderita e o efeito do íon cloreto. A 25°C e salmoura, a pCO2 é o principal parâmetro a ser considerado em superfícies ativas das armaduras de aço.pt_BR
dc.embargo.termsabertopt_BR
dc.identifier.citationCAMPOS, Tatiane Seixas. CO2 corrosion of high strength steel wires in the annulus of flexible pipes. 2022. 98 f. Tese (Doutorado) - Curso de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica e de Materiais, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2022.pt_BR
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11422/28417
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio de Janeiropt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentInstituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenhariapt_BR
dc.publisher.initialsUFRJpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica e de Materiaispt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectCorrosão por CO2pt_BR
dc.subjectDutos flexíveispt_BR
dc.subjectEspaço anularpt_BR
dc.subjectSideritapt_BR
dc.subjectpH próximo ao neutropt_BR
dc.subjectCorrosão do aço carbonopt_BR
dc.subjectDutos flexíveispt_BR
dc.subjectCorrosão sob tensão (CST)pt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA DE TRANSFORMACAO::TRATAMENTO TERMICOS, MECANICOS E QUIMICOSpt_BR
dc.titleCO2 corrosion of high strength steel wires in the annulus of flexible pipespt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR

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