Supermartensitic stainles steels (SMSS's) are a new generation of martensitic steels that have been increasingly used in oil and gas applications due to their adequate corrosion resistance and mechanical properties. In the present study, SMSS specimens (UNS S41425) were solution heat treated and air cooled followed by plasma nitriding and nitrocarburising at 400, 450 and 500°C for 5h. The produced layers were characterized by optical microscopy, microhardness testing, X-ray diffraction and corrosion testing in NaCl 3.5% solution. Surface alloying with nitrogen or both nitrogen and carbon results in increased surface hardness and homogeneous layers in which layer thickness increases with temperature. However, plasma nitriding yields a slightly thicker case than nitrocarburising. X-ray diffraction indicates very broad and overlapped peaks for the treatments conducted at 400°C. Increasing treatment temperature appears to result in the formation of chromium nitrides and iron nitrides and carbides, depending on the treatment. It was also found that treatment temperature drastically affects the corrosion response of the steel. The untreated steel presented a pitting potential close to 250mV. Plasma nitriding at 400°C was the only condition in which significant improvement of corrosion is observed. For plasma nitriding and nitrocarburising at 450 and 500°C, some pitting was detected.

A nitretação por plasma consiste num tratamento efetivo para o aumento das durezas superficiais dos aços inoxidáveis, podendo ser realizada em temperaturas inferiores às usadas nos processos convencionais, evitando-se assim, a formação de nitretos de cromo, que prejudicariam a resistência à corrosão do material. Os aços inoxidáveis endurecíveis por precipitação foram desenvolvidos após a Segunda Guerra Mundial em decorrência das necessidades da indústria aeroespacial, que necessitava de materiais resistentes à corrosão em temperaturas mais elevadas. Nesse trabalho, foi produzido um aço inoxidável endurecível por precipitação com uso de Nb e um aço comercial PH 13-8Mo endurecível por precipitados à base de Cu, para fins de comparação em termos de produção de camadas nitretadas e de resistências ao desgaste abrasivo. O Nb mostrou-se um eficiente formador de precipitados endurecedores do aço, com o pico de dureza ocorrendo em poucos minutos de tratamento. Nos dois aços, obtiveram-se camadas nitretadas com boa uniformidade. A resistência ao desgaste do aço com Nb nitretado foi muito superior à do aço PH 13-8Mo também nitretado.

Plasma nitriding is an effective treatment to increase the surface hardness of stainless steel and may be performed in temperatures below those used in conventional nitriding procedures, thereby avoiding the formation of chromium nitrides that would deteriorate the corrosion resistance of the material. The precipitation hardened stainless steels were developed after the Second World War as a result of the needs of the aerospace industry, which needed materials resistant to corrosion at higher temperatures. In this research, a precipitation hardening Nb stainless steel and a PH 13-8Mo precipitation hardened stainless steels with Cu were produced, for purposes of comparison in terms of the production of nitrided layers and abrasive wear resistances. Nb proved to be an effective hardening precipitate former, with the hardness peak occurring within minutes of treatment. In both steels, nitrided layers with good uniformity were obtained. The wear resistance of the nitrided Nb steel was much higher than that presented by the PH 13-8Mo nitrided steel.

Entre as técnicas utilizadas no melhoramento de desempenho de materiais, a deposição na superfície de componentes pode ser eficaz para recuperação de elementos desgastados. Os processos de aspersão térmica, devido a sua versatilidade, quanto à aplicação, tipos de camadas e espessuras, constituem-se numa forma bastante adequada na obtenção de camadas de elevada dureza para proteção ou reparo do componente base, sendo possível revestir substratos metálicos com polímeros, metais ou cerâmicas. Entre esses processos, destacam-se: HVOF (High Velocity Oxygen Fuel), Arc-spray (arco elétrico) e Flame-spray (chama-pó). A seleção de um aço inoxidável, para aplicação, envolve algumas considerações como resistência à corrosão da liga, propriedades mecânicas, fabricabilidade e custo. Nesse trabalho foram usadas amostras do aço AISI 1045, revestidas, com aço inoxidável AISI 420, por meio das técnicas de Arc-Spray, HVOF e Flame-Spray, para o estudo comparativo de suas resistências à corrosão em água do mar, visando à produção de peças de menor custo, em comparação com peças maciças desse aço. Os melhores desempenhos em termos de dureza, porosidade e resistência à corrosão ocorreram na seguinte seqüência crescente: Flame-Spray, Arc-Spray, e HVOF.

Among the techniques used to improve materials performance, deposition on the surface of components is a proper way of recovering worn elements. Thermal spraying processes were developed during the last few years and they are a very suitable method to obtain layers with high hardness for protecting or repairing the base component. Employing these processes, it is possible to overlay metallic substrates with polymers, metals and ceramics. Among these processes are: HVOF, Arc-Spray and Flame-Spray. The selection of a particular type of stainless steel for an application involves some considerations, as the corrosion resistance of the alloy, mechanical properties, manufacture feasibility and cost. In this work, used were samples of AISI 1045 steel, coated with stainless steel AISI 420, using the techniques of Arc-Spray, HVOF and Flame-Spray for the comparative study of their corrosion resistance in sea water, aimed at producing low-cost alternative pieces, compared with massive pieces of steel. The best performances in terms of hardness, porosity levels and corrosion resistance of the layers occurred in the following sequence growing: Flame-Spray, Arc-Spray, and HVOF.

Os aços inoxidáveis endurecíveis por precipitação foram desenvolvidos a partir de 1945, em decorrência das necessidades da indústria aeroespacial em termos da disponibilidade de aços com resistência mecânica e à corrosão, em temperaturas mais elevadas, superiores às dos aços inoxidáveis tradicionais, aliadas à facilidade de soldagem. Esses aços apresentam microestruturas martensíticas do tipo substitucional, endurecidas posteriormente por precipitados. Nesse trabalho, foram produzidos dois aços com composições alternativas usando o Nb como formador de precipitados, bem como um aço PH13-8Mo para efeito de comparação, em termos de resistências mecânica e à corrosão. O Aço 1 apresentou resistência à corrosão semelhante à do aço PH13-8Mo e o Aço 2 apresentou resistência mecânica próxima à do aço PH13-8Mo.

Precipitate-hardened stainless steel was developed in 1945 as a consequence of the aerospace industry’s need for a high-strength steel that would be resistant to corrosion at high temperatures, and easily welded exceeding the properties of conventional stainless steel. This steel possesses substitutional martensitic microstructures that can afterwards be hardened by precipitation. For this research, two types of steel with alternative compositions were produced by using Nb as a precipitate producer, and PH13-8Mo steel for comparison purposes in terms of mechanical and corrosive resistance. Steel 1 showed corrosive resistance similar to PH13-8Mo and Steel 2 presented mechanical resistance close to that of PH13-8Mo.

Os aços inoxidáveis supermartensíticos (SMSS) são usados em ambientes agressivos devido à sua boa soldabilidade, boas propriedades mecânicas em temperaturas elevadas e superior resistência à corrosão sob tensão. Aplicações na exploração de petróleo demandam superior combinação de propriedades e os aços inoxidáveis duplex e superduplex têm sido aplicados nessa área, a despeito de seus custos elevados. Os SMSS consistem numa alternativa técnica e econômica ao uso daqueles aços. Nesse trabalho, adições de Nb e Ti foram realizadas com o intuito de minimizar o efeito de sensitização, promover o refino de grãos e foram estudados os aspectos microestruturais e a resistência à corrosão por pites em água do mar. A formação e a evolução dos pites foram acompanhadas por ensaios de corrosão, microscopia óptica e eletrônica, focalizando suas morfologias. O aço com Ti apresentou o melhor desempenho quanto à corrosão, com o maior potencial de corrosão e menor potencial de pite entre os aços em estudo. O aço com Nb, apesar de apresentar potencial de corrosão superior ao do aço sem adição, teve um potencial de pite inferior ao do mesmo.

Supermartensitic stainless steel (SMSS) is increasingly used in harsh environments due to its good weldability and mechanical properties at higher temperatures and high resistance to corrosion under stress. Applications in oil exploration demand a superior combination of properties and duplex and superduplex stainless steels have been widely applied in this area, despite their high costs. SMSS provides a technical and economical alternative for these steels. In this research, additions of Nb and Ti were made in order to minimize the sensitization effect and to promote grain refinement, studying the microstructural aspects and the pitting corrosion resistance in seawater. Pitting formation and evolution were accompanied by corrosion testing, optical and electronic microscopy. The Ti alloyed steel showed the best corrosion performance, with the greatest corrosion potential and the lowest pitting potential. The steel with Nb addition presented a higher corrosion potential than that of the steel without additions but had a lower pitting potential.

A dureza e, conseqüentemente, a resistência ao desgaste dos aços inoxidáveis austeníticos podem ser acentuadamente aumentadas, sem perdas na resistência à corrosão, com a produção de camadas superficiais pelo tratamento de nitrocementação por plasma. Nesse trabalho, foram nitrocementadas por plasma, na temperatura de 450°C, amostras do aço AISI 316L. As camadas obtidas foram caracterizadas por meio de ensaios micrográficos, de microdureza e de microdesgaste. A camada produzida constituiu-se de duas regiões, sendo a mais externa constituída de nitrocarbonetos de cromo e, abaixo dela, verificou-se a presença de austenita expandida, rica em nitrogênio, com dureza próxima a 850HV. A espessura média total da camada foi de, aproximadamente, 40µm. Sua resistência ao desgaste foi muito superior à do substrato.

Hardness and consequently wear resistance of austenitic stainless steel can be highly increased, without losing corrosion resistance, by plasma nitrocarburizing surface treatment. In this re-search, an AISI 316L stainless steel was plasma nitrocarburized at 450°C, and the obtained layers were characterized by optical microscopy, microhardness and micro-wear tests. It was verified that the layer is composed of chromium nitrides precipitates and beneath them, a nitrogen rich expanded austenite, with hardness around 850HV. The total average thickness of the layer was about 40µm and presented good uniformity. The wear resistance of the layer was much higher than that of the substrate.