Corrosão
Corrosão é um fator crucial na escolha de materiais para qualquer planta industrial ou máquina, pois o material selecionado deve resistir aos diversos tipos de corrosão a que será exposto. Este artigo aborda os diferentes tipos de corrosão e seus efeitos sobre os metais.
Corrosão é a deterioração de um material devido à interação com seu ambiente. É o processo no qual átomos metálicos deixam o metal ou formam compostos na presença de água e gases. Todos os metais e ligas estão sujeitos à corrosão. Mesmo os metais nobres, como o ouro, podem sofrer ataques corrosivos em certos ambientes.
A corrosão dos metais é um processo natural. A maioria dos metais não é termodinamicamente estável em sua forma metálica; eles tendem a corroer e retornar às formas mais estáveis, geralmente encontradas em minérios, como óxidos. Embora essa corrosão não possa ser eliminada, ela pode ser controlada.
Corrosão Geral
Corrosão geral envolvendo água e aço geralmente resulta de uma reação química onde a superfície do aço oxida, formando óxido de ferro (ferrugem). A maioria dos componentes em plantas industriais é feita de alguma forma de ferro ou aço (uma liga à base de ferro), então a corrosão geral é de alta importância.
Alguns métodos padrão associados à seleção de materiais que protegem contra a corrosão geral incluem:
- O uso de materiais resistentes à corrosão, como aço inoxidável, níquel, cromo e ligas de molibdênio. Nota: Lembre-se de que a corrosão é de natureza eletroquímica, e a resistência à corrosão dos aços inoxidáveis resulta de filmes de óxido de superfície que interferem no processo eletroquímico.
- O uso de revestimentos protetores, como tintas e epóxis.
- A aplicação de revestimentos metálicos e não metálicos ou revestimentos na superfície, que protegem contra a corrosão, mas permitem que o material mantenha sua resistência estrutural (por exemplo, um vaso de pressão de aço carbono com revestimento de aço inoxidável como revestimento interno).
Corrosão Galvânica
Corrosão galvânica ocorre quando dois metais dissimilares com potenciais elétricos diferentes estão em contato elétrico entre si em um eletrólito. Uma diferença de potencial elétrico existe entre os diferentes metais e serve como força motriz para o fluxo de corrente elétrica através do corrosivo ou eletrólito; essa corrente resulta na corrosão de um dos metais. Quanto maior a diferença de potencial, maior a probabilidade de corrosão galvânica. A corrosão galvânica causa deterioração apenas de um dos metais. O metal menos resistente, mais ativo, torna-se o ânodo (negativo) do local de corrosão. O metal mais forte, mais nobre, é catódico (positivo) e protegido. Se não houvesse contato elétrico, os dois metais seriam atacados uniformemente pelo meio corrosivo e isso seria então chamado de corrosão geral.
Tabelas de diferença de potencial elétrico foram criadas que organizam os metais sequencialmente do mais ativo, ou menos nobre, ao passivo, ou mais nobre.
A corrosão galvânica é de particular preocupação no design e seleção de materiais. A seleção de materiais é importante porque diferentes metais podem entrar em contato entre si e formar células galvânicas. O design é importante para minimizar condições de fluxo diferentes e áreas resultantes de acúmulo de corrosão.
Em alguns casos, a corrosão galvânica pode ser útil. Por exemplo, se peças de zinco forem anexadas ao fundo de um tanque de água de aço, o zinco se tornará o ânodo e corroerá. O aço no tanque se tornará o cátodo e não será afetado pela corrosão. Essa técnica é conhecida como proteção catódica. O metal a ser protegido é forçado a se tornar um cátodo e corroerá a uma taxa muito mais lenta do que o outro metal, que é usado como ânodo de sacrifício.
Corrosão Localizada
Corrosão localizada é definida como a remoção seletiva de metal por corrosão em pequenas áreas ou zonas em uma superfície metálica em contato com um ambiente corrosivo, geralmente um líquido. Geralmente ocorre quando pequenos locais são atacados a uma taxa muito maior do que o restante da superfície original. A corrosão localizada ocorre quando a corrosão trabalha com outros processos destrutivos, como tensão, fadiga, erosão e outras formas de ataque químico. Os mecanismos de corrosão localizada podem causar mais danos do que qualquer um desses processos destrutivos individualmente. Existem muitos tipos diferentes de corrosão localizada. Corrosão por pites, trincas por corrosão sob tensão, corrosão por cloretos, corrosão cáustica, corrosão primária, amassamento de tubos de trocadores de calor, desgaste e corrosão por ataque intergranular, para citar apenas alguns.
Trincas por Corrosão Sob Tensão
Um dos problemas metalúrgicos mais sérios e que é uma grande preocupação na indústria de geração de energia é a trinca por corrosão sob tensão (SCC). SCC é um tipo de corrosão por ataque intergranular que ocorre nos limites dos grãos sob tensão de tração. Tende a se propagar à medida que a tensão abre trincas que estão sujeitas à corrosão, que são então corroídas ainda mais, enfraquecendo o metal por mais trincas. As trincas podem seguir caminhos intergranulares ou transgranulares, e há frequentemente uma tendência para ramificação das trincas.
As trincas se formam e se propagam aproximadamente em ângulos retos à direção das tensões de tração em níveis de tensão muito mais baixos do que aqueles necessários para fraturar o material na ausência do ambiente corrosivo. À medida que a trinca penetra mais no material, eventualmente reduz a seção transversal de suporte do material ao ponto de falha estrutural por sobrecarga.
As tensões que causam trincas surgem de trabalho a frio residual, soldagem, moagem, tratamento térmico ou tensões aplicadas durante o serviço; a tensão aplicada deve ser de tração (em oposição à compressão).
SCC ocorre em metais expostos a um ambiente onde, se a tensão não estivesse presente ou estivesse em níveis muito mais baixos, não haveria dano. Se a estrutura, sujeita às mesmas tensões, estivesse em um ambiente diferente (não corrosivo para aquele material), não haveria falha. Exemplos de SCC na indústria de geração de energia são trincas em sistemas de tubulação de aço inoxidável e hastes de válvulas de aço inoxidável.
Os meios mais eficazes de prevenir SCC são:
- Projeto adequado.
- Redução de tensão.
- Remoção de espécies ambientais críticas, como hidróxidos, cloretos e oxigênio.
- Evitar áreas estagnadas e fendas em trocadores de calor onde cloretos e hidróxidos possam se concentrar.
Aços de baixa liga são menos suscetíveis a SCC do que aços de alta liga, mas estão sujeitos a SCC em água contendo íons de cloreto. Ligas à base de níquel, no entanto, não são afetadas por íons de cloreto ou hidróxido.
Um exemplo de uma liga à base de níquel que é resistente à trinca por corrosão sob tensão é o Inconel. O Inconel é composto por 72% de níquel, 14-17% de cromo, 6-10% de ferro e pequenas quantidades de manganês, carbono e cobre.
Corrosão por Cloretos
Corrosão por cloretos é um tipo de corrosão intergranular e ocorre em aço inoxidável austenítico sob tensão de tração na presença de oxigênio, íons de cloreto e alta temperatura.
Acredita-se que comece com depósitos de carboneto de cromo ao longo dos limites dos grãos que deixam o metal aberto à corrosão. Esta forma de corrosão é controlada mantendo baixo teor de íons de cloreto e oxigênio no ambiente e uso de aços de baixo carbono.
Corrosão Cáustica
Apesar da extensa qualificação do Inconel para aplicações específicas, uma série de problemas de corrosão surgiram com tubos de Inconel. A resistência melhorada à trinca por corrosão cáustica pode ser dada ao Inconel por tratamento térmico a 620°C a 705°C, dependendo da temperatura de tratamento de solução anterior, mas outros problemas que foram observados com o Inconel incluem desgaste, amassamento de tubos, corrosão por pites e ataque intergranular.
Resumo
As informações importantes nesta seção são resumidas abaixo:
Resumo da Corrosão
- Corrosão é a deterioração natural de um metal em que átomos metálicos deixam o metal ou formam compostos na presença de água ou gases. A corrosão geral pode ser minimizada pelo uso de materiais resistentes à corrosão e pela adição de revestimentos e revestimentos protetores.
- Corrosão galvânica ocorre quando metais dissimilares existem em diferentes potenciais elétricos na presença de um eletrólito. A corrosão galvânica pode ser reduzida pelo design cuidadoso e seleção de materiais, e pelo uso de ânodos de sacrifício.
- Corrosão localizada pode ser especialmente prejudicial na presença de outras forças destrutivas, como tensão, fadiga e outras formas de ataque químico.
- Trinca por corrosão sob tensão ocorre nos limites dos grãos sob tensão de tração. Propaga-se à medida que a tensão abre trincas que estão sujeitas à corrosão, enfraquecendo o metal até a falha. Meios eficazes de reduzir SCC são 1) design adequado, 2) redução de tensão, 3) remoção de agentes corrosivos e 4) evitar áreas de concentração de íons de cloreto e hidróxido.
- Corrosão por cloretos ocorre em aços inoxidáveis austeníticos sob tensão de tração na presença de oxigênio, íons de cloreto e alta temperatura. É controlada pela remoção de oxigênio e íons de cloreto no ambiente e pelo uso de aços de baixo carbono.
- Problemas ocorrendo com o uso de Inconel incluem trinca por corrosão cáustica, desgaste, amassamento de tubos, corrosão por pites e ataque intergranular. A resistência do Inconel à trinca por corrosão cáustica pode ser melhorada por tratamento térmico.