Corrosão Aço Baixa Liga

7/26/2019 Corroso Ao Baixa Liga

1/71

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

ESCOLA DE ENGENHARIA QUMICA

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA QUMICA

COMPARAO DE DESEMPENHO DE AOS DE

BAIXA LIGA FRENTE CORROSO ATMOSFRICA E

CORROSO ELETROQUMICA

Nome: Milriane Aires Chiquito Cdigo: 2011717072

Orientador: Dra. Maria das Mercs Reis deCastro

Aprovao:

Co-Orientadora: Dra. Vanessa de FreitasCunha Lins

Aprovao:

BELO HORIZONTE

2013


2/71

]

MILRIANE AIRES CHIQUITO

COMPARAO DE DESEMPENHO DE AOS DE

BAIXA LIGA FRENTE CORROSO ATMOSFRICA E

CORROSO ELETROQUMICA

Dissertao apresentada Universidade

Federal de Minas Gerais, Departamento de

Engenharia Qumica, como parte das

exigncias do Programa de Ps-Graduao

em Engenharia Qumica, para obteno do

ttulo de Mestre.

Orientador: Dra. Maria das M. R. de Castro

Co-Orientadora: Dra. Vanessa de F. C. Lins

BELO HORIZONTE

2013


3/71

Chiquito, Milriane Aires.C541c Comparao de desempenho de aos de baixa liga frente corroso

atmosfrica e corroso eletroqumica / Milriane Aires Chiquito. - 2013.viii, 61 f., enc.: il.

Orientadora: Maria das M. R. de Castro.Coorientadora: Vanessa de F. C. Lins.

Dissertao (mestrado) Universidade Federal de Minas Gerais, Escola deEngenharia.

Bibliografia: f. 59-61.

1. Engenharia qumica - Teses. 2. Ao - Corroso - Teses. 3. Corrosoeletroltica - Teses. I. Castro, Maria das Mercs Reis de. II. Lins, Vanessa deFreitas Cunha. III. Universidade Federal de Minas Gerais. Escola de Engenharia.IV. Ttulo.

CDU: 66.0(043)


4/71

]

TERMO DE APROVAO

MILRIANE AIRES CHIQUITO

COMPARAO DE DESEMPENHO DE AOS DE BAIXA LIGA FRENTE

CORROSO ATMOSFRICA E CORROSO ELETROQUMICA

Dissertao apresentada Universidade Federal de Minas Gerais, como

parte das exigncias do Programa de Ps-Graduao em Engenharia

Qumica, para obteno do ttulo de Mestre.

APROVADA: 13 de setembro de 2013.

_____________________________

Prof.: Maria das Mercs Reis de Castro

(Orientadora)

(UFMG)

__________________________

Prof.: Vanessa de Freitas Cunha Lins

(Co-orientadora)

(UFMG)


5/71

]

AGRADECIMENTOS

Agradeo a todos aqueles que, direta ou indiretamente, cooperaram na

realizao do presente trabalho, em especial, as minhas orientadoras Prof.

Dra. Maria Mercs Reis de Castro e Prof. Dra. Vanessa de Freitas Cunha Lins

e ao Eng. Evandro de Azevedo Alvarenga por auxiliar na elaborao desse

trabalho atravs de material, ao carbono, e de conhecimento tcnico.


6/71

Lista de Figuras

Figura 3.1Esquema de classificao para as vrias ligas ferrosas . ............ 4Figura 3.2 - Resistncia corroso de um ao de baixa liga (ASTM A242) ede um ao carbono comum (ASTM A36) expostos s atmosferas industrial(Cubato, S.P.), marinha (Bertioga, S.P.), urbana (Santo Andr, S.P.) e rural(Itarar, S.P.). A medida feita em termos da perda de massa metlica emfuno do tempo de exposio em meses. ...................................................... 6Figura 3.3 - Morfologia da ferrugem formada sobre os aos carbono e aosde baixa liga ..................................................................................................... 8Figura 3.4 - Influncia da umidade relativa no processo de corrosoatmosfrica. ................................................................................................... 14Figura 3.5 Efeito da umidade relativa e impurezas do ar na velocidade decorroso atmosfrica do ferro. ....................................................................... 15Figura 3.6 - Esquema simplificado da montagem de um potenciostato. ........ 25Figura 3.7 - Potencial aplicado e corrente resultante relativo ao mtodo deEspectroscopia de impedncia eletroqumica ................................................ 26Figura 3.8 - Diagrama de Nyquist, plotado com componentes reais Z versuscomponentes imaginrios Z......................................................................... 28Figura 3.9 - Diagrama de Bode tpico, do tipo log IZI versus log , para umsistema eletroqumico simples. ...................................................................... 29Figura 3.10 - Sistema de circuitos com resistncias e capacitores. ............... 29Figura 4.1Corpos de prova exposto para ensaio de campo. ..................... 32

Figura 5.1. Variao da perda de massa dos aos em estudo em atmosferamarinha. ......................................................................................................... 34Figura 5.2Variao da perda de massa dos aos em estudo em atmosferaindustrial. ....................................................................................................... 36Figura 5.3 Variao da perda de massa do ao Cu-Bi em estudo ematmosfera industrial e atmosfera marinha. ..................................................... 37Figura 5.4 Variao da perda de massa do ao Cu-Bi-Mo em estudo ematmosfera industrial e atmosfera marinha. ..................................................... 37Figura 5.5 Variao da perda de massa do ao Cu-Bi-Sb em estudo ematmosfera industrial e atmosfera marinha. ..................................................... 37Figura 5.6Variao da perda de massa dos aos em estudo em atmosfera

industrial. ....................................................................................................... 38Figura 5.7Variao da perda de massa dos aos em estudo em atmosferamarinha. ......................................................................................................... 38Figura 5.8 - Diagrama de Nyquist dos aos de baixa liga Cu-Bi, Cu-Bi-Mo eCu-Bi-Sb em H2SO4. ...................................................................................... 40Figura 5.9 - Diagrama de Bode da espectrometria de impednciaeletroqumica do ao de baixa liga Cu-Bi, em soluo H2SO4. ...................... 42Figura 5.10 - Diagrama de Bode da espectrometria de impednciaeletroqumica do ao de baixa liga Cu-Bi-Mo, em soluo H2SO4. ................ 42Figura 5.11 - Diagrama de Bode da espectrometria de impednciaeletroqumica do ao de baixa liga Cu-Bi-Sb, em soluo H2SO4. ................ 43

Figura 5.12 - Diagrama de impedncia dos aos de baixa liga em NaCl . ..... 44


7/71

]

Figura 5.13 - Diagrama de Bode da espectrometria de impednciaeletroqumica do ao de baixa liga Cu-Bi, em soluo NaCl ......................... 46Figura 5.14 - Diagrama de Bode da espectrometria de impednciaeletroqumica do ao de baixa liga Cu-Bi-Mo, em soluo NaCl ................... 46Figura 5.15 - Diagrama de Bode da espectrometria de impednciaeletroqumica do ao de baixa liga Cu-Bi-Sb, em soluo NaCl. ................... 47Figura 5.16 Imagens da microscopia eletrnica de varredura da superfciedo ao Cu-Bi com aumento 10000 vezes, a) ao aps polimento e b) aoaps impedncia eletroqumica em soluo H2SO4....................................... 48Figura 5.17 Resultados da analise de EDS do ao Cu-Bi, a) ao apspolimento e b) ao aps impedncia eletroqumica em soluo H2SO4........ 48

Figura 5.18Imagens da microscopia eletrnica de varredura do ao Cu-Bi-Mo com aumento de 10000 vezes, a) ao aps polimento e b) ao apsimpedncia eletroqumica em soluo H2SO4............................................... 49Figura 5.19 Resultados da analise de EDS do ao Cu-Bi-Mo, a) ao apspolimento e b) ao aps impedncia eletroqumica em soluo H2SO4........ 50Figura 5.20Imagens da microscopia eletrnica de varredura do ao Cu-Bi-Sb com aumento de 10000 vezes, a) ao aps polimento e b) ao apsimpedncia eletroqumica em soluo H2SO4............................................... 50Figura 5.21 Resultados da analise de EDS do ao Cu-Bi-Sb, a) ao apspolimento e b) ao aps impedncia eletroqumica em soluo H2SO4. ...... 51Figura 5.22 Imagens da microscopia eletrnica de varredura do ao Cu-Bicom aumento de 10000 vezes, a) ao aps polimento e b) ao apsimpedncia eletroqumica em soluo NaCl .................................................. 52Figura 5.23 Resultados da analise de EDS do ao Cu-Bi, a) ao apspolimento e b) ao aps impedncia eletroqumica em soluo NaCl. .......... 53Figura 5.24Imagens da microscopia eletrnica de varredura do ao Cu-Bi-Mo com aumento de 10000 vezes, a) ao aps polimento e b) ao apsimpedncia eletroqumica em soluo NaCl .................................................. 53Figura 5.25 Resultados da analise de EDS do ao Cu-Bi-Mo, a) ao apspolimento e b) ao aps impedncia eletroqumica em soluo NaCl. .......... 54Figura 5.26Imagens da microscopia eletrnica de varredura do ao Cu-Bi-

Sb com aumento de 10000 vezes, a) ao aps polimento e b) ao apsimpedncia eletroqumica em soluo NaCl .................................................. 55Figura 5.27 Resultados da analise de EDS do ao Cu-Bi-Sb, a) ao apspolimento e b) ao aps impedncia eletroqumica em soluo NaCl. .......... 56


8/71

Lista de Tabelas

Tabela 3.2Resumo da mudana de propriedades do ao carbono de baixaliga com adio de elementos........................................................................ 12Tabela 3.1 - Agressividade das atmosferas em funo do meio.................... 21Tabela 4.1 - Composio qumica dos aos. ................................................. 31Tabela 5.1. Valores da perda de massa em ensaio de campo em atmosferamarinha dos aos Cu-Bi, Cu-Bi-Mo e Cu-Bi-Sb. ............................................ 34Tabela 5.2 - Valores da perda de massa em ensaio de campo em atmosferaindustrial dos aos Cu-Bi, Cu-Bi-Mo e Cu-Bi-Sb. ........................................... 34Tabela 5.3 - Valores representativos dos parmetros eletroqumicos dostestes eletroqumicos em soluo H2SO4, dos aos Cu-Bi, Cu-Bi-Mo e Cu-Bi-Sb. ................................................................................................................. 41

Tabela 5.4 Comparao de desempenho entre perda de massa ematmosfera industrial, resistncia de polarizao em soluo H2SO40,10 mol/Le resistncia a corroso dos aos Cu-Bi, Cu-Bi-Mo e Cu-Bi-Sb. ................... 41Tabela 5.5 - Valores representativos dos parmetros eletroqumicos dostestes eletroqumicos em soluo NaCl dos aos Cu-Bi, Cu-Bi-Mo e Cu-Bi-Sb. ................................................................................................................. 45Tabela 5.6 Comparao de desempenho entre perda de massa ematmosfera marinha, resistncia de polarizao em soluo NaCl e resistnciaa corroso, dos aos Cu-Bi, Cu-Bi-Mo e Cu-Bi-Sb. ....................................... 45


9/71

]

SUMRIO

1 INTRODUO ......................................................................................... 1

2 OBJETIVOS ............................................................................................. 3

2.1 OBJETIVOGERAL ............................................................................ 32.2 OBJETIVOSESPECFICOS .............................................................. 3

3 REVISO BIBLIOGRAFICA .................................................................... 4

3.1 AOCARBONO ................................................................................ 43.2 AODEBAIXALIGA ......................................................................... 53.3 CORROSONASESTRUTURASMETLICAS................................ 73.3.1 CONDIES PARA FORMAO DA CAMADA PROTETORA........................... 73.3.1.1 PROCESSO DE FORMAO DA CAMADA PROTETORA............................. 73.3.1.2 MECANISMO DE PROTEO CONTRA CORROSO NOS AOS DE BAIXALIGA 93.3.1.3 PARMETROS CLIMTICOS E GRAU DE AGRESSIVIDADE DA ATMOSFERA. 93.3.1.4 COMPOSIO QUMICA DO AO........................................................ 113.4 ACORROSOATMOSFRICA ...................................................... 133.4.1 PRINCIPAIS FATORES DA CORROSOATMOSFRICA............................. 133.4.2 TIPOS DEATMOSFERAS CORROSIVAS.................................................. 193.5 ENSAIOSDECORROSO ............................................................. 213.5.1 ENSAIOS ELETROQUMICOS................................................................. 23

3.5.1.1 CURVAS DE POLARIZAO............................................................... 243.5.1.2 ESPECTROSCOPIA DE IMPEDNCIA ELETROQUMICA (EIS) .................. 253.6 ANALISEDESUPERFCIE-MICROSCOPIA ................................. 30

4 METODOLOGIA E MATERIAIS ............................................................. 31

4.1 MATERIAIS ..................................................................................... 314.2 ENSAIOEMCAMPO ....................................................................... 314.3 ENSAIOSEMLABORATRIO ........................................................ 32

5 RESULTADOS ....................................................................................... 33

5.1 RESULTADOSDOENSAIODECAMPO ........................................ 33

5.2 RESULTADOSDOTESTEDEIMPEDNCIAELETROQUMICA ... 395.2.1 SOLUO H2SO4............................................................................... 395.2.2 SOLUO NACL................................................................................. 435.3 ANALISESDEMEVEEDS ............................................................. 475.3.1 SOLUO H2SO4............................................................................... 475.3.2 SOLUO NACL................................................................................. 52

6 CONCLUSES ...................................................................................... 57

7 SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS ..................................... 58

8 REFERNCIAS ...................................................................................... 59


10/71

Resumo

Os aos de baixa liga so aos-carbono acrescidos de elementos de liga os

quais melhoram algumas propriedades. Exemplos de elementos de liga: cobre,

mangans, molibdnio, nquel, fsforo, vandio, zircnio. A adio desses elementos

de liga produz aumento de resistncia do ao corroso atmosfrica. Esse trabalho

vem propor uma analise do desempenho de um grupo de aos de baixa liga em

corroso eletroqumica e em corroso atmosfrica. As ligas continham os elementos

de em grupos Cu-Bi, Cu-Bi-Mo e Cu-Bi-Sb. Os ensaios de campo foram realizados de

acordo com NBR7011 padro. Os ensaios de espectroscopia de impedncia

eletroqumica foram realizados em solues que representem o meio marinho, NaCl

3,5% m/v, e o meio industrial, H2SO40,1 mol/L. Para estudar a morfologia e estrutura

das camadas de ferrugem das diferentes ligas utilizou-se microscopia eletrnica de

varredura (MEV) e para o mapeamento dos elementos a espectroscopia de energia

dispersiva de raios-X (EDS). Os resultados deste trabalho permitiram afirmar que o

ensaio de campo em atmosfera marinha foi mais agressivo que o ensaio de campo em

atmosfera industrial. O ao Cu-Bi-Sb apresentou um desempenho melhor que os

outros aos.


11/71

1

1 INTRODUO

As ligas ferrosas so classificadas com base no teor de carbono na

sua composio qumica e podem ser: aos ou ferros fundidos. No grupo dos

aos, encontram-se os aos de baixo carbono, os aos de mdio carbono e

os aos de alto carbono. (PANNONI, 2005)

Os aos de baixa liga so aos-carbono acrescidos de elementos de

liga os quais melhoram algumas propriedades. Exemplos de elementos de

liga: cobre, mangans, molibdnio, nquel, fsforo, vandio, zircnio. A

adio desses elementos de liga produz aumento de resistncia do ao

mediante a modificao da microestrutura para gros finos. (PFEIL,1995;

PANNONI E MARCONDES, 1991; LAHIRI, 1971)

Outro beneficio o aumento de resistncia corroso atmosfrica de

duas a quatro vezes, a partir de pequenas variaes na composio qumica,

com adio de alguns elementos qumicos. (BELLEI, 2004)

Aos carbono de baixa liga podem ser utilizados em aplicaes onde

requerido extenso trabalho mecnico e de soldagem. So, tambm, utilizados

na construo de pontes, silos, navios, caldeiras e peas de grandesdimenses em geral. Na construo civil, so usados em estrutura de

prdios, shoppings, escolas, armazns, galpes, torres de transmisso de

energia e de telecomunicao, e ainda para pequenos elementos como

janelas, portas e seus respectivos caixilhos. (PANNONI, 2005; DIAS, 2002)

A corroso atmosfrica representa mais de 50% das perdas globais

por corroso (TOMASHOV, 1966; SICA, 2006)

Consideram-se dois fatores externos principais que determinam aintensidade do fenmeno de corroso atmosfrica: o tempo de permanncia

da pelcula de eletrlito sobre a superfcie do metal e a composio qumica

da atmosfera (SICA,2006).

Outros componentes que contribuem para a corroso atmosfrica so

a velocidade e direo dos ventos, perfil de temperatura, umidade relativa,

radiao solar, contaminao do ar pela emisso de gases ou vapores cidos

(SO2,SO3,SO4,H2S, NOx) e aerossis marinhos (ons cloreto, Cl

-

, ou derivadosdos cloreto de sdio, NaCl) (ALBERTI, 2005; HELENE, 1993).


12/71

2

A exposio a essas condies corrosivas leva a formao, nos aos

de baixa liga, de uma camada que contribui para reduo da velocidade de

ataque no ao, protegendo assim o metal contra a corroso atmosfrica.

(PANNONI, 2005)

Essa camada tem seus inicio e desenvolvimento em ciclos de perodos

molhados e secos, ciclos de chuvas e ciclos de ventos. Os contaminantes,

como SO2, presentes em atmosferas urbanas e industriais so tambm

bastante significativos (KENNY et al, 1995).

Os trs principais componentes do produto de corroso no ao

carbono so: a lepidocrocita (-FeOOH), a goethita (-FeOOH) e a magnetita

(Fe3O4). Para os aos de baixa liga, alm da lepidocrocita e da goethita,

constata-se a presena, na interface metal/oxidao, de uma nova fase

amorfa (-FeOOH), rica em elementos de liga presentes nesse ao.

(PANNONI, 2004)

Para entender esse processo de corroso, estudos tm sido realizados

com ensaios de corroso. Esses ensaios podem ser utilizados em laboratrio

ou no campo. Uma opo de estudo em laboratrio atravs dos mtodos

eletroqumicos que apresentam as vantagens de gerarem respostas rpidas,

e de no danificar a amostra em estudo, dependendo da tcnica escolhida.

(CABRAL, 2000)

Esse trabalho vem propor uma analise do desempenho de um grupo

de aos de baixa liga em corroso eletroqumica e em corroso atmosfrica.

Os ensaios utilizados foram os de campo e as tcnicas de espectroscopia de

impedncia eletroqumica e microscopia eletrnica de varredura de superfcie

O estudo de desempenho em duas frentes de corroso uma

pesquisa inovadora, sendo assim, encontra o obstculo de ser difcil de obterinformaes na literatura.


13/71

3

2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL

O desenvolvimento deste trabalho apresenta como objetivo geral a

anlise de desempenho de aos baixa liga frente corroso em ensaios de

campo, em ambiente marinho e industrial, com testes eletroqumicos e

tcnicas de impedncia eletroqumica.

2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS

O trabalho para comparao do comportamento do ao frente a

corroso contar com os seguintes objetivos especficos:

- Avaliar a resistncia corroso de ao de baixa liga em ensaio de

campo em atmosfera marinha e industrial;

- Avaliar a resistncia corroso de ao de baixa liga usando as

tcnicas de espectroscopia de impedncia eletroqumica;

- Avaliar por meio de tcnica de microscopia eletrnica de varredura

(MEV) e espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS) a natureza

dos aos de baixa liga e o produto formado na superfcie dos aos aps a

impedncia eletroqumica;

- Avaliar similaridades no desempenho dos aos em ensaios de campo

e eletroqumico.


14/71

4

3 REVISO BIBLIOGRAFICA

3.1 AO CARBONO

As ligas ferrosas so classificadas com base no teor de carbono na

sua estrutura e podem ser classificadas em aos ou ferros fundidos. (Callister

Jr.,2002).

Os aos so ligas ferro-carbono, com os teores de carbono variando

de 0,008% p/p a 2,06% p/p e com elementos residuais decorrentes do

processo de fabricao: mangans, silcio, fsforo e enxofre alm de outros

componentes em teores muito menores. (PANNONI, 2005)

Dentro do grupo dos aos h uma subdiviso. Os aos de baixo

carbono possuem um mximo de 0,3% deste elemento e apresentam grande

ductilidade. Os aos de mdio carbono possuem de 0,3% p/p a 0,6% p/p de

carbono. E os aos de alto carbono possuem mais do que 0,6% p/p de

carbono e apresentam elevada dureza e resistncia mecnica aps tmpera.

(PANNONI, 2005)

A Figura 3.1 apresenta um esquema da classificao dos principais

materiais metlicos.

Figura 3.1Esquema de classificao para as vrias ligas ferrosas (Callister Jr, 2002).


15/71

5

O silcio est presente normalmente em teores de at 0,60% p/p,

dependendo do processo de desoxidao adotado na produo do ao. O

mangans permanece abaixo de 1,65% p/p e o cobre abaixo de 0,60% p/p. O

teor mximo de fsforo de 0,040% p/p e o de enxofre 0,050%, a no ser

para os aos de fcil usinagem que contm teores maiores desses

elementos. Alguns aos de fcil usinagem contm ainda de 0,15% p/p a

0,35% p/p de chumbo. Os outros elementos so gases introduzidos no

processo de fabricao do ao (H, O, N), metais com origem na sucata (Ni,

Cu, Mo, Cr, Sn) e metais usados no processo de desoxidao (AI, Ti, V, Zr).

Os aos-liga so aqueles que contm elementos de liga nas seguintes

propores estimadas (definio da AISI): mais do que 1,65% Mn, ou 0,60%Si ou 0,60% Cu; ou ainda Cobalto, Nibio, Antimnio, Bismuto, Molibdnio,

Nquel, Titnio, Tungstnio, Vandio, Zircnio ou outro elemento de liga

adicionado com o intuito de melhorar as propriedades mecnicas e a

tenacidade aps a realizao de tratamentos trmicos. Quando no so

indicados como elementos de liga, os seguintes teores mximos so

especificados: 0,35 Cu-0,25 Ni-0,20 Cr-0,06 Mo.

3.2 AO DE BAIXA LIGA

Os aos de baixa liga so aos-carbono acrescidos de elementos de

liga os quais melhoram algumas propriedades mecnicas. Exemplos de

elementos: cobre, mangans, molibdnio, nquel, fsforo, vandio, zircnio. A

adio desses elementos de liga produz aumento de resistncia mecnica do

ao atravs da modificao da microestrutura para gros finos. Devido a essapropriedade, pode-se obter resistncia mecnica elevada com teor de

carbono de ordem de 0,20%, o que permite a soldagem sem precaues

especiais (PFEIL,1995).

Outro beneficio o aumento resistncia corroso atmosfrica de

duas a quatro vezes, a partir de pequenas variaes na composio qumica,

com adio de alguns componentes, tais como cromo, cobre, nquel,

alumnio, fsforo (BELLEI, 2004).


16/71

6

A adio de pequenas quantidades de certos elementos de liga,

associado determinadas condies de exposio, promovem a formao de

uma camada mais densa de xidos protetores, chamada de ptina. Essa

camada protege os aos de baixa liga dos efeitos nocivos da corroso

(PANNONI, 2005).

Outras caractersticas particulares obtidas com adio de elementos

na liga ao ao, que no so possveis detectar de outra forma so: (DIAS,

2002)

Melhoria de propriedades mecnicas

Melhoria da temperabilidade

Maior maquinabilidade, resistncia ao desgaste, fadiga, etc

Melhoria de resistncia corroso e oxidao

Melhoria de propriedades mecnicas a baixas e/ou altas

temperaturas

A Figura 3.2 mostra as curvas tpicas de avaliao da resistncia

corroso de um ao de baixa liga e de um ao carbono comum expostos s

atmosferas industrial, urbana, rural e marinha.

Figura 3.2 - Resistncia corroso de um ao de baixa liga (ASTM A242) e de um aocarbono comum (ASTM A36) expostos s atmosferas industrial (Cubato, S.P.),


17/71

7

marinha (Bertioga, S.P.), urbana (Santo Andr, S.P.) e rural (Itarar, S.P.). A medida feita em termos da perda de massa metlica em funo do tempo de exposio emmeses. (Fonte: Fabio Domingos Pannoni, M.Sc., Ph.D.)

Os aos de baixa liga so enquadrados em diversas normas, na

normas brasileiras NBR 5008, 5920, 5921 e 7007 e as norte-americanas

ASTM A242, A588 e A709, que especificam limites de composio qumica e

propriedades mecnicas. (PANNONI, 2005)

3.3 CORROSO NAS ESTRUTURAS METLICAS

Pode-se definir corroso, em um aspecto mais amplo, como a

deteriorao de um material, geralmente metlico, por ao qumica oueletroqumica do meio ambiente aliada ou no a esforos mecnicos.

(GENTIL, 1996)

A composio qumica do ao e o tipo de microclima a que o metal foi

exposto so os fatores mais importantes na determinao do comportamento

frente corroso atmosfrica (PANNONI e MARCONDES, 1991).

A composio e a morfologia da camada de ferrugem formada so

determinadas pela composio da atmosfera e tambm pela composio daliga, muito influenciada pelos ciclos de umedecimento/secagem (PANNONI,

1988).

A presena de umidade na superfcie metlica exerce um papel

importante e a qualidade e a quantidade de gua que controlam a

velocidade de corroso (LAHIRI, 1971).

3.3.1 Condies para formao da camada protetora

Esse item mostra os processos e mecanismos evidenciados na

formao da camada protetora dos aos de baixa liga, identificando os

principais fatores que influenciam no desenvolvimento dessa camada.

3.3.1.1 Processo de formao da camada protetora

Os aos de baixa liga, sob determinadas condies de exposio,

geometria e composio, desenvolvem uma pelcula de xidos aderentes e


18/71

8

protetores. A camada formada contribui com a reduo na velocidade de

ataque no ao, protegendo assim o metal contra a corroso atmosfrica.

(PANNONI, 2005)

Para a formao dessa camada protetora necessrio, entre outros

fatores, condies climticas especficas. A camada tem inicio e

desenvolvimento em ciclos de perodos molhados e secos, ciclos de chuvas e

ciclos de ventos. Os contaminantes, como SO2, presentes em atmosferas

urbanas e industriais so tambm bastante significativas (KENNY et al,

1995).

Os trs principais componentes da ferrugem no ao carbono so: a

lepidocrocita (-FeOOH), a goethita (-FeOOH), e a magnetita (Fe3O4). Para

os aos de baixa liga, alm da lepidocrocita e da goethita constata-se a

presena, na interface metal/ferrugem, de uma nova fase amorfa (-FeOOH),

rica de elementos de liga presentes nesse ao, como cobre, fsforo e outros,

os quais conferem aderncia e proteo ao ao. Em casos com presena de

gua, oxignio e elementos estimuladores da corroso, essa camada reduz

drasticamente a velocidade de corroso (PANNONI, 2004). A figura 3.3

apresenta a morfologia da ferrugem formada sobre os aos carbono e aos

carbono de baixa liga.

Figura 3.3 - Morfologia da ferrugem formada sobre os aos carbono e aos de baixaliga (FONTE: Pannoni, 2004.)

A tonalidade do xido formado na superfcie do ao de baixa liga varia

em funo das condies e do tempo de exposio. Primeiramente, os aos

apresentam a colorao laranja-marrom, atingindo, em um perodo de dois a

cinco anos, a cor marrom escura. Nota-se que, em ambientes industriais, o


19/71

9

ao de baixa liga desenvolve um xido com colorao mais escura do que

um ao exposto em um ambiente rural (CORUS, 2004).

3.3.1.2 Mecanismo de proteo contra corroso nos aos de baixa

liga

Muitas pesquisas so desenvolvidas com o objetivo que entender o

mecanismo de proteo contra corroso dos aos de baixa liga.

Explica-se que quando o ao de baixa liga exposto uma atmosfera

sulfurosa, a ciclos de umedecimento e secagem e a temperaturas

relativamente baixas (aproximadamente 20 C), a camada de ferrugem

constituda essencialmente de lepidocrocita.

Em contra partida, quando o ao de baixa liga exposto a

temperaturas mais elevadas (35 C 60 C) favorece a formao, sob a

camada de lepidocrocita, de uma camada interna isotrpica, constituda

essencialmente de -FeOOH amorfo. Quando submetidos a essas

temperaturas, os elementos de liga (notadamente o cobre) comeam a se

dissolver no interior das clulas de corroso. Esses elementos inibem a

formao da magnetita, que no protetora, ao mesmo tempo que catalisam

a formao do xido amorfo, protetor, na interface metal/ferrugem. Essa

camada, muito pouco porosa, isola o metal dos constituintes agressivos

existentes na atmosfera, como a gua, o oxignio e ons exgenos. Portanto,

quando os elementos de liga no podem penetrar na ferrugem (isto , sob

temperaturas baixas), ou quando o ao no os contm caso do ao

carbono comum ocorre a formao da magnetita e no do -FeOOHprotetor e a corroso prossegue (PANNONI, 2004).

3.3.1.3 Parmetros climticos e grau de agressividade da

atmosfera

A seguir so apresentados uma descrio dos principais fatores que

influenciam na formao da camada protetora dos aos de baixa liga.


20/71

10

a) Ciclos de umedecimento e secagem (chuva, vento)

O ciclo de umidade e de secagem no ao de baixa liga muito

importante para a formao da camada protetora. Locais que abriguem o

ao, ambientes secos, levam a formao de uma camada protetora na

superfcie metlica de colorao marrom amarelada. Essa camada de

ferrugem menos protetora se comparada a camada protetora bem formada,

porm mais compacta e aderente que a camada formada sobre o ao

carbono comum na mesma condio (PANNONI, 2004).

b) Influncia do dixido de enxofre presente na atmosfera

A variao da concentrao de dixido de enxofre na atmosfera pode

interferir significativamente na velocidade da corroso dos aos de baixa liga.

O dixido de enxofre pode contribuir para a formao de uma camada

protetora, ou a altas concentraes pode formar uma pelcula no protetora,

aumentando assim a velocidade de corroso. (PANNONI, 2005)

No se recomenda a utilizao de aos de baixa liga no protegidos

em ambientes industriais onde a concentrao de dixido de enxofre

atmosfrico seja superior a 168 mgSO2/m2.dia. (PANNONI, 2005)

c) Influncia de cloretos presentes na atmosfera

A camada protetora no consegue desenvolver em ambientes

marinhos agressivos. Isso porque, nesses ambientes, a velocidade de

corroso pode ser bastante alta. A situao mais crtica surge quando o metal

atacado devido ao acmulo de cloretos em determinados locais da

estrutura do metal. Isso porque, locais protegidos da chuva acabam no

tendo contado com a gua da chuva que lava o ao carregando os cloretos.(PANNONI, 2005).

A utilizao de aos de baixa liga no protegidos no recomendado

em atmosferas marinhas onde a taxa de deposio de cloretos exceda 10

mg/m2.dia. (PANNONI, 2005)


21/71

11

3.3.1.4 Composio qumica do ao

A seguir descrito cada elemento de liga e sua influencia na liga.

(PANNONI E MARCONDES, 1991; LAHIRI, 1971)

a) Mangans (Mn): A adio do mangans resulta num aumento da dureza

do material e na resistncia mecnica do ao, com menor prejuzo para a

soldabilidade e para a ductilidade do ao. O maior teor de Mangans no

ao carbono de 1,6% p/p. Alm disso, o Mn combate o efeito nocivo do

enxofre e aumenta a tenacidade do ao, promovendo uma diminuio da

transio dctil frgil.

b) Alumnio (Al): O alumnio assim como o silcio no est presente em

todos os aos, funciona como desoxidante, combinando-se com o

oxignio, removendo as bolhas de gs que se formam na solidificao do

metal em fuso. Os aos totalmente desoxidados so chamados aos

acalmados. Um ao semi-acalmado tem uma quantidade insuficiente de

Al ou Si para a desoxidao.

c) Silcio (Si): usado como desoxidante do ao. Favorece sensivelmente

a resistncia mecnica (limite de escoamento e de resistncia) e a

resistncia corroso, reduzindo, porm a soldabilidade.

d) Fsforo (P): aumenta o limite de resistncia, favorece a resistncia

corroso e a dureza, prejudicando, contudo, a ductilidade e a

soldabilidade. Quando ultrapassa certos teores, o fsforo torna o ao

quebradio.

e) Enxofre (S): extremamente prejudicial aos aos. Prejudica a

ductilidade, em especial o dobramento transversal, e reduz a

solvabilidade. Nos aos comuns, o teor de enxofre limitado a valoresabaixo de 0,05% p/p.

f) Cobre (Cu): aumenta de forma sensvel a resistncia corroso

atmosfrica dos aos, em adies de at 0,35% p/p. Aumenta tambm a

resistncia fadiga, mas reduz, de forma discreta, a ductilidade, a

tenacidade e soldabilidade.

g) Nquel (Ni):O nquel aumenta a resistncia mecnica, a tenacidade e

resistncia corroso. Reduz a soldabilidade.


22/71

12

h) Cromo (Cr): aumenta a resistncia mecnica abraso e corroso

atmosfrica. Reduz, porm, a soldabilidade. O cromo melhora o

desempenho do ao a temperaturas elevadas.

i) Nibio (Nb): um elemento muito interessante, quando se deseja

elevada resistncia mecnica e boa soldabilidade. Teores baixssimos

deste elemento permitem aumentar o limite de resistncia e, de forma

notria, o limite de escoamento. um componente quase obrigatrio nos

aos de alta resistncia e baixa liga; alm de no prejudicar a

soldabilidade, permite a diminuio dos teores de carbono e de

mangans, melhorando, portanto, a soldabilidade e a tenacidade.

Entretanto, o seu efeito sobre a ductilidade desfavorvel.

j) Molibidnio (Mo):em baixa quantidade (


23/71

13

3.4 A CORROSO ATMOSFRICA

Define-se a corroso atmosfrica como sendo a corroso ou

degradao de materiais expostos ao ar e aos seus poluentes sem que

estejam imersos em um lquido (VERGES, 2005). Esse tipo de corroso

representa mais de 50% das perdas globais por corroso (TOMASHOV,

1966; SICA, 2006).

Consideram-se dois fatores externos principais que determinam a

intensidade do fenmeno de corroso atmosfrica: o tempo de permanncia

da pelcula de eletrlito sobre a superfcie do metal e a composio qumica

da atmosfera (SICA,2006).

A permanncia de uma pelcula de eletrlito na superfcie do metal

leva o sistema reaes catdicas e andicas, levando a superfcie metlica

a funcionar como um ctodo e um nodo ao mesmo tempo. Portanto, trata-se

de um processo descontnuo em que a corroso no ocorre exclusivamente

por grandes quantidades de eletrlitos (VRGES, 2005).

A corroso atmosfrica , basicamente, controlada pela concentrao

de poluentes sobre a superfcie do material exposto e pela velocidade de

deposio. Ambos os parmetros so influenciados pelas condies

atmosfricas, tais como: velocidade e direo dos ventos, perfil de

temperatura, umidade relativa, radiao solar, contaminao do ar pela

emisso de gases ou vapores cidos (SO2,SO3,SO4,H2S, NOx) e aerossis

marinhos (ons cloreto, Cl-, ou derivados dos cloreto de sdio, NaCl)

(ALBERTI, 2005; HELENE, 1993).

3.4.1 Principais Fatores da Corroso AtmosfricaA seguir feita uma descrio sucinta dos principais fatores climticos

e ambientais que afetam a velocidade de corroso atmosfrica.

a) Umidade relativa do ar:

Umidade relativa do ar a relao entre a quantidade de vapor dgua

existente em um determinado volume de ar e o valor de saturao do ar

considerando uma determinada temperatura. (HELENE, 1986; PANNONI,2004).


24/71

14

De acordo com Helene (1986), pode-se classificar o ar como:

Seco: UR < 30%;

Normal: 50% < UR < 60%;

mido: 80% < UR < 90%; Saturado: UR = 100%.

A corroso ainda mais acelerada se, juntamente com a umidade

relativa do ar, existir a presena de substncias poluentes (GENTIL, 2006).

Na presena de alguns sais higroscpicos, como o cloreto de sdio

(NaCl), o valor para a umidade relativa crtica na superfcie do metal tende a

baixar e, com isso, os processos de corroso, iro depender do tipo de metal

e das condies ambientais como o balano de radiao sobre a superfcie e

da velocidade dos ventos. Para as situaes onde ocorrer o abaixamento da

umidade relativa crtica, a corroso de metais passa a ser governada pelos

processos de oxidao (DUTRA e VIANNA, 1982).

A figura 3.4 mostra a evoluo da corroso de um ao carbono em

funo da umidade relativa com concentrao de 0,01% p/p de SO2 na

atmosfera. O perodo de exposio total foi de 55 dias.

Figura 3.4 - Influncia da umidade relativa no processo de corroso atmosfrica.

(FONTE: Pannoni, 2004.)


25/71

15

possvel observar que a corroso acelerada quando a umidade

relativa supera os 60%.

A variao da umidade associada com presena e concentrao de

contaminantes tambm gera um perfil da velocidade de corroso. A figura 3.5

mostra esse comportamento de corroso. (HELENE, 1986)

Figura 3.5 Efeito da umidade relativa e impurezas do ar na velocidade de corrosoatmosfrica do ferro. (FONTE: Wexler apud Helene, 1986)

Observando-se a figura 3.5, visualiza-se que a mnima parcela de SO2

presente no ar ocasiona um aumento significativo na velocidade de corroso

ao se alcanar uma umidade relativa de 75%, denominada umidade crtica.

A umidade crtica definida como sendo a umidaderelativa, acima da qual o

metal comea a corroer-se de maneira aprecivel, dependendo ainda, da

presena de contaminantes. (HELENE, 1986, p.18).


26/71

16

b) Temperatura

A temperatura tem grande influncia na velocidade de corroso. Em

temperaturas altas, h menor possibilidade de condensao da umidade do

ar, dificultando o processo de corroso. Em temperaturas baixas, a

possibilidade de condensao e de adsoro de gases cidos e corrosivos,

aumentando assim a taxa de corroso. (FERNANDES, MARIANO, GNECCO,

2003).

De maneira inversa, a temperaturas mais elevadas contribuem para

acelerao das reaes qumicas, acelerando as reaes de corroso.

Enquanto que, a baixas temperaturas modificam a permanncia do eletrlito

sobre a superfcie. Esse fator justifica as elevadas taxas de corroso

encontradas em ambientes com baixas temperaturas (VRGES, 2005).

c) Radiao

A radiao solar contribui na corroso dos metais atravs do fenmeno

de foto-oxidao, que influencia diretamente as condies de um

revestimento protetor do metal. Esse fenmeno altera a composio do

revestimento do metal afetando a sua estabilidade qumica, resultando na

diminuio da resistncia do revestimento e aumentando as tenses

higrotrmicas, afetando negativamente a adeso e coeso do mesmo. Desta

maneira, tem-se o destacamento e/ou gerao de trincas no revestimento

protetor causando posterior corroso do substrato (VRGES, 2005).

d) Chuvas e ventos

As chuvas peridicas reduzem o ataque da corroso devido

eliminao ou simplesmente a diluio de agentes contaminantes. Contudo,longos perodos de chuva contribuem como agente veiculador para

deposio de contaminantes atmosfricos sobre a superfcie metlica. Isso

porque, nestas condies, o filme de eletrlito essencial ao processo

corrosivo mantido na superfcie do metal. O processo de corroso ainda

pode ser acelerado devido ao acmulo de gua, em regies especificas,

como frestas ou regies de estagnao, onde as solues dos sais se

depositam, aumentando a condutividade do eletrlito. (SICA, 2006).


27/71

17

Os ventos colaboram com a deposio de contaminantes na superfcie

do metal, principalmente em regies martimas, devido a concentrao de

cloretos existentes (VRGES,2005).

Dependendo da velocidade e da direo dos ventos, os contaminantes

podem atingir locais bem afastados das fontes emissoras (GENTIL, 2006).

e) Partculas sedimentveis na atmosfera

Atmosferas com presena de partculas slidas sob a forma de poeira

tendem a serem mais corrosiva. Essa contribuio na corroso ocorre devido

a deposio de material no metlico, como a slica (SiO 2), deposio de

substncias que retm a umidade, deposio de sais, como o sulfato de

amnio ((NH4)2SO4), deposio de material metlico de natureza qumica

diferente da superfcie do metal e deposio de partculas slidas. Todos

esses exemplos influnciam diretamente na velocidade de corroso do metal

(GENTIL,1996).

f) Gases

Oxignio (O2)

O oxignio no considerado em si como um contaminante, porm

um elemento essencial para que reaes de oxidao, ou seja, para que a

corroso ocorra.

O oxignio esta presente em qualquer local, apresentando pouca

variao em diferentes altitudes. Porm, em grandes altitudes, existe uma

menor concentrao de oxignio em relao ao nvel do mar (FERNANDES,

MARIANO, GNECCO, 2003).

Dixido de enxofre (SO2)

Devido a queima de leos combustveis, a regio industrial onde

mais encontra-se o dixido de enxofre, contendo geralmente 3 a 4% de

enxofre (GENTIL,1996).

O SO2 o responsvel pela chuva cida, devido sua reao com a

gua formando o cido sulfuroso (H2SO3) ou ainda, em contato com a gua e


28/71

18

o oxignio (na presena de catalisadores como os ons ferrosos), cido

sulfrico (H2SO4), de acordo com as reaes (PANNONI, 2004):

3222SO SOHOH

(4)

42222 21SO SOHOOH (5)

A reao do cido sulfrico com o ferro resulta em sulfato ferroso,

promovendo a dissoluo do ferro:

OHFeSOOFeSOH24242 2

1

(6)

Cloretos (Cl-)

So provenientes do sal marinho (NaCl) e so arrastados pelas

arrebentaes ocenicas e pelos ventos.

Os cloretos marinhos, dissolvidos na camada de umidade, elevam

consideravelmente a condutividade da camada do eletrlito no metal, e

tendem a destruir todo filme passivante formado na superfcie metlica(SICA,2006).

A corroso dos cloretos se caracteriza por ataques localizados na

forma de perfuraes muito pequenas e profundas, que se propagam

rapidamente, chamados de pites (VRGES, 2005).

Sulfetos de hidrognio (H2S)

O sulfeto de hidrognio esta presente, principalmente, em atmosferasprximas s refinarias de petrleo, mangues e pntanos. Esse gs o

responsvel pelo escurecimento do cobre ou de suas ligas, uma vez que h

formao de sulfeto de cobre preto, CuS. (GENTIL,1996)

Em ambientes relativamente secos, o sulfeto reage diretamente com o

metal, no necessitando de um eletrlito para que a reao de corroso

ocorra. Alm de reagir com o ferro, o H2S tambm reage com alguns

compostos de ferro que aumentam a velocidade de corroso, como nas

seguintes reaes: (VRGES, 2005)


29/71

19

22 HFeSFeSH (7)

OHCOFeSFeCOSH2232

(8)

OHFeSOHFeSH 222 2)( (9)

3.4.2 Tipos de Atmosferas Corrosivas

As seguir apresentado a classificao dos quatro ambientes

corrosivos.

a) Atmosfera rural

Consideradas como regies de grande distncia de fontes poluidoras.

No apresentam contaminantes qumicos fortes, contm poeiras orgnicas e

inorgnicas. Podem promover ambiente corrosivo quando em mistura com

elementos gasosos, alta umidade relativa, intensa luz solar e longos perodos

de condensao.

b) Atmosfera urbanaConsiste em regies de centro populacionais importantes, apresenta

presena de fumos e sulfatos provenientes da combusto. Em presena de

alta umidade relativa e condensao, pode estabelecer elevada taxa de

corroso, pois promove uma interao mais intensa dos contaminantes

perante estruturas metlicas.

c) Atmosfera MarinhaAtmosfera marinha uma regio ao ar livre, sobre o mar e perto da

costa, que contm cloretos de sdio e de magnsio, que pode ser tanto na

forma de cristais como na forma de gotculas de gua salgada. Esta

atmosfera pode conter ainda sulfatos, que podem influenciar no processo de

corroso. Mesmo em pequenas propores, esses agentes podem ser

extremamente agressivos ao metal.(SICA et al, 2005; HELENE, 1993)


30/71

20

As finas partculas de sais marinhos podem ser levadas pelo vento e

sedimentarem sobre as superfcies metlicas expostas. A quantidade destas

partculas no ar diminui rapidamente ao se distanciar da orla martima.

Segundo Helene (1986), a velocidade de corroso em atmosfera

marinha chega a ser da ordem de 30 a 40 vezes superior que ocorre em

atmosfera rural, considerada pura. Por isso, certos mtodos construtivos no

podem ser aplicados para todos os tipos de ambientes.

Por exemplo, se um mtodo construtivo aplicvel para uma certa

regio rural, a corroso poder aparecer daqui a uns 8 anos, mas se utilizar-

se o mesmo mtodo construtivo para uma regio de mar, sinais acentuados

de corroso comearo a aparecer em apenas 2 a 3 meses, antes mesmo de

concluda a obra.(SICA et al, 2005; HELENE, 1993)

d) Atmosfera Industrial

Atmosfera industrial uma regio ao ar livre com alto grau de poluio

por estar em contato com zonas contaminadas por gases e cinzas

extremamente agressivos, provenientes da queima de leo, carvo e outros.

Entre os gases mais frequentes e agressivos destacam-se o H2S, SO4, NOX,

etc. O SO2 se oxida por vrios processos catalticos a cido sulfrico,

depositando-se sobre superfcies expostas, resultando num filme cido

hidratado, quando em presena de orvalho. (SICA et al, 2005; HELENE,

1993)

Atmosferas industriais podem acelerar na ordem de 60 a 80 vezes

mais a corroso, se comparadas a situaes equivalentes em atmosferas

rurais, puras. A agressividade desta atmosfera deve ser analisada juntamente

com a umidade relativa da regio em que a estrutura ficar sujeita. (HELENE,

1986)

A tabela 3.1 resume os principais agentes agressivos em funo do

tipo de atmosfera:


31/71

21

Tabela 3.2 - Agressividade das atmosferas em funo do meio (FONTE:Fernandes, Mariano, Gnecco, 2003.)

3.5 ENSAIOS DE CORROSO

O estudo do comportamento da corroso pode ser realizado com

ensaios de corroso, que podem ser realizados em laboratrio ou no campo.

Para os ensaios de laboratrio utilizam-se pequenos corpos de prova

altamente definidos, com composio do meio corrosivo fixada com rigorosa

exatido, isso porque devem ser mantidas as condies do ensaio e, no caso

de ensaios acelerados, aumentar a velocidade do processo, com o objetivo

de se obter resultados mais rpidos.

A realizao dos ensaios de laboratrio tem como objetivo: (GENTIL,

2007)

a) Estudar o mecanismo do processo corrosivo;

b) Indicar o material metlico mais adequado para determinado meio

corrosivo;

c) Determinar os efeitos que os materiais metlicos podem ocasionar nas

caractersticas de um determinado meio corrosivo, como por exemplo,

contaminao por produtos de corroso em processamento, transporte

e armazenamento;

d) Controlar a fabricao de um material metlico resistente corroso,

ou um revestimento protetor capaz de satisfazer as especificaes de

uso;


32/71

22

e) Determinar o efeito do processo de fabricao, das impurezas ou

elementos de liga, do tratamento trmico e mecnico e do estado da

superfcie sobre o comportamento do material metlico em

determinado meio corrosivo.

Nos ensaios de campo, a pea ser exposta diretamente s condies

reais do meio corrosivo. Neste ensaio, no h como controlar as variveis de

ataque da corroso, alm de necessitar de um perodo de tempo mais longo

para representar os efeitos da corroso. (GENTIL, 2007). Contudo consegue-

se uma reprodutividade completa dos agentes de corroso que podem

acelerar ou retardar o processo. Dentre esses agentes podem ser citados

temperatura, umidade, composio, agentes poluentes, ventos, irradiao

solar, chuva; e na gua, aerao, velocidade, temperatura, composio,

impurezas e crescimento biolgico (GENTIL, 2007).

A realizao dos ensaios de campo tem como objetivos: (GENTIL,

2007)

a) Estudar a eficincia de medidas de proteo anticorrosiva;

b) Selecionar o material mais adequado para determinado meio corrosivo

e estimar a durabilidade provvel nesse meio.

Os ensaios de campo mais usados so (GENTIL, 2007):

a) Ensaios na atmosfera diferentes corpos de prova so expostos

atmosfera durante algum tempo. Leva em conta fatores tais como:

temperatura, umidade, vento, impureza, slidos em suspenso, e

gases provenientes da queima de combustveis contendo enxofre.;b) Ensaios de gua do mar;

c) Ensaios no solo.

Para a obteno de resultados mais rpidos, utilizam-se ensaios de

laboratrio acelerados. A fim de reproduzir as condies de utilizao dos

materiais, realizam-se ensaios de laboratrios sob condies variadas, sendo

exemplos: (GENTIL, 2007):


33/71

23

Imerso contnua;

Imerso alterada;

Imerso contnua, com agitao; Ensaios com fluxo contnuo;

Ensaios com lquidos em ebulio;

Ensaios com lquido a temperaturas elevadas;

Ensaios de corroso conjugados s solicitaes mecnicas;

Ensaios de corroso conjugados a presses elevadas e altas

velocidades de corrente;

Cabine de umidade com dixido de enxofre; Cabine de nvoa salina;

Testes cclicos de corroso.

Segundo Kucera, 1987, a durao de um ensaio no acelerado

depende da informao requerida. O tempo pode ser: (a) um ano para ter

uma idia da agressividade da atmosfera; (b) quatro anos para calcular as

taxas de corroso esperadas e seleo dos materiais e, (c) oito anos para

caracterizar a corrosividade da atmosfera e o comportamento do material emlongo prazo.

Este tipo de ensaio proporciona dados confiveis e reais sobre a

corroso atmosfrica dos metais nas diferentes atmosferas, porm consome

muito tempo. Por isso, desenvolveram-se os ensaios de corroso acelerada

em laboratrio.

3.5.1 Ensaios eletroqumicos

O estudo da corroso com os mtodos eletroqumicos apresentam a

vantagem de que, alm de respostas rpidas, dependendo do mtodo

eletroqumico escolhido, podem-se realizar os testes sem danificar a amostra

em estudo. Por essas razes, esses mtodos so os mais estudados e

utilizados no monitoramento da corroso em estruturas. (CABRAL, 2000)

O ensaio eletroqumico formado por processo de corroso atravs de

um sistema composto por anodos e catodos em contato eltrico e um meio


34/71

24

condutor de ons, ou seja em um eletrlito. A corroso caracterizada pelas

reaes de oxidao e reduo que acontecem nas superfcies. A velocidade

dessas reaes esta relacionada com a velocidade de fluxo de eltrons entre

as reas andicas e catdicas. (WOLYNEC, 2003).

Com as tcnicas eletroqumicas, possvel investigar fenmenos

como a passivao, a anodizao, a proteo catdica e andica e o

revestimento de proteo por sacrifcio ou por barreira de substrato metlico.

Podem ser ainda estudadas, por meio dessas tcnicas, a corroso uniforme,

corroso localizada, corroso galvnica, corroso seletiva, corroso

sobtenso e dano induzido pelo hidrognio. Os processos corrosivos

hidrodinmicos (controlados por transporte de massa) se encaixam tambm

na aplicao de tcnicas eletroqumicas (SCULLY & TAYLOR, 1987;

SANCHEZ & SCHIFFRIN, 1982; GALVAN-MARTINEZ et al., 2007).

Existem determinadas formas de corroso que tem o estudo adequado

por ensaios eletroqumicos e so indicados por Fontana & Greene (1967),

destacam-se: (SCULLY & TAYLOR, 1987; WOLYNEC, 2003);

Mtodos da extrapolao de Tafel e da resistncia de polarizao,

destinado anlise de corroso uniforme;

Mtodo fundamentado na teoria da combinao de potenciais, para

anlise da corroso galvnica;

Mtodo da polarizao potenciodinmica cclica;

Mtodo potenciosttico ou galvanosttico e rudo eletroqumico, para a

corroso localizada.

3.5.1.1 Curvas de polarizao

As curvas de polarizao potenciosttica, para o estudo de corroso,

tm como objetivo a obteno de dados cinticos das reaes envolvidas no

processo. Vrios mtodos foram desenvolvidos com base na teoria

desenvolvida por Wagner e Taud, mas o mtodo de maior importncia e

aplicao foi desenvolvido por Stern e Geary, que faz uso da parte linear das

curvas de polarizao para determinar a corrente e, consequentemente, a

velocidade de corroso dos metais.


35/71

25

Consegue-se observar de maneira mais clara a influencia da

polarizao, E, sobre a densidade de corrente, i, plotando um grfico de E

versus i. Uma sobretenso ou sobrecorrente aplicada ao sistema por um

potenciostato (MATOS, 1990; ALMEIDA, 1996) sendo registrada a alterao

correspondente da corrente ou do potencial (NBREGA, 2004). As curvas

obtivas representam o efeito global de todas as reaes que ocorrem na

superfcie do eletrodo e so chamadas de curvas de polarizao (WOLYNEC,

2003).

A figura 3.6 representa esquematicamente uma montagem de uma

clula eletroqumica para a aquisio das curvas de polarizao utilizando um

potenciostato. Nesta montagem tem-se o eletrodo de trabalho, ET, eletrodo

de referencia, ER, e contra eletrodo, EC. O eletrlito uma soluo ionizada

que possui ons positivos, os ctions, e ons negativos, os nions.

(WOLYNEC, 2003).

Figura 3.6 - Esquema simplificado da montagem de um potenciostato. (NEZ, 2006)

3.5.1.2 Espectroscopia de impedncia eletroqumica (EIS)

A impedncia eletroqumica uma tcnica que se aplica uma

perturbao de potencial alternado com diferentes valores de frequncia. O

uso dessa tcnica apresenta diversas vantagens, destacando-se:(WOLYNEC, 2003)


36/71

26

a) Uso de sinais de pequena amplitude que no perturbam as

propriedades do eletrodo;

b) Possibilidades de estudar as reaes de corroso e obter as taxas de

corroso em meios de baixa condutividade;

c) A resistncia de polarizao e a capacitncia da dupla camada podem

ser determinadas numa mesma medida.

A impedncia, Z, dada pela relao entre o potencial e a corrente,

semelhante a lei de Ohm adaptada para expresses referentes a um circuito

de corrente alternada, sendo a frequncia angular (2f) e o ngulo de fase

, a defasagem de tempo entre a aplicao de um sinal de tenso alternada

e a corrente de resposta. O o ngulo de fase da corrente em relao ao

potencial, apresentado na Figura 3.7.

Figura 3.7 - Potencial aplicado e corrente resultante relativo ao mtodo deEspectroscopia de impedncia eletroqumica (NEZ, 2006)

Sendo a impedncia a representao da resistncia fsica global de

um determinado material em um meio, entende-se que, quanto maior a

impedncia do sistema maior ser a restrio do eletrodo a passagem de

corrente. (GENTIL, 1996; SILVA, 2006; WOLYNEC, 2003)

Fazendo a relao com a lei de Ohm, devido a sua semelhana com a

expresso que relaciona o potencial, E, e a corrente, I, em funo do tempo,

t, tem-se a equao 13:

)(

)(

tI

tEZ

(13)


37/71

27

A resposta obtida pelo processo de perturbao obtida como

senoidal. A equao 14 descreve um circuito de corrente alternada:

)cos()( tAtE (14)

Lembrando que a frequncia angular (2f) e o ngulo de fase.

A corrente resultante tambm ter uma forma sonoidal como

representado na equao 15:

).()( tAsentI

(15)

Onde, A a amplitude da onda.

A impedncia expressa por duas partes: a parte real, que

corresponde aos termos resistivos, e a parte imaginria do nmero complexo

Z, que corresponde aos termos capacitivos e indutivos. (SILVA, 2006;

WOLYNEC, 2003)

Devido impedncia apresentar parte real e imaginaria, a melhorvisualizao e anlise dos resultados podem ser feita mediante a

representao grfica, as mais utilizadas so a representao de Nyquist e

de Bode. (GENTIL, 1996; SILVA, 2006; WOLYNEC, 2003)

a) Diagrama de Nyquist

No diagrama de Nyquist, figura 3.8, tem-se nos eixos correspondentes,

os valores das componentes real e imaginrio (Z`e Z`` respectivamente) da

impedncia do sistema.

A vantagem de analise dos dados de impedncia utilizando o diagrama

de Nyquist esta na visualizao direta dos resultados atravs da extrapolao

do lado direito do semi-circulo at o eixo real, horizontal.


38/71

28

Figura 3.8 - Diagrama de Nyquist, plotado com componentes reais Z versuscomponentes imaginrios Z. (adaptado de JOUKOSKI, 2003)

Observa-se que em altas frequncias, que equivale,

aproximadamente, a regio de 1000 ohm, a impedncia dada

exclusivamente pela resistncia da soluo (Rs), enquanto que para

frequncias mais baixas, que equivale, aproximadamente, a regio 2750ohm, a impedncia concedida pela soma das resistncias soluo e de

polarizao (Rs+Rp).

b) Diagrama de Bode

No diagrama de Bode torna-se possvel uma representao da

variao da impedncia absoluta |Z| e do ngulo de fase () em funo da

frequncia (), como ilustra a figura 3.9.Analisando o diagrama de Bode, podem ser extrados os parmetros

como valor da resistncia hmica, atravs da estrapolao do patamar

horizontal inferior da curva em direo ao eixo y. Em baixas frequncias a

impedncia governada pela soma da resistncia da soluo e de

polarizao, Rs e Rp respectivamente. (JOUKOSKI, 2003)

Outra informao que pode ser obtida pela extrapolao da reta de

inclinao igual a -1 IZI que representa a impedncia do sistema regidapela impedncia capacitiva, na faixa de frequncias intermedirias. Sendo


39/71

29

assim, obtm-se para log () prximo zero o valor da capacitncia da dupla

camada, formada entre o eletrodo e o eletrlito. (JOUKOSKI, 2003)

Figura 3.9 - Diagrama de Bode tpico, do tipo log IZI versus log , para um sistemaeletroqumico simples. (adaptado de JOUKOSKI, 2003)

No estudo de corroso pode-se empregar o uso, alm do potencial de

eletrodo de corrente continua, o eletrodo de corrente alternada. A corrente

alternada permite o uso de sinais muito pequenos que no perturbem as

propriedades do eletrodo. O estudo mais abrangente o que utiliza variaes

de frequncia, porque existem resistncias e capacitncias no sistema que

so dependentes da frequncia. (GENTIL, 1996; SILVA, 2006; WOLYNEC,

2003). A Figura 3.10 ilustra o sistema de resistncias e capacitores, onde Rs

a resistncia da soluo associada em srie com a resistncia de

polarizao, Rp, e o capacitor, C. E a resistncia de polarizao esta em

paralelo com o capacitor.

Figura 3.10 - Sistema de circuitos com resistncias e capacitores. (adaptado deJOUKOSKI, 2003)


40/71

30

3.6 ANALISE DE SUPERFCIE - MICROSCOPIA

Entre as tcnicas microscpicas mais utilizadas esto a microscopia

tica (MO) e a microscopia eletrnica. A microscopia tica usada paraestudar camadas de xidos com espessuras maiores que 1 m, no plano ou

na seo transversal. No plano, permite estudar a uniformidade da camada

de ferrugem e na seo transversal permite estudar a uniformidade da

espessura da camada de ferrugem, perda de adeso, estrutura das camadas.

Este tipo de microscpio permite aumentos de at 1000 vezes. Quando so

necessrios aumentos maiores, utilizam-se os microscpios eletrnicos, os

quais podem ser classificados em microscpios eletrnicos de varredura(MEV) e em microscpios eletrnicos de transmisso (MET). (MANSUR,

2012. RAMAN, et al, 1991. WANG, et al, 1997)

O princpio do MEV a obteno da imagem atravs dos eltrons

secundrios gerados pela amostra, enquanto que no MET a obteno da

imagem dos eltrons transmitidos ou os padres de difrao de eltrons da

amostra. (MANSUR, 2012. RAMAN, et al, 1991. WANG, et al, 1997)

Em geral, os microscpios eletrnicos esto adaptados com um sistema de

deteco de micro-anlise de raios- X Espectroscopia de Energia Dispersiva,

EDS, que possibilita analisar a composio atmica da amostra (monitorando

os raios-X caractersticos). Essa composio elementar pode ser feita

mediante o mapeamento de uma rea da amostra (identificando os

elementos presentes nessa rea) ou mediante uma varredura de linha

(proporcionando uma distribuio elementar ao longo da linha traada sobre

a amostra). (MANSUR, 2012. RAMAN, et al, 1991. WANG, et al, 1997)

Para a identificao dos elementos, eles devem estar em teores superiores a

1%. Alm disso, os microscpios eletrnicos permitem o processamento da

imagem e, nos sistemas mais modernos, esse processamento pode ser feito

por meio de outros sinais, como os eltrons retro-espalhados, eltrons

secundrios e ftons. No caso das camadas de ferrugem, a distribuio dos

xidos pode ser evidenciada com os sinais de eltrons retro-espalhados

atravs do contraste de tons de cinzas (MANSUR, 2012. RAMAN, et al, 1991.

WANG, et al, 1997).


41/71

31

4 METODOLOGIA E MATERIAIS

Este trabalho foi realizando em dois momentos. Num primeiro

momento, foi realizado o ensaio em campo pela empresa parceira na

pesquisa, que tambm foi a fornecedora das chapas de ao em estudo. E a

segunda parte, foi realizada os ensaios eletroqumicos e os de microscopia

eletrnica de varredura nos laboratrios da UFMG.

4.1 MATERIAIS

Para o estudo da resistncia a corroso foi utilizada elementos de ligaque melhorar essa caracterstica, Os elementos de liga escolhidos foram o

cobre, bismuto, molibdnio e antimnio.

A tabela 4.1 apresenta a composio das ligas em estudo nos dois

momentos, ensaio de campo e ensaio de laboratrio. As placas foram

produzidas pela empresa parceira, sendo fornecida a composio qumica

abaixo.

Tabela 4.1 - Composio qumica dos aos. (Fonte: Empresa parceira).

AosComposio Qumica

C Mn S Si P Al Cu Sb Bi Mo Cr Ni

Cu-Bi 0,050 0,250 0,015 0,010 0,019 0,065 0,055 - 0,050 - 0,015 0,034

Cu-Bi-Mo 0,010 0,270 0,013 0,007 0,015 0,038 0,060 - 0,100 0,050 0,020 0,016

Cu-Bi-Sb 0,020 0,270 0,015 0,011 0,015 0,050 0,080 0,045 0,020 - 0,020 0,015

4.2 ENSAIO EM CAMPO

Os aos expostos ao ensaio de campo ficaram nas estaes para

estudo de corroso da empresa parceira em Ipatinga-MG, atmosfera

industrial, e Arraial do Cabo RJ, atmosfera marinha. O tempo de exposio

das ligas foi de 16 meses. A figura 4.1 ilustra um ensaio de campo.

Os ensaios de campo foram realizados de acordo com NBR7011

padro. As amostras de ao foram cortadas em dimenses de 100 mm 150mm 0,9 mm, e no foram revestidas por pintura. (SILVA, et al 2006).


42/71

32

As amostras de ao carbono de baixa liga foram retiradas com 3, 6, 9,

12 e 16 meses de exposio para pesagem.

Figura 4.1 Corpos de prova exposto para ensaio de campo. (Silva, et al.

2006)4.3 ENSAIOS EM LABORATRIO

4.3.1 Ensaio de Espectroscopia de Impedncia Eletroqumica

O ensaio foi realizado nos aos sem revestimento em solues que

representem o meio marinho, NaCl 3,5% m/v, e o meio industrial, H2SO40,1

mol/L.

As amostras de ao carbono no expostas ao ensaio de campo forampreparadas e em seguida testadas. Primeiramente, foi feito o teste para

medio e estabilizao do potencial de circuito aberto (Open Circuit

Potencial OCP)das amostras nos meios analisados, por aproximadamente

uma hora. O teste de OCP tem como objetivo estabelecer o potencial de

repouso do sistema.

Aps o teste de OCP, as amostras foram testadas usando-se a tcnica

de espectroscopia de impedncia eletroqumica, EIE. A faixa de frequnciautilizada foi de 100 KHz a 1 mHz e amplitude de 10 mV. A rea das

amostras exposta a soluo foi 1 cm. Os testes foram feitas em triplicatas.

O eletrodo de referncia foi de Ag/AgCl e o contra-eletrodo foi uma

placa de platina, e com o intuito de aumentar a rea adicionou-se um fio a

sua volta. Os meios eletrolticos estudados foram solues que

representassem o meio marinho, NaCl 3,5% m/v, e o meio industrial, H2SO4

0,1 mol/L.O preparo das amostras consiste nas seguintes etapas:


43/71

33

As amostras foram polidas, uma de cada vez, com uma sequncia de

lixas para expor o ao sem qualquer revestimento ou oxidao. A sequncia

de lixas foi 240, 320, 400, 600 e 1200 mesh

O corpo de prova depois de lixado foi desengordurado com detergente

neutro, enxaguado com gua destilada e etanol 95% e seca.

A placa de ao foi acoplada na clula eletroqumica para execuo do

teste. O potenciostato utilizado foi o Potenciostato Princeton Applied

Research,modelo Versa Stat 3, software Versa Studio;

4.3.2 Anlise de Microscopia

Para estudar a morfologia e estrutura das camadas de ferrugem das

diferentes ligas expostas nos diferentes ensaios de corroso utilizou-se

microscopia eletrnica de varredura (MEV).

E a espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS) foi utilizada

para o mapeamento dos elementos de liga presentes nas camadas de

proteo.

As analise de superfcie dos aos de baixa liga foram feitas atravs de

tcnica de microscopia eletrnica de varredura (MEV) associada com um

detector de energia dispersiva de raios-X (EDS).

O equipamento utilizado para esse estudo de morfologia e estrutura

das camadas foi um microscpio eletrnico de varredura, do modelo

QUANTA 200 FEG (FEI), associado a um espectrmetro EDS.

As analises de MEV e de EDS foram feitas nos aos de baixa liga com

produto de corroso e em amostras polidas.

5 RESULTADOS

5.1 RESULTADOS DO ENSAIO DE CAMPO

Nas tabelas 5.1 e 5.2 so apresentados os resultados de perda de

massa dos testes de campo, calculados com relao rea inicial das

amostras ao longo do tempo, em atmosfera marinha e atmosfera industrial,

respectivamente. Os dados do ensaio de campo foram realizados pela


44/71

34

empresa em parceria. Nas figuras 5.1 e 5.2 observa-se a representao

grfica da a perda de massa aumenta com os passar do tempo

Tabela 5.1. Valores da perda de massa em ensaio de campo em atmosfera

marinha dos aos Cu-Bi, Cu-Bi-Mo e Cu-Bi-Sb.

AosAtmosfera Marinha

Perda de massa (mg/cm)3 meses 6 meses 9 meses 12 meses 13 meses 16 meses

Cu-Bi 22,0 37,3 - 53,4 - 57,8Cu-Bi-Mo 19,7 37,3 - 40,4 47,4 -Cu-Bi-Sb 21,9 19,6 21,2 42,2 - -

Tabela 5.2 - Valores da perda de massa em ensaio de campo em atmosferaindustrial dos aos Cu-Bi, Cu-Bi-Mo e Cu-Bi-Sb.

AosAtmosfera Industrial

Perda de massa (mg/cm)3 meses 6 meses 9 meses 12 meses 13 meses 16 meses

Cu-Bi 9,1 21 - 32,5 - 35,7Cu-Bi-Mo 15,6 27,8 - 34,1 33,5 -Cu-Bi-Sb 18,7 21,3 26,6 34,5 - -

Na figura 5.1 e na tabela 5.1, ensaios em atmosfera marinha, observa-

se que a perda de massa aumenta com os passar do tempo para o ao Cu-Bide maneira constante, seguindo uma tendncia parablica. A perda de

massa inicialmente medida com 90 dias de ensaio foi de 22 mg/cm e a

ltima perda de massa medida foi de 57,8 mg/cm, 480 dias aps o inicio do

ensaio.

Figura 5.1. Variao da perda de massa dos aos em estudo em atmosferamarinha.


45/71

35

O ao Cu-Bi-Mo teve uma perda de massa crescente at os 180 dias.

Aps esse perodo, ocorreu, uma estabilizao at o 360 dias, aps os 360

dias teve-se praticamente um aumento na perda de massa. A ltima

medio, em 390 dias, foi de 47,4 mg/cm.

O ao Cu-Bi-Sb apresentou, no incio do ensaio, uma perda de massa

de 21,9 mg/cm, que se manteve constante at 270 dias de teste. Entre o

perodo de 270 dias a 360 dias, a perda de massa teve um pico. O valor da

perda de massa em 360 dias foi de 42,2 mg/cm, um aumento de 20,3

mg/cm no ltimo trimestre.

Para o perodo coincidente de ensaio de campo para os trs aos na

atmosfera marinha (90 dias, 180 dias e 360 dias), o ao Cu-Bi foi o ao que

apresentou a maior perda de massa. No geral, no ensaio em atmosfera

marinha, o ao Cu-Bi-Sb apresentou a menor perda de massa. Contudo,

analisando a parte cintica do perfil de perda de massa observa-se que o ao

Cu-Bi apresenta melhor comportamento devido a sua cintica parablica. A

cintica parablica a que apresenta uma tendncia estabilizao, no

estudo de perda de massa significa estabilizao na perda e massa.

Os aos Cu-Bi-Mo e Cu-Bi-Sb apesar de terem os menores valores de

perda de massa apresentam uma cintica linear, o que representa saltos na

perda de massa.

A figura 5.2 mostra a perda de massa em atmosfera industrial,

apresentado tambm na tabela 5.2. O ao Cu-Bi manteve o mesmo perfil de

perda de massa nos dois testes, em atmosfera marinha e industrial. A perda

de massa inicial em atmosfera industrial foi de 9,1 mg/cm, em 90 dias, e a

perda de massa final de 35,7 mg/cm, em 480 dias.


46/71

36

Figura 5.2Variao da perda de massa dos aos em estudo em atmosferaindustrial.

No ao Cu-Bi-Mo, observou-se, novamente, no perfil de perda de

massa uma reduo, na perda de massa, aps 180 dias. A perda de massa

nos primeiros 180 dias foi de 27,8 mg/cm, contra 34,1 mg/cm para 360 dias,

ou seja apenas 6,3 mg/cm nos 180 dias seguintes.

O ao Cu-Bi-Sb apresentou, em atmosfera industrial, um perfil de

perda de massa continuo semelhante ao perfil da atmosfera marinha. A perda

de massa nos primeiros 90 dias foi de 18,7 mg/cm. No final do ensaio, aps

360 dias, o valor da perda de massa foi de 34,5 mg/cm.

Na atmosfera industrial, o ao Cu-Bi, foi o ao que apresentou a menor

perda de massa do grupo dos trs aos.

Na parte cintica os aos Cu-Bi e Cu-Bi-Mo tiveram um perfil cintico

parablico. Enquanto que o ao Cu-Bi-Sb exibiu uma cintica linear, o que

representa saltos na perda de massa.

Nas figuras 5.3, 5.4 e 5.5 so apresentadas uma comparao entre a

perda de massa nas atmosferas marinha e industrial dos aos Cu-Bi, Cu-Bi-

Mo e Cu-Bi-Sb, respectivamente. Observa-se que, para os aos em estudo, a

perda de massa em atmosfera marinha maior do que em atmosfera

industrial, o que coerente com os resultados encontrados na literatura

[ASAMI, et al, 2003. COOK, et al, 2000. ROCHA, et al,1993 ].


47/71

37

Figura 5.3 Variao da perda de massa do ao Cu-Bi em estudo ematmosfera industrial e atmosfera marinha.

Figura 5.4 Variao da perda de massa do ao Cu-Bi-Mo em estudo ematmosfera industrial e atmosfera marinha.

Figura 5.5 Variao da perda de massa do ao Cu-Bi-Sb em estudo em

atmosfera industrial e atmosfera marinha.


48/71

38

O ao Cu-Bi-Sb, figura 5.5, apresentou perda de massa maior na

atmosfera marinha em 90 dias e em 360 dias do ensaio de campo, perfil igual

aos outros aos. Porm, em 180 dias e em 270 dias a perda de massa na

atmosfera industrial apresentou-se maior, essa variao pode estar

relacionada a erros experimentais.

Nas figuras 5.6 e 5.7 apresentada a influncia do teor dos elementos

de liga na perda de massa. As avaliaes dos valores de perda de massa

com relao aos elementos adicionados foram feitas para 360 dias, que foi o

maior perodo coincidente para os trs aos.

Figura 5.6Variao da perda de massa dos aos em estudo em atmosferaindustrial.

Figura 5.7Variao da perda de massa dos aos em estudo em atmosferamarinha.


49/71

39

Em atmosfera industrial, figura 5.6, pode-se ver que o ao Cu-Bi

apresentou a menor perda de massa com relao aos aos com adio de

elementos extras, estrncio ou molibdnio. O ao Cu-Bi-Sb, exibiu a maior

perda de massa, ficando levemente acima do valor do ao Cu-Bi-Mo.

Em atmosfera marinha, figura 5.7, os aos Cu-Bi-Mo e Cu-Bi-Sb

tiveram, novamente, pouca diferena na perda de massa, sendo que o ao

Cu-Bi-Sb teve um valor de perda de massa levemente acima do ao Cu-Bi-

Mo. O ao Cu-Bi apresentou uma maior perda de massa, contudo analisando

seu desempenho atravs do perfil de cintica parablica dessa liga percebe-

se que a perda de massa esta perto da estabilizao. Estabilizao que no

observada nas nos aos Cu-Bi-Mo e Cu-Bi-Sb que apresentam a menor

perda de massa. Por essa razo o desempenho do Cu-Bi classificado como

melhor que dos aos Cu-Bi-Mo e Cu-Bi-Sb.

Os desempenhos em ordem decrescente dos aos so:

- perda de massa em atmosfera industrial: Cu-Bi > Cu-Bi-Mo > Cu-Bi-

Sb.

- perda de massa em atmosfera marinha: Cu-Bi > Cu-Bi-Mo > Cu-Bi-

Sb.

5.2 RESULTADOS DO TESTE DE IMPEDNCIA ELETROQUMICA

5.2.1 Soluo H2SO4

Os dados a seguir representam um grupo de resultados obtidos para a

soluo de H2SO4de 0,1 mol/L. As amostras foram triplicadas e foi realizada

uma mdia desses resultados. Escolheu-se uma das amostras que melhorilustrava a mdia do grupo.

Na figura 5.8, so apresentados os diagramas de Nyquist obtidos para

as amostras dos aos de baixa liga Cu-Bi, Cu-Bi-Mo e Cu-Bi-Sb. No

diagrama pode-se identificar a resistncia da soluo, Rs, e a soma da

resistncia da soluo com a resistncia de polarizao, Rs+Rp. possvel

visualizar tambm, na figura 5.8, o circuito equivalente proposto para esse

sistema, onde a resistncia da soluo est em srie com a resistncia de


50/71

40

polarizao e com o capacitor. Em quanto que, a resistncia de polarizao e

o capacitor esto em circuito paralelos entre si.

As formas dos diagramas de Nyquist foram muito similares para todos

os aos em todas as anlises, triplicatas das amostras. Isto , um arco

capacitivo bem formado ao longo da frequncia e em baixas frequncias,

regies aps o Rs+Rp, um comportamento quase linear, em paralelo ao

eixo horizontal. Esses dados, a princpio, demonstram que a adio dos

elementos no foi suficiente para alterar o perfil do diagrama de Nyquist em

ao carbono. Apesar das formas dos diagramas terem sido as mesmas, os

valores em baixa frequncia, Rs+Rp, foram diferentes para cada tipo de

ao.

Figura 5.8 - Diagrama de Nyquist dos aos de baixa liga Cu-Bi, Cu-Bi-Mo e

Cu-Bi-Sb em H2SO4.

Os valores das resistncias e dos capacitores esto apresentados na

tabela 5.3. Para a resistncia da soluo (Rs), visualizada em altas

frequncia (100 KHz), obteve-se o valor, aproximado, de 67 cmpara todos

os aos de baixa liga. Em baixas frequncias, o ao de baixa liga Cu-Bi-Mo

apresentou o maior valor de resistncia de polarizao, 105,4 cm. Esse

valor de resistncia de polarizao foi quase o dobro que dos outros aosestudados. O ao Cu-Bi-Sb obteve a menor resistncia, de 53,4 cm, mas


51/71

41

uma diferena pequena com relao ao ao Cu-Bi, com resistncia de

polarizao de 60,6 cm.Os valores dos capacitores, CPE, dos aos de

baixa liga foram muitos parecidos.

Tabela 5.3 - Valores representativos dos parmetros eletroqumicos dostestes eletroqumicos em soluo H2SO40,10 mol/L, dos aos Cu-Bi, Cu-Bi-Mo e Cu-Bi-Sb.

AoParmetros eletroqumicos H2SO40,10 mol/L

Rs (.cm) Rp (.cm) CPE (F)

Cu-Bi 67,33 60,6 1,10 x 10-04

Cu-Bi-Mo 67,91 105,4 1,12 x 10-04

Cu-Bi-Sb 67,98 53,4 1,15 x 10-04

Para uma avaliao de desempenho dos aos de baixa liga entre a

corroso atmosfrica e a corroso eletroqumica, foi montada a tabela 5.4. O

objetivo dessa comparao avaliar o desempenho dos aos com elementos

de liga diferentes, uma vez que os tipos de corroso ocorridos em cada teste

foram de natureza diferente. O teste de campo uma avaliao de

resistncia corroso atmosfrica e o teste de laboratrio a corroso

eletroqumica.

Os dados de menor resistncia de polarizao do ao Cu-Bi-Sb

coincidem com a maior perda de massa do ensaio de campo em atmosfera

industrial. Lembrando que, no ensaio de campo, a diferena na perda de

massa final dos aos foi pequena, a diferena de desempenho entre os aos

foi mais visvel no teste eletroqumico, em especial entre o Cu-Bi-Mo e os

aos Cu-Bi-Sb e Cu-Bi.

Tabela 5.4 Comparao de desempenho entre perda de massa ematmosfera industrial, resistncia de polarizao em soluo H2SO40,10 mol/Le resistncia a corroso dos aos Cu-Bi, Cu-Bi-Mo e Cu-Bi-Sb.

Resistncia depolarizao H2SO4

Perda de massaatm. industrial

DesempenhoResistncia

corroso

Cu-Bi Mdia* Menor Maior

Cu-Bi-Mo Maior Mdia** Mdia

Cu-Bi-Sb Menor* Maior** Menor

*valores prximos de resistncia de polarizao em ensaio eletroqumico.


52/71

42

**valores prximos de perda de massa em ensaio de campo.

O desempenho em ordem decrescente desses aos :

- anlise eletroqumica soluo H2SO40,1 mol/L: Cu-Bi-Mo > Cu-Bi >

Cu-Bi-Sb.

Nas figuras 5.9, 5.10 e 5.11 so apresentados os diagramas de Bode

obtidos para os aos de baixa liga, que nos permitem confirmar a formao

de apenas um semicrculo nos aos de baixa liga. O perfil associado aos

espectros de impedncia indica que o processo regido por transferncia de

carga.

Figura 5.9 - Diagrama de Bode da espectrometria de impednciaeletroqumica do ao de baixa liga Cu-Bi, em soluo H2SO4.

Figura 5.10 - Diagrama de Bode da espectrometria de impednciaeletroqumica do ao de baixa liga Cu-Bi-Mo, em soluo H2SO4.


53/71

43

Figura 5.11 - Diagrama de Bode da espectrometria de impednciaeletroqumica do ao de baixa liga Cu-Bi-Sb, em soluo H2SO4.

5.2.2 Soluo NaCl

Os dados do teste de impedncia na soluo NaCl 3,5% (m/v) so

apresentados a seguir e representam um grupo de resultados. Foi retirada

uma mdia dos resultados para cada amostra. Escolheu-se uma das

amostras que melhor ilustrava a mdia do grupo.

Na figura 5.12 so apresentados os diagramas de Nyquist em soluo

NaCl de 3,5 % (m/v), respectivamente, para os aos Cu-Bi, Cu-Bi-Mo e Cu-

Bi-Sb expostos. No diagrama pode-se identificar a resistncia da soluo, Rs,

e a soma da resistncia da soluo, Rs, com a resistncia de polarizao,

Rp. possvel visualizar tambm, na figura 5.12, o circuito equivalente

proposto para esse sistema, onde a resistncia da soluo esta em srie com

a resistncia de polarizao e com o capacitor. Em quanto que, a resistncia

de polarizao e o capacitor esto em circuito paralelos entre si.

As formas dos diagramas de Nyquist so muito similares para todos os

aos em todas as anlises, triplicatas das amostras. Ao longo do eixo

horizontal, Zre, o arco capacitivo bem formado. Em baixas frequncias,

aps Rs+Rp, observou-se um comportamento de indutncia caracterstico

do ferro. Apesar das formas dos diagramas de Nyquist terem sido as


54/71

44

mesmas, os valores em baixa frequncia, Rs+Rp, foram diferentes para

cada tipo de ao.

Figura 5.12 - Diagrama de impedncia dos aos de baixa liga em NaCl 3,5 %(m/v).

Os valores das resistncias e dos capacitores esto apresentados na

tabela 5.5. A resistncia da soluo (Rs), foi, em mdia, de 89 cm, valor

referente a altas frequncia de 100 KHz. Em baixas frequncias, o ao de

baixa liga Cu-Bi apresentou os maiores valores de resistncia de polarizao,

1521 cm. Esse valor de resistncia foi mais que o dobro do que o ao Cu-

Bi-Sb, que teve resistncia de 713,2 cm. A resistncia para o ao Cu-Bi-

Mo foi de 1116 cm, aproximadamente 73% da resistncia do Cu-Bi. Os

valores dos capacitores, CPE, entre os aos de baixa liga foram muitos

parecidos na ordem de grandeza, contudo, os valores para os aos Cu-Bi e

Cu-Bi-Mo ficaram mais prximos enquanto que o Cu-Bi-Sb apresentou o

menor valor.

Em soluo NaCl, obteve-se uma diferena numrica mais acentuada

entre as resistncias de polarizao dos aos se comparada com a soluo

H2SO4.


55/71

45

Tabela 5.5 - Valores representativos dos parmetros eletroqumicos dostestes eletroqumicos em soluo NaCl 3,5 %(m/v), dos aos Cu-Bi, Cu-Bi-Moe Cu-Bi-Sb.

AoParmetros eletroqumicos NaCl 3,5%

Rs (.cm) Rp (.cm) CPE (F)Cu-Bi 92,78 1521 4,58 x 10-04

Cu-Bi-Mo 89,52 1116 4,77 x 10-04

Cu-Bi-Sb 86,89 713,2 6,44 x 10-04

Lembrando que o intuito de se montar a tabela 5.6 foi com o objetivo

de fazer uma avaliao comparativa de desempenho dos aos de baixa liga

com relao corroso atmosfrica e a corroso eletroqumica. A inteno

dessa comparao de avaliar o desempenho dos aos com elementos deliga diferentes, uma vez que os tipos de corroso ocorridos em cada teste

foram de naturezas diferentes.

Tabela 5.6 Comparao de desempenho entre perda de massa ematmosfera marinha, resistncia de polarizao em soluo NaCl 3,5 %(m/v) eresistncia a corroso, dos aos Cu-Bi, Cu-Bi-Mo e Cu-Bi-Sb.

Resistncia depolarizao NaCl

Perda de massaatm. marinha

DesempenhoResistncia

corrosoCu-Bi Maior Menor Maior

Cu-Bi-Mo Mdio Mdio** Mdio

Cu-Bi-Sb Menor Maior** Menor

**valores prximos de perda de massa ensaio de campo.

Numa comparao entre o ensaio de campo, em atmosfera marinha, e

o ensaio de laboratrio, soluo NaCl, o ao Cu-Bi apresentou a maior

diferena de desempenho entre os dois ensaios. No ensaio de campo, o Cu-Bi teve a maior perda de massa, pior desempenho frente corroso,

enquanto que no ensaio de laboratrio esse ao apresentou a maior

resistncia de polarizao, melhor desempenho frente a corroso.

Em ambos os ensaios, campo e laboratrio, o Cu-Bi-Mo apresentou

melhor desempenho que o ao Cu-Bi-Sb. Contudo, a diferena de valor foi

menor no ensaio de campo que no ensaio de laboratrio.

O desempenho em ordem decrescente desses aos :


56/71

46

- anlise eletroqumica soluo NaCl 3,5% (m/v): Cu-Bi > Cu-Bi-Mo >

Cu-Bi-Sb.

Nas figuras 5.13, 5.14 e 5.15 so apresentados os diagramas de Bode

para os trs tipos de aos estudados. Essas figuras nos permitem confirmar a

formao de apenas um semicrculo nos aos de baixa liga. O perfil

associado aos espectros de impedncia indica que o processo regido por

transferncia de carga.

Figura 5.13 - Diagrama de Bode da espectrometria de impednciaeletroqumica do ao de baixa liga Cu-Bi, em soluo NaCl 3.5%.

Figura 5.14 - Diagrama de Bode da espectrometria de impednciaeletroqumica do ao de baixa liga Cu-Bi-Mo, em soluo NaCl 3,5%.


57/71

47

Figura 5.15 - Diagrama de Bode da espectrometria de impednciaeletroqumica do ao de baixa liga Cu-Bi-Sb, em soluo NaCl 3,5%.

5.3 ANALISES DE MEV E EDS

As analises de superfcie e de composio foram realizadas nos aos

polidos e nos aos aps a impedncia nas soluo de H2S040,1 mol/L e de

NaCl 3,5% (m/v).

5.3.1 Soluo H2SO4

Os resultados de MEV, (figuras 5.16, 5.18 e 5.20) apresentaram

diferenas morfolgicas entre as superfcies das amostras de aos polidos,

itens a, e amostras de aos aps a impedncia, itens b, para a soluo

H2S04 0,1 mol/L, para todos os aos. J nas figuras 5,17, 5.19 2 5.21 so

apresentados os resultados das analises de EDS dos respectivos aos.

Na figura 5.16, item a, observa-se o Cu-Bi polido. No item btem-se

o ao aps a impedncia, apresentando produto de corroso em sua

superfcie com poucas tricas porm profundas. O produto de corroso gerado

acredita-se ser xido de ferro. Tal suposio tem como base a analise de

EDS do ao Cu-Bi, figura 5.17. No item a da figura 5.17, o resultado da

composio qumica mostra, em sua totalidade, a presena de ferro, Fe, e

um pouco de carbono, C. Enquanto, que no item b, da mesma figura, a

composio qumica mostra grande quantidade de oxignio, O, e de ferro,

Fe.


58/71

48

a) b)Figura 5.16 Imagens da microscopia eletrnica de varredura da superfciedo ao Cu-Bi com aumento 10000 vezes, a) ao aps polimento e b) ao

aps impedncia eletroqumica em soluo H2SO40,1 mol/L.

b)Figura 5.17 Resultados da analise de EDS do ao Cu-Bi, a) ao apspolimento e b) ao aps impedncia eletroqumica em soluo H2SO4 0,1

mol/L.


59/71

49

Na figura 5.18, observa-se o Cu-Bi-Mo polido, item a. No item b

tem-se o ao aps a impedncia, apresentando produto de corroso em sua

superfcie. O produto de corroso gerado tem aspecto mais denso e firme se

comparado com o produto de corroso do ao Cu-Bi, devido s fissuras do

ao Cu-Bi-Mo serem mais finas e menores.

a) b)Figura 5.18Imagens da microscopia eletrnica de varredura do ao Cu-Bi-Mo com aumento de 10000 vezes, a) ao aps polimento e b) ao apsimpedncia eletroqumica em soluo H2SO40,1 mol/L.

Na figura 5.19 apresenta a analise de EDS para o ao carbono da

figura 5.18, Cu-Bi-Mo. Com base na analise de EDS acredita-se que o

produto formado seja xido de ferro com presena de mangans, Mn. No

item a da figura 5.19, o resultado da composio qumica mostra, em sua

quase totalidade, a presena de ferro, Fe, e um pouco de carbono, C e

oxignio, O. Enqu

Corrosão Aço Baixa Liga

Documents

Transcript of Corrosão Aço Baixa Liga