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NOVOS AÇOS ESTRUTURAIS DE ELEVADA RESISTÊNCIA À CORROSÃO MARINHA

Autores: Rogério Augusto Carneiro Evandro de Azevedo Alvarenga

Contribuição técnica nº 21

NOVOS AÇOS ESTRUTURAIS DE ELEVADA RESISTÊNCIA À CORROSÃO

MARINHA

02/09/2009

A corrosão é um dos principais problemas das estruturas metálicas e o processo corrosivo é acelerado pela umidade, compostos de enxofre e íons cloretos, quando presentes em quantidade elevadas

INTRODUÇÃO

O uso dos tradicionais aços carbono resistentes à corrosão atmosférica, do tipo ASTM A588 (patinável) ou ASTM A606, é uma maneira de melhorar o desempenho da estrutura contra a corrosão

Porém, mesmo estes aços estão sujeitos à corrosão intensa, eventualmente com desplacamento da camada de óxidos (anômala) e exigem proteção por pintura quando a atmosfera é muito agressiva

Brasil: não há normas, pintura feita por “sentimento” ou estética

Alguns países têm normas que exigem a pintura quando a taxa de deposição de íons cloreto supera determinados valores, que dependem da fonte dos íons (mar ou sal de degelo) e do método de análise (vela seca ou úmida)

Japão: mar, vela seca, 5 mg Cl-/m2.dia

Inglaterra: mar, vela úmida, 10 mg Cl-/m2.dia

Estados Unidos: sal de degelo, vela úmida, 50 mg Cl-/m2.dia

A pintura acarreta custos iniciais de aplicação e outros relativos à manutenção (parada de linha, mão-de-obra e material) e, eventualmente, problemas devido a dificuldades de acesso ou contaminação do ambiente

Isso reduz a competitividade do aço, apesar de vantagens como menor peso, possibilidade de maiores vãos livres e variedade de soluções arquitetônicas, rapidez de construção, menores perdas de material e canteiros de obra mais limpos, e inibe sua maior utilização, principalmente junto à orla marinha

A Usiminas desenvolveu novos aços resistentes à corrosão marinha, para aplicações sem pintura em regiões com taxa de deposição de íons cloreto da ordem de 100 mg Cl-/m2.dia

4 aços carbono com as seguintes composições químicas:

METODOLOGIA

Aço Composição química típica (% em massa)

Ceq(a) PCM

(b) C Mn P Ni Cu Mo Si Cr

Aço 1 0,10 0,70 0,015 < 3,5 0,08 < 0,50 < 1,50 sem adição 0,40 0,23

Aço 2 0,10 0,70 0,015 < 3,5 0,08 sem adição 0,20 sem adição 0,35 0,18

SAC-300 0,048 0,24 0,032 0,014 0,090 sem adição < 1,50 sem adição 0,10 0,10

SAE 1006 0,029 0,47 0,017 0,018 0,012 sem adição 0,20 0,025 0,12 0,06 a)Ceq = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 (valores típicos) b)PCM = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + (Mo + V)/15 + 5B (valores típicos)

MATERIAIS

e com as seguintes propriedades mecânicas

Aço Propriedades mecânicas

LE (MPa) LR (MPa) Alongamento (%) Dureza HV (2kg)

Aço 1(a) 505 746 21,2 (BM(c) = 80 mm) 241

Aço 2(a) 1 358 2 487 3 29,6 (BM(c) = 80 mm) 144

SAC-300(b) > 300 > 402 > 19 (BM = 200 mm) 153

SAE 1006(b) > 250 400 a 500 > 18 (BM = 200 mm) 115 a) tração: ASTM-A-370, sub-size. b) para os aços SAC-300 e SAE1006 os valores são típicos. c) BM: base de medida

MATERIAIS

TESTES DE CORROSÃO

Teste acelerado de corrosão com aspersão intermitente de solução salina, norma ISO 11474

solução 3% p/v de NaCl, três vezes por semana 4,6 kg Fe/m2.ano, corrosividade muito alta (C5) da ISO 9225 avaliações após 1 ano, 1,5 ano, 2 anos e 3 anos

Teste não-acelerado de corrosão com exposição em atmosfera marinha, norma NBR 6209

taxa média de deposição de cloreto: 102 mg Cl-/m².ano 0,6 kg Fe/m2.ano, corrosividade alta (C4) da ISO 9225 avaliações anuais durante 6 anos

Modelo matemático de Pourbaix considera que a corrosão segue lei exponencial do tipo:

p = AtB

p = perda de espessuraA = taxa de corrosão no primeiro anoB = parâmetro que reflete as características protetora

da camada de óxidos

e permite estimar a perda de espessura para um período de até 30 anos

Dividindo por t temos a taxa de corrosão e tomando log10:

log10(p/t) = A’ + (B-1)log10t

B = 0,5 processo segue a lei parabólica e é controlado por difusão

B < 0,5 a camada de óxidos é protetoraB > 0,5 a camada de óxidos não é protetora

Com dados reais de, no mínimo, quatro avaliações, pode-se determinar a equação da reta e do parâmetro B

TAXAS DE CORROSÃO – NORMA NBR 6210

RESULTADOS

Aspersão Atmosfera marinha Aço Taxa de corrosão (mm/ano) Taxa de corrosão (mm/ano)

1 ano 1,5 ano 2 anos 3 anos 1 ano 2 anos 3 anos 4 anos 5 anos 6 anos Aço 1 0,046 0,035 0,037 0,028 0,037 0,027 0,020 0,017 0,014 0,013

Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017

SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066

SAE 1006 0,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208

Aspersão:

SAC-300 com corrosão anômala e comprometimento estrutural, perda média de massa de 49% do valor inicial


RESULTADOS



Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017

SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066

SAE 1006 0,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208

Aspersão:

SAE 1006 destruído pela corrosão anômala, perda média de massa de 88% do valor inicial


RESULTADOS



Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017

SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066

SAE 1006 0,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208

Aspersão:

Aço 1 estruturalmente íntegro, corrosão uniforme e perda média de massa de 3,3% do valor inicial


RESULTADOS



Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017

SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066

SAE 1006 0,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208

Aspersão:

Aço 2 estruturalmente íntegro, corrosão uniforme e perda de massa média de 14% do valor inicial




Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017

SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066

SAE 1006 0,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208

Atmosfera Marinha:

SAC-300 com corrosão anômala na face voltada para o solo e perda média de massa de 18% do valor inicial




Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017

SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066

SAE 1006 0,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208

Atmosfera Marinha:

SAE 1006 destruído pela corrosão anômala, perda média de massa de 56% do valor inicial




Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017

SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066

SAE 1006 0,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208

Atmosfera Marinha:

Aço 1 estruturalmente íntegro, corrosão uniforme e perda média de massa de 3% do valor inicial




Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017

SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066

SAE 1006 0,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208

Atmosfera Marinha:

Aço 2 estruturalmente íntegro, corrosão uniforme e perda de massa média de 4,3% do valor inicial

Corpos-de-prova após 6 anos de corrosão marinha

Aço 1 – face superior

Aço 1 – face inferior

Aço 2 – face superior

Aço 2 – face inferior

SAC-300 – face superior

SAC-300 – face inferior

SAE 1006 – face superior

SAE 1006 – face inferior

ESTIMATIVAS PERDA DE ESPESSURA - ASPERSÃO DE SOLUÇÃO SALINA

Aço Parâmetros Estimativa de perda de espessura (mm)

A B 10 anos 15 anos 20 anos 25 anos 30 anos Aço 1 0,046 0,5895 0,18 0,23 0,27 0,31 0,34 Aço 2 0,066 1,5337 2,26 4,20 6,53 9,20 12,16

SAC-300 0,125 1,9422 10,94 24,05 42,05 64,86 92,42 SAE 1006 0,425 1,3589 9,72 16,85 24,91 37,73 43,22

Aço SAC-300, oscilação na taxa de corrosão e estimativas de maiores perdas de espessura do que o SAE 1006 pode ser um indicativo de que o mecanismo do processo corrosivo pode sofrer alterações ao longo do tempo e, eventualmente, não seguir a lei prevista por Pourbaix




SAC-300 0,125 1,9422 10,94 24,05 42,05 64,86 92,42 SAE 1006 0,425 1,3589 9,72 16,85 24,91 37,73 43,22

As estimativas para o Aço 1 são muito menores do que para o Aço 2, que por sua vez são muito menores do que para os aços SAC-300 e SAE 1006




SAC-300 0,125 1,9422 10,94 24,05 42,05 64,86 92,42 SAE 1006 0,425 1,3589 9,72 16,85 24,91 37,73 43,22

Pintura obrigatória para os aços SAC-300 e SAE 1006 e recomendada para o Aço 1 e, principalmente, para o Aço 2, devido ao fator B ser maior do que 0,5 para ambos

ESTIMATIVAS PERDA DE ESPESSURA – ATMOSFERA MARINHA



SAC-300 0,047 1,1799 0,74 1,20 1,68 2,19 2,71 SAE 1006 0,055 1,7609 3,17 6,48 10,75 15,92 21,95

O aço SAC-300 tem estimativas bem inferiores às do SAE 1006, mas, novamente, as oscilações na sua taxa de corrosão podem ter prejudicado os resultados




SAC-300 0,047 1,1799 0,74 1,20 1,68 2,19 2,71 SAE 1006 0,055 1,7609 3,17 6,48 10,75 15,92 21,95

O Aço 1 e o Aço 2 apresentam perdas de espessuras estimadas para 30 anos muito inferiores às dos aços SAC-300 e SAE 1006




SAC-300 0,047 1,1799 0,74 1,20 1,68 2,19 2,71 SAE 1006 0,055 1,7609 3,17 6,48 10,75 15,92 21,95

Pintura obrigatória para os aços SAC-300 e SAE 1006 e dispensável para o Aço 1 e o Aço 2, embora o fator B deste último seja ligeiramente maior do que 0,5

CONCLUSÕES

O Aço 1 e o Aço 2 são adequados para aplicações em estruturas expostas a altas taxas de deposição de íons cloreto, como pontes junto à orla marítima ou sobre o mar, torres eólicas e componentes internos de navios e plataformas, como decks, escadarias e corrimões

Os desempenhos contra a corrosão dos Aço 1 e Aço 2 em ambientes contendo íons cloretos são muito superiores aos dos tradicionais aços SAC-300 (patinável) e SAE 1006, o que possibilita eliminar a pintura na maioria das situações nas quais ela é necessária para estes aços tradicionais

A maior resistência mecânica do Aço 1 possibilita reduzir a espessura de peças e, assim, o peso final de estruturas, tanto na parte metálica quanto na de alvenaria

OBRIGADO!

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