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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
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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
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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)
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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)
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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.
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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
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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
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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
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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
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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.
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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).
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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.
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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.
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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).
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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).
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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.),
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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
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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
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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.
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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)
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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.
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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 (
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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).
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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.)
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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).
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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).
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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
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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)
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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)
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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:
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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;
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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):
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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
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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.
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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)
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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)
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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.
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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
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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)
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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).
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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).
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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:
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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
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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.
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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.
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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 ].
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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.
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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.
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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
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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
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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.
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**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.
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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
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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.
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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 :
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- 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%.
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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.
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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.
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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
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