Aula 05 Corrosão sob tensão e erosão

Aula 05 - Corrosão Sob Tensão, 
Fragilização pelo Hidrogênio, Corrosão-
Fadiga, Corrosão-Erosão 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO 
CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS 
 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
Profa. Eliane Medeiros 
CORROSÃO SOB TENSÃO (CST) 
Processo corrosivo resultante da ação simultânea de 
um meio agressivo e de tensões de tração estáticas, 
residuais ou aplicadas sobre o metal / liga. 
CORROSÃO SOB TENSÃO 
CST - Fatores Influenciadores: 
Material – Tensão aplicada ou residual 
 
- Observa-se um limiar para que o processo de corrosão sob 
tensão ocorra. 
X ponto de ruptura sem meio corrosivo 
 ponto de ruptura com meio corrosivo 
LE: Limite de escoamento 
corresponde à tensão necessária 
para promover uma deformação 
permanente. 
CORROSÃO SOB TENSÃO 
 A fratura poderá ser intergranular ou transgranular (ou mista). 
 
- As trincas de corrosão sob tensão desenvolvem-se 
perpendicularmente à direção da tensão. 
 
- Normalmente não há evidência de corrosão generalizada nas 
peças. 
 
- Apresenta dois estágios distintos: o primeiro chamado 
indução, quando o processo corrosivo é lento e precede à 
formação das trincas, enquanto no segundo, ocorre a 
propagação das trincas. 
CORROSÃO SOB TENSÃO 
CORROSÃO SOB TENSÃO 
CORROSÃO SOB TENSÃO 
- Em alguns casos, o avanço da trinca ocorre através de 
regiões ou caminhos anódicos. Em outros casos, o 
hidrogênio gerado (catódico) pelo processo corrosivo 
fragiliza a região da ponta da trinca, promovendo o 
avanço da mesma. 
Material – Fatores metalúrgicos 
 
- Composição química, orientação preferencial dos grãos, 
composição e a distribuição dos precipitados. 
 
- Em aços, o percentual de carbono assim como sua 
distribuição na matriz são fatores metalúrgicos principais 
controlando a CST. 
 
Em aços com baixo teor de carbono (< 0,1%), quando a 
quantidade de carbono aumenta, a proporção de perlita 
(Fe3C) aumenta e o número de partículas de carbono 
próximos dos grãos diminuem, reduzindo o número de sítios 
para fissuração. 
CST- Fatores Influenciadores: 
Material – Composição e 
Estrutura cristalina 
 
A adição de baixos teores de 
elementos de liga reduzem a 
resistência à corrosão sob 
tensão. Este valor atinge um 
mínimo e a partir daí, maiores 
quantidades de elementos 
adicionados aumentam a 
resistência da liga a este 
processo de corrosão. 
 
CST- Fatores Influenciadores: 
 
Meio – Concentração de agentes 
 
Como regra geral, quanto maior a concentração do agente causador, 
tanto mais rápidos os efeitos da corrosão sob tensão. 
 
Meio – Temperatura 
 
Na maior parte das vezes, a ação do meio no desenvolvimento da 
corrosão sob tensão é acelerada pela elevação da temperatura. 
Para alguns metais / ligas, a corrosão sob tensão somente ocorre 
acima de determinada temperatura. 
CST- Fatores Influenciadores: 
Efeito da concentração do agente causador 
CST- Fatores Influenciadores: 
* Limite de escoamento corresponde à tensão necessária para promover uma 
deformação permanente 
 CST - Metais e Ligas mais suscetíveis 
Metal Meio 
Aço inoxidável austenítico Cl-, OH-, Br- 
Latão NH3, aminas 
Ligas de titânio, 8%Al, 1%Mo, 
1%V 
Cl-, Br-, I- 
 
Ligas de alumínio H2O, solução de NaCl 
Independentemente do mecanismo atuante, a CST envolve três estágios 
principais. 
 
- O estágio inicial consiste num ataque corrosivo lento, que produz pite 
ou outra forma de concentração de tensão, que pode se desenvolver 
numa trinca visível. 
 
- O segundo estágio corresponde ao crescimento lento da trinca, durante 
o qual os efeitos combinados de tensão e corrosão promovem a sua 
propagação, com o consequente aumento na intensidade de tensão na 
extremidade da trinca. 
 
- O terceiro estágio é atingido quando a intensidade da tensão alcança um 
valor tal que a fratura rápida passa a ocorrer sob ação da tensão 
unicamente. 
 CST - Mecanismo de CST 
 CST – Mecanismo Geral de CST 
 CST - Mecanismo de CST 
Mecanismo de propagação de trincas por mobilidade 
superficial 
Postulado 1: O meio afeta o metal devido a mudanças na 
autodifusibilidade superficial do metal. O meio aumenta a 
mobilidade superficial. 
 (GEMELLI, E., 2001) 
 CST - Mecanismo de CST 
Propagação de trincas por propagação de fissura 
Postulado 2: A corrosão sob tensão ocorre por fixação de 
lacunas na ponta da trinca. Conduz à propagação de 
trincas por movimento atômico na ponta causando 
diminuição da energia livre. 
 (GEMELLI, E., 2001) 
Sistema: tubulação de aço inoxidável 
Material: aço inoxidável AISI 304 
Condições operacionais: fraturas em trecho curvo do tubo. 
Temperatura: 80-90°C. 
Análise: a análise do vapor condensado em contato com o 
tubo acusou presença de cloreto. 
CST - Alguns casos práticos: 
CASO 1 
Causa: CST, devido a ação conjunta de cloreto e 
temperatura sobre aço inoxidável em área 
tensionada como no trecho curvo. 
 
Solução: substituição por aço inoxidável AISI 316 e 
eliminação da contaminação do vapor com cloreto. 
Sistema: equipamento de aço inoxidável em fábrica de 
alimentos 
Material: peça de aço inoxidável AISI 304. 
Condições operacionais: contato da peça com solução de 
cloreto de sódio 20%. 
CST - Alguns casos práticos: 
CASO 2 
Observações: fratura na peça. 
Análise metalográfica: trincas 
transgranulares. 
 
Causa: CST 
Solução: diante da impossibilidade de modificação das 
condições operacionais, isto é, contato com solução de NaCl, 
e por questões econômicas, foi empregado o aço inoxidável 
AISI 316, que, embora mais resistente que o 304, também 
fica sujeito a CST. 
Fragilização pelo hidrogênio 
O hidrogênio atômico tem grande capacidade de difusão em 
materiais metálicos. Dessa forma se o hidrogênio for gerado 
na superfície de um material, ele migra para o interior e 
acumula-se em falhas existentes. 
 
O hidrogênio acumulado passa da forma atômica para a 
molecular e provoca o aparecimento de altas pressões no 
interior da falha. 
 
 
Fragilização pelo hidrogênio 
Mecanismo de nucleação das trincas induzidas pelo hidrogênio 
Fragilização pelo hidrogênio 
Exemplo: Refinaria de petróleo 
 
Nas frações mais pesadas e resíduos do petróleo, 
observa-se que o H2S é o principal responsável pela 
corrosão por “sulfetação” dos aços carbono, a qual 
passa a ser importante apenas acima de cerca de 
260°C, ocorrendo através da reação, Fe + H2S → FeS + 
H2 . 
 
Na prevenção de falhas, deve-se avaliar inicialmente o 
potencial para fragilização por hidrogênio por meio de 
testes laboratoriais como, por exemplo, teste de difusão 
de hidrogênio, antes mesmo dos procedimentos de 
controle serem implementados. 
Fragilização pelo hidrogênio 
Tratamento 
A eliminação e o rearranjo de defeitos cristalinos, favorecido a 
temperaturas elevadas. 
 
Tratamentos térmicos podem ser descritos por ciclos de 
aquecimento e resfriamento controlados que incitam as 
alterações na microestrutura e nas propriedades mecânicas 
da peça . 
 
O objetivo do tratamento térmico é, então, remover tensões 
internas e redistribuir uniformemente a espécie, com liberação 
através da superfície, embora parte do hidrogênio continue 
retida. 
Corrosão sob Fadiga 
Corrosão sob Fadiga 
Falha que ocorre quando um componente é submetido a 
tensões alternadas ou cíclicas, num meio que é capaz de 
atacar continuamente o metal. Neste processo não se 
observa