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