Aula 05 Corrosão sob tensão e erosão

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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 
observao limite de fadiga. 
Processo que inicia pela formação de pites, age na 
nucleação da trinca de fadiga. 
Corrosão-Fadiga 
Corrosão-Fadiga 
Ocorrência de corrosão-fadiga como os que seguem: 
 
• Trocadores ou permutadores se corroem devido a 
vibrações imprimidas pelas bombas nos líquidos, e que 
são transmitidas ao equipamento; 
• Tubulações de equipamento de perfuração de poços, 
usadas para bombear petróleo, têm vida limitada devido 
à corrosão por fadiga resultante do meio corrosivo (água 
salgada). 
• Tubulações transportando vapores ou líquidos de 
temperaturas variáveis, podem fratura devido ao ciclo 
térmico (expansão e contração periódicas); 
• Tubos de evaporadores; 
• Caldeiras; 
• Diversos vasos de pressão. 
Corrosão-Fadiga 
Mecanismo: 
Usualmente a fadiga inicia a partir de pequenos pites na 
superfície corroída, os quais agem como concentradores de 
tensão. Em outros casos, a trinca pode ter iniciado e os 
agentes de corrosão aceleram a propagação. 
Superfície Aço AISI 630 (trinca de fadiga iniciada) 
Seção Transversal 
Corrosão-Fadiga 
1- Recobrimentos Protetores:- tintas - recobrimentos metálicos 
(galvanização) 
 
2- Modificação do meio:- Inibidores de corrosão (inibem 
iniciação do processo corrosivo) - Óleos emulsionáveis 
(adsorção) 
 
3- Modificação das propriedades da superfície - Tensões 
compressivas na região superficial dificultam a nucleação da 
trinca a qual acontece por tensões trativas : - jateamento 
superficial; - nitretação superficial (revestimento com N). 
 
4- Proteção catódica de Aços recuperam seu limite à fadiga em 
potenciais suficientemente catódicos. 
Proteção: 
CORROSÃO-EROSÃO 
 
Processo corrosivo em que a velocidade de ataque de um metal é 
aumentada devido ao movimento relativo do meio. Em geral, a velocidade 
do meio é tão alta que ocorre ação mecânica de desgaste juntamente 
com a ação corrosiva. 
CORROSÃO-EROSÃO 
(a) Erosão, (b) Corrosão-erosão com produto não protetor, (c) Corrosão-erosão 
Produto protetor 
CORROSÃO-EROSÃO 
A corrosão-erosão é consequência de: 
 
1- forças, devido à própria turbulência do líquido em 
movimento. 
 
2- presença de partículas no meio corrosivo. 
 
3- existência de gases no líquido em movimento. 
 
OBS: No caso de corrosão-erosão em que há 
colapso de bolhas, este processo é chamado de 
corrosão-cavitação. 
CORROSÃO-EROSÃO 
CORROSÃO-EROSÃO 
Uma característica da corrosão-erosão é a presença de 
áreas corroídas, bem lisas, sem produtos de corrosão e 
com bordas bem definidas, muitas vezes em forma de 
ferradura. Observam-se pites alongados na direção de 
escoamento do fluido, figura abaixo. 
CORROSÃO-EROSÃO 
CORROSÃO-EROSÃO 
Fatores influenciadores 
 
Natureza dos produtos 
 
A eficiência do caráter protetor dos produtos de corrosão 
no processo de corrosão-erosão é importante: 
 
- quanto maior a dureza, continuidade e aderência, maior 
a resistência à corrosão-erosão. 
 
- quanto maior a facilidade (velocidade) de formação dos 
produtos, maior a resistência à corrosão erosão, pois 
rapidamente se formarão protegendo novamente o 
metal. 
CORROSÃO-EROSÃO 
Fatores influenciadores 
 
Turbulência e Impingimento 
 
Em tubulações, onde a velocidade do fluido é 
baixa para causar corrosão-erosão, esta pode 
ocorrer nas regiões com mudança de direção 
devido a curvas ou reduções de seção ou ainda 
onde existirem depósitos ou riscamento da 
superfície metálica. 
 
Quando houver curvas nas tubulações e o 
líquido colidir frontalmente com a parede com 
nível de pressão suficiente para promover a 
corrosão-erosão, este é chamado de 
impingimento. 
 
Corrosão-Erosão Impingimento 
CORROSÃO-EROSÃO 
Fatores influenciadores 
 
Efeito galvânico 
 
Dois metais passiváveis em contato elétrico e condições estagnadas 
normalmente não apresentam corrosão galvânica. Entretanto, se a 
velocidade do meio determinar o arrancamento dos produtos de 
corrosão, criam-se condições para que a corrosão galvânica apareça. 
 
Natureza do metal ou liga 
 
A resistência à corrosão-erosão é associada à natureza do metal ou 
liga, sendo função da composição química (passivante, ex. cromo), 
resistência à corrosão intrínseca (série galvânica), dureza (quanto 
maior, melhor) e histórico de processamento metalúrgico. 
CORROSÃO-EROSÃO 
CORROSÃO-EROSÃO 
CORROSÃO-CAVITAÇÃO 
Processo de corrosão-erosão em que ocorre colapso de bolhas de gás no 
líquido em contato com o metal. 
 
Mecanismo: 
 
1- Nas regiões onde o líquido está sujeito a vibrações ou turbulências, este 
pode formar bolhas. 
2- As bolhas entram em colapso, passando por um processo de “implosão”. 
3- A implosão produz ondas de choque de alta pressão. 
4- A pressão é da ordem de 15 t/cm², danificando a superfície do metal. 
Então, podem arrancar partículas metálicas (cavitação) ou produtos de 
corrosão (corrosão-erosão). 
 
No caso da cavitação-erosão, as ondas de choque provocam a quebra de 
camadas de produtos de corrosão e expõe novamente o metal ao meio 
corrosivo. 
CORROSÃO-CAVITAÇÃO 
1. Formação de uma bolha sobre a superfície metálica coberta por 
produtos de corrosão de caráter protetor; 
2. Colapso da bolha e destruição da camada protetora; 
3. Recomposição da camada de produtos de corrosão; 
4. Formação de uma nova bolha; 
5. Colapso de nova bolha e danificação da camada protetora; 
6. Recomposição da camada protetora. 
 
CORROSÃO-CAVITAÇÃO 
CORROSÃO-CAVITAÇÃO 
Uma turbina, cujas palhetas estão submetidas a altas 
temperaturas e tensões, devido às forças centrífuga e 
vibracional. Danos causados por cavitação em uma Turbina. 
CORROSÃO-CAVITAÇÃO 
Fatores influenciadores 
 
Teor em ar: 
Pode haver pequenas bolhas de ar (50 micrometros de diâmetro) que 
existem em suspensão no líquido e que são muito prejudiciais ao processo 
de cavitação. 
 
Pressão no líquido: 
O aumento na pressão sobre o líquido aumenta a resistência a cavitação, 
uma vez que dificulta a formação de bolhas. 
 
CORROSÃO-CAVITAÇÃO 
Fatores influenciadores: 
 
Temperatura: 
Em água, o dano por cavitação aumenta na faixa de 0 a 50°C, permite 
colapsos mais fortes. Acima de 50°C, os danos por cavitação decrescem 
pelo aumento da pressão de vapor no fluido, que induz o acolchoamento 
de vapor dentro da cavidade. 
 
Natureza do líquido: 
Tem influência sobre a intensidade da cavitação. Por exemplo, água do 
mar e salmoura produzem maior ataque sobre o aço em relação à água 
destilada. 
 
Inibidores: 
A adoção de inibidores de corrosão em sistemas fechados reduz os 
danos por cavitação. 
CORROSÃO-CAVITAÇÃO 
MÉTODOS DE PREVENÇÃO 
 concepção de equipamentos levando em consideração 
a minimização de diferenças de pressões 
hidrodinâmicas; 
 proteção catódica que previne a danificação evitando a 
corrosão nos períodos em que a camada protetora foi 
removida, como gerando bolhas de hidrogênio na 
superfície metálica que absorvem as energias de 
choque. 
Corrosão-Cavitação