Heterogeneidades que afetam a corrosão

Prévia do material em texto

Elizeth Oliveira Alves
Salvador
2019
SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA BAHIA
HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
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Plano de aula
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Conteúdo programático:
Conceitos fundamentais
Corrosão
Importância do estudo da corrosão
Mecanismos de Corrosão
Principais reações
Heterogeneidades que afetam a corrosão - Material
Contorno de grão
Tamanho de grão
Tratamentos térmicos ou metalúrgicos diferentes: corrosão intergranular
Corrosão por tensões aplicadas e ou residuais
Heterogeneidades que afetam a corrosão - Meio
Aquecimento diferencial
Concentração diferencial
Aeração diferencial
HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
Corrosão
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Conceitos fundamentais
Deterioração de um material, geralmente metálico, por ação química ou eletroquímica do meio ambiente, aliada ou não a esforços mecânicos. 
HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
Processo inverso da metalurgia extrativa
Ferrugem  Fe2O3.nH2O
Corrosão e degradação
Corrosão de metais
Corrosão de materiais cerâmicos
Degradação de polímeros
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Corrosão
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Importância do estudo da corrosão
Entre as variáveis dependentes do processo de corrosão devem ser consideradas:
- Material metálico: composição química, presença de impurezas, processo de obtenção, tratamentos térmicos e termomecânicos, estado da superfície, forma, união de materiais (solda, rebites, etc.), contato com outros metais;
- Meios corrosivos: composição química, concentração, impurezas, pH, temperatura, teor de oxigênio, pressão, sólidos suspensos;
- Condições operacionais: solicitações mecânicas, movimento relativo entre material metálico e meio, condições de imersão no meio (total ou parcial), meios de proteção contra a corrosão, operação contínua ou intermitente.
HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
Resistência Mecânica
Elasticidade
Ductilidade
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Corrosão
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Importância do estudo da corrosão
HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
Tabela 1- Mecanismos causadores de falha em plantas industriais (Ferrante- 2004) 
ALTO RISCO DE ACIDENTE ASSOCIADO AO PROCESSO!!
Mecanismo
%
Corrosão
29
Corrosão em alta temperatura
7
Cor. sob tensão/ fadiga combinada com cor./ fragilização por H2
6
Fadiga
25
Fratura frágil
16
Sobrecarga
11
Fluência
3
Desgaste, abrasão e erosão
3
5
Corrosão
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Importância do estudo da corrosão
Problemas de corrosão são frequentes e ocorrem nas mais variadas atividades, como nas indústridas química, petrolífera, naval, construção civil, automotiva, meios de transporte, meios de comunicação, na área de saúde, bem como monumentos e esculturas.
HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
Perdas Diretas
Custo de subtituição de peças ou equipamentos (incluindo energia e mão-de-obra)
Custo e manutenção dos processos de proteção (pintura, recobrimento, proteção catódica)
Perdas Indiretas
Paralisações acidentais
Perda de produtos (óleo, soluções, gás, água)
Perda de eficiência em equipamentos
Contaminação de produtos
Superdimensionamento de projetos
ALTO RISCO DE ACIDENTE ASSOCIADO AO PROCESSO!!
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Corrosão
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Classificação
Interação: Metal x Meio x Condições Operacionais
HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
Presença de umidade
Temperatura ambiente
Formação de uma pilha de corrosão
Mecanismo Eletroquímico (Corrosão em meio aquoso)
Em água ou soluções aquosas;
Corrosão Atmosférica, no Solo, em Sais fundidos.
Mecanismo Químico (Corrosão em meio não aquoso)
Frequente em ambientes industriais, em processos que envolvam altas temperaturas. 
Corrosão de materiais não metálicos.
Em solventes orgânicos isentos de água.
Ausência de umidade;
Temperatura elevada
Interação direta entre o metal e o meio corrosivo
Dispositivo no qual ocorrem reações redox espontâneas gerando corrente elétrica.
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Principais reações em corrosão
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OXIDAÇÃO (Reação Anôdica) – Perda de elétrons por uma espécie química, a qual fica carregada positivamente.
- Dissolução via íon aquoso:
Fe  Fe2+ + 2e
Al  Al3+ + 3e
Zn  Zn2+ + 2e
Na  Na+ + 1e
HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
REDUÇÃO (Reação Catódica) – Ganho de elétrons por uma espécie química, a qual fica carregada negativamente.
- Redução do hidrogênio:
2H+ + 2e  H2 
- Redução do oxigênio:
O2 + 2H2O + 4e  4(OH-)
Em termos de nº de oxidação
Oxidação: aumento algébrico do nº de oxidação.
Redução: diminuição algébrica do nº de oxidação.
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Principais reações em corrosão
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Reações redox
HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
Zn(s) + CuSO4(aq)  ZnSO4 (aq) +Cu(s) 
Zn(s) + Cu2+  Zn2+ +Cu(s) 
Zn(s)  Zn2+ + 2e 
Cu2+ + 2e Cu0 
Reação de oxirredução (molecular)
Reação de oxirredução (iônica)
Oxidação do Zinco (anodo)
Redução do Cobre (cátodo)
Zn(s) + Cu2+  Zn2+ +Cu(s) 
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Heterogeneidades do material
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HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
A corrosão eletroquímica se processa sempre que existir heterogeneidade no sistema material-meio corrosivo, pois a diferença de potencial resultante possibilita a formação de áreas anódicas e catódicas.
Ocorrendo variações na orientação dos átomos adjacentes, com também em pequenas partículas de fases diferentes da solução sólida inicial que se formam nessa região.
Interface que separa dois grão adjacentes que possuem orientações cristalográficas diferentes. O limite entre dois grãos quaisquer representa uma região heterogênea em comparação com o grão.
Contorno de grão  área anódica
Interior do grão  área catódica
Contorno de grão
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Heterogeneidades do material
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HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
Os grãos são formados no início do processo de solidificação a partir de pequenos agrupamentos de átomos. Sendo definido como um cristal individual da matéria, e composto por diversas células unitárias
Diferença do tamanho de grão
Um grão fino de um dado metal, contém maior energia interna do que um grão grosseiro. Logo espera-se, teoricamente, diferentes potenciais para essas espécies.
A resistência à corrosão é aumentada com a diminuição do tamanho do grão.
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Heterogeneidades do material
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HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
Se uma parte de uma superfície metálica sofrer tratamento térmico diferente das regiões restantes da superfície, ocorre diferença de potencial entre essas regiões. 
- Exemplo: Soldagem ou tratamentos térmicos inadequados
Tratamentos térmicos ou metalúrgicos diferentes
AISI 304 Sensitizado. Grãos com precipitação de carbonetos de cromo em todo o contorno de grão. Reagente: Oxálico: Aumento:200x.
Aquecimento de aços inoxidáveis ferríticos em torno de 925°C e para os aços austeníticos a temperaturas entre 400-900°C, os tornam passíveis de sofrerem corrosão intergranular, em um fenômeno chamado de sensitização.
Formação de uma pilha ativa-passiva.
Contorno de grão  área anódica
Interior do grão  área catódica
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Heterogeneidades 
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HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
A corrosão se processa ao longo dos contornos de grãos da rede cristalina do material metálico quando existe um caminho preferencial entre eles, prejudicando suas propriedades mecânicas, podendo fraturar quando solicitado por esforços mecânicos (corrosão sob tensão fraturante).
No caso da corrosão intergranular dos aços inoxidáveis, há a formação de uma zona empobrecida em cromo nas vizinhanças dos contornos de grão, em conseqüência da precipitação de carbonetos de cromo (Sensitização).
Corrosão Intergranular
Sensitização
O resultado final do processo é uma desintegração macroscópica ao longodos contornos.
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Heterogeneidades do material
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HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
AISI 304 (18%Cr-8%Ni) contendo 0,1%C  sensitizado a 600°C durante 5 minutos.
Aço similiar contendo 0,06%  menor grau de sensitização. 
Curva de sensitização evidenciando a rápida formação dos carbetos dependendo dos fatores de porcentagem de carbono, temperatura e tempo de aquecimento. A precipitação ocorre nas regiões a direita das curvas.
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Heterogeneidades do material
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HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
A sensitização depende do teor de carbonodo aço inoxidável e do tempo de exposição em certa temperatura (450-900°C para os aços austeníticos e acima de 950°C para os ferríticos).
Meios para evitar a corrosão intergranular:
- Redução do teor de carbono
 - Tamanho de grão pequeno
- Adição de titânio, tântalo ou nióbio (estabilizadores).
- Adição de Mo (2 a 4 %) aumenta a resistência à corrosão causada por ácido sulfúrico e cloretos em geral, em aços inox austeníticos.
Corrosão Intergranular
Efeito do teor de carbono sobre a corrosão do aço inoxidável 18-8 (18%Cr-8%Ni) 
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Heterogeneidades do material
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HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
Deterioração do material pela ação combinada de tensões residuais ou aplicadas e o meio corrosivo. 
Corrosão por tensões aplicadas ou residuais
Tensões residuais resultantes provenientes do processo de conformação a frio, processo de soldagem ou tratamento térmico inadequado. 
Deformações diferenciais – qualquer parte de um material metálico sujeito a deformações pode apresentar diferença de potencial em relação a parte não deformada. 
Região tensionada  área anódica
Região não tensionada  área catódica
Quanto maior a tensão menor o tempo para fratura.
Estrutura e Composição!!!
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Heterogeneidades do material
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HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
Corrosão por tensões aplicadas ou residuais
Corrosão Intergranular
Acompanha os contornos de grão; Composição química diferente do interior do grão (presença de discordâncias, impurezas) favorecendo a corrosão.
Corrosão Intragranular
Ocorre no interior dos grãos; Não ocorre na ausência de tensão; associado a metais e ligas de estrutura CFC (Cúbica de face centrada).
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Heterogeneidades do meio
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HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
Deve-se destacar a importaância que representa a natureza do meio corrosivo que se encontra na imediata proximidade da superfície metálica. Meios corrosivos mais frequentemente encontrados: atmosfera, águas naturais, solo, produtos químicos.
Meio Corrosivo
Trocadores de calor: na região de entrada, tem-se uma área pequena e mais aquecida que a área de saída. Forma-se então uma pilha termogalvânica.
Ocorre quando parte de uma superfície metálica está em contato com um líquido em uma temperatura, e outra parte do mesmo material está em contato com o líquido a uma temperatura diferente.
Aquecimento diferencial
Área de Temp. elevada  área anódica
Área de Temp. + baixa  área catódica
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Heterogeneidades do meio
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HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
Aquecimento diferencial 
Corrosão localizada no espelho do trocador de calor, após falha no revestimento.
Área de Temp. elevada  área anódica
Área de Temp. + baixa  área catódica
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Heterogeneidades do meio
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HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
Corrosão eletroquímica decorrente da exposição do material metálico em soluções de eletrólitos com diferentes concentrações, ou quando o metal estiver exposto em uma solução corrosiva com diferentes concentrações de íons (concentração iônica), ocorrendo a formação de uma Pilha de concentração.
Concentração Diferencial
Ocorre em regiões de baixa circulação de líquido (estagnação de fluido) e baixa aeração. O O2 é consumido, havendo liberação de H+ e Cl-, que são corrosivos mesmo para materiais normalmente passivados.
Concentração do íon metálico é menor  área anódica
Concentração do íon metálico é maior  área catódica
A
Mn+ + ne ⇌ M
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Heterogeneidades do meio
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HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
Concentração Diferencial
Corrosão em fresta entre a estrutura o suporte.
 O interior da fresta funciona como ânodo e o exterior da fresta funciona como cátodo.
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Heterogeneidades do meio
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HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
Ocorre quando o material metálico está imerso em regiões diferentemente aeradas (gases dissolvidos), constituindo a heterogeneidade que conduz a formação de uma Pilha de aeração diferencial.
Aeração Diferencial
Produz ataque acentuado em determinadas regiões (corrosão localizada – formação de pites ou alvéolos).
Na junção de peças metálicas por rebite podem existir frestas, de pequena aeração, resultando em uma baixa concentração de O2 na região interna da junção.
Área menos aerada  área anódica
Área mais aerada  área catódica
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Heterogeneidades do meio
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HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
Quanto maior a heterogeneidade do solo, cria-se condições para o aparecimento de uma diferença de potencial entre as áreas em contato, gerando áreas anódicas e catódicas.
Aeração Diferencial
Dessa forma, se houver uma parte de uma estrutura enterrada em solo argiloso, esta será o anodo, e parte em solo arenoso, a qual será o catodo.
Área menos aerada  área anódica
Área mais aerada  área catódica
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Heterogeneidades do meio
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HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
Aeração Diferencial
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QUESTÃO 
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HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
(PETROBRAS/2018) A sensitização de aços inoxidáveis austeníticos é um processo de corrosão eletroquímica associada à(ao):
(A) aumento do teor de cromo em solução na austenita nos contornos intergranulares
(B) redução do teor de cromo em solução na austenita no interior do grão
(C) precipitação de óxido de cromo no interior do grão
(D) precipitação de carbetos de cromo nos contornos intergranulares
(E) precipitação de carbetos de cromo no interior do grão
Sensitização
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QUESTÃO 
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HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO
(PETROBRAS/2006) Em uma aplicação na qual uma tubulação será submetida à pressão interna de 150 kgf/cm2 e temperatura de 300°C, foi indicado um tubo de aço liga ao Cr-Mo, com a seguinte composição química:
C= 0,15% max Mn= 0,30 a 0,60% S= 0,030% max P= 0,030% max Si= 0,25% a 1,00% Cr= 8,00 a 10,00% Mo= 0,9 a 1,10%
A seleção desse aço é correta porque o Mo:
(A) assegura resistência à fluência e o Cr aumenta a resistência mecânica e melhora a resistência à corrosão.
(B) assegura resistência à fadiga e o Cr assegura resistência à corrosão.
(C) assegura resistência à fadiga e o Cr assegura resistência à fluência.
(D) aumenta a resistência mecânica e o Cr assegura resistência à fluência.
(E) aumenta a resistência mecânica e melhora a resistência à corrosão e o Cr assegura resistência à fluência.
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Referências
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GENTIL, V. Corrosão. 6 ed – [Reimp.]. Rio de Janeiro: LTC, 2018.
NUNES, L.P. Fundamentos de resistência à corrosão. Rio de Janeiro: Interciência, 2007.
CALLISTER JR. W.D.; RETHWISCH, D.G. Ciência e engenharia de materiais: Uma introdução. 8 ed. São Paulo: LTC, 2015.
SMITH, W.F.; HASHEMI, J. Fundamento de ciência e engenharia de materiais. 5 ed. Porto Alegre: Bookman, 2012.
CHIAVERINI, V. Aços e Ferros Fundidos. 7 ed – [Reimp.]. São Paulo: ABM, 2012.
HETEROGENEIDADES QUE AFETAM A CORROSÃO