Heterogeneidades dos materiais que afetam a corrosão

Elizeth Oliveira Alves
Salvador
2019
SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA BAHIA
HETEROGENEIDADES QUE
AFETAM A CORROSÃO

Plano de aula
2/27
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.
Processo inverso da metalurgia extrativa
Ferrugem  Fe2O3.nH2O
Corrosão e degradação
- Corrosão de metais
- Corrosão de
materiais cerâmicos
- Degradação de
polímeros

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.
Resistência Mecânica
Elasticidade
Ductilidade

Corrosão
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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

Corrosão
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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.
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!!

Corrosão
7/27
Classificação
Interação: Metal x Meio x Condições Operacionais
- 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.

Principais reações em corrosão
8/27
 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
 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.

Principais reações em corrosão
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Reações redox
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)

Heterogeneidades do material
10/27HETEROGENEIDADES 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

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.

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

Heterogeneidades
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.

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.

A sensitização depende do teor de
carbono do 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)

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!!!

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).

Heterogeneidades do meio
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

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

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

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.

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

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.
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

QUESTÃO
(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

QUESTÃO
(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.

Referências
27/27
 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.

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