Corrosão intergranular em juntas soldadas de aços inoxidável

Corrosão intergranular em juntas soldadas de aços inoxidável

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DE AÇOS INOXIDÁVEIS AUSTENÍTICOS Humberto Jorge Valosio valosio@hotmail.com

Jéferson da Silva jef.silva@bol.com.br José Ivanildo Miranda Oliveira jose_ivanildo.oliveira@legrand.com.br

Wagner de Campos Sabor wagsag@ig.com.br Orientador: Profº Luiz Gimenes Jr. gimenes@infosolda.com.br

1 – INTRODUÇÃO

A corrosão intergranular é talvez, o pior tipo de ataque que um material pode sofrer, pois a sua ocorrência, multas vezes, só é possível de ser detectada quando da ruptura do material.

Como o próprio nome sugere, é o ataque preferencial na região do contorno do grão de uma liga. De uma maneira geral, somente as ligas metálicas estão sujeitas a este tipo de corrosão e a sua causa é, normalmente, atribuída as precipitações de alguns dos componentes da liga preferencialmente no contorno de grão.

Os materiais mais susceptíveis a este tipo de ataque são os aços inoxidáveis e as ligas de alumínio. Para o caso dos aços inoxidáveis, a suscetibilização ocorre devido à precipitação do carboneto de cromo na região do contorno de grão com conseqüente empobrecimento do cromo na matriz.

Os aços inoxidáveis cromo-níquel (tipos austeníticos) estão sujeitos, quando tratados termicamente ou aquecidos para trabalho a quente ou para soldagem numa certa faixa de temperaturas, a uma precipitação de um constituinte de contorno de grão que pode provocar um dos tipos mais danosos da corrosão, a chamada “corrosão intergranular”.

A faixa de temperaturas críticas é entre 400°C a 900°C, e quando o aço for aquecido dentro dessa faixa ainda que por um tempo muito curto (poucos minutos ou mesmo segundos) pode sofrer uma quase completa desintegração após algumas horas de exposição numa solução corrosiva.

A temperatura que produz o fenômeno varia com o tempo de aquecimento assim, por exemplo, num aço inoxidável do tipo 18-8 (18% de cromo e 8% de níquel) com 0,08% de carbono, com aquecimento de poucos segundos ou minutos, a temperatura mais perigosa é em torno de 750°C; com um tempo de aquecimento de uma hora, esta temperatura fica compreendida na faixa

550°C-740°C.

A explicação mais aceita do fenômeno é a seguinte:

· Certos constituintes, principalmente um carboneto complexo de cromo e ferro, dissolvem-se na austenita com facilidade cada vez maior, à medida que a temperatura sobe além de 900°C. Um aço inoxidável aquecido nessas condições apresenta, quando resfriado rapidamente, uma estrutura homogênea à temperatura ambiente;

• Esse estado estrutural é, entretanto, instável em temperaturas inferiores à

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linha de solubilidade sólida do carbono na austenita (ver gráfico 1, correspondente aos aços 18-8), de modo que quando se reaquece o aço acima de 400°C, o carboneto, pelo aumento da solubilidade dos átomos de carbono, precipita-se e essa precipitação, mais acentuada na faixa entre 600°C a 800°C, se dá ao longo dos contornos dos grãos;

· Esses carbonetos, precipitados ao longo dos contornos dos grãos, não constituem em si zonas mais suscetíveis à corrosão, mas como eles são muito mais ricos em cromo (às vezes até 90%) que o metal do seio do qual precipitam, para sua formação houve uma retirada de cromo das regiões vizinhas. Essas regiões, que correspondem aos contornos dos grãos, empobrece-se, portanto, em cromo, tornando-se menos resistentes ao ataque químico por parte de certos reagentes: produz-se assim a corrosão entre os grãos, provocando sua separação e conseqüente

Muitas falhas nos aços inoxidáveis 18-8, ocorridos desde o inicio da historia destes materiais, antes do mecanismo da corrosão intergranular foram entendidos.

Falhas ainda acontecem, porque este efeito não é freqüentemente considerado. A região da solda fragilizada é freqüentemente uma faixa na chapa base, a qual, é mostrada nas figuras 1, 2 e 3.

Esta zona tem uma aparência esbranquiçada, devido aos pequenos grãos alongados que são quase expulsos. As amostras foram expostas a um ataque de acido nítrico depois da soldagem. Não havendo ataque apreciável no restante da amostra.

A figura 3 mostra as faixas de temperaturas que foi exposto à peça de teste.

O tempo e a temperatura estão muito relacionados com o tamanho e/ou espessura do material soldado. Por exemplo, chapas finas são rapidamente soldadas, enquanto chapas espessas precisam de vários passes. Para chapas de mais ou menos 1/32 “, o tempo exposto na faixa de sensitização é curto, portanto não causa a corrosão quando este esta em meio agressivo.

O efeito do tempo e temperatura é a razão pela qual a soldagem a arco elétrico é mais usada do que a soldagem a gás para aços inoxidáveis. O primeiro produz aquecimento maior e mais intenso em tempos menores. O segundo mantêm uma zona termicamente afetada mais larga por um tempo maior, o que significa maior precipitação do carbono.

Deve ser enfatizado que a sensitização em aços inoxidáveis, não provocará corrosão sem um meio agressivo, porque muito destes aços são utilizados onde a resistência total a corrosão não é requerida. Alguns exemplos são: equipamentos de culinária, pia de cozinha e peças automotivas decorativas. Entretanto, é aconselhável ter sempre o metal em sua melhor resistência a corrosão para as mais severas condições corrosivas.

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Figura 1

A figura 1 mostra a visão geral de uma amostra de tubulação de aço inoxidável SAE 316, com redução de 2X, a qual foi soldada pelo processo eletrodo revestido apresentando na região indicada a corrosão intergranular.

Figura 2

Corrosão Intergranular Corrosão Intergranular

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A figura 2 mostra o detalhe de uma amostra de tubulação de aço inoxidável SAE 316, com aumento de 3X, a qual foi soldada pelo processo eletrodo revestido apresentando na região indicada a corrosão intergranular.

Figura 3

A figura 3 mostra o detalhe de uma amostra de tubulação de aço inoxidável SAE 316, com aumento de 4X, na qual está indicada a faixa de temperaturas imposta pelo processo eletrodo revestido.

Em face das explicações feitas a respeito do fenômeno da corrosão intergranular nos aços inoxidáveis do tipo austenítico, pode-se dizer que a suscetibilidade desses aços à corrosão intergranular depende de uma série de fatores, entre os quais poderiam ser enumerados os seguintes:

· Tempo de permanência dentro da faixa de temperaturas consideradas críticas;

• Teor de carbono; • Granulação do aço;

• Deformação a frio;

• Presença de determinados elementos de liga.

A discussão da influência desses fatores será feita concomitantemente com os meios que podem ser empregados para combater o fenômeno.

Esses meios são, entre outros, os seguintes:

• Reaquecimento do aço, que havia sido anteriormente aquecido na faixa

900 a 1200°C 600 a 800°C

Crescimento dos Grãos (ZTA)

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perigosa 400°C-800°C, a temperaturas entre 950°C e 1150°C, de modo a ter-se uma redissolução dos carbonetos existentes nos contornos dos grãos. É preciso, para evitar sua nova precipitação, resfriar- se rapidamente através da faixa perigosa.

Esse reaquecimento, nem sempre é conveniente, pois pode ocorrer oxidação e empenamento ou mesmo deformação das peças a essas temperaturas.

Por outro lado, toda vez que for preciso reaquecer o aço dentro daquela faixa de temperaturas, devido a uma soldagem, por exemplo, pode ocorrer nova precipitação de carboneto com as conseqüências indesejáveis já conhecidas.

teores que o tornem ineficaz na formação de carbonetos ou na remoção do cromo dos grãos. O gráfico 1 ilustra de modo claro o efeito do carbono na resistência à corrosão do aço inoxidável austenítico tipo 18-8.

Para o traçado da curva representada no gráfico 1, amostras de aço 18-8 com carbono crescente foram propositadamente aquecidas a temperaturas que provocaram, no maior grau possível, a precipitação de carboneto.

Nota-se que à medida que o carbono decresce, diminui o ataque corrosivo, o mínimo verificando-se quando o mesmo atinge 0,03%. Até 0,03% de carbono, qualquer que tenha sido o tratamento térmico usado, o carbono ou permanece dissolvido sem qualquer efeito nocivo, ou precipita-se nos contornos dos grãos na forma de um carboneto de cromo, em quantidades, entretanto, ainda insuficientes para formar um invólucro contínuo em torno dos grãos, de modo que não resulta qualquer prejuízo. Acima de 0,03%, o carboneto de cromo formado começa a envolver de modo contínuo os grãos, ocorrendo então o empobrecimento do metal adjacente a tal ponto que sua inoxibilidade fica prejudicada.

Gráfico 1 - Corrosão x Teor de Carbono

4,2 Teor de Carbono, %

Corrosão, em m/m

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O gráfico 1 foi compilado de Chiaverini,

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