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3.1 INTRODUÇÃO

Corrosão é um processo natural e resulta da inerente tendência dos metais reverterem para sua forma mais estável, normalmente óxidos. A maioria dos metais é encontrada na natureza na forma de compostos estáveis como óxidos, sulfetos, silicatos etc..., denominados minérios.

Durante o processo de extração e refino, é adicionada uma quantidade de energia ao minério para extrair o metal ou metais, nele contido. É esta mesma energia que possibilita o aparecimento de forças capazes de reverter o metal à sua forma primitiva de composto mais estável.

A corrosão causa a deterioração progressiva dos materiais, em especial, dos materiais metálicos em conseqüência de reações químicas e eletroquímicas entre o material e o meio ambiente (vizinhança do material). Em industrias químicas o elemento que causa, a maior parte das vezes, desgastes por corrosão nos equipamento de processo é o próprio fluido de trabalho, são estes, geralmente, os processos corrosivos mais graves e difíceis de serem controlados.

Como a corrosão é um processo entrópico, ou seja, ocorre espontaneamente, concluímos que o problema da corrosão (o qual é inevitável) é um problema econômico, devemos buscar os meios práticos mais econômicos de conviver com ela.

Os recursos para o controle da corrosão são: um projeto do equipamento de processo bem feito, onde se leva em conta o problema da corrosão; tomar as devidas providências na fabricação do equipamento tentando contornar ou minimizar os problemas com a corrosão e finalmente tentar controlar a corrosão no equipamento quando este está em operação.

Algumas das perdas (diretas e indiretas) advindas do processo corrosivo são: quebra de equipamento e prejuízos a isto associados; substituição prematura de equipamentos com reflexos no custo industrial; paralisação inesperada do equipamento causando transtornos

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Prof Ailton no planejamento de produção; perda de um produto contaminado com os resíduos da corrosão; perda de eficiência dos equipamentos de processo devido a incrustações que causam o aumento do atrito e a redução da transferência de calor

A seleção de materiais para o equipamento de processo com uma maior resistência à corrosão pode, ou não, ocorrer num custo mais elevado do que os custos industriais da corrosão. É sempre indispensável considerar as perdas diretas e indiretas do processo corrosivo na seleção dos materiais.

A corrosão também constitui risco de segurança quando a falha ocorre em partes críticas de um meio de transporte, além da conservação dos recursos materiais. Cerca de ¼ da produção de aços de todo mundo é destinada à reposição de material destruído por corrosão.

3.2 CORROSÃO QUÍMICA E ELETROQUÍMICA

A corrosão pode ser subdividida em corrosão eletroquímica (corrosão úmida) e corrosão química levando em conta suas características físico-química.

3.2.1 Corrosão Eletroquímica

A corrosão eletroquímica necessita de quatro componentes que formam um circuito fechado são eles: anodo, catodo, eletrólito e circuito metálico, veja a figura 3.1

Figura 3.1 Desenho esquemático de uma pilha de corrosão

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Anodo: o pólo negativo de um sistema eletrolítico, doador de elétrons. Catodo: o pólo positivo de um sistema eletrolítico, receptor de elétrons

Eletrólito: substância que dissolvida em água separa-se em um ou mais íons possibilitando a condução elétrica

Circuito metálico: um circuito que une o catodo e o eletrodo com baixa resistência elétrica

A corrosão eletroquímica dar-se-á na existência destes quatros componentes por estabelecer uma corrente elétrica entre o catodo e o anodo, o que provocará um desgaste do anodo, que será o elemento corroído, enquanto o catodo será o elemento protegido.

O anodo e o catodo poderão ser peças de metais diferentes ou partes de uma mesma peça metálica, próxima ou distante entre si. Contudo é sempre necessário estabelecer uma diferença de potencial entre o catodo e o anodo para que haja o surgimento de uma corrente elétrica (caso não haja corrente, não haverá corrosão).

A diferença de potencial entre o anodo e o catodo pode ser a estabelecida por:

Irregularidades microscópicas na superfície do material Diferença de tensões na peça metálica Diferença de tratamento térmico de uma região para outra Diferença da deformação a frio na peça metálica Diferença de acabamento superficial Diferença de temperatura, umidade, aeração ou iluminação na peça Contacto de metais ou ligas metálicas diferentes. Defeitos ou falhas no revestimento protetor ou camada passivadora Heterogeneidade do fluido de trabalho

A causa mais comum do estabelecimento da diferença de potencial são as irregularidades microscópicas do material metálico. Essas irregularidades são as diferenças

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Prof Ailton entre os grãos (tamanho, orientação, composição química, fases) que sempre existem nos materiais, assim surgirá uma enormidade de pilhas de corrosão entre os grãos vizinhos da superfície metálica que se espalhará por toda a peça. Os metais puros e ligas monofásicas são mais resistentes a corrosão por apresentarem apenas uma fase. No caso de metais polifásicos haverá sempre a diferença de fases entre grão, por exemplo o aço carbono é constituído basicamente por ferrita e cementita (carboneto de ferro) onde os primeiros serão os anodos e o segundo o catodo.

Além da diferença de potencial elétrico entre grãos, sempre haverá diferença de potencial entre o interior do grão e sua periferia (contorno do grão) devido à diferença de concentração na composição química e no arranjo desordenado dos contornos

Em resumo pode-se dizer que qualquer heterogeneidade na peça metálica ou na sua vizinhança causa o aparecimento de uma diferença de potencial que poderá formar uma pilha de corrosão caso os quatros componentes (catodo, anodo, eletrólito, circuito metálico) estiverem presentes.

3.2.2 Corrosão Química

A corrosão química é aquela que não necessita do transporte de elétrons através de um eletrólito para ocorrer, ela também é chamada de ataque químico, pois é ocasionada por reações químicas diretas do material com o meio corrosivo, por exemplo: a dissolução de alguns metais em meios ácidos e a corrosão por gases em altas temperaturas. Para os equipamentos de processo, os agentes mais comuns do ataque químico são os gases a alta temperatura que causam diversas reações como: oxidação, carbonetação, sulfetação etc..., dependendo da natureza dos gases.

A corrosão química assume geralmente a forma de corrosão uniforme (ver corrosão uniforme) com um desgaste igual de toda a superfície exposta e é ativada pelo aumento da temperatura, sendo, em geral, pouco importante para temperaturas abaixo de 400 0C.

Quase todos os metais e ligas usuais estão sujeitos a oxidação em temperaturas elevadas. Em temperaturas ambiente e moderada, a película de óxido é fina e protetora.

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Com o aquecimento essa película vai aumentando de espessura até formar escamas e crostas que se destacam do metal devido a diferença de dilatação térmica, expondo novamente o metal, tornado impossível a utilização do metal acima de uma certa temperatura, conhecida como temperatura de formação de carepa.

A sulfetação provocada por atmosferas sulforosa consiste na formação de sulfetos na superfície metálica. É, em geral, bem mais agressiva que a oxidação, porque o filme de sulfetos é menos aderente e pode, eventualmente, fundir-se em temperaturas elevadas.

A carbonetação é causada por atmosferas contendo CO ou CO2 e pode resultar em fragilização dos aços, devido à formação e precipitação de carbonetos metálicos.

3.3 FORMAS DE CORROSÃO ELETROLÍTICAS

A corrosão eletrolítica apresenta uma grande variedade de formas. Apresentaremos a seguir algumas das principais formas de corrosão eletrolítica

Figura 3.2 Corrosão sob tensão

Corrosão em frestas

Corrosão por pites Peça não corroída Corrosão uniforme

Meio corrosivo anodo catodo Corrosão galvânica

Cavidade confinada

Corrosão-erosão

Jato de fluido corrosivo

Estrutura esponjosa

Trincas ramificadas microscópicas

Corrosão seletiva

Grãos destacados

Corrosão intergranular

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3.3.1 Corrosão Uniforme:

Na corrosão uniforme, a perda de espessura da peça metálica é aproximadamente constante em toda a peça, Nessa forma de corrosão a diferença de potencial é causada pelas irregularidades microscópicas na estrutura metalúrgica, milhões de anodos e catodos estão espalhados por toda a superfície do metal em contato com o meio eletrolítico. Veja a figura 3.2.

Embora a mais comum das corrosões, este tipo de corrosão não é, em geral, a mais perigosa, por ser facilmente diagnosticada por medidas da espessura das peças metálicas.

A ferrugem em peças de ferro e aço assume normalmente a forma de corrosão uniforme, sendo esta forma a mais encontrada em materiais não passiváveis

3.3.2 Corrosão por pites

Essa forma de corrosão localizada consiste na formação de cavidades de pequeno diâmetro e maior profundidade na peça metálica. É uma forma de corrosão que não há perda da espessura da peça. A corrosão por pites é característica (embora não exclusiva) de materiais passiváveis, isto é, dos materiais que apresentam, devido a passivação, grande resistência a corrosão uniforme.

A causa da corrosão por pites é a existência de pequenas áreas no material, altamente anódinas em relação às áreas catódicas adjacentes. Entre os motivos que causam a corrosão por pites pode-se citar: danificação ou destruição da camada passivadora, defeitos superficiais locais no material, defeitos que permitam a penetração do meio corrosivos, ou a formação de crostas.

A corrosão alveolar é uma variante da corrosão por pites onde a cavidades apresentam um maior diâmetro e uma menor profundidade.

3.3.3 Corrosão por tensão

A corrosão sob tensão é uma forma de corrosão grave que é provocada pela existência de tensões de tração de um certo valor em algumas regiões da peça metálica. Manifesta-se pelo aparecimento de trincas perpendiculares à direção da tração (figura 3.2),

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Prof Ailton podendo as trincas ser intergranulares, transgranulares ou ramificadas. As trincas vão aumentando e propagando até causarem a ruptura da peça.

Para essa forma de corrosão ocorrer é necessário a presença simultânea de três fatores:

tensão de tração elevada, meio corrosivo, metal suscetível E pode ser agravada por: aumento dos valores do limite de escoamento e da dureza do material, aumento do nível de tensão de tração aumento da concentração e temperatura do meio corrosivo.

A corrosão sob tensão tem aumentado muito ultimamente por conseqüência do aparecimento dos aços de alta resistência e dos novos códigos de projetos, que permitem tensões mais elevadas

Quando as trincas ocasionadas pela corrosão sob tensão são iniciadas é impossível interrompê-las assim para os casos graves recomenda-se a utilização de materiais mais resistentes a corrosão. Já nos casos menos graves podem-se usar materiais menos resistentes à corrosão, mas é indispensável um cuidadoso tratamento térmico de alivio de tensão. Um outro recurso auxiliar é o martelamento de toda a superfície de contacto com o meio corrosivo. O martelamento resulta em produzir tensões de compressão, da ordem do limite de escoamento, em uma camada superficial do material com cerca de 0,5mm de espessura.

3.3.4 Corrosão Galvânica

É a corrosão característica que se dá quando dois materiais ou duas ligas diferentes estão em contacto mutuo em um meio eletrolítico, formando uma pilha passiva-ativa, na qual o material menos nobre (anodo) é corroído.

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A corrosão galvânica é tanto mais intensa quanto mais distanciados entre si estiverem os dois materiais na série do potencial elétrico (ver tabela 3.1) ou quanto melhor condutor de eletricidade for o meio eletrolítico.

Tabela 3.1 SERIE GALVÂNICA

Magnésio comercialmente puro -1.75

Liga de Magnesio (6% Al, 3% Zn, 0.15% Mn) -1.60

Zinco -1.10

Liga de Alumínio (5% Zn ) -1.05

Alumínio comercialmente puro -0.80

Aço doce (limpo e lustroso) -0.5 à 0.80

Aço doce (enferrujado) -0.4 à 0.5

Ferro Fundido Branco -050

Chumbo -050

Aço comum inserido no concreto -0.20

Cobre, latão, Bronze -020

Aço comum com carepa de laminação. -0.20

A parte superior da tabela é a extremidade anódica e a extremidade inferior é a catódica

A intensidade da corrosão galvânica depende também da relação da área entre o metal anódico e o metal catódico. Para o mesmo par de materiais a corrosão é mais intensa

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A corrosão galvânica é geralmente controlada pela colocação uma junta ou arruela ou outro material dielétrico (borracha, plásticos, etc) entre os dois metais ou pela colocação de anodos de sacrifício. Anodos de sacrifício são constituídos por elementos de metais altamente (série galvânica) anódico, e que, por isso, são corroídos preferencialmente, protegendo o equipamento. A colocação dos anodos de sacrifício é dispendiosa por obrigar uma constante inspeção e troca dos anodos.

3.3.5 Corrosão Seletiva

É um nome genérico para designar algumas formas de corrosão preferencial, nas quais apenas um dos elementos de uma liga metálica é corroído. O resultado da corrosão seletiva é uma estrutura esponjosa sem nenhuma resistência mecânica. Alguns exemplos de corrosão seletiva são:

- Dezincificação: ocorre em latões com mais de 20% de Zn em contacto com água salgada e com ácidos nos quais o zinco é atacado.

- Corrosão grafítica : ocorre em ferros fundidos cinzentos em contacto com meios: ácidos e água salgada. O ferro é atacado e o material fica reduzido a uma estrutura composta de carbono livre e carbonetos.

3.3.6 Corrosão em frestas

A corrosão em frestas é uma forma localizada de corrosão que ocorre quando pequenas quantidades de um meio corrosível ficam retidas ou estagnadas em frestas, cavidades ou quaisquer espaços confinados, ou seja, onde o fluxo de fluido corrosível é muito difícil ou nulo, e o suprimento de oxigênio fica assim diminuído.

No interior da fresta, ocorrem reações eletrolíticas que modificam a composição do eletrólito, tornando-o mais ácido. A diminuição do pH permite a ruptura da camada passivadora dos aços inoxidáveis, resultando em intensa corrosão localizada.

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Cavidade com abertura maior que 3 m, em geral, não oferecem riscos, A corrosão é, principalmente grave para cavidades em forma de frestas, sendo o ataque tanto maior quanto menor for a abertura da fresta e quanto maior for sua profundidade.

A corrosão em frestas é também chamada de corrosão sob contacto de corrosão “por célula de concentração” e de corrosão intersticial.

3.3.7 Corrosão Intergranular

Corrosão que ocorre quando a velocidade de corrosão das áreas de contorno de grãos (metalúrgicos) de uma liga excede àquela do interior do grão. Este fenômeno ocasiona a migração de elementos em direção aos contornos de grãos e o conseqüente empobrecimento da matriz metalúrgica

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