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Resistência à corrosão do aço inoxidável: Um guia completo

Última atualização:
28 de fevereiro de 2024

Índice

Um tipo de aço inoxidável pode apresentar uma boa resistência à corrosão em muitos meios, mas em alguns outros meios pode corroer devido à sua baixa estabilidade química. Por outras palavras, um tipo de aço inoxidável não pode ser resistente à corrosão em todos os meios.

A corrosão dos metais pode ser classificada em três mecanismos: corrosão física, corrosão química e corrosão eletroquímica. A dissolução física dos metais pertence à corrosão física. A corrosão química refere-se à reação química direta que ocorre no meio, em que os iões metálicos trocam cargas diretamente com o meio.

Anteriormente, pensava-se que a oxidação do metal devido a altas temperaturas pertencia à corrosão química pura, mas, na realidade, a maior parte da oxidação a altas temperaturas pertence à corrosão eletroquímica. A razão pela qual a película protetora de passivação pode impedir a continuação da corrosão do metal é um aspeto importante que inibe a velocidade de troca de iões e de carga.

A corrosão eletroquímica é a corrosão do metal devido a reacções do elétrodo num eletrólito. Em muitos processos de corrosão eletroquímica, um metal participa com outro metal, ou diferentes fases dentro do metal participam, formando o que é conhecido como corrosão galvânica.

Neste cenário, um metal actua como ânodo e corrói, enquanto o outro metal actua como cátodo e sofre uma reação de redução, que é uma caraterística da corrosão eletroquímica. Na vida prática e na prática de engenharia, a grande maioria da corrosão metálica pertence à corrosão eletroquímica.

As principais formas de corrosão do aço inoxidável incluem a corrosão uniforme (corrosão superficial), a corrosão por picadas, a corrosão em fendas, a corrosão intergranular e a corrosão sob tensão, entre outras.

Corrosão uniforme

A corrosão uniforme refere-se à corrosão global da superfície metálica em contacto com o meio corrosivo. A corrosão uniforme reduz continuamente a secção transversal do metal. Para os componentes sujeitos a tensão que são corroídos, aumenta a tensão real que suportam, acabando por atingir a resistência à fratura do material e causando a falha.

O método de avaliação da corrosão uniforme consiste em medir a perda de peso por unidade de área após um determinado tempo de corrosão em condições de ensaio (g/m2-ano), que é a taxa de corrosão.

Se for calculado em termos de profundidade corroída (mm/ano), é mais conveniente para determinar o tempo de vida útil da resistência à corrosão do equipamento. Com base em diferentes taxas de corrosão, a resistência à corrosão de materiais metálicos pode ser dividida em 10 níveis, como mostra a Tabela 1-13.

Com base em diferentes cenários de utilização, a resistência à corrosão é geralmente dividida em dois níveis principais: se a taxa de corrosão for inferior a 0,01 mm/ano, é considerada "completamente resistente à corrosão"; se a taxa de corrosão for inferior a 0,1 mm/ano, é considerada "resistente à corrosão".

Aqui, é claro que uma taxa de corrosão superior a 0,1 mm/ano é considerada como não resistente à corrosão ou pouco resistente. Existem também outros métodos de classificação, mas apenas um é aqui mencionado.

Com base na sua excelente resistência à corrosão, o aço divide-se em aço inoxidável e aço resistente à corrosão.

1. Aço inoxidável refere-se ao aço que é resistente à corrosão na atmosfera e em meios corrosivos fracos.

2. Aço resistente à corrosão refere-se ao aço que pode resistir à corrosão em vários meios corrosivos fortes.

Tabela 1-13: Classificação da resistência à corrosão

ClassificaçãoTaxa de corrosão (mm/ano)Grau
Resistência à corrosão extremamente forte<0. 0011
Resistência à corrosão muito forte0. 001 ~ 0. 0052
0. 005 ~ 0. 0103
Forte resistência à corrosão0. 010 ~ 0. 054
0. 05 ~ 0. 105
Resistência à corrosão relativamente fraca0. 10 ~ 0. 506
0. 50 ~ 1. 007
Fraca resistência à corrosão1. 00 ~ 5. 008
5. 00 ~ 10. 009
Resistência à corrosão extremamente fraca>1010

O aço inoxidável pode sofrer formas de corrosão para além da corrosão uniforme em determinados ambientes. Qualquer forma excessiva de corrosão é considerada como sendo o aço resistente à corrosão nesse ambiente.

Na prática de engenharia, a seleção de materiais e a avaliação da resistência à corrosão também têm de ter em conta a vida útil do equipamento e a potencial contaminação de materiais químicos ou a degradação dos graus do produto acabado devido a produtos de corrosão.

Corrosão do aço inoxidável

Corrosão localizada

A corrosão por pites refere-se ao fenómeno em que a maior parte da superfície metálica não sofre corrosão ou sofre uma corrosão ligeira, enquanto a corrosão altamente localizada ocorre esporadicamente. O tamanho dos poços comuns é inferior a 1,0 mm, com profundidades que frequentemente excedem a abertura da superfície. Em casos mais ligeiros, existem poços relativamente profundos e, em casos graves, pode ocorrer perfuração.

A corrosão por pites é causada pela rutura da película de passivação localizada na superfície do metal. Começa com a formação de poços de corrosão, que depois progridem para o interior a partir do exterior, constituindo a corrosão localizada.

A corrosão por pite é um dos tipos mais comuns de danos por corrosão no aço inoxidável. Em ambientes que contêm iões cloreto (Cl-), a corrosão por pite é mais provável de ocorrer no aço inoxidável. Atualmente, existem várias abordagens para evitar os danos por corrosão por pite no aço inoxidável:

1. Reduzir o teor de iões cloreto e de oxigénio no ambiente; introduzir inibidores de corrosão (tais como CN-, NO-, SO-, etc.); baixar a temperatura do ambiente, etc.

2. Incorporar molibdénio, manganês, silício, vanádio ou elementos de terras raras no aço inoxidável para aumentar a liga, aumentando efetivamente a sua resistência à corrosão por pite.

3. Minimizar o trabalho a frio, tanto quanto possível, para reduzir a probabilidade de ocorrência de corrosão por pite nos locais de deslocação.

4. Reduzir o teor de carbono do aço e aumentar o teor de crómio e de níquel, o que pode aumentar a sua resistência à corrosão por pite. As chapas de aço inoxidável austenítico de ultra-baixo carbono e elevado teor de crómio-níquel-molibdénio existentes e as chapas de aço inoxidável ferrítico de ultra-alta pureza, baixo teor de carbono, baixo teor de azoto e elevado teor de molibdénio têm elevada resistência à corrosão por pite.

Corrosão em fendas

A corrosão em fendas refere-se à formação de pontos macroscópicos manchados ou ulcerados nas fendas de componentes metálicos, representando uma forma de corrosão localizada. Ocorre normalmente nas juntas de anilhas, rebites e ligações de parafusos, juntas de soldadura sobrepostas, assentos de válvulas e chapas metálicas acumuladas.

Devido à cobertura dos produtos de corrosão e à difusão restrita do meio nas fendas, a composição e a concentração do meio nestes locais diferem significativamente do ambiente geral, levando à formação de "corrosão celular oclusa". A principal diferença no mecanismo de formação da corrosão em fendas em comparação com a corrosão por picadas reside na não uniformidade eletroquímica do meio.

As chapas de aço inoxidável austenítico, ferrítico e martensítico apresentam todos diferentes graus de suscetibilidade à corrosão em fendas na água do mar. A melhoria da resistência à corrosão em fendas pode ser conseguida aumentando adequadamente o teor de crómio e molibdénio no aço.

Em termos práticos, para dispositivos utilizados na água do mar, apenas materiais como o titânio, ligas à base de níquel com elevado teor de molibdénio e ligas de cobre podem prevenir eficazmente a corrosão em frestas. A melhoria das condições operacionais, a alteração da composição do meio e a modificação das formas estruturais são medidas importantes para evitar a corrosão em frestas.

Corrosão intergranular

A corrosão intergranular é uma forma de dano corrosivo seletivo. A sua distinção da corrosão selectiva geral reside no facto de a corrosão localizada ocorrer a uma escala microscópica, podendo não ser necessariamente localizada macroscopicamente.

Este tipo de corrosão ocorre principalmente nos limites dos grãos da microestrutura do metal e penetra no interior do metal, sendo por isso designada por corrosão intergranular. Após a ocorrência deste tipo de corrosão, pode nem sempre ser facilmente percetível do exterior. No entanto, devido aos danos induzidos pela corrosão nos limites dos grãos, a força de ligação entre os grãos perde-se quase completamente.

Os componentes com uma profundidade de corrosão significativa podem perder a sua integridade estrutural, levando a uma falha catastrófica devido a sobrecarga. O metal gravemente corroído pode mesmo desintegrar-se em pó e separar-se do componente. Isto representa uma forma altamente prejudicial de dano corrosivo.

Corrosão sob tensão

A corrosão sob tensão refere-se à fratura do metal relacionada com a corrosão que ocorre num ambiente específico sob a ação combinada da tensão e de um determinado nível de tensão. A corrosão sob tensão não ocorre na ausência de tensão ou quando os níveis de tensão são demasiado baixos num ambiente específico. Do mesmo modo, a presença de tensão significativa sem um ambiente específico não conduz à corrosão sob tensão.

O termo "ambiente específico" refere-se à condição em que apenas quando a composição e a concentração do meio são adequadas, pode ocorrer corrosão sob tensão num determinado metal correspondente.

Desde a década de 1960, ocorreram numerosos incidentes de fratura devido à corrosão sob tensão em componentes de aço inoxidável soldados, resultando num padrão de fratura completamente frágil. Durante a extensão lenta da fenda, não há outros sintomas macroscópicos e, uma vez atingida a superfície de fratura instantânea, ocorre uma fratura rápida, causando frequentemente acidentes catastróficos com riscos significativos. Por conseguinte, esta questão tornou-se muito importante.

Os mecanismos e as medidas preventivas relacionadas com a corrosão intergranular e a corrosão sob tensão de juntas soldadas de aço inoxidável serão descritos em pormenor no Capítulo 3.

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