Análise da resistência à corrosão de tubos de aço inoxidável e aço

O que é corrosão?
Corrosão é um processo eletroquímico no qual um metal reage com seu entorno, e a degradação resultante desencadeia uma perda de propriedades do material, como resistência mecânica, aparência e impermeabilidade a líquidos e gases. A causa da corrosão é a diferença energética entre o metal e seu minério natural. É preciso energia para extrair qualquer metal do minério. Esse "excesso de energia" impulsiona a corrosão porque o metal tentará retornar ao seu estado natural. Eletroquimicamente falando, a corrosão é a liberação de elétrons. O processo de liberação de elétrons é chamado reação de oxidação ou reação anódica. No entanto, esses elétrons precisam ser consumidos em algum lugar, então uma reação de redução ou uma reação catódica precisa ocorrer.

Metais que são facilmente oxidados, como o magnésio, são chamados de metais não preciosos (ativos), enquanto os metais mais resistentes à corrosão, como ouro e platina, são chamados de metais preciosos (inertes). No meio, encontramos a maioria dos metais para fins de engenharia, como ferro e cobre.

Aço inoxidável e passivação
O aço inoxidável não é um metal precioso como o ouro ou a platina, por sua natureza. A resistência à corrosão do aço inoxidável vem de uma fina camada invisível e insolúvel de óxidos e hidróxidos de cromo e ferro, comumente chamada de filme passivo.
Mesmo que o filme passivo tenha apenas alguns nanômetros de espessura, ele pode efetivamente isolar o metal abaixo do ambiente circundante, efetivamente retardando a reação eletroquímica que causa corrosão, e a taxa de corrosão é muito menor do que sem um filme passivo. Outros metais (como cromo, alumínio e titânio) também exibem passivação, e o aço inoxidável aproveita a capacidade do cromo de passivação.
Em um ambiente contendo oxidantes suficientes, o filme passivo na superfície do aço inoxidável se formará espontaneamente. Além disso, se o metal sob o filme passivo for exposto devido a danos mecânicos (como arranhões), ele será espontaneamente re-passivado. O teor de oxigênio no ar e na maioria das soluções aquosas é suficiente para formar e manter o filme passivo de aço inoxidável. Se o filme passivo puder ser efetivamente retido, o aço inoxidável pode ser usado quase permanentemente.

Corrosão uniforme
A corrosão uniforme ocorre em um ambiente onde o filme passivo é instável e a superfície metálica desprotegida é reduzida mais ou menos uniformemente. A corrosão uniforme do aço inoxidável é mais comum em soluções alcalinas ácidas ou quentes. Além disso, sais fundidos de cloretos e fluoretos também podem causar corrosão uniforme.
Em um ambiente com temperatura e composição química constantes, espera-se que a corrosão uniforme ocorra a uma taxa razoavelmente constante. A taxa de corrosão pode ser determinada medindo a perda de peso por unidade de tempo em uma determinada área superficial. Isso geralmente é expresso como uma perda de espessura ao longo do tempo, como mm/ano. Por definição, o aço inoxidável é geralmente considerado resistente à corrosão uniforme em um ambiente particular se a taxa de corrosão não exceder 0,1 mm/ano.

Pitting e corrosão fenda
A corrosão uniforme causa destruição generalizada do filme passivo, mas a corrosão por corrosão e fenda são causadas pela destruição localizada do filme passivo. Em situações reais, a falha por corrosão do aço inoxidável geralmente é resultado de corrosão localizada em vez de corrosão uniforme. Neste caso, os pares galvânicos são formados localmente na superfície do aço inoxidável, o que causa rápida propagação da corrosão. Em comparação com a corrosão uniforme, a perda de peso da corrosão localizada pode ser pequena e a taxa de corrosão como indicador da gravidade da corrosão não está relacionada à corrosão localizada. Em contraste, a corrosão por picadas e fendas é considerada uma situação de ou-ou, e uma vez que a corrosão localizada começa, ela penetra rapidamente no material e precisa ser evitada.
Em ambientes contendo íons halogênios, como cloretos, o aço inoxidável é particularmente suscetível a corrosão por picadas e fendas. Portanto, ambientes que apresentam risco de corrosão localizada incluem líquidos contendo grandes quantidades de cloretos, como água do mar e várias soluções industriais.
A corrosão da fenda ocorre em fendas e outros espaços confinados, bem como sob depósitos formados durante o uso. Em ambientes aquosos, as reações químicas que ocorrem naturalmente na superfície do aço inoxidável consomem oxigênio. Na solução estagnada dentro da fenda, o fornecimento de novos oxidantes é limitado. A composição da solução dentro da fenda gradualmente se torna diferente da da solução circundante. Esta diferença na composição aumenta o risco de corrosão quando uma célula de concentração é formada.

O ambiente cada vez mais corrosivo eventualmente quebra o filme passivo dentro da fenda, e a pequena área de superfície metálica exposta atuará como um ânodo para a maior área passiva ao redor da fenda.
Como com qualquer tipo de corrosão, o risco de corrosão por picadas e fendas depende de fatores ambientais e da resistência à corrosão da liga. Altas concentrações de cloreto, baixos valores de pH e altas temperaturas aumentam a probabilidade de corrosão por picadas e fendas. Outros halogenetos, como brometos e iodetos, também podem causar corrosão por corrosão e fenda.

Esforço corrosão rachaduras
O craqueamento por corrosão sob tensão (SCC) é um modo de falha frágil causado pelos efeitos combinados de estresse mecânico e um ambiente corrosivo. Em ambientes onde a corrosão por corrosão, fenda ou uniforme não é esperada, pode causar uma rápida perda de resistência mecânica e pode levar a falhas catastróficas por rachaduras, tornando-se uma forma oculta de corrosão. Para que ocorra fissuração por corrosão sob tensão, devem ser cumpridos três requisitos:
• Material suscetível
• Ambiente em que o material é suscetível à corrosão sob tensão
• Suficiente tensão elástica
Se um desses três fatores for removido, a corrosão sob tensão não ocorrerá. Tal como acontece com corrosão por corrosão e fenda, as causas mais comuns de corrosão sob tensão em aço inoxidável são soluções contendo cloreto e temperaturas elevadas. O risco de corrosão sob tensão aumenta com o aumento das concentrações de cloreto, aumentando as temperaturas e diminuindo o pH. A corrosão sob tensão no aço inoxidável geralmente aparece na forma de pequenas rachaduras ramificadas.

Falhas causadas por fissuras por corrosão sob tensão geralmente ocorrem repentinamente e sem aviso devido à rápida propagação de fissuras. Nos casos mais graves, a falha de um componente pode ocorrer em dias ou mesmo horas.

Fadiga corrosão
Quando um material é submetido a carga cíclica, ele é capaz de falhar em cargas muito abaixo da tensão de tração final do material. Se o material é exposto simultaneamente a um ambiente corrosivo, a falha pode ocorrer após um tempo mais curto, mesmo em cargas mais baixas. Isso é causado por um tipo de corrosão chamada fadiga de corrosão, que é semelhante à corrosão sob tensão e leva à falha frágil. No entanto, as rachaduras causadas pela fadiga por corrosão têm menos ramificações. A fadiga por corrosão geralmente ocorre em ambientes com temperatura ambiente e soluções neutras.

Corrosão intergranular
A corrosão intergranular refere-se a um tipo de corrosão local na qual os limites dos grãos e as partes adjacentes do material são preferencialmente corroídos, enquanto os próprios grãos não são corroídos ou corroídos muito levemente, veja a Figura 7. Em aço inoxidável, a precipitação de carbonetos de cromo ou fases intermetálicas pode causar corrosão intergranular. Devido ao alto teor de carbono do aço inoxidável no passado (0, 05-0, 15%), esta corrosão é potencialmente perigosa. O uso de AOD (forno de refino de oxigênio argônio) no processo de produção de aço inoxidável moderno reduziu o teor de carbono, portanto a corrosão intergranular raramente é um problema hoje.

Corrosão galvânica
Corrosão galvânica é a corrosão eletroquímica causada por dois metais diferentes em contato uns com os outros enquanto em um eletrólito. Normalmente, o metal mais ativo (ânodo) será mais severamente corroído, enquanto o metal inerte (cátodo) é protegido. Esta corrosão galvânica é geralmente mais provável de ocorrer perto da junção dos dois metais.
Enquanto os aços inoxidáveis permanecerem em seu estado passivo, eles serão mais nobres do que outros materiais metálicos na maioria dos ambientes e, portanto, serão o cátodo na maioria dos casais galvânicos. Por outro lado, o acoplamento resistivo com aço inoxidável pode aumentar a taxa de corrosão de metais não preciosos, como aço de alto carbono, aço galvanizado, cobre e latão. A corrosão galvânica entre diferentes tipos de aço inoxidável geralmente não é um problema, desde que cada aço inoxidável seja passivado no ambiente específico.