CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL E DE CORROSÃO DO AÇO INOXIDÁVEL DUPLEX
Moisés Alves Marcelino Neto e Ana Vládia Cabral Sobral
1UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ, DEPARTAMENTO DE
ENGENHARIA MECÂNICA CAIXA POSTAL 12.144 CEP 60.455-760
BLOCO 714, CAMPUS DO PICI – FORTALEZA, CE, BRASIL, avladia@secrel.com.br
6°° COTEQ Conferência sobre Tecnologia de Materiais 22°° CONBRASCORR – Congresso Brasileiro de Corrosão Salvador - Bahia
19 a 21 de agosto de 2002
As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade do (s) autor(es).
SINÓPSE
O aço inoxidável duplex (estrutura austeno- ferrítico) tem apresentado melhores resultados de resistência à corrosão em relação ao aço inoxidável AISI 304 e 316. Os aços inoxidáveis duplex apresentam à habilidade de se passivar e permanecer no estado passivo em diversos meios a que são expostos. No presente trabalho será estudado o comportamento da corrosão do aço duplex UNSS 31803. O meio eletrolítico utilizado foi o NaCl 3%, visto que esse meio é bastante agressivo para os aços inoxidáveis em geral. O ensaio eletroquímico utilizado para se avaliar a corrosão foi o ensaio de polarização potenciodinâmica e voltametria cíclica. Neste ensaio o material apresentou uma tendência a corrosão por pites. Foram realizados ensaios de névoa salina simulando uma atmosfera marítima durante 350 horas e o material não apresentou nenhum sinal de corrosão após este período. Análises microestruturais das amostras foram realizadas através de microscopia ótica e eletrônica de varredura (MEV) e pela energia dispersiva de raios-X (EDAX).
1. INTR ODUÇÃO
O desenvolvimento dos aços inoxidáveis denominados duplex vem resultando na sua crescente utilização, principalmente em aplicações industriais que exigem maior resistência à corrosão (1-3).
Os aços inoxidáveis duplex são ligas com duas fases, uma austenítica e outra ferrítica. Esses aços são amplamente utilizados na indústria química e petroquímica devido à habilidade deste grupo de materiais em se passivar, e permanecer no estado passivo em diversos meios a que são submetidos (4). Devido ao efeito do refino de grão obtido pela estrutura austenítica- ferrítica e ao endurecimento por solução sólida, estes aços apresentam resistência mecânica superior aos aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos. As adições de Mo e Ni e a elevação do teor de Cr aumentam a resistência à corrosão (5).
Neste trabalho, é realizado um estudo com o aço inoxidável duplex UNSS 31803 quanto a resistência à corrosão em meio de cloreto de sódio. Os ensaios de corrosão eletroquímicos realizados são: potenciodinâmicos e voltametria cíclica em em meio de NaCl 3%. Ensaios de névoa salina simularam uma atmosfera marítima durante 350 horas. Para caracterização do material foram utilizadas a microcopia ótica e eletrônica de varredura (MEV) e análise de energia dispersiva de raios-X (EDAX).
2. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS 2.1. Soluções e Reagentes
Todos os reagentes e solventes empregados foram de grau analítico. Para os ensaios eletroquímicos foi utilizado cloreto de sódio.
2.2. Composição Química
A composição química do aço duplex (UNSS31803) está mostrada na tabela 1.
Tabela 1 – Composição química do Aço Inoxidável Duplex UNSS 31803
2.3. Superfície de tratamento
As amostras foram preparadas com lixas de granulometria, variando entre 220 (grossa) e 600 (fina), em refrigeração constante. Em seguida foi realizado um polimento com pasta de diamante de φ = 0,25µm a 3 µm, até a obtenção de uma face totalmente espelhada. Foram, então, lavadas em água, álcool, secadas adequadamente e guardadas em dessecador.
2.4. Ensaios Acelerados de Corrosão
Os requisitos de um ensaio acelerado é para que simule a classificação do desempenho dos sistemas ensaiados segundo os observados na prática; que se produzam os modos de falha observados durante exposição às intempéries climáticas; e que se obtenham resultados reprodutíveis no menor tempo possível. Infelizmente, é impossível simular todas as variáveis que atuam durante a exposição real.
Para o aço inoxidável duplex em estudo, foram realizados ensaios acelerados de corrosão (névoa salina - salt spray), segundo a norma ASTM B117 (6). Estes ensaios foram realizados no IPEN/São Paulo. A solução utilizada para o ensaio de névoa salina foi uma solução de NaCl 5%. O ensaio de névoa salina convencional
Elemento Percentual C 0,018 Mn 1,480 P 0,019 S Si Cr 22 220 Ni Co 0130 Cu Mo N Nb Al Sn Ce Fe
2.5. Técnicas Eletroquímicas
Os ensaios eletroquímicos foram realizados em um
Potenciostato/Galvanostato modelo 283 (EG&G PAR) e um potenciostato MQPG 01 da Microquímica.
Foi utilizada uma célula eletroquímica composta por um eletrodo de trabalho, eletrodo de referência (calomelano saturado ECS) e contra eletrodo (duas hastes de grafite) (Figura 1). Cada ensaio foi efetuado em cinco amostras nas mesmas condições, obtendo-se um resultado médio. As curvas de polarização foram conduzidas a -0.25 V vs. Ecorr (Potencial de circuito aberto) +1.8 V e uma velocidade de varredura de 0.8 mV/s. Para os ensaios de voltametria cíclica foram utilizados uma velocidade de varredura de 5 mV e potenciais iniciais de –1V e potencial final de 0,5V.
2.6. Caracterização Morfológica e Análise Elementar (EDX)
As análises microestruturais do aço inoxidável duplex foram realizadas através da microscopia ótica utilizando, o modelo Carls Zeiss GmbH, e pela microscopia eletrônica de varredura (MEV), modelo Philips XL-30.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1. Microestrutura do aço inoxidável duplex UNSS31803
A microestrutura foi caracterizada por microscopia ótica e eletrônica. As figuras 2 e 3 mostram uma microestrutura austenítica (área clara) e ferrítica (área escura), com orientações transversais (7). A figura 4 apresenta a análise de energia dispersiva de raio -x (EDAX), evidenciando a presença dos principais elementos de liga.
3.2. Ensaios Eletroquímicos
Os meios eletrolíticos utilizados para os ensa ios eletroquímicos foi NaCl 3%, a fim de se observar o comportamento da corrosão nesse meio e a forma da corrosão. A curva de polarização potenciodinâmica obtida para o aço inoxidável duplex UNSS 31803 está mostrada na figura 5. Pode ser observadas a dissolução do substrato e uma mudança na curva em regiões anódicas e uma formação de regiões ativa – passiva, mostrando que o material não consegue se passivar e ocorendo a formação de pites (8).
Na curva voltamétrica observa -se uma dissolução na parte anódica da curva e em seguida uma redução como pode ser observado na figura 6.
3.3. Ensaios Acelerados de Corrosão
O ensaio de névoa salina foi realizado durante 350 horas em uma solução de NaCl 5% e não se observou nenhum sinal de corrosão no aço inoxidável duplex após este período de ensaio.
4. CONCLUSÕES
- O aço inoxidável duplex UNSS 31803 apresentou uma microestrutura austenítica e ferrítica com aproximadamente 50% de cada fase,
- No ensaio acelerado de corrosão não houve variação significativa da massa e conseqüentemente não houve nenhum tipo de corrosão na superfície,
- Os ensaios potenciodinâmicos em NaCl 3% mostraram a presença do laço de histeresse, que evidencia a presença de pites, assim como nos ensaios voltamétricos.
5. BIBLIOGRAFIA
(1) Daniel A. B. e J. C. Warner. Metallurgy Fundamentals, United State of America. 1999, pág. 79-82.
(2) Chiaverini, V. Aços e ferros fundidos. 5. ed. São Paulo: Associação Brasileira de Metais – ABM, 1982.
(3) Cândido, Luiz C. et al. “Estudo da Corrosão Sob Tensão do Aço Inoxidável Duplex, Em Cloretos, Empregando Impedância Eletroquímica” – 50º Congresso Anual da ABM, São Pedro, SP. 1995
(4) Tsai T.W e Chou, S. L. “Environmentally assisted crackin behavior of duplex stainless steel in concentraded sodium chloride”, Corrosion Science, 42 1741-1762 2000.
(5 J. Charles: Duplex Stainless Steels 94 4th Int. Conf, Glasgow, Escócia, 1994, TWI Abington Publishing, Abington, Cambridge, Inglaterra 1994, paper no. KI
(6) AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Standard practice for operating slat spray (fog) testing apparatus: ASTM B117-94, 1994.
(7) CALLISTER JR., W. D. Materials science and engineering: an introduction. 3.ed. New York: John Wiley & Sons, Inc., 1994.
(8) Sobral, Ana V. C. “Estudo da corrosão em aços inoxidáveis sinterizados com revestimentos polimérico", Doutorado em Engenharia e Ciência dos Materiais – Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC. Florianópolis fevereiro/2000.
Figura 1 – Esquema de montagem para os ensaios eletroquímicos de corrosão.
Figura 2 - Microscopia ótica aço inoxidável duplex. Ataque: glicerrégia, Aumento: 200x.
Figura 3 - Microscopia eletrônica do aço inoxidável duplex. Ataque: glicerrégia, Aumento:1000x.
Figura 4 - Análise de Energia Dispersiva de Raio-X (EDAX) no aço Inoxidável Duplex.
10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 I (Amps/cm 2 ) E (Volts)
Figura 5 – Polarização Potenciodinâmica do aço inoxidável duplex em NaCl 3%.
-1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 -0,00010 -0,00008 -0,00006 -0,00004 -0,00002 0,00000
0,00002 Aço inoxidável duplex em NaCl 3%
I/A
E/V
