UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO CENTRO DE ENGENHARIAS
ENGENHARIA MECÂNICA
RUTH ANNE PAXELE DE SOUSA
ESTUDO COMPARATIVO DA RESISTÊNCIA À CORROSÃO ENTRE O AÇO INOXIDÁVEL DUPLEX AISI 2205 E O AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO AISI
304 QUANDO IMERSOS EM UMA SOLUÇÃO AQUOSA CONTENDO 0,6M DE CLORETO DE SÓDIO
MOSSORÓ-RN 2018
RUTH ANNE PAXELE DE SOUSA
ESTUDO COMPARATIVO DA RESISTÊNCIA À CORROSÃO ENTRE O AÇO INOXIDÁVEL DUPLEX AISI 2205 E O AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO AISI
304 QUANDO IMERSOS EM UMA SOLUÇÃO AQUOSA CONTENDO 0,6M DE CLORETO DE SÓDIO
Trabalho de Conclusão de curso apresentado à Universidade Federal Rural do Semi-Árido - UFERSA, Centro de Engenharias, para a obtenção do título de Engenheira Mecânica.
Orientador: Prof. Dr. Francisco Evaristo Uchôa Reis – UFERSA.
MOSSORÓ – RN 2018
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S 725e
Sousa, Ruth Anne Paxele de.
Estudo comparativo da resistência à corrosão entre o aço inoxidável duplex AISI 2205 e o aço inoxidável austenítico AISI 304 quando imersos em uma solução aquosa contendo 0,6M de cloreto de sódio / Ruth Anne Paxele de Sousa. - 2018. 56 f. : il.
Orientador: Francisco Evaristo Uchôa Reis. Monografia (graduação) - Universidade Federal Rural do Semi-árido, Curso de Engenharia Mecânica, 2018.
1. Aço inoxidável duplex. 2. Aço inoxidável austenítico. 3. Resistência à corrosão. I. Reis, Francisco Evaristo Uchôa, orient. II. Título.
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho à minha família-meu porto seguro. Em especial aos meus pais, Russel Paxele e Rita Souza, a minha irmã, Rayanne Paxele, e a minha avó, Maria da Conceição Leite, os quais me auxiliam sempre e que sempre me ensinaram a ir atrás dos meus objetivos.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, por estar presente em todo momento da minha vida, pelas conquistas e oportunidades alcançadas no momento certo, por me proporcionar força de vontade de sempre seguir em frente, e por todos os dias estar me dando à saída e sabedoria necessária para alcançar meus objetivos.
Aos meus pais, Russel Paxele de Sousa e Maria Rita de Souza, por todos os esforços investidos na minha formação, tanto pessoal como profissional, por nos momentos difíceis serem meu porto seguro. Por me fornecerem atenção, carinho, dedicação, paciência, conselhos, palavras encorajadoras, um amor imensurável.
Aos meus avôs, Maria da Conceição Leite e Raimundo Neri de Sousa (in memoriam), eles que assim como meus pais não mediram esforços para me ajudar no decorrer da minha vida. Por me incentivarem sempre a buscar o que almejo com sabedoria e paciência. Um amor também imensurável.
A minha irmã, Jéssica Rayanne Paxele de Sousa, pelo apoio, paciência, ajuda e por ser uma companheira no trajeto para obtenção dos meus sonhos. Pela qual tenho um enorme respeito, admiração e carinho.
A todos os colegas e amigos da UFERSA que me acompanharam no decorrer do curso. E o próprio instituto.
Ao professor Francisco Evaristo Uchôa Reis por ter me ajudado e me instruído no decorrer desse trabalho, pelos seus ensinamentos e dedicação, dando assim o suporte necessário. Ao professor Manoel Quirino da Silva Júnior , Gecilio Pereira da Silva e Jardel Dantas da Cunha pela ajuda prestada para a realização do trabalho.
À todos que contribuíram para construção desse trabalho, mim dando coragem, meu muito obrigada.
“A tarefa não é tanto ver aquilo que ninguém viu, mas pensar o que ninguém ainda pensou sobre aquilo que todo mundo vê.”
RESUMO
O aço inoxidável duplex AISI 2205 pertence a uma classe de materiais com microestrutura bifásica, constituída por uma matriz ferritica e ilhas de austenita, com frações volumétricas aproximadamente iguais dessa fase. Essa classe destaca-se pela excelente combinação de suas propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Já o aço inoxidável austenitico AISI 304, apresenta microestrutura inicial monofásica, composta por grãos de austenita praticamente equiaxiais, são aços bastante utilizado na indústria brasileira assim como o inoxidável duplex. Devido ao fato destes dois aços apresentarem uma boa resistência à corrosão aliado a sua empregabilidade no ramo industrial, este trabalho será realizado com o propósito de promover um estudo comparativo entre o aço inoxidável duplex AISI 2205 e o aço inoxidável austenítico AISI 304 avaliando a resistência à corrosão quando submetidos a um meio corrosivo – cloreto de sódio, bem como o efeito da temperatura e tempo de tratamento térmico na resistência à corrosão do aço. Para isso analisou-se o comportamento destes aços após tratamento térmico numa temperatura de aproximadamente 1060 ºC por um tempo de 1 hora, através da microscopia ótica e ensaio de polarização potenciodinâmico. A microscopia ótica foi utilizada para observar mudanças na microestrutura após tratamento térmico e as curvas de polarização para avaliar a resistência à corrosão. Constatou-se, nas condições de tratamento imposta, que o aumento da temperatura com a realização do tratamento térmico reduz a resistência à corrosão do aço inoxidável duplex e do aço inoxidável austenítico.
ABSTRACT
The duplex stainless steel AISI 2205 belongs to a class of materials with biphasic microstructure, consisting of a ferritic matrix and austenite islands, with approximately equal volume fractions of that phase. This class stands out by the excellent combination of its mechanical properties and resistance to corrosion. The AISI 304 austenitic stainless steel has an initial monophasic microstructure composed of almost equiaxial austenite grains, which are used in the Brazilian industry as well as the duplex stainless steel. Due to the fact that these two steels present good corrosion resistance together with their employability in the industrial sector, this work will be carried out with the purpose of promoting a comparative study between AISI 2205 duplex stainless steel and AISI 304 austenitic stainless steel evaluating the resistance to corrosion. corrosion when subjected to a corrosive medium - sodium chloride, as well as the effect of temperature and time of heat treatment on the corrosion resistance of steel. For this the behavior of these steels after heat treatment at a temperature of approximately 1060 ° C for a time of 1 hour was analyzed by optical microscopy and potentiodynamic polarization assay. Optical microscopy was used to observe changes in microstructure after heat treatment and polarization curves to evaluate corrosion resistance. Under the imposed treatment conditions, the increase in temperature with the heat treatment reduces the corrosion resistance of duplex stainless steel and austenitic stainless steel.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Microestrutura de um aço inoxidável austenítico 304 ... 18
Figura 2 - Composições químicas e principais aplicações dos aços inoxidáveis austeníticos 304 e 316 ... 19
Figura 3 - Microestrutura do aço inoxidável dúplex ... 20
Figura 4 - Composição química dos AID mais comuns ... 21
Figura 5 - Precipitação de fases intermetálicas no aço duplex SAF 2205 ... 23
Figura 6 - Diferentes tipos de corrosão ... 24
Figura 7 - Montagem do aparelho para levantamento das curvas de polarização ... 26
Figura 8 - Diagrama de polarização potenciodinâmica com as inclinações anódicas e catódicas de Tafel ... 27
Figura 9 - Curvas de polarização potenciodinâmicas do aço inoxidável norma UNS J92205, fundido e solubilizado, em ensaio de corrosão nos eletrólitos H2SO4 (0,5M), NaCl (3,5%) e NaOH (0,5M) ... 27
Figura 10 - Aço SAF 2205 no estado recebido ... 29
Figura 11 - Aço austenitico AISI 304 como recebido ... 30
Figura 12 - Preparação da amostra, de aço inoxidável dúplex, para ensaios eletroquímicos ... 33
Figura 14 - Eletrodos finalizados ... 34
Figura 13 - Preparação da amostra, de aço inoxidável austenitico, para ensaios eletroquímicos ... 34
Figura 15 - Embutimento de amostras para metalografia... 36
Figura 16 - Célula eletroquimíca dentro da gaiola de Faraday ... 38
Figura 18 - Microestrutura da amostra AISI 304, tratada termicamente (43) - Aumento 500x ... 41
Figura 17 - Microestrutura da amostra AISI 304, como recebida (41) - Aumento 500x ... 41
Figura 19 - Microestrutura da amostra AISI 2205, como recebido (42) - Aumento 500x ... 43
Figura 20 - Microestrutura da amostra AISI 2205 tratada termicamente (44) - Aumento 500x ... 43
Figura 21 - Curva de polarização da amostra de aço inóxidável austenitico AISI 304, como recebido ... 44
Figura 22 - Curva de polarização da amostra de aço inóxidável austenítico AISI 304, tratada termicamente ... 45
Figura 23 - Comparação das amostras de aço inoxidável austenitico AISI 304, na condição de como recebido e tratado termicamente ... 46 Figura 24 - Curva de polarização da amostra de aço inóxidável dúplex AISI 2205, como recebido ... 47 Figura 25 - Curva de polarização da amostra de aço inóxidável dúplex AISI 2205, tratada termicamente ... 48 Figura 26 - Comparação das amostras de aço inoxidável dúplex AISI 2205, na condição de como recebido e tratado termicamente ... 49 Figura 27 - Curvas de polarização de todas as amostras ... 49
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Composição química do aço SAF 2205 ... 30
Tabela 2 - Composição química do aço AISI 304 ... 31
Tabela 3 - Códigos das amostras tratadas termicamente ... 32
Tabela 4 - Códigos das amostras nas quais houve a preparação do eletrodo de trabalho, e seu respectivo estado... 33
Tabela 5 - Área de exposição das amostras ... 35
Tabela 6 - Códigos das amostras nas quais não houve a preparação do eletrodo, e seu respectivo estado... 35
Tabela 7 - Componentes e quantidades para a produção de Vilella segundo a norma ASTM E407-07 ... 36
Tabela 8 - Componentes e quantidades para produção de glicerégia acética, de acordo com a norma ASTM E407-07 ... 37
Tabela 9 - Parâmetros dos ensaios de polarização ... 37
Tabela 10 - Composição química do aço SAF 2205 ... 39
Tabela 11 - Composição química do aço AISI 304 ... 39
LISTA DE ABREVIAÇÕES E SIGLAS
AISI American Iron and Steel Institute
Cr Cromo
Ni Níquel
NaCl Cloreto de Sódio
Fe Ferro
C Carbono
CCC Cúbica de Corpo Centrado CFC Cúbica de Face Centrada
Mo Molibdênio
AID Aços Inoxidável Duplex SAF Soudure Autogene Française
Óxido de Cromo ET Eletrodo de Trabalho ER Eletrodo de Referência
CE Contra Eletrodo
Ácido Sulfúrico NaOH Hidróxido de Sódio Ecorr Pptencial de corrosão Icorr Corrente de corrosão
Epp Potencial de passivação primária Ecrit Potencial critic
PRE OCP Α
Pitting Resistance Equivalent Open Circuit Potencial Fase Ferrita Cu Cobre Mn Manganês Nb Nióbio P Fósforo S Enxofre Si Silício γ Fase Austenita
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS
LISTA DE ABREVIAÇÕES E SIGLAS RESUMO ABSTRACT 1 INTRODUÇÃO ... 14 2 OBJETIVOS ... 15 2.1 OBJETIVO GERAL ... 15 2.2 OBJETIVO ESPECIFICO ... 15 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 16 3.1 AÇOS INOXIDÁVEIS ... 16 3.1.1 Classificação ... 16
3.2 AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO ... 17
3.2.1 Características ... 17
3.3 AÇO INOXIDÁVEL DÚPLEX ... 19
3.3.1 Características ... 19
3.3.2 Classificação ... 20
3.4 TRATAMENTO TÉRMICO ... 21
3.5 CORROSÃO ... 23
3.5.1 Resistência à corrosão dos aços inoxidável austenítico e inoxidável duplex .. 24
3.5.2 Corrosão por pite ... 25
3.5.3 Técnicas eletroquímicas ... 26
4 MATERIAIS E MÉTODOS ... 29
4.1 MATERIAIS ... 29
4.1.1 Aço inoxidável duplex AISI 2205 ... 29
4.1.2 Aço inoxidável austenitico AISI 304 ... 30
4.2 PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS ... 31
4.2.1 Corte das amostras ... 31
4.2.2 Tratamento térmico ... 32
4.2.3 Preparação das amostras para ensaios eletroquímicos ... 32
3.2.4 Preparação metalógrafica... 35
4.2 MISCROSCÓPIA ÓPTICA ... 37
4.3 ENSAIO POLARIZAÇÃO POTENCIODINÂMICA ... 37
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 39
5.2 ANÁLISE MICROESTRUTURAL ... 40
5.1.1 Aço inoxidável austenítico AISI 304 ... 40
5.1.2 Aço inoxidável duplex AISI 2205 ... 42
5.2 CURVAS DE POLARIZAÇÃO ... 44
5.2.1 Aço inoxidável austenítico AISI 304 ... 44
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 51
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1 INTRODUÇÃO
A princípio a corrosão é um problema presente no nosso cotidiano, muito frequente na esfera industrial, e pode ser definido como sendo um processo de deterioração do material, na maioria das vezes metálico, provocado devido a uma ação química ou eletroquímica do meio ambiente associado ou não a esforços mecânicos.
Nos dias atuais, mesmo com a busca incessante por materiais que apresentem uma boa resistência a corrosão, para as diferentes utilizações, os aços inoxidáveis continuam sendo os com maiores empregabilidade, utilizados em um vasto número de aplicações, e que apresentam tal propriedade.
Os aços inoxidáveis são ligas de ferro (Fe), carbono (C) e cromo (Cr) que contém no mínimo 11% de cromo (OLIVEIRA, 2009). E estão divididos em cinco grandes classes com base na fase constituinte predominante na sua microestrutura, entre elas os aços inoxidáveis austeníticos e os aços inoxidáveis duplex, materiais do estudo proposto.
Uma das classes dos aços inoxidáveis, a dos austeníticos, apresentam uma resistência a corrosão elevada por causa do alto teor de Cromo (Cr) (16 a 20%) e principalmente Níquel (chegando a 14%) na sua composição química. Dentre estes, mais precisamente os AISI 304L (AISI- American Iron and Steel Institute), com maior resistência. Outra classe seria a dos aços inoxidáveis duplex, que tem na sua composição química 22% - Cr e 5% Ni, considerados assim como os auteníticos, aços com resistência elevada à corrosão (SANCHES, 2009).
O presente estudo tem a finalidade de analisar o aço inoxidável duplex AISI 2205 e o aço inoxidável austenítico AISI 304 quando imersos em uma solução aquosa 0,6M de cloreto de sódio (NaCl) observando a sua resistência à corrosão por meio de procedimentos experimentais, com a justificativa para essa pesquisa, ligada ao fato destes aços apresentarem uma boa resistência a corrosão se comparada ao aço comum e devido ao emprego destes materiais em vários ramos industrial.
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2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
Analisar a resistência à corrosão através de ensaios realizados no aço inoxidável dúplex AISI 2205 e no aço inoxidável austenítico AISI 304, quando imersos em uma solução aquosa contendo cloreto de sódio (NaCl) com concentração de 0,6M.
2.2 OBJETIVO ESPECIFICO
Com o intuito de atingir o objetivo geral do trabalho foram traçados alguns objetivos específicos:
Analisar a microestrutura óptica tanto no aço inoxidável duplex AISI 2205 como no aço inoxidável austenítico AISI 304 antes e após a realização de um tratamento térmico nas amostras a uma temperatura de 1060 ºC durante o tempo de 1 hora com resfriamento rápido em água;
Avaliar a resistência a corrosão do aço inoxidável duplex AISI 2205 e do aço inoxidável austenítico AISI 304 antes e após tratamento térmico por meio de ensaios de polarização potenciodinâmicas em meio 0,6M de cloreto de sódio.
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3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
O capítulo em questão tem como principal objetivo elucidar com base na literatura, as principais características dos aços estudados (austeníticos e duplex), bem como a sua resistência à corrosão, quando o mesmo está sujeito a um meio muito agressivo.
3.1 AÇOS INOXIDÁVEIS
O surgimento destes aços deu-se a parti de estudos realizados em 1912, na Inglaterra e na Alemanha. Sendo que o aço estudado na Inglaterra era uma liga Fe-Cr, com cerca de 13% de Cr. Já na Alemanha, tratou-se de uma liga que, além de Fe e Cr, continha também níquel (Ni). No primeiro caso, era um aço inoxidável muito próximo ao que hoje se chama de 420 e, no segundo, outro aço inoxidável bastante parecido com o que hoje se conhece como 302 (CARBÓ, 2001).
De acordo com Silva e Mei (2006), os aços com teores de cromo superiores a 12% têm grande resistência à oxidação e são comumente designados como aços inoxidáveis.
Os aços inoxidáveis são normalmente designados pelos sistemas de numeração da AISI, UNS 4 ou por designação própria do proprietário da liga. Dentre estes, o sistema da AISI é o mais utilizado, no qual a maioria dos graus de aços inoxidáveis possuem uma classificação com três dígitos. Os aços austeníticos fazem parte das séries 200 e 300, enquanto que a série 400 designa tanto aços ferríticos quanto martensíticos. A série UNS, por sua vez, possui um maior número de ligas que a AISI, pois incorpora todos os aços inoxidáveis de desenvolvimento mais recente. Nesta série, os aços inoxidáveis são representados pela letra S, seguida de cinco números. Os três primeiros representando a numeração AISI (se tiverem). Os dois últimos algarismos serão 00 se o aço for um aço comum da designação AISI. Se forem diferentes, significa que o aço tem alguma característica especial reconhecida pela UNS (COSTA E SILVA, 1988).
3.1.1 Classificação
Para uma melhor compreensão dos aços inoxidáveis, pode-se dividí-los em classes. Divisão feita de acordo com a composição química ou com a microestrutura que apresentam à temperatura ambiente, esses aços são compostos basicamente por ligas de ferro (Fe), carbono (C) e cromo (Cr), havendo presença de outros elementos metálicos, porém o Cr é considerado
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o elemento mais importante uma vez que, é o que dá aos aços inoxidáveis uma elevada resistência à corrosão. Segundo Lo et al, 2009, os aços inoxidáveis podem ser classificados como austeníticos, ferríticos, martensíticos, duplex e endurescíveis por precipitação.
A classe de aços inoxidáveis ferríticos são ligas de ferro-cromo com a estrutura composta pela ferrita, de estrutura cúbica de corpo centrado (CCC), com um teor de cromo variando de 11 a 30% (LO et al, 2009).
De acordo com Smith (1996) a classe dos austeníticos, objetivo de estudo deste trabalho, contém níquel em teores de 7 a 20%,o que aumenta o custo do material, e teores de cromo de 15 a 25%. A presença de níquel estabiliza a estrutura cúbica de face centrada (CFC) do ferro, que é a austenita. Quando estas duas classes são comparadas, o aço inoxidável ferrítico possui maior resistência mecânica, e os aços inoxidáveis austeníticos uma maior ductilidade.
Já a classe de aços classificados como martensíticos são similares aos aços carbono obtidos por tratamento térmico de têmpera e revenimento, onde ocorre a transformação da austenita em martensita (DAVIS, 1994).
Baseada na obra de Davis (1994) a classe dos aços endurescíveis por precipitação têm um aumento na resistência mecânica promovido pelo mecanismo de envelhecimento, onde trabalho a frio facilita este processo.
Segundo Sedriks (1996) os aços inoxidáveis duplex, que é outro objetivo de estudo deste trabalho, são ligas que contém em sua estrutura duas fases diferentes, ferrita (α) e austenita (γ) aproximadamente na mesma proporção.
3.2 AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO
3.2.1 Características
Conforme Padilha (2004) os aços inoxidáveis austeníticos são essencialmente ligas ternárias de Ferro-Cromo-Níquel, contendo de 16 a 25 % de Cr e 7 a 20 % de Ni e carbono variando entre 0,02% e 0,15%. Estas ligas designam-se por austeníticas uma vez que sua estrutura CFC se mantém em todas as temperaturas usuais dos tratamentos térmicos.
Ligas com teores de Cr mais elevados (23 a 25 %), como por exemplo, os tipos 309 e 310, são usadas, principalmente, em aplicações sob elevadas temperaturas. Os tipos 302 e 304 são mais largamente utilizados, pois podem ser aplicados em elevadas temperaturas bem como à temperatura ambiente. O tipo 316 tem, basicamente, a mesma base que o 304, com
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aproximadamente 2,5 % Mo, apresentando maior resistência à corrosão por pite. (SEDRIKS, 1996).
Na Figura 1 observa-se a microestrutura típica de um aço inoxidável austenítico 304.
Figura 1 - Microestrutura de um aço inoxidável austenítico 304
Fonte: (SANTOS, 2009)
Dentre as classes dos aços inoxidáveis, os austeníticos são os aços que constituem uma família maior em relação à quantidade de ligas e aplicações.
Nos aços inoxidáveis austeníticos o recozimento de recristalização, é um processo no qual a microestrutura deformada plasticamente é restaurada de forma progressiva com a elevação da temperatura. O aço inoxidável austenítico encruado pode ser recristalizado na faixa de 1000 à 1100 °C e mantido nesta temperatura por determinado tempo, seguido de resfriamento acelerado. Após a recristalização segue o processo de crescimento dos grãos que depende da temperatura, do tempo e da composição química do material. Entretanto, o tamanho de grão grande é prejudicial às propriedades mecânicas do material. Portanto, é muito importante o controle do tamanho de grão durante a fabricação e em aplicações práticas que envolvem altas temperaturas (DIETER, 1981)
Este trabalho irá se deter o aço inoxidável austenítico 304. São apresentadas na Figura 2, as composições químicas e principais aplicações dos aços inoxidáveis austeníticos 304 e 316.
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Figura 2 - Composições químicas e principais aplicações dos aços inoxidáveis austeníticos 304 e 316
Fonte: (PADILHA, 2004)
3.3 AÇO INOXIDÁVEL DÚPLEX
3.3.1 Características
Martins e Casteletti (1997) definem os aços inoxidáveis duplex como sendo ligas de Fe, Cr, Ni e Mo que, em seu peso, contém até 0,30% de nitrogênio na forma atômica. Sua microestrutura é bifásica, contendo uma fase austenítica e outra ferrítica. No ponto de vista microestrutural a concentração volumétrica de ferrita deve aproximar-se de 50% ± 5% para um material corretamente balanceado. A combinação destas duas fases confere ao material, propriedades mecânicas características de ambas as fases, com tendências às da ferrita, resultando em um material com propriedades mecânica superior aos aços inoxidáveis constituídos de apenas uma das fases. As frações volumétricas de cada uma das fases estão relacionadas com a composição química e a temperatura de tratamento (CHARLES, 2008).
Na Figura 3 observa-se que a microestrutura é composta por duas fases: austenita, parte clara, distribuídas em uma matriz ferritica, parte escura. A Figura 3a é a seção transversal e a 3b é a seção longitudinal.
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Figura 3 - Microestrutura do aço inoxidável dúplex
Fonte: (CORRÊA, 2015)
Segundo Charles (2008), a proporção que a temperatura de tratamento modifica o equilíbrio das fases, ocorre, decorrente disso a alteração da quantidade das fases presentes no material. Em um aço inoxidável duplex, valores mais elevados de temperatura proporcionam uma maior fração volumétrica de ferrita.
Alguns elementos como o silício, molibdênio, e alumínio têm a eficácia de estabilizar a ferrita, e outro como: carbono, manganês e nitrogênio estabilizam a austenita. Tal comportamento é frequentemente expresso em termos dos conceitos de cromo e níquel equivalentes (SOLOMON, DEVINE, 1982; SEDRIKS, 1996; PADILHA, PLAUT, 2009).
O aço inoxidável duplex apresenta uma granulometria mais refinada que os aços inoxidáveis de uma única fase, isso se deve ao fato de que a formação da estrutura do duplex limita o crescimento de grão. Com isso, os aços duplex, de modo geral, apresentam resistência mecânica superior aos aços inoxidáveis de uma única fase (CHIAVERINI, 2005).
3.3.2 Classificação
Com base na literatura de Senatore (2010) os aços inoxidáveis duplex (AID) são classificados de acordo com sua composição química em:
Aços inoxidáveis duplex de baixa liga - é a classe que não possui molibdênio e menores teores de liga. Exemplo: SAF 2304.
Aços inoxidáveis duplex de média liga - apresentam resistência à corrosão superior aos aços inoxidáveis austeníticos comuns. É a classe mais utilizada dentre os duplex estando entre eles o SAF 2205.
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Aços inoxidáveis duplex de alta liga - também são conhecidos como aços inoxidáveis superduplex, dentre eles o mais comum é o SAF 2507. Apresentam resistência à corrosão similar aos superausteníticos que possuem entre 5 e 6% de molibdênio. A Figura 4 ilustra a composição química dos AID mais comuns.
Figura 4 - Composição química dos AID mais comuns
Fonte: (SILVA, 2006)
3.4 TRATAMENTO TÉRMICO
Baseado na literatura de Chiaverini, o tratamento térmico tem como objetivo alterar as propriedades dos aços através de operações de aquecimento e resfriamento, sob condições controladas de temperatura, tempo (de permanência em determinada temperatura), atmosfera do recinto. Dentre as principais transformações, podem-se citar: aumento de resistência mecânica, à corrosão, ao desgaste; melhoria de ductibilidade, da usinabilidade e das propriedades de corte; modificação de propriedades elétricas e magnéticas. No entanto, é necessário que o processo seja aplicado criteriosamente já que a melhora de uma propriedade pode influenciar na piora de outra.
O tratamento térmico de solubilização consiste em submeter o aço à temperatura até o ponto onde elementos químicos classificados como soluto, entrem em solução sólida na matriz de forma a manter uma estrutura homogênea livre de precipitados. Assim que essa temperatura é atingida, mantém-se um patamar que deve estar de acordo com a espessura de parede da peça, e então se faz um resfriamento rápido (geralmente água) o que evita a formação de precipitados indesejáveis, pois não há tempo dos elementos se redistribuírem. A precisão no tempo de solubilização é muito importante, pois se este não for suficiente, não ocorrerá uma solubilização de todos os elementos. Se o tempo for excessivo, os efeitos da oxidação devido a exposição a alta temperatura, serão maiores, ocorrendo crescimento de grãos, além de um gasto desnecessário de energia (RITONI, 2007).
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Nos aços inoxidáveis duplex a fase ferrita é a mais propícia para sofrer transformações, por ter menor parâmetro de rede da estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (CCC), apresenta taxa de difusão em torno de 100 vezes mais rápida do que a austenita. Fora que a ferrita é rica em cromo e molibdênio, e esses elementos são conhecidos por favorecer a precipitação de fases intermetálicas (PEREIRA, 2014).
Segundo Russell (2005), a escolha da temperatura de tratamento térmico depende da composição química do AID, utilizando-se tipicamente valores entre os 1000ºC e os 1200ºC. O aumento da temperatura de solubilização utilizada no tratamento térmico não altera apenas o equilíbrio ferrita/austenita como também:
Provoca um aumento da sensibilidade à formação de austenita secundária e de CrN, mas tem o efeito contrário nas restantes fases secundárias;
Empobrece a ferrita em crómio, enriquecendo-a em níquel;
As formas dos grãos de cada fase, inicialmente com formas muito irregulares, passam a possuir formas mais suaves com o aumento da temperatura de tratamento térmico de solubilização.
Na Figura 5 observa-se um diagrama tempo-temperatura-transformação (TTT), apresentando a cinética de precipitação de fase intermetálicas no aço duplex 2205 quando o material é sujeito a determinadas condições de tempo e temperatura. Verifica-se pelo diagrama que os aços duplex têm facilidade para formar precipitados quando são subordinados a ciclos térmicos acima de 300ºC, e entre as diversas possibilidades, a fase sigma requer atenção especial, por possuir um forte efeito fragilizante ao material. Para temperaturas elevadas a 1000 °C a fase sigma não é formada (PEREIRA, 2009).
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Figura 5 - Precipitação de fases intermetálicas no aço duplex SAF 2205
Fonte: (OLIVEIRA, 2012)
Para os aços inoxidáveis austeníticos com altos teores de nitrogênio e molibdênio devem ser submetidos ao tratamento térmico de solubilização com o objetivo de se dissolver os precipitados e garantir a máxima resistência à corrosão e ductilidade (SOURMAIL, 2004)
A precipitação de carbonetos nos contornos de grãos dos aços inoxidáveis austeníticos provoca um empobrecimento no teor de cromo da matriz austenítica adjacente. Tal efeito reduz a resistência à corrosão localizada na estrutura do material. Os carbonetos M23C6 possuem estrutura cristalina CFC e sua precipitação se dão nos contornos de grão, contornos de maclas e nas discordâncias presentes nos interiores dos grãos (SOURMAIL, 2004).
3.5 CORROSÃO
Baseado na obra de Gentil (2003), a corrosão é um processo de deterioração de um material, geralmente metálico, por ação química ou eletroquímica do meio ambiente aliada ou não a esforços mecânicos.
As formas ou tipos de corrosão podem ser apresentados considerando-se a aparência ou forma de ataque e também pelas diferentes causas e mecanismos (GENTIL, 2003):
Morfologia – uniforme, por placas, aleolar, puntiforme ou por pite, intergranular, transgranular, filiforme, por esfoliação, seletiva, em torno de cordão de solda e empolamento pelo hidrogênio;
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Causas ou mecanismos – por aeração, eletrolítica ou por correntes de fuga, galvânica, associadas a solicitações mecânicas (corrosão sob tensão fraturante), em torno de cordão de solda, seletiva, empolamento ou fragilização pelo hidrogênio;
Fatores mecânicos – sob tensão, sob fadiga, por atrito, associada à erosão;
Meio corrosivo – atmosférico, solo, induzida por microorganismos, água do mar e sais fundidos;
Localização do ataque – pite uniforme, intergranular, transgranular.
De acordo com Roberge (1999), a corrosão geralmente resulta em alterações não desejáveis as propriedades dos materiais. Considerado um fenômeno de grande relevância industrial, estima-se que os custos com problemas associados a corrosão giram em torno de 3 a 5% do produto bruto interno dos países industrializados.
O processo responsável pela corrosão é um mecanismo químico e eletroquímico, no qual a passagem de corrente elétrica no material gera a troca de íons e elétrons (WOLYNEC, 2003).
A manifestação destes fenômenos, químicos e eletroquímicos, podem levar o material a diferentes tipos de corrosão, generalizada e localizada, que ocorrem por diferentes mecanismos (PEREZ, 2004), citados na Figura 6.
Figura 6 - Diferentes tipos de corrosão
Fonte: (PEREZ, 2004; ROBERGE,1996)
A corrosão generalizada é aquela que ocorre em toda a superfície exposta do metal. Já a corrosão localizada é aquela que se manifesta em regiões especificas do material exposto, sendo esta uma forma mais difícil de controlar que a corrosão generalizada, uma vez que é mais difícil de identificar (PEREZ, 2004).
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A corrosão dos materiais, aço inoxidável austenítico e aço inoxidável dulex, estão relacionadas com o estado e ambiente ao qual estiverem expostos. Para a ocorrência da passivação dos aços inoxidáveis austeníticos é necessárias condições específicas e depende de alguns fatores, como por exemplo, a composição da liga, condições de superfície e o meio. Nesse contexto, Campos (2003) diz que quando as condições são favoráveis para a formação da película passivadora, não haverá corrosão. Porém, uma vez que esta película é destruída e as condições do meio não permitem a repassivação, as taxas de corrosão são elevadas, dando origem a vários tipos de corrosão.
A resistência à corrosão é determinada pela capacidade que estes materiais têm de se passivar. Estas propriedades estão relacionadas, principalmente, aos elementos de liga presentes na composição química do aço, agregado com outros fatores como tamanho de grão, distribuição e morfologia de inclusões, precipitação de fases e qualidade da superfície
(PARDAL; TAVARES; PONZIO, 2013).
A presença de elementos, tais como o Cromo, Ni, MO e N com teores elevados ajudam a justificar a elevada resistência à corrosão do AID (Aços Inoxidáveis Duplex). Os mecanismos mais comuns de corrosão são: Corrosão por Pite e Corrosão sob Tensão. Todavia, os aços duplex apresentam uma elevada resistência a esses mecanismos de corrosão
(PARDAL; TAVARES; PONZIO, 2013).
A resistência à corrosão dos aços inoxidáveis duplex é similar a dos aços inoxidáveis austeníticos, que tem quantidades parecidas de elementos de ligas (JÚNIOR, 2002).
Por outro lado, os aços inoxidáveis duplex apresentam elevados limites de resistência à tração e escoamento e melhor resistência a corrosão sob tensão que seu par austenítico (COLOMBIER, 1967).
3.5.2 Corrosão por pite
De acordo com Gentil (2007), a corrosão por pite se processa em pontos ou em pequenas áreas localizadas na superfície metálica produzindo pites, que são cavidades que apresentam o fundo em forma angulosa e profundidade geralmente menor que o seu diâmetro. A avaliação da resistência à corrosão por pite pode ser feita de diversas maneiras. No caso dos aços inoxidáveis, algumas expressões matemáticas relacionam a influência dos elementos de liga na resistência à corrosão por pites. Os elementos de liga que ditam o comportamento são Cr, Mo e N. O equivalente de resistência a pite ou PRE (pitting resistance equivalent) é a equação (1) mais usada industrialmente (SENATORE, 2007)
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PRE = %Cr + 3,3x%Mo + 16x%N (1)
A equação (1) refere-se a uma expressão simples que possibilita comparar, de forma genérica, a resistência à corrosão entre o aço inoxidável austenitico e o aço inoxidável duplex.
3.5.3 Técnicas eletroquímicas
As técnicas eletroquímicas são usadas para analisar o comportamento corrosivo dos aços inoxidáveis.
Equipamento que permite verificar o comportamento eletroquímico de um metal, o potenciostato, possibilita também um controle adequado do potencial de eletrodo com relação ao eletrodo de referencia, e também a determinação da corrente de polarização, e por meio de um registrador armazenar os dados para levantar as curvas de polarização (GENTIL, 1996; WOLYNEC, 2003).
Na Figura 7 é possível observar a montagem do aparelho para levantamento das curvas de polarização. Apresentando o eletrodo de trabalho (ET), o eletrodo de referência (ER) e o contra eletrodo (CE) submerso em um eletrólito, e a função do potenciostato é de impor o potencial desejado ao eletrodo de trabalho.
Fonte: (WOLYNEC, 2003)
Segundo Sedriks (1996) o comportamento eletroquímico do material pode ser estudado mediante levantamento de curvas de polarização que avaliam seu comportamento em meio aquoso, e o potenciostato permite o levantamento desta curva, no qual são registrados valores para o potencial aplicado (E) em função da densidade de corrente (i).
A polarização é o fenômeno relacionado com a alteração do potencial de corrosão, que pode ocorrer por fatores externos, como a imposição de uma corrente ao sistema (GENTIL, 1996; WOLYNEC, 2003).
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As análises da resistência a corrosão são realizadas mediante análise das curvas de polarização utilizando-se o modelo das inclinações anódicas e catódicas de Tafel. Os valores das correntes de corrosão, potencial de corrosão e resistência de polarização são obtidos através de diagramas de polarização de acordo com os da Figura 8.
Figura 8 - Diagrama de polarização potenciodinâmica com as inclinações anódicas e catódicas de Tafel
Fonte: (PEREZ, 2010)
Curvas de polarização potenciodinâmicas do aço inoxidável norma UNS J92205, fundido e solubilizado, em ensaio de corrosão nos eletrólitos H2SO4 (0,5M), NaCl (3,5%) e NaOH (0,5M), é observável na Figura 9, onde dependendo do meio ocorre mudança nas curvas de polarização.
Figura 9 - Curvas de polarização potenciodinâmicas do aço inoxidável norma UNS J92205, fundido e solubilizado, em ensaio de corrosão nos eletrólitos H2SO4 (0,5M), NaCl (3,5%) e NaOH (0,5M)
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O potencial de corrosão (Ecorr) é definido por alguns autores como o potencial em que as reações catódicas e anódicas se igualam, e a densidade de corrente de corrosão (icorr) é aproximadamente zero (SEDRIKS, 1996; CHARLES, 2009).
Com o aumento do potencial aplicado, tem-se um aumento da densidade de corrente até determinado potencial no qual a direção da curva se inverte. O potencial que corresponde ao máximo de densidade é denominado por Sedriks (1996) potencial de passivação primaria (Epp), e por outros autores, potencial critico (Ecrit) (CHARLES, 2009).
Vale ressaltar que fatores externos como temperatura e pH do meio em que se encontra, modificam a resistência à corrosão do material pois alteram o potencial de equilíbrio das reações eletroquímicas que acontecem no material.
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4 MATERIAIS E MÉTODOS
O trabalho em questão pretende fazer um comparativo com base na resistência à corrosão entre dois materiais diferentes que são eles o aço inoxidável dúplex AISI 2205 e o aço inoxidável austenítico AISI 304.
Nesse capítulo serão discutidos os materiais utilizados para o estudo em questão, bem como os procedimentos experimentais adotados para a realização da caracterização microestrutural (ensaios metalográficos) e os ensaios eletroquímicos (curvas de polarização), para a avaliação da corrosão dos materiais.
4.1 MATERIAIS
Os materiais utilizados neste estudo foram o aço inoxidável duplex AISI 2205 e o aço inoxidável austenitico AISI 304, adquiridos na Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA) – campus Mossoró.
4.1.1 Aço inoxidável duplex AISI 2205
O aço inoxidável duplex AISI 2205 fornecido no formato de barras com comprimento de 55 mm, largura 13 mm e espessura 10 mm, conforme mostrado na Figura 10.
Figura 10 - Aço SAF 2205 no estado recebido
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Baseado nos dados técnicos do fornecedor Alloy Wire international (2016), o aço SAF 2205 apresenta a composição química conforme mostrado na Tabela 1.
Tabela 1 - Composição química do aço SAF 2205
Composição química do aço duplex SAF 2205 (% em massa)
Elemento C Si Mn P S Cr Ni Mo N Fe
Min. % - - - 21.00 4.50 2.50 0.10
Bal Máx. % 0.03 1.00 2.00 0.035 0.015 23.00 6.50 3.50 0.22
Fonte: (ALLOY WIRE INTERNATIONAL, 2016)
Foi realizada uma análise de composição química no Laboratório de Caracterização de Materiais – LACAM da UFC, por meio do equipamento espectrômetro de emissão ótica Shimadzu PDA7000, com o intuito de se ter valores mais precisos relacionados com a composição química do aço inoxidável duplex AISI 2205.
4.1.2 Aço inoxidável austenitico AISI 304
O aço austenítico AISI 304 foi fornecido no formato cilíndrico com um comprimento de 60 mm e diâmetro de 25 mm, como mostrado na Figura 11.
Figura 11 - Aço austenitico AISI 304 como recebido
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Com base no fornecedor Favorit Aços Especiais (2016), o aço AISI 304 tem a composição química, conforme mostrado na Tabela 2.
Tabela 2 - Composição química do aço AISI 304
Composição química do AISI 304 (% em massa) ABNT/SAE/AISI C máx. Mn máx. P máx. S máx. Si máx. Ni Cr N máx. 304 0,08 2,00 0,045 0,030 0,75 8,00 – 10,50 18,00 - 20,00 0,10
Fonte: (FAVORIT AÇOS ESPECIAIS, 2016)
Foi realizada uma análise de composição química no Laboratório de Caracterização de Materiais – LACAM da UFC, por meio do equipamento espectrômetro de emissão ótica Shimadzu PDA7000, com o intuito de se ter valores mais precisos relacionados com a composição química do aço inoxidável austenitíco AISI 304.
4.2 PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS
4.2.1 Corte das amostras
Inicialmente foi feito o corte do material, que se deu de formas diferentes para cada aço.
No aço inoxidável duplex AISI 2205 o material foi cortado transversalmente com o auxílio de uma cortadora metalográfica de bancada, ficando com dimensões finais de: 12 mm de comprimento, 13 mm de largura e 10 mm de espessura.
No aço inoxidável austenitico AISI 304 foram feitos dois corte para cada amostra com o auxílio de uma cortadora metalográfica de bancada. A princípio o corte se deu de forma transversal e em seguida, com o intuito de diminuir a amostra, foi feito outro corte de forma longitudinal. Obtendo assim, dimensões finais de: 9 mm de comprimento e 25 mm de diâmetro.
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4.2.2 Tratamento térmico
Os materiais foram divididos em 8 amostras, 4 de aço AISI 304 e 4 de aço AISI 2205. Dessas 8 amostras foram tiradas quatro - 2 de aço AISI 304 e 2 de aço AISI 2205 - para passarem por um tratamento térmico de solubilização à uma temperatura de 1060 °C por um período de 1 hora. As amostras, que passaram por um tratamento térmico, foram inseridas no forno quando o mesmo atingiu a temperatura requerida (1060 °C) para o tratamento térmico. Ao atingir a temperatura e o tempo requerido (1 hora), as amostras foram retiradas do forno e de imediato inseridas e agitadas dentro de um reservatório com água a 25 °C.
Na Tabela 3 observa-se os códigos das amostras que passaram pelo tratamento térmico, com sua respectiva temperatura e tempo.
Tabela 3 - Códigos das amostras tratadas termicamente
Amostra Temperatura (°C) Tempo (h)
43 1060 1
44 1060 1
53 1060 1
54 1060 1
Fonte: Autoria Própria, 2018
Para as amostradas não tratadas termicamente foi dado os código 41, 42,51 e 52. O tratamento térmico foi realizado em um forno do tipo mufla com uma potência de 3960 KW, o qual está localizado no Laboratório de Soldagem da UFERSA – Campus Mossoró.
4.2.3 Preparação das amostras para ensaios eletroquímicos
Posteriormente ao tratamento térmico de solubilização, 4 das 8 amostras foram preparadas para formarem os eletrodos de trabalho. Na Tabela 4 contém os códigos das amostras que passaram pela preparação do eletrodo de trabalho, e seu respectivo estado.
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Tabela 4 - Códigos das amostras nas quais houve a preparação do eletrodo de trabalho, e seu respectivo estado
Amostra Estado
51 CR (Como Recebida AISI 304)
52 CR (Como Recebida AISI 2205)
53 TT (Tratada Termicamente AISI 304)
54 TT (Tratada Termicamente AISI 2205)
Fonte: Autoria Própria, 2018
O eletrodo é composto pela amostra, fio condutor e material isolante. O fio condutor utilizado foi o fio de cobre. E o material isolante consiste no embutimento, e apresenta duas funções: juntar a amostra ao fio condutor e isolar a superfície da amostra em estudo.
A princípio foi realizado um rasgo em uma das superfícies longitudionais das amostras, tanto no aço inoxidável austenítico como no aço inoxidável dúplex. O rasgo foi feito com o intuito de aumentar o contato entre o fio de cobre e a amostra, como representado nas Figuras 12 e 13.
Fonte: Autoria própria, 2018
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Fonte: Autoria própria, 2018
Após, foi realizado o embutimento a frio, com resina poliéster e utilizando um molde com 30 mm de diâmetro. Assim só ficou exposta a superfície longitudinal da amostra. Na Figura 14 é apresentada a fotografia dos eletrodos finalizados.
Figura 14 - Eletrodos finalizados
Fonte: Autoria Própria, 2018
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Foram selecionadas essas 4 amostras para a realização do ensaio de polarização. Logo após, as amostras para o ensaio de polarização, foram lixadas até granulometria #400, e recobertas por esmalte (base) para evitar corrosão por frestas, ficando com áreas de exposições com valores mostrados na Tabela 5.
Tabela 5 - Área de exposição das amostras
Amostra Área de exposição (cm²)
51 0,38
52 0,36
53 0,37
54 0,36
Fonte: Autoria Própria, 2018
3.2.4 Preparação metalógrafica
As outras 4 amostras foram embutidas, mas sem a necessidade de fazer o rasgo na superfície longitudinal e sem a utilização do fio de cobre. Tendo em vista que estas tinham uma finalidade de serem aplicadas em análise microestrutural, diferente da amostras citadas no começo da secção anterior, que eram para os ensaios de polarização.
Na Tabela 6 apresenta os códigos das amostras nas quais não houve a preparação do eletrodo, e seu respectivo estado.
Tabela 6 - Códigos das amostras nas quais não houve a preparação do eletrodo, e seu respectivo estado
Amostra Estado
41 CR (Como Recebida AISI 304)
42 CR (Como Recebida AISI 2205)
43 TT (Tratado Termicamente AISI 304)
44 TT (Tratado termicamente AISI 2205)
Fonte: Autoria Própria, 2018
O embutimento dessas amostras se deu da mesma forma que o das amostras 51, 52, 53 e 54. Após o embutimento as amostras ficaram como mostradas na Figura 15.
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Figura 15 - Embutimento de amostras para metalografia
Fonte:Autoria Própria, 2018
As superfícies longitudinais das amostras foram lixadas manualmente, com uma sequência de granulometria #180, #220, #320, #400, #600 e #1200 mudando a direção da amostra em 90° ao trocar de lixa. Logo após, foi feito o polimento na lixadeira/politriz rotativa AROTEC – Aropol 2V, utilizando pasta de alumina 0,3 µm.
Posteriormente ao polimento, foi realizado o ataque químico nas amostras por meio de reagentes diferentes. Nas amostras de aço inoxidável dúplex 2205 o ataque foi feito com o reagente Vilella (composição química mostrada na tabela 7), esfregando por um tempo de aproximadamente 60 segundos, conforme definido na norma ASTM E407-07 (2011).
Na Tabela 7 observa-se os componentes e quantidades para aprodução do Vilella segundo a norma ASTM E407-07.
Tabela 7 - Componentes e quantidades para a produção de Vilella segundo a norma ASTM E407-07
Componente Quantidade
Ácido clorídrico 5 ml
Ácido pícrico 1 g
Álcool etílico 100 ml
Fonte: Autoria Própria, 2018
Nas amostras de aço inoxidável austenitico 304 o ataque químico foi feito com o reagente glicerégia acética (solução 89 da norma ASTM E407-07, composição mostrado conforme a Tabela 8), que foi aplicada com o auxilio de uma lã de algodão no qual se esfregou durante um tempo aproximado de 90 segundos.
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Tabela 8 - Componentes e quantidades para produção de glicerégia acética, de acordo com a norma ASTM E407-07 Componente Quantidade Ácido acético 10 ml HCL 15 ml Glicerina 5 gotas 10 ml Fonte: Autoria Própria, 2018
Após o ataque, as amostras foram lavadas em água corrente para interromper a ação do agente químico, seguindo-se da aplicação de álcool e sendo secadas em jato de ar quente.
4.2 MISCROSCÓPIA ÓPTICA
Com a finalidade de caracterizar o material, realizou-se uma análise da microscópia das amostras como recebidas e após passarem por um tratamento térmico. Esse estudo foi realizado com o auxilio Microscópio Óptico Metalográfico da Olympus modelo GX-51, presente no Laboratório de Ensaio Mecânicos da UFERSA, campus Mossoró.
4.3 ENSAIO POLARIZAÇÃO POTENCIODINÂMICA
Os ensaios de polarização foram realizados no Laboratório de Química Da Universidade Federa Rural do Semi-Árido – UFRSA, campus Mossoró, com o auxílio do potenciostato AUTOLAB PGSTAT 302 e o software NOVA versão 1.
Os ensaios foram realizados de acordo com os parâmetros estabelecidos no software NOVA, como descrito na tabela 9.
Tabela 9 - Parâmetros dos ensaios de polarização
Parâmetros dos ensaios de polarização
Intervalo de varredura (mV) - 300 à 300
Velocidade de varredura (mV/s) 1
Número de pontos 572
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A célula eletroquímica foi composta como mostrado na Figura 16, com eletrodo de trabalho - Aço duplex e Aço austenitico, eletrodo de referência - Prata/Cloreto de prata-Ag/AgCl e contra eletrodo- Lâmina de platina, utilizando uma solução de 0,6M de NaCl como eletrólito, com base na Norma ASTM D1141-98 (2013).
A princípio cada amostra ficou imersa na solução por aproximadamente 25 minutos, que foi o tempo de estabilização do potencial de circuito aberto (OCP). O ensaio se deu em temperatura ambiente de 22ºC.
Fonte: Autoria Própria, 2018
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5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1 ANÁLISE DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA
Na Tabela 10 observa-se a composição química do aço SAF 2205 obtida através da análise realizada no Laboratório de Caracterização dos Materiais – LACAM, UFC.
Tabela 10 - Composição química do aço SAF 2205
Composição química do aço duplex SAF 2205 (% em massa)
Elemento C Si Mn Cu S Cr Ni Mo N Si Nb
% em massa 0,018 0,45 1,48 0,28 0,001 22,22 5,6 3,1 0.18 0,45 0,021 Fonte: Autoria própria, 2018
Com base nos valores adquiridos com a análise de composição química do aço SAF 2205, foi possível calcular o PRE.
Na Tabela 11 verifica-se a composição química do aço AISI 304 obtida através da análise realizada no Laboratório de Caracterização dos Materiais – LACAM, UFC.
Tabela 11 - Composição química do aço AISI 304
Composição química do AISI 304 (% em massa)
ABNT/SAE/AISI C Mn P S Si Ni Cr Cu Nb Mo
304 0,068 1,04 0,018 0,007 0,47 7,45 16,89 0,099 0,019 0,11 Fonte: Autoria própria, 2018
Baseado nos valores adquiridos com a análise de composição química do aço inoxidável duplex AISI 304, foi possível calcular o PRE.
Na Tabela 12 apresenta o PRE dos aços inoxidável austenítico AISI 304 e aço inoxidável dúplex AISI 2205.
Tabela 12 - PRE de alguns aços inoxidáveis
AISI/UNS %Cr %Mo %N PRE Microestrutura
304L 16,89 0,11 - 17,25 Austenita
S 31803 22,22 3,1 0,18 35,33 Dúplex
40
Ao realizar o cálculo do PRE, que permite fazer uma comparação, de forma genérica, a resistência à corrosão entre o aço inoxidável austenítico e o aço inoxidável duplex (SENATORE, 2007), obteve-se como resultado valor de PRE mais alto para o aço inoxidável duplex (35,33), quase o dobro se comparado com o aço inoxidável austenítico (17,25). Com isso, conclui-se, para este tipo de análise que o aço inoxidável duplex apresenta uma melhor resistência à corrosão do que o aço inoxidável austenítico.
5.2 ANÁLISE MICROESTRUTURAL
5.1.1 Aço inoxidável austenitico AISI 304
A Figura 17 apresenta a microestrutura do aço austenítico AISI 304 na condição do material como recebido (41), polidas com alumina 0,3 µm e atacadas com glicerégia acética, com um aumento de 500 vezes. Observa-se que a microestrutura apresentada na Figura 16 é típica de um aço austenitico, com a forma de grãos poligonais.
Na Figura 18 verifica-se a microestrutura do aço inoxidável austenitico AISI 304 tratada termicamente (a uma temperatura de 1060 °C por um período de 1 hora com resfriamento rápido em água) (43), constatou-se que, assim como na amostra (41), a microestrutura desse aço se caracteriza devido à presença de grãos poligonais. Já com relação ao tamanho dos grãos, houve um aumento considerável se comparado com o da amostra na sua condição como recebida, isto ocorreu devido a uma alta temperatura de tratamento térmico aliado ao longo tempo de exposição, que foi de uma hora (Dieter, 1981).
41
Fonte: Autoria Própria, 2018
Figura 18 - Microestrutura da amostra AISI 304, tratada termicamente (43) - Aumento 500x
Fonte: Autoria Própria, 2018
42
5.1.2 Aço inoxidável duplex AISI 2205
Na Figura 19 observa-se a microestrutura do aço inoxidável duplex como recebido (42), é notório as duas fases, ferrita e austenita, bem definidas. A ferrita (α) apresentou uma coloração mais escura, já a austenita ( ) apresentou uma cor mais clara. A austenita está dispersa de maneira alongada na direção que a amostra foi laminada.
Na Figura 20, que representa a microestrutura do aço inoxidável duplex tratado termicamente (44), verificou-se que não foi possível observar a presença de fases intermetálicas. Isso condiz com o que se encontra nas referências literárias, na qual descreve que a fase sigma ocorre em aços inoxidáveis duplex numa temperatura de aproximadamente 600 a 1000 °C.
Nota-se uma semelhança de microestrutura entre o que está na figura 18 e 19, por se tratar de um mesmo aço, porém visualmente pode-se notar um pequeno aumento da fração volumétrica de fase austenítica na figura 19. De acordo com Charles (2008), as frações volumétricas de cada uma das fases estão relacionadas com a composição química e a temperatura de tratamento, nos aços inoxidáveis duplex um aumento na temperatura implica uma maior fração volumétrica de ferrita. Se tivesse realizado um tratamento térmico em temperatura mais alta (1150 °C, por exemplo) obteria-se mais fração volumétrica de fase ferrítica (CHARLES, 2008).
43
Figura 19 - Microestrutura da amostra AISI 2205, como recebido (42) - Aumento 500x
Fonte: Autoria Própria, 2018
Figura 20 - Microestrutura da amostra AISI 2205 tratada termicamente (44) - Aumento 500x
44
5.2 CURVAS DE POLARIZAÇÃO
Nesta secção serão analisados os resultados obtidos decorrentes dos ensaios de polarização realizados. Os métodos eletroquímicos utilizado para determinar a resistência à corrosão dos materiais em análise se limitaram as curvas de polarização catódicas e anódicas, no qual foi possível obter os seguintes parâmetros: a taxa de corrosão, o potencial de corrosão ( ), e a resistência à polarização.
5.2.1 Aço inoxidável austenítico AISI 304
Na Figura 21 verifica-se o comportamento das curvas de polarização com as regiões catódicas e anódicas da amostra na condição como recebido.
Figura 21 - Curva de polarização da amostra de aço inóxidável austenitico AISI 304, como recebido
Fonte: Autoria Própria, 2018
A curva observada na Figura 20 é formado pela corrente (A) versus o potencial (V). A região catódica tem inicio acima de 0,00001 A, ocorrendo uma queda de corrente, e chegando até o valor do potencial de corrosão ( ) de -0,19736. Nota-se pela região anódica que a amostra sofre passivação (fica estabilizada), houve uma queda de corrente a partir de
45
aproximadamente 0,14 V, mas voltou a estabilizar. Todavia a corrente permanece baixa indicando a não corrosão, mostrando assim que este material tem uma boa resistência à corrosão.
Na Figura 22 observa-se o comportamento das curvas de polarização com as regiões catódicas e anódicas da amostra na condição tratada termicamente.
Figura 22 - Curva de polarização da amostra de aço inóxidável austenítico AISI 304, tratada termicamente
Fonte: Autoria Própria, 2018
A curva observada na Figura 22 é formada pela corrente (A) versus o potencial (V). A região catódica tem inicio aproximadamente em 0,00001 A, havendo uma queda de corrente, e chegando até o valor do potencial de corrosão ( ) de -0,16. Verifica-se pela região anódica que a amostra sofre passivação (ficou estabilizada), e em seguida houve uma queda de corrente após o potencial de corrosão. Por fim observa-se que a região anódica depois de atingir o potencial de 0,05 V, a corrente passa a subir discretamente devido a quebra da película passivadora do aço inoxidável austenitico AISI 304, na condição de tratado termicamente.
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Figura 23 - Comparação das amostras de aço inoxidável austenitico AISI 304, na condição de como recebido e tratado termicamente
Fonte: Autoria Própria, 2018
Percebe-se na Figura 23, que há influência de tempo do tratamento térmico na resistência do aço inoxidável austenitico AISI 304, que o tempo e a temperatura ao qual o aço foi submetido fez com que houvesse uma redução na resistência a corrosão do material. Sendo assim, é possível verificar que o aço inoxidável AISI 304, como recebido, apresenta uma resistência à corrosão maior que o aço inoxidável AISI 304, tratado termicamente. Isso pode ser verificado pela quebra da película passivadora do AISI 304 na Figura 21, tratado termicamente.
5.2.2 Aço inoxidável dúplex AISI 2205
Na Figura 24 observa-se o comportamento das curvas de polarização com as regiões catódicas e anódicas da amostra na condição como recebido.
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Figura 24 - Curva de polarização da amostra de aço inóxidável dúplex AISI 2205, como recebido
Fonte: Autoria Própria, 2018
A curva observada é constituída pela corrente (A) versus o potencial (V). A região catódica tem inicio acima de 0,00001 A, ocorrendo uma queda de corrente, e chegando até o valor do potencial de corrosão ( ) de -0,20773. Verifica-se pelo ramo anódico que a amostra sofre passivação (se estabiliza), não havendo queda de corrente após o potencial de corrosão. Todavia a corrente permanece baixa indicando a não corrosão, e mostrando assim que este material apresenta uma boa resistência à corrosão. No caso do aço inoxidável dúplex AISI 2205 a película de passivação não chegou a quebrar visto que o potencial de corrosão aplicado no teste de polarização não atingiu o potencial de corrosão para o dúplex.
Na Figura 25 observa-se o comportamento das curvas de polarização com as regiões catódicas e anódicas da amostra na condição tratada termicamente.
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Figura 25 - Curva de polarização da amostra de aço inóxidável dúplex AISI 2205, tratada termicamente
Fonte: Autoria Própria, 2018
A curva observada na Figura 25 é constituída pela corrente (A) versus o potencial (V). O ramo catódico tem inicio acima de 0,00001 A, ocorrendo uma queda de corrente, e chegando até o valor do potencial de corrosão ( ) de -0,19046. Nota-se pelo ramo anódico que a amostra sofre passivação (estabilizou), não havendo queda de corrente após o potencial de corrosão. Todavia a corrente permanece indicando a não corrosão, e mostrando assim que este material apresenta uma boa resistência à corrosão. No caso do aço inoxidável dúplex AISI 2205 tratado termicamente, a película de passivação não chegou a quebrar visto que o potencial de corrosão aplicado no teste de polarização não atingiu o potencial de corrosão para o dúplex.
Na Figura 26 observa-se as curvas de polarização das amostras 52 e 54, verifica-se que há um aumento da corrente quando comparado essas duas amostras, na qual o AISI 2205 tratado termicamente apresenta uma maior corrente quando comparado com o AISI 2205, como recebido.
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Figura 26 - Comparação das amostras de aço inoxidável dúplex AISI 2205, na condição de como recebido e tratado termicamente
Fonte: Autoria Própria, 2018
Na figura 27 verifica-se as curvas de polarização das 4 amostras: 51, 52, 53 e 54.
Figura 27 - Curvas de polarização de todas as amostras
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Nota-se na Figura 27, que quando comparado o aço inoxidável duplex do aço inoxidável austenítico, o aço inoxidável duplex é um pouco mais resistente à corrosão que o aço inoxidável austenítico. Conforme se pode observar no valor do PRE (Tabela 12), no qual o PRE para o dúplex (35,33) é superior ao PRE para o austenítico (17,25). Em termos de porcentagem chega a ser aproximadamente 49% a mais que o austenítico quase o dobro, o que permite também, a comparação da resistência a corrosão entre esses dois aços.
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6 CONSIDERAÇÕES FINAIS
No estudo apresentado observaram-se resultados satisfatórios no que diz respeito a resistência à corrosão do aço inoxidável austenítico AISI 304 e o aço inoxidável duplex AISI 2205.
Em um primeiro momento, com a microscopia óptica, verificou-se que o aço austenítico apresentou uma microestrutura típica desses aços com formato de grãos poligonais, tanto para a amostra como recebida como para a amostra tratada termicamente, diferenciando entre si, visualmente, só o tamanho do grão. Continuando com a análise microscópica, só que agora para outro tipo de aço inoxidável – o duplex 2205, observou-se as duas fases, ferríticas e austeníticas, típicas desse aço sem apresentar as fases intermetálicas, e isso ocorreu nas duas amostras desse aço (Como recebida e tratada termicamente).
Em um segundo momento, no que se refere à técnica eletroquímica utilizada foi possível comparar o potencial corrosivo entre materiais de aços inoxidáveis diferentes, em temperatura ambiente e com concentração de cloreto de sódio de 0,6 M. Os valores obtidos para o potencial de corrosão foram muito baixos. Quando comparado o AISI 304 com o AISI 2205, observou-se que os dois aços são bastante resistentes a corrosão, embora o dúplex ainda seja mais resistente do que o austenítico.
Nesse sentido, ao fazer um cruzamento com os resultados obtidos, conclui-se que, a taxa de corrosão encontrada nas condições do ensaio para o meio utilizado e a microestrutura dos aços, condiz com o que está recomendado na literatura.
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REFERÊNCIAS
ALLOYWIRE. Aços duplex AISI 2205. Disponível em: <https://www.alloywire.com.br/wp-content/uploads/2016/08/AW_dados-tecnicos_Duplex-BR.pdf>. Acesso em: 10 agosto 2018.
ASTM – AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. E407-07. Standard Practice for Microetching Metals and Alloys, 2011.
CARBÓ, Héctor Mario. Aço Inox - Especificações e Aplicações. 2001. Disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAAA-BcAI/aco-inox-especificacoes-aplicacoes>. Acesso em: 18 out. 2017.
CHARLES, J. Corrosion Resistance Properties. In ALVAREZ-ARMAS, I. ; DEGLLAIX - MOREUIL, S. Duplex Stainless Stell. London: ISTE-Wiley, 2009. cap.2, p.47-99.
CHARLES, J. Duplex stainless steels, a review after DSS’07 held in Grado. In: La Revue de Métallurgie, v.105, p.155-171, mar.2008.
CHIAVERINI, V. Aços e Ferros Fundidos. 7ª. ed. São Paulo: Associação Brasileira de Metalurgia, Materiais e Mineração, 2005.
COLOMBIER, L.; HOCHMANN, J.. Stainless and Heat Resisting Steels, Editora Edward Arnold Ltd, 1ª Edição em Inglês, 1967.
CORRÊA, G. F. Influência de fases intermetálicas precipitadas em aço UNS S31803
forjado na sua resistência à corrosão. Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto
Alegre, p. 49. 2015.
COSTA E SILVA, A. L. e MEI, P. R. Aços e ligas especiais. Sumaré, SP. ELETROMETAL Metais Especiais, 1988.
53
DIETER, G.E. Metarlurgia mecânica. Rio de Janeiro, RJ: Guanabara Koogan,1981.
FAVORIT AÇOS ESPECIAIS. Aços inoxidáveis AISI 304/ AISI 304L. 2016. Disponível em: <http://www.favorit.com.br/produtos/acos-inoxidaveis/aco-aisi-304-aisi-304-l >. Acesso em: 10 agosto 2018.
GENTIL, V. Corrosão. 3. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1996, p. 1-7.
JÚNIOR, M. W.. Nitretação a Plasma do Aço ABNT 316L em Baixas Temperaturas, Tese de Doutorado – PPGEMM, Porto Alegre – RS, Brasil, 2002.
KORB, L.J. OLSON, D. L. et al. Corrosion. In.: AMERICAN SOCIETY FOR METALS INTERNATIONAL.; AGGEN, G. et al. ASM MetalsHandbook. USA: ASM International. Ed.9 v.13. c 1992.
MARTINS, M.; CASTELETTI, L.C. Aços inoxidáveis duplex e super-duplex – obtenção e
caracterização. Fundição & Serviços.
OLIVEIRA, R. G. Pordução e reciclagem de aços inoxidáveis. Universidade Federal do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, p. 67. 2009.
PADILHA, A.F.; PLAUT, R.L. Phase Transformations and Microestructure. In ALVAREZ-ARMAS, I. ; DEGLLAIX -MOREUIL, S. Duplex Stainless Stell. London: ISTE-Wiley, 2009. cap.3, p.115 -122.
PARDAL, Juan Manuel; TAVARES, Sérgio S. M.; PONZIO, Eduardo A.. Uma Revisão da Resistência à Corrosão em Aços Inoxidáveis Duplex e Superduplex. Revista Virtual de
Química, Niterói-rj, v. 5, n. 4, p.658-677, ago. 2013.
PEREIRA, C. H. Estudo do efeito da temperatura e do tempo de tratamento térmico na
corrosão localizada do aço inoxidavel UNS S31803.
PEREZ, N. Electrochemistry and Corrosion science. Kluwer Academic Publishers, 2004, Boston. 2008, p. 1 – 25.
