Já alguma vez se perguntou porque é que alguns metais duram mais do que outros? Neste artigo, vamos explorar o fascinante mundo da resistência à corrosão em metais e ligas. Aprenderá como os diferentes materiais reagem em vários ambientes e descobrirá as melhores formas de proteger o equipamento metálico contra a ferrugem e a deterioração. Prepare-se para descobrir os segredos por detrás da engenharia duradoura!
A seleção de materiais resistentes à corrosão é a medida mais eficaz e proactiva para garantir o funcionamento fiável do equipamento metálico.
Por conseguinte, é necessário ter uma noção da resistência à corrosão de vários metais e ligas, compreender o ambiente de trabalho adequado para cada material e só assim podem ser tomadas medidas anticorrosivas eficazes para a corrosão do equipamento metálico.
"As ligas à base de ferro (aço e ferro fundido) são os materiais metálicos mais utilizados em engenharia e apresentam uma resistência à corrosão satisfatória e boas propriedades mecânicas globais em determinadas situações. A sua resistência à corrosão está intimamente relacionada com a resistência à corrosão do ferro puro.
O ferro é um metal termodinamicamente instável e tem uma fraca resistência à corrosão em comparação com metais próximos do seu potencial de equilíbrio, como o alumínio, o titânio, o zinco, o crómio e o cádmio.
Por outras palavras, em comparação com estes metais, o ferro é o menos resistente à corrosão em ambientes naturais (atmosfera, solo, água natural, etc.). Este facto deve-se às seguintes razões:
Os sobrepotenciais de hidrogénio e de oxigénio do ferro e dos seus óxidos são relativamente baixos, o que facilita a corrosão por evolução do hidrogénio e a corrosão por absorção de oxigénio.
Os iões de ferro trivalentes presentes na ferrugem de ferro e nas suas soluções têm bons efeitos despolarizantes.
Os produtos de corrosão do ferro têm fracas propriedades protectoras.
O ferro é suscetível à corrosão devido à formação de uma célula de concentração de oxigénio.
O ferro tem uma fraca capacidade de passivação em condições naturais.
O ferro forma produtos de corrosão insolúveis, vulgarmente conhecidos como ferrugem, quando corroído na maioria das soluções fracamente ácidas, neutras e alcalinas. A ferrugem tem uma estrutura porosa e solta e oferece pouca proteção.
Em ácidos não oxidantes, a taxa de corrosão aumenta exponencialmente com o aumento da concentração de ácido, mas em ácidos oxidantes, a taxa de corrosão aumenta primeiro com o aumento da concentração de ácido e depois diminui rapidamente devido ao início da passivação.
Os ácidos orgânicos são geralmente fracos na corrosão do ferro, mas a corrosão do ferro pode ser acelerada com o aumento da temperatura e a dissolução do oxigénio. O ferro é estável em soluções alcalinas à temperatura ambiente.
Os factores que afectam a resistência à corrosão do aço-carbono são:
1. Composição química
⑴ O impacto do carbono: O teor de carbono no aço-carbono tem um impacto significativo na taxa de corrosão do aço-carbono em soluções ácidas, mas o impacto não é óbvio em soluções neutras.
Em meios não oxidantes e oxidantes fracos, a taxa de corrosão do material aumenta com o aumento do teor de carbono, porque quanto maior o teor de carbono no aço, maior a precipitação de carbono na estrutura e mais microbaterias são formadas, acelerando assim a taxa de corrosão.
Nos ácidos oxidativos, a taxa de corrosão aumenta com o aumento do teor de carbono no início, e depois diminui quando o teor de carbono atinge um determinado nível, o que se deve ao facto de o aumento do teor de carbono ser fácil de promover a passivação do aço-carbono, e a taxa de corrosão é enfraquecida.
Em ambiente natural e em soluções aquosas fracamente ácidas, o impacto do teor de carbono na taxa de corrosão do aço-carbono não é significativo.
Isto porque a corrosão por despolarização do oxigénio é o principal fator nestes ambientes, e o desempenho da película protetora na superfície do metal e a facilidade com que o oxigénio atinge a superfície do cátodo na solução são os principais factores, e a precipitação de carbono no aço tem pouca relação.
⑵ O silício e o manganês geralmente não têm quase nenhum impacto óbvio na taxa de corrosão.
⑶ O impacto do enxofre e do fósforo
O enxofre é prejudicial para a resistência à corrosão do aço e a taxa de dissolução em soluções ácidas aumenta com o aumento do teor de enxofre.
O aumento do teor de enxofre no aço é fácil de causar corrosão local. Isto deve-se ao facto de o enxofre estar normalmente presente no aço-carbono sob a forma de FeS e MnS, ambos impurezas anódicas, causando a fratura por corrosão sob tensão por pite e sulfureto.
O fósforo no aço é também um cátodo ativo e prejudicial em soluções ácidas como o enxofre. No entanto, o fósforo pode efetivamente melhorar a resistência à corrosão do aço em ambientes atmosféricos e de água do mar, especialmente quando utilizado com cobre, com resultados particularmente bons.
⑷ O impacto das impurezas
No caso do aço-carbono, todos os tipos de impurezas reduzem a resistência à corrosão.
2. Impacto da estrutura
A estrutura do aço depende da sua composição e do seu estado de tratamento térmico. De um modo geral, quanto maior for o teor de carbono do aço, maior será o impacto do tratamento térmico na sua resistência à corrosão.
Quando o teor de carbono é o mesmo, a perlite granular tem melhor resistência à corrosão do que a perlite lamelar, e quanto maior for a dispersão, maior será a taxa média de corrosão.
A resistência à corrosão do aço-carbono não-passivado tem uma relação estreita com o seu teor de carbono e com o tratamento térmico.
Geralmente, quanto maior for o teor de carbono, pior será a resistência à corrosão; a resistência à corrosão do aço-carbono temperado com elevado teor de carbono é pior, ligeiramente melhorada após a têmpera a baixa temperatura, a taxa de corrosão máxima aparece após a têmpera a temperatura intermédia e, após a têmpera a alta temperatura, a taxa de corrosão diminui significativamente devido à redução da área de superfície ativa do cátodo.
O aço de baixa liga refere-se ao aço de liga com uma quantidade total de elementos de liga inferior a cerca de 5% no aço-carbono. De acordo com os diferentes objectivos, existem muitos tipos de elementos de liga adicionados ao aço, e a quantidade destes elementos também varia muito, pelo que existem muitos tipos de aço de baixo teor de carbono. liga de aço.
1. Aço de baixa liga resistente à corrosão atmosférica
O aço de baixa liga resistente à corrosão atmosférica é também conhecido como aço para intempéries, e é simplesmente referido como aço para intempéries.
Os seus elementos de liga eficazes são o cobre, o fósforo e o crómio, que enriquecem a superfície do aço e promovem a formação de estados amorfos, melhorando assim a resistência do aço à corrosão em ambientes atmosféricos.
Os aços de baixa liga representativos resistentes à corrosão atmosférica incluem 16MnCu, 10MnSiCu, 09MnCuPTi, 15MnVCu, 10AuRe, 08MnPRe, etc.
2. Aço de baixa liga resistente à corrosão pela água do mar
Em ambientes marítimos, as condições de corrosão mais severas encontram-se na área de pulverização, que está alternadamente seca e húmida, é difícil de proteger e está sujeita ao impacto da água do mar.
Segue-se a zona de imersão em águas pouco profundas.
O efeito dos elementos de liga na resistência à corrosão do aço em diferentes secções é diferente: o cobre é o mais proeminente na melhoria da resistência à corrosão do aço na área de pulverização, e o fósforo também tem um efeito significativo.
A combinação dos dois tem um efeito melhor. O silício e o molibdénio podem reduzir a tendência de corrosão por pite do aço na área de pulverização, o crómio e o alumínio também têm algum efeito.
Para a resistência à corrosão do aço em condições de imersão total, o crómio tem o efeito mais óbvio, seguido do fósforo, do cobre, do silício e do níquel.
Os aços de baixa liga resistentes à corrosão pela água do mar desenvolvidos na China incluem principalmente 10MnPNbRe, 09MnCuPTi, 10CrMoAl, 10NiCuAs, 10CrMoCuSi, etc.
3. Aço de baixa liga resistente à corrosão por hidrogénio e azoto a alta temperatura e alta pressão
Na indústria do hidrotratamento do petróleo e do amoníaco sintético, o aço trabalha em ambientes de hidrogénio a alta temperatura e alta pressão, e a matriz de carbono é facilmente corroída pela interação com átomos de hidrogénio activos que penetram no aço.
Por conseguinte, podem ser adicionados ao aço elementos de liga de carbono, que formam carbonetos estáveis com o carbono, melhorando assim a resistência do aço à corrosão pelo hidrogénio. Estudos demonstraram que a adição de Cr, Mo e pequenas quantidades de V, Nb e Ti ao aço pode melhorar a sua resistência à corrosão pelo hidrogénio.
Os aços de baixa liga resistentes à corrosão por hidrogénio e azoto a alta temperatura e alta pressão na China incluem principalmente 10MoWVNb, 10MoVNbTi, 12SiMoVNb e 0.8SiWMoTiNb; o típico aço anti-hidrogénio estrangeiro 2.25Cr1Mo é atualmente reconhecido como um dos melhores aços anti-hidrogénio.
Quase todos os reactores de hidrotratamento da indústria petroquímica são fabricados com este aço.
4. Aço de baixa liga resistente à corrosão por enxofre
Nas indústrias de refinação de petróleo, gás natural e gás urbano, é necessário um grande número de aços de baixa liga para fabricar condutas, tanques de armazenamento e outros equipamentos, que trabalham frequentemente em ambientes que contêm enxofre e são propensos a uma grave corrosão por enxofre.
A investigação atual considera que a microestrutura do aço é o fator-chave que afecta a fratura por corrosão com enxofre dos aços de baixa liga. A formação de martensite a microestrutura do aço deve ser rigorosamente
O aço que é resistente à corrosão em condições atmosféricas e electrólitos neutros é conhecido como "aço inoxidável", enquanto o aço que é resistente à corrosão em reagentes químicos e meios altamente corrosivos é conhecido como "aço inoxidável resistente a ácidos".
As pessoas referem-se geralmente ao aço inoxidável e ao aço inoxidável resistente a ácidos simplesmente como aço inoxidável. O aço inoxidável refere-se normalmente a aços com um teor de crómio superior a 12%, e o termo "inoxidável" é um conceito relativo. O mesmo aço pode ser inoxidável em alguns ambientes, mas não noutros.
Classificação dos aços inoxidáveis:
Com base na composição química, pode ser dividido em aço ao crómio, aço ao crómio-níquel, aço ao crómio-manganês, etc.
Com base na microestrutura, pode ser dividido em aço martensítico, aço ferrítico, aço austenítico e aço austenítico-ferrítico de dupla fase.
Com base na utilização, pode ser dividido em aço inoxidável resistente à água do mar, aço inoxidável resistente à corrosão sob tensão, aço inoxidável resistente ao ácido sulfúrico, etc.
Aço inoxidável cromado refere-se ao aço inoxidável que contém apenas crómio ou é complementado com uma pequena quantidade de outros elementos de liga, excluindo Fe e C.
O crómio é o elemento de liga mais importante do aço inoxidável e desempenha três papéis importantes na melhoria da resistência à corrosão dos materiais de ferro e aço:
Em primeiro lugar, promove a passivação de ligas à base de ferro, melhorando a capacidade de passivação do material;
Em segundo lugar, aumenta o potencial do elétrodo da solução sólida (normalmente o ânodo da célula de corrosão), ou seja, a estabilidade termodinâmica da estrutura da matriz;
Em terceiro lugar, faz com que a superfície do aço gere uma película protetora de superfície densa e estável, melhorando assim a resistência à corrosão do aço.
Aço inoxidável martensítico
Aço inoxidável martensítico inclui principalmente o aço inoxidável do tipo Cr13 (exceto 0Cr13). Este tipo de aço tem um elevado teor de carbono e pode obter resistência e dureza através de tratamento térmico, mas a sua resistência à corrosão não é tão boa como a do aço inoxidável ferrítico e a do aço inoxidável austenítico, e quanto maior for o teor de carbono, pior será a resistência à corrosão.
Este tipo de aço é adequado para situações em que são necessárias propriedades mecânicas e a resistência à corrosão não é demasiado elevada.
O aumento do teor de crómio do aço e a adição de uma pequena quantidade de níquel podem melhorar a resistência à corrosão do aço inoxidável martensíticoPor exemplo, o 1Cr17Ni2 é o martensítico mais resistente à corrosão, com boa resistência aos ácidos oxidantes e à maioria dos ácidos orgânicos.
Aço inoxidável ferrítico
Aço inoxidável ferrítico inclui o tipo Cr13, o tipo Cr17, o tipo Cr25-28, etc. Devido ao seu elevado teor de crómio e baixo teor de carbono, a sua resistência à corrosão e resistência à oxidação a alta temperatura são melhores do que o aço inoxidável martensítico, especialmente a sua resistência à corrosão sob tensão.
No entanto, o aço inoxidável ferrítico tem uma fraca resistência à corrosão e corrosão intergranular resistência.
O aço inoxidável ferrítico é utilizado principalmente para fabricar equipamento e peças resistentes à oxidação a alta temperatura, à corrosão por ácido sulfúrico concentrado e à corrosão por enxofre gasoso.
O níquel tem uma capacidade passiva mais forte do que o ferro e é também termodinamicamente mais estável, o que é favorável para melhorar a resistência à corrosão do aço.
Especialmente através da adição de uma certa quantidade de níquel ao aço inoxidável, é possível obter uma estrutura monofásica de aço inoxidável austenítico, melhorando consideravelmente a dureza, a plasticidade e o desempenho de processamento do material.
O aço inoxidável cromo-níquel é o aço inoxidável austenítico mais típico, contendo mais de 18% de crómio e mais de 8% de níquel, formando tipos de aço inoxidável cromo-níquel como 18-8 (ou 18-9), 18-12, 25-20 (HK40), etc.
O aço inoxidável cromo-níquel tem uma excelente resistência à corrosão, tanto em meios oxidativos como não oxidativos, mas a sua resistência à corrosão local, como a corrosão sob tensão, a corrosão intergranular e a corrosão por picadas, é fraca.
A corrosão local pode ser inibida por ligas, como o controlo do teor de carbono, a redução do teor de P e N e o aumento de Ni, e a adição de Si, Mo, Cu, etc. pode melhorar a sua resistência à corrosão sob tensão.
Austenite-O aço de ferrite de fase dupla é outro tipo de aço inoxidável cromo-níquel, que combina as características do aço de ferrite e do aço austenítico e tem um desempenho complementar.
Além disso, o aço inoxidável de endurecimento por precipitação (PH) também pertence ao aço inoxidável cromo-níquel.
O aço resistente a ácidos refere-se ao aço inoxidável com resistência especial à corrosão em alguns meios fortemente corrosivos.
No caso de determinados aços resistentes a ácidos, estes apenas apresentam uma resistência à corrosão excecional em determinados meios específicos.
Por conseguinte, ao selecionar o aço resistente a ácidos, é necessário considerar exaustivamente as propriedades e o estado do meio corrosivo e realizar testes de viabilidade adequados para garantir que o material pode funcionar de forma fiável em meios corrosivos fortes.
Os metais coloridos comuns utilizados na produção incluem o alumínio, o cobre, o magnésio, o titânio e outros. Além disso, os metais coloridos como o zinco, estanho, cádmio, ouro, prata e chumbo são frequentemente utilizados como materiais de revestimento e forros.
1. Resistência à corrosão do alumínio puro
O alumínio puro tem uma estabilidade química fraca, mas tem um bom desempenho de passivação, que pode gerar rapidamente uma película de óxido densa e bem protegida no ar e, por conseguinte, tem uma boa resistência à corrosão.
O Al2O3 é anfotérico, pelo que quando o pH do meio é inferior a 4 ou superior a 10, a película de óxido torna-se instável e danificada, perdendo-se a proteção, o que provoca a corrosão do alumínio para se intensificar. O alumínio tem uma boa resistência à corrosão no ar e na água.
2. Resistência à corrosão de ligas de alumínio
As ligas de alumínio são geralmente mais fortes do que o alumínio puro, mas menos resistentes à corrosão. As ligas de alumínio têm uma elevada resistência à corrosão em atmosfera industrial, atmosfera marinha, água doce e água do mar, mas podem sofrer de corrosão por pite.
As ligas de alumínio têm uma elevada resistência à corrosão em meios oxidantes devido à sua facilidade de passivação, mas estão facilmente sujeitas a corrosão local, como a corrosão por picadas, a corrosão em fendas e a corrosão sob tensão em meios não oxidantes.
1. Resistência à corrosão do magnésio
O magnésio é instável na maioria dos ácidos inorgânicos e ácidos orgânicos, mas é bastante estável em ácido crómico e ácido fluorídrico, o que se deve ao facto de a película protetora da superfície entrar no estado passivo. O magnésio não é resistente à corrosão na atmosfera marinha e na atmosfera industrial.
2. Resistência à corrosão de ligas de magnésio
Em termos de resistência à corrosão das ligas de magnésio, as ligas de magnésio deformáveis são menos resistentes à corrosão do que as ligas de magnésio fundidas, uma vez que são mais sensíveis à corrosão por corrosão.
No entanto, em geral, a resistência à corrosão das ligas de magnésio é fraca, sendo necessário tomar medidas de proteção eficazes durante a utilização.
1. Resistência à corrosão do cobre
O cobre tem uma estabilidade química relativamente elevada e um potencial de elétrodo positivo, pelo que geralmente não é corroído em soluções ácidas.
Em ácidos não oxidantes, o cobre tem um elevado grau de estabilidade química, mas a sua resistência à corrosão é fraca em ácidos oxidantes.
O cobre também está sujeito a uma forte corrosão noutros meios oxidantes.
O cobre tem uma boa resistência à corrosão em várias condições atmosféricas, mas está sujeito a uma forte corrosão em ar húmido contendo gases SO2, H2S e Cl2.
Além disso, também é corroído em soluções de hidróxido de amónio e cianeto devido à formação de iões complexos.
2. Resistência à corrosão das ligas de cobre
As ligas de cobre têm geralmente uma melhor resistência à corrosão do que o cobre puro, devido ao efeito combinado da elevada estabilidade termodinâmica do cobre de base e da película protetora da superfície formada pelos elementos de liga.
Por conseguinte, o padrão de corrosão das ligas de cobre também apresenta, por vezes, algumas características dos metais passivos.
Em ácidos não oxidantes, as ligas de cobre têm um elevado grau de estabilidade química.
As ligas de cobre têm boa resistência à corrosão em várias condições atmosféricas. As outras resistências à corrosão são idênticas às do cobre.
Existem muitos tipos de ligas de cobre, que podem ser divididas em duas categorias: latão e bronze. Em termos relativos, a resistência à corrosão do latão é fraca, especialmente em termos da tendência para a fissuração por corrosão sob tensão (fissuração sazonal do latão) e corrosão selectiva (dezincificação do latão).
1. resistência à corrosão do titânio
O titânio tem uma fraca estabilidade termodinâmica e propriedades químicas activas, mas em meios oxidantes, forma-se uma densa película protetora de óxido na sua superfície, que se encontra num estado passivo estável.
Por um lado, a película protetora tem boas propriedades de auto-cura e, por outro lado, é também muito estável em várias soluções (incluindo soluções de cloreto). Como resultado, o titânio tem uma excelente resistência à corrosão em muitos meios corrosivos e tem sido amplamente utilizado em aplicações de engenharia.
2. Resistência à corrosão das ligas de titânio
A resistência à corrosão liga de titânio Os elementos podem ser divididos em dois grupos: um grupo é constituído por metais preciosos como o Pd, Ru, Pt, e a adição de quantidades vestigiais pode melhorar significativamente a resistência à corrosão da liga.
O outro grupo é constituído por Ta, Nb e Mo, que são mais baratos, mas só têm um efeito anticorrosivo percetível quando o teor é elevado.
Não existem muitas ligas de titânio disponíveis no mercado com boa resistência à corrosão. As ligas de titânio podem sofrer formas de corrosão, como a corrosão em fendas, a fragilidade do hidrogénio, a corrosão sob tensão, a corrosão na zona de soldadura e a corrosão explosiva natural durante a utilização.
Em conclusão, o titânio e as ligas de titânio não só têm boa resistência à corrosão, como também têm maior força e resistência ao calor do que outros materiais, tornando-os um material estrutural indispensável para muitos domínios, com uma perspetiva de aplicação muito promissora.
Esta publicação apresenta principalmente a resistência à corrosão de alguns metais e ligas normalmente utilizados.
Através do estudo deste capítulo, o foco deve ser o domínio da resistência à corrosão e dos factores que influenciam as ligas ferro-carbono, o aço inoxidável e alguns metais coloridos, bem como a compreensão das principais funções dos elementos de liga resistentes à corrosão e o âmbito de aplicação das ligas resistentes à corrosão.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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