Você já se perguntou por que alguns metais duram mais do que outros? Neste artigo, exploraremos o fascinante mundo da resistência à corrosão em metais e ligas. Você aprenderá como diferentes materiais reagem em vários ambientes e descobrirá as melhores maneiras de proteger equipamentos de metal contra ferrugem e deterioração. Prepare-se para descobrir os segredos por trás da engenharia durável!
A seleção de materiais resistentes à corrosão é a medida mais eficaz e proativa para garantir a operação confiável de equipamentos metálicos.
Portanto, é necessário ter uma noção da resistência à corrosão de vários metais e ligas, entender o ambiente de trabalho adequado para cada material e, somente dessa forma, poderão ser tomadas medidas anticorrosivas eficazes para a corrosão de equipamentos metálicos.
"As ligas à base de ferro (aço e ferro fundido) são os materiais metálicos mais comumente usados na engenharia e têm resistência satisfatória à corrosão e boas propriedades mecânicas abrangentes em determinadas situações. Sua resistência à corrosão está intimamente relacionada à resistência à corrosão do ferro puro.
O ferro é um metal termodinamicamente instável e tem baixa resistência à corrosão em comparação com metais próximos ao seu potencial de equilíbrio, como alumínio, titânio, zinco, cromo e cádmio.
Em outras palavras, comparado a esses metais, o ferro é o menos resistente à corrosão em ambientes naturais (atmosfera, solo, água natural etc.). Isso se deve aos seguintes motivos:
Os sobrepotenciais de hidrogênio e oxigênio do ferro e seus óxidos são relativamente baixos, o que facilita a corrosão por evolução de hidrogênio e a corrosão por absorção de oxigênio.
Os íons de ferro trivalente na ferrugem de ferro e suas soluções têm bons efeitos despolarizantes.
Os produtos de corrosão do ferro têm propriedades protetoras ruins.
O ferro é suscetível à corrosão devido à formação de uma célula de concentração de oxigênio.
O ferro tem pouca capacidade de passivação em condições naturais.
O ferro forma produtos de corrosão insolúveis, comumente 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 oxigênio. O ferro é estável em soluções alcalinas em temperatura ambiente.
Os fatores que afetam 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, pois 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.
Em 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 fato de que o aumento do teor de carbono é fácil de promover a passivação do aço carbono, e a taxa de corrosão é enfraquecida.
No ambiente natural e em soluções de água com acidez fraca, o impacto do teor de carbono na taxa de corrosão do aço carbono não é significativo.
Isso ocorre porque a corrosão por despolarização do oxigênio é o principal fator nesses ambientes, e o desempenho da película protetora na superfície do metal e a facilidade de o oxigênio atingir a superfície do cátodo na solução são os principais fatores, e a precipitação de carbono no aço tem pouca relação.
⑵ O silício e o manganês geralmente não têm quase nenhum impacto óbvio sobre a taxa de corrosão.
⑶ O impacto do enxofre e do fósforo
O enxofre é prejudicial à 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 pode facilmente causar corrosão local. Isso ocorre porque o enxofre geralmente está presente no aço carbono na forma de FeS e MnS, ambos impurezas anódicas que causam corrosão por pite e fratura por corrosão sob tensão de sulfeto.
O fósforo no aço também é um cátodo ativo e prejudicial em soluções ácidas como o enxofre. Entretanto, o fósforo pode melhorar efetivamente a resistência à corrosão do aço em ambientes atmosféricos e de água do mar, especialmente quando usado 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 na estrutura
A estrutura do aço depende de sua composição e do estado do tratamento térmico. De modo geral, quanto maior o teor de carbono no aço, maior o impacto do tratamento térmico em sua resistência à corrosão.
Quando o teor de carbono é o mesmo, a perlita granular tem melhor resistência à corrosão do que a perlita lamelar, e quanto maior a dispersão, maior a taxa média de corrosão.
A resistência à corrosão do aço carbono não passivado está intimamente relacionada ao seu teor de carbono e ao tratamento térmico.
Em geral, quanto maior o teor de carbono, pior a resistência à corrosão; a resistência à corrosão do aço-carbono temperado com alto teor de carbono é pior, ligeiramente melhorada após o revenimento em baixa temperatura, a taxa máxima de corrosão aparece após o revenimento em temperatura intermediária e, após o revenimento em alta temperatura, a taxa de corrosão diminui significativamente devido à redução da área de superfície do cátodo ativo.
O aço de baixa liga refere-se ao aço de liga com uma quantidade total de elementos de liga menos do que cerca de 5% em aço carbono. De acordo com as diferentes finalidades, há muitos tipos de elementos de liga adicionados ao aço, e a quantidade desses elementos também varia muito. liga de aço.
1. Aço de baixa liga resistente à corrosão atmosférica
O aço de baixa liga resistente à corrosão atmosférica também é conhecido como aço para intempéries e é simplesmente chamado de aço para intempéries.
Seus elementos de liga eficazes são o cobre, o fósforo e o cromo, 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 marinhos, as condições mais severas de corrosão estão na área de pulverização, que é alternadamente seca e úmida, difícil de proteger e sujeita ao impacto da água do mar.
A próxima é a área de imersão em águas rasas.
O efeito dos elementos de liga na resistência à corrosão do aço em diferentes seções 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 molibdênio podem reduzir a tendência de corrosão por pite do aço na área de pulverização; o cromo e o alumínio também têm algum efeito.
Para a resistência à corrosão do aço em condições de imersão total, o cromo tem o efeito mais óbvio, seguido por fósforo, cobre, silício e 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 hidrogênio e nitrogênio em alta temperatura e alta pressão
Na indústria de hidrotratamento de petróleo e amônia sintética, o aço trabalha em ambientes de hidrogênio de alta temperatura e alta pressão, e a matriz de carbono é facilmente corroída pela interação com átomos de hidrogênio ativo que penetram no aço.
Portanto, elementos de liga de carbono podem ser adicionados ao aço, formando carbonetos estáveis com o carbono, melhorando assim a resistência à corrosão por hidrogênio do aço. Estudos demonstraram que a adição de Cr, Mo e pequenas quantidades de V, Nb e Ti ao aço pode melhorar sua resistência à corrosão por hidrogênio.
Os aços de baixa liga resistentes à corrosão por hidrogênio e nitrogênio em alta temperatura e alta pressão na China incluem principalmente 10MoWVNb, 10MoVNbTi, 12SiMoVNb e 0,8SiWMoTiNb; o típico aço anti-hidrogênio estrangeiro 2.25Cr1Mo é atualmente reconhecido como um dos melhores aços anti-hidrogênio.
Quase todos os reatores de hidrotratamento do setor petroquímico são feitos desse aço.
4. Aço de baixa liga resistente à corrosão por enxofre
Nos setores de refino de petróleo, gás natural e gás urbano, é necessário um grande número de aços de baixa liga para a fabricação de tubulações, tanques de armazenamento e outros equipamentos, que geralmente trabalham em ambientes que contêm enxofre e são propensos a uma grave corrosão por enxofre.
A pesquisa atual acredita que a microestrutura do aço é o principal fator que afeta a fratura por corrosão por enxofre dos aços de baixa liga. A formação de martensita A microestrutura do aço deve ser rigorosamente
O aço que é resistente à corrosão em condições atmosféricas e eletrólitos 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 geralmente se referem ao aço inoxidável e ao aço inoxidável resistente a ácidos simplesmente como aço inoxidável. O aço inoxidável geralmente se refere a aços com teor de cromo superior a 12%, e o termo "inoxidável" é um conceito relativo. O mesmo aço pode ser inoxidável em alguns ambientes, mas não em outros.
Classificação do aço inoxidável:
Com base na composição química, ele pode ser dividido em aço cromo, aço cromo-níquel, aço cromo-manganês etc.
Com base na microestrutura, ele pode ser dividido em aço martensítico, aço ferrítico, aço austenítico e aço austenítico-ferrítico de fase dupla.
Com base no uso, ele 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 com cromo refere-se ao aço inoxidável que contém apenas cromo ou é suplementado com uma pequena quantidade de outros elementos de liga, excluindo Fe e C.
O cromo é o elemento de liga mais importante do aço inoxidável e tem três funções importantes na melhoria da resistência à corrosão de materiais de ferro e aço:
Primeiro, ele promove a passivação de ligas à base de ferro, melhorando a capacidade de passivação do material;
Em segundo lugar, eleva o potencial do eletrodo da solução sólida (geralmente o ânodo da célula de corrosão), ou seja, a estabilidade termodinâmica da estrutura da matriz;
Em terceiro lugar, ele faz com que a superfície do aço gere uma película protetora 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). Esse tipo de aço tem um alto teor de carbono e pode obter maiores resistência e dureza através de tratamento térmico, mas sua resistência à corrosão não é tão boa quanto a do aço inoxidável ferrítico e a do aço inoxidável austenítico, e quanto maior o teor de carbono, pior a resistência à corrosão.
Isso tipo de aço é adequado para situações em que as propriedades mecânicas são necessárias e a resistência à corrosão não é muito alta.
O aumento do teor de cromo do aço e a adição de uma pequena quantidade de níquel podem melhorar a resistência à corrosão do aço. aço inoxidável martensíticoPor exemplo, o 1Cr17Ni2 é o martensítico mais resistente à corrosão, com boa resistência a 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 alto teor de cromo e baixo teor de carbono, sua resistência à corrosão e à oxidação em alta temperatura é melhor do que a do aço inoxidável martensítico, especialmente sua resistência à corrosão sob tensão.
No entanto, o aço inoxidável ferrítico tem baixa resistência a pites e corrosão intergranular resistência.
O aço inoxidável ferrítico é usado principalmente para fabricar equipamentos e peças resistentes à oxidação em alta temperatura, à corrosão por ácido sulfúrico concentrado e à corrosão por gás sulfúrico.
O níquel tem uma capacidade passiva mais forte do que o ferro e também é mais estável termodinamicamente, o que é favorável para melhorar a resistência à corrosão do aço.
Especialmente com a adição de uma certa quantidade de níquel ao aço inoxidável, é possível obter uma estrutura de aço inoxidável austenítico monofásico, o que melhora muito a resistência, a plasticidade e o desempenho de processamento do material.
O aço inoxidável cromo-níquel é o aço inoxidável austenítico mais comum, contendo mais de 18% de cromo 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 excelente resistência à corrosão em meios oxidativos e não oxidativos, mas sua resistência à corrosão local, como corrosão sob tensão, corrosão intergranular e pite, é baixa.
A corrosão local pode ser inibida por ligas, como o controle 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 sua resistência à corrosão sob tensão.
Austenita-O aço de ferrita de fase dupla é outro tipo de aço inoxidável cromo-níquel, que combina as características do aço de ferrita e do aço austenítico e tem desempenho complementar.
Além disso, o aço inoxidável com 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 corrosivos fortes.
No caso de determinados aços resistentes a ácidos, eles só têm excelente resistência à corrosão em determinados meios específicos.
Portanto, ao selecionar o aço resistente a ácidos, é necessário considerar de forma abrangente as propriedades e o estado do meio corrosivo e realizar testes de viabilidade adequados para garantir que o material possa funcionar de forma confiável em meios corrosivos fortes.
Os metais coloridos comuns usados na produção incluem alumínio, cobre, magnésio, titânio e outros. Além disso, metais coloridos, como zinco, estanho, cádmio, ouro, prata e chumbo, são frequentemente usados como materiais de revestimento e forros.
1. Resistência à corrosão do alumínio puro
O alumínio puro tem baixa estabilidade química, mas tem bom desempenho de passivação, o que pode gerar rapidamente uma película de óxido densa e bem protegida no ar e, portanto, tem boa resistência à corrosão.
O Al2O3 é anfotérico, portanto, quando o pH do meio é menor que 4 ou maior que 10, o filme de óxido se torna instável e danificado, e a proteção é perdida, causando a corrosão do alumínio para se intensificar. O alumínio tem 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 alta resistência à corrosão em atmosfera industrial, atmosfera marinha, água doce e água do mar, mas podem sofrer corrosão por pite.
As ligas de alumínio têm alta resistência à corrosão em meios oxidativos devido à facilidade de passivação, mas estão facilmente sujeitas à corrosão local, como corrosão por pite, corrosão em fendas e corrosão sob tensão em meios não oxidativos.
1. Resistência à corrosão do magnésio
O magnésio é instável na maioria dos ácidos inorgânicos e orgânicos, mas é bastante estável no ácido crômico e no ácido fluorídrico, o que se deve ao fato 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, pois são mais sensíveis à corrosão por corrosão.
Entretanto, em geral, a resistência à corrosão das ligas de magnésio é baixa, e é necessário tomar medidas de proteção eficazes durante o uso.
1. Resistência à corrosão do cobre
O cobre tem uma estabilidade química relativamente alta e um potencial de eletrodo positivo, portanto, geralmente não é corroído em soluções ácidas.
Em ácidos não oxidantes, o cobre tem um alto grau de estabilidade química, mas sua resistência à corrosão é baixa em ácidos oxidantes.
O cobre também está sujeito a forte corrosão em outros meios oxidantes.
O cobre tem boa resistência à corrosão em várias condições atmosféricas, mas está sujeito a forte corrosão em ar úmido contendo gases SO2, H2S e Cl2.
Além disso, ele também é corroído em soluções de hidróxido de amônio e cianeto devido à formação de íons complexos.
2. Resistência à corrosão de ligas de cobre
As ligas de cobre geralmente têm melhor resistência à corrosão do que o cobre puro devido ao efeito combinado da alta estabilidade termodinâmica do cobre base e da película protetora da superfície formada pelos elementos da liga.
Portanto, o padrão de corrosão das ligas de cobre às vezes também apresenta algumas características de metais passivos.
Em ácidos não oxidantes, as ligas de cobre têm um alto grau de estabilidade química.
As ligas de cobre têm boa resistência à corrosão em várias condições atmosféricas. Outras resistências à corrosão são as mesmas do cobre.
Há muitos tipos de ligas de cobre, que podem ser divididos em duas categorias: latão e bronze. Em termos relativos, a resistência à corrosão do latão é baixa, especialmente em termos da tendência de rachaduras por corrosão sob tensão (rachaduras por temporada do latão) e corrosão seletiva (dezincificação do latão).
1. resistência à corrosão do titânio
O titânio tem baixa estabilidade termodinâmica e propriedades químicas ativas, mas, em meios oxidantes, forma-se uma densa película protetora de óxido em sua superfície, que fica em um estado passivo estável.
Por um lado, a película protetora tem boas propriedades de autocura e, por outro lado, também é muito estável em várias soluções (inclusive soluções de cloreto). Como resultado, o titânio tem 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 o dos metais preciosos, como Pd, Ru, Pt, e a adição de quantidades mínimas pode melhorar significativamente a resistência à corrosão da liga.
O outro grupo é formado por Ta, Nb e Mo, que são mais baratos, mas só têm um efeito anticorrosivo perceptível quando o teor é alto.
Não há muitas ligas de titânio disponíveis comercialmente com boa resistência à corrosão. As ligas de titânio podem sofrer formas de corrosão, como corrosão em fendas, fragilidade por hidrogênio, corrosão por tensão, corrosão na área de soldagem e corrosão por explosão natural durante o uso.
Concluindo, o titânio e as ligas de titânio não só têm boa resistência à corrosão, mas também têm maior força e resistência ao calor do que outros materiais, o que os torna um material estrutural indispensável para muitos campos, com uma perspectiva de aplicação muito promissora.
Esta postagem apresenta principalmente a resistência à corrosão de alguns metais e ligas comumente usados.
Por meio do estudo deste capítulo, o foco deve ser o domínio da resistência à corrosão e dos fatores que influenciam as ligas de 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 escopo de aplicação das ligas resistentes à corrosão.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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