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 compreensão 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 de equipamentos metálicos.
1. Resistência à corrosão de ligas de ferro-carbono
“As ligas à base de ferro (aço e ferro fundido) são os materiais metálicos mais utilizados na engenharia e apresentam resistência à corrosão satisfatória e boas propriedades mecânicas abrangentes em determinadas situações. Sua resistência à corrosão está intimamente relacionada à resistência à corrosão do ferro puro.
I. Resistência à corrosão do ferro
O ferro é um metal termodinamicamente instável e tem baixa resistência à corrosão em comparação com metais próximos do seu potencial de equilíbrio, como alumínio, titânio, zinco, cromo e cádmio.
Ou seja, comparado a esses metais, o ferro é o menos resistente à corrosão em ambientes naturais (atmosfera, solo, água natural, etc.). Isto se deve aos seguintes motivos:
Os sobrepotenciais de hidrogênio e oxigênio do ferro e seus óxidos são relativamente baixos, facilitando a corrosão por evolução de hidrogênio e corrosão por absorção de oxigênio.
Os íons de ferro trivalentes na ferrugem do ferro e suas soluções apresentam bons efeitos despolarizantes.
Os produtos de corrosão do ferro têm propriedades protetoras fracas.
O ferro é suscetível à corrosão devido à formação de uma célula de concentração de oxigênio.
O ferro tem fraca 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 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 da dissolução do oxigênio. O ferro é estável em soluções alcalinas à temperatura ambiente.
2. A resistência à corrosão do aço carbono
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 fracamente oxidantes, a taxa de corrosão do material aumenta com o aumento do teor de carbono, porque quanto mais teor de carbono no aço, mais precipitação de carbono na estrutura e mais microbaterias são formadas, acelerando assim o 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 fato de que o aumento do teor de carbono é fácil de promover a passivação do carbono aço, 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.
Isso ocorre porque a corrosão por despolarização do oxigênio é o principal fator em tais ambientes, e o desempenho da película protetora na superfície do metal e a facilidade do oxigênio atingir a superfície do cátodo na solução são os principais fatores, e a precipitação de carbono no aço tem pouco relação.
⑵ O silício e o manganês geralmente quase não têm impacto óbvio na 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, causando fratura por pite e corrosão sob tensão por sulfeto.
O fósforo no aço também é um cátodo ativo e prejudicial em soluções ácidas como o enxofre. No entanto, o fósforo pode melhorar eficazmente 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
Para o aço carbono, todos os tipos de impurezas reduzirão a resistência à corrosão.
2. Impacto estrutural
A estrutura do aço depende da sua composição e do estado do tratamento térmico. De modo geral, quanto maior o teor de carbono no aço, maior será o impacto do tratamento térmico na 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 tem estreita relação com seu teor de carbono e tratamento térmico.
Geralmente, quanto maior o teor de carbono, pior é a resistência à corrosão; a resistência à corrosão do aço carbono temperado com alto carbono é pior, ligeiramente melhorada após o revenido em baixa temperatura, a taxa máxima de corrosão aparece após o revenido em temperatura intermediária e após o revenido em alta temperatura, a taxa de corrosão diminui significativamente devido à redução do ativo área de superfície do cátodo.
3. Resistência à corrosão de aço de baixa liga
Aço de baixa liga refere-se ao aço-liga com uma quantidade total de elementos de liga inferior a cerca de 5% no aço carbono. De acordo com diferentes finalidades, existem muitos tipos de elementos de liga adicionados ao aço, e a quantidade desses elementos também varia muito, portanto, existem muitos tipos de aço de baixa liga.
1. Aço de baixa liga resistente à corrosão atmosférica
O aço de baixa liga resistente à corrosão atmosférica também é conhecido como aço para intemperismo e é simplesmente referido como aço para intemperismo.
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 da água do mar
Em ambientes marinhos, as condições de corrosão mais severas ocorrem na área de pulverização que é alternadamente seca e úmida, é difícil de proteger e está 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. Silício, molibdênio podem reduzir a tendência de corrosão por pites do aço na área de pulverização, cromo e 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 pelo fósforo, cobre, silício e níquel.
Os aços de baixa liga resistentes à corrosão da 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 funciona 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, que formam carbonetos estáveis com 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 de 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 da indústria petroquímica são feitos desse aço.
4. Aço de baixa liga resistente à corrosão por enxofre
Nas indústrias de refino de petróleo, gás natural e gás urbano, é necessário um grande número de aços de baixa liga para fabricar tubulações, tanques de armazenamento e outros equipamentos, que geralmente funcionam em ambientes contendo enxofre e são propensos a grave corrosão por enxofre.
A pesquisa atual acredita que a microestrutura do aço é o fator chave que afeta a fratura por corrosão por enxofre de aços de baixa liga. A formação da microestrutura martensítica no aço deve ser rigorosamente
2. Aço inoxidável e aço resistente a ácidos
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, pode ser dividido em aço cromo, aço cromo-níquel, aço cromo-manganês, etc.
Com base na microestrutura, pode ser dividido em aço martensítico, aço ferrítico, aço austenítico e aço bifásico austenítico-ferrítico.
Com base no uso, 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.
I. Resistência à corrosão do aço inoxidável cromo
Aço inoxidável com cromo refere-se ao aço inoxidável que contém apenas cromo ou é complementado 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 desempenha três funções importantes na melhoria da resistência à corrosão de materiais de ferro e aço:
Primeiro, promove a passivação de ligas à base de ferro, melhorando a capacidade de passivação do material;
Em segundo lugar, aumenta o potencial do eletrodo da solução sólida (geralmente o ânodo da célula de corrosão), ou seja, a estabilidade termodinâmica da estrutura da matriz;
Terceiro, 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
O aço inoxidável martensítico inclui principalmente aço inoxidável do tipo Cr13 (excluindo 0Cr13). Este tipo de aço possui alto teor de carbono e pode obter maior resistência e dureza por meio de tratamento térmico, mas sua resistência à corrosão não é tão boa quanto o aço inoxidável ferrítico e o aço inoxidável austenítico, e quanto maior o teor de carbono, pior a resistência à corrosão.
Este tipo de aço é adequado para situações onde são necessárias propriedades mecânicas e a resistência à corrosão não é muito alta.
Aumentar o teor de cromo do aço e adicionar uma pequena quantidade de níquel pode melhorar a resistência à corrosão do aço inoxidável martensítico; por exemplo, 1Cr17Ni2 é o martensítico mais resistente à corrosão, com boa resistência a ácidos oxidantes e à maioria dos ácidos orgânicos.
Aço inoxidável ferrítico
O aço inoxidável ferrítico inclui o tipo Cr13, tipo Cr17, tipo Cr25-28, etc. Devido ao seu alto teor de cromo e baixo teor de carbono, sua resistência à corrosão e resistência à oxidação em alta temperatura são melhores do que o aço inoxidável martensítico, especialmente sua resistência à corrosão sob tensão.
No entanto, o aço inoxidável ferrítico apresenta baixa resistência à corrosão intergranular e à corrosão intergranular.
O aço inoxidável ferrítico é usado principalmente para fabricar equipamentos e peças resistentes à oxidação em alta temperatura, corrosão por ácido sulfúrico concentrado e corrosão por gás enxofre.
2. Resistência à corrosão do aço inoxidável cromo-níquel
O níquel tem capacidade passiva mais forte que o ferro e também é mais estável termodinamicamente, o que é favorável para melhorar a resistência à corrosão do aço.
Especialmente adicionando uma certa quantidade de níquel ao aço inoxidável, uma estrutura de aço inoxidável austenítico monofásico pode ser obtida, melhorando significativamente a tenacidade, 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 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 tanto em meios oxidativos quanto não oxidativos, mas sua resistência à corrosão local, como corrosão sob tensão, corrosão intergranular e corrosão por pites, é baixa.
A corrosão local pode ser inibida pela liga, como o controle do teor de carbono, a redução do teor de P e N e o aumento do Ni, e a adição de Si, Mo, Cu, etc.
O aço bifásico austenita-ferrita é outro tipo de aço inoxidável cromo-níquel, que combina as características da ferrita e do aço austenítico e possui desempenho complementar.
Além disso, o aço inoxidável endurecido por precipitação (PH) também pertence ao aço inoxidável cromo-níquel.
3. Aço resistente a ácidos
Aço resistente a ácidos refere-se ao aço inoxidável com resistência especial à corrosão em alguns meios corrosivos fortes.
Para certos aços resistentes a ácidos, ele só apresenta excelente resistência à corrosão em certos 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 apropriados para garantir que o material possa funcionar de forma confiável em meios corrosivos fortes.
3. Resistência à corrosão de metais não ferrosos
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 revestimentos.
I. Alumínio e ligas de alumínio
1. Resistência à corrosão do alumínio puro
O alumínio puro tem baixa estabilidade química, mas tem bom desempenho de passivação, 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 torna-se instável e danificado, e a proteção é perdida, fazendo com que a corrosão do alumínio se intensifique. 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 que o alumínio puro, mas menos resistentes à corrosão. As ligas de alumínio têm alta resistência à corrosão em atmosfera industrial, marinha, água doce e água do mar, mas podem sofrer corrosão.
As ligas de alumínio têm alta resistência à corrosão em meios oxidativos devido à sua facilidade de passivação, mas estão facilmente sujeitas à corrosão local, como corrosão por picada, corrosão em fendas e corrosão sob tensão em meios não oxidativos.
2. Magnésio e ligas de magnésio
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, devido à película protetora da superfície que entra no estado passivo. O magnésio não é resistente à corrosão na atmosfera marinha e 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 ao SCC.
No entanto, em geral, a resistência à corrosão das ligas de magnésio é baixa e é necessário tomar medidas de proteção eficazes durante o uso.
3. Cobre e ligas de cobre
1. Resistência à corrosão do cobre
O cobre tem uma estabilidade química relativamente alta e um potencial de eletrodo positivo, portanto geralmente não sofre corrosão em soluções ácidas.
Em ácidos não oxidantes, o cobre possui um alto grau de estabilidade química, mas sua resistência à corrosão é fraca em ácidos oxidantes.
O cobre também está sujeito a forte corrosão em outros meios oxidantes.
O cobre tem boa resistência à corrosão em diversas condições atmosféricas, mas está sujeito a forte corrosão em ar úmido contendo gases SO2, H2S e Cl2.
Além disso, também sofre corrosão 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 apresentam melhor resistência à corrosão do que o cobre puro devido ao efeito combinado da alta estabilidade termodinâmica do cobre base e da película protetora superficial formada pelos elementos da liga.
Portanto, o padrão de corrosão das ligas de cobre às vezes também exibe algumas características dos metais passivos.
Em ácidos não oxidantes, as ligas de cobre apresentam um alto grau de estabilidade química.
As ligas de cobre apresentam boa resistência à corrosão em diversas condições atmosféricas. Outra resistência à corrosão é igual à do cobre.
Existem muitos tipos de ligas de cobre, que podem ser divididas em duas categorias: latão e bronze. Relativamente falando, a resistência à corrosão do latão é baixa, especialmente em termos de tendência à fissuração por corrosão sob tensão (fissuração sazonal do latão) e corrosão seletiva (deszincificação do latão).
4. Titânio e ligas de titânio
1. Resistência à corrosão do titânio
O titânio tem baixa estabilidade termodinâmica e propriedades químicas ativas, mas em meios oxidantes, uma densa película protetora de óxido é formada em sua superfície, que está em um estado passivo estável.
Por um lado, a película protetora possui boas propriedades de autocura e, por outro lado, também é muito estável em diversas soluções (incluindo 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 de ligas de titânio
Os elementos de liga de titânio resistentes à corrosão podem ser divididos em dois grupos: um grupo é formado por metais preciosos, como Pd, Ru, Pt, e a adição de vestígios pode melhorar significativamente a resistência à corrosão da liga.
O outro grupo é Ta, Nb e Mo, que são mais baratos, mas só têm um efeito anticorrosivo perceptível quando o teor é alto.
Não existem muitas ligas de titânio disponíveis comercialmente com boa resistência à corrosão. As ligas de titânio podem sofrer formas de corrosão, como corrosão em frestas, fragilidade por hidrogênio, corrosão sob tensão, corrosão em área de soldagem e corrosão explosiva natural durante o uso.
Concluindo, o titânio e as ligas de titânio não só apresentam boa resistência à corrosão, mas também apresentam maior resistência e resistência ao calor do que outros materiais, tornando-os um material estrutural indispensável para muitos campos, com perspectivas de aplicação muito promissoras.
4. Conclusão
Esta postagem apresenta principalmente a resistência à corrosão de alguns metais e ligas comumente usados.
Através do estudo deste capítulo, o foco deve ser o domínio da resistência à corrosão e os 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 de ligas resistentes à corrosão.
