Corrosão Associada a
Solicitações Mecânicas
Introdução
• Quando a corrosão depende apenas do meio
corrosivo, ocorre acentuada perda de massa
do material corroído.
• No entanto, a associação do meio corrosivo
com solicitações mecânicas pode ocasionar
processos corrosivos acelerados mesmo sem
perda acentuada de massa.
Introdução
• Esse processo pode ocasionar fraturas,
colocando fora de operação o equipamento
deteriorado, bem como trazer problemas
relativos à segurança das instalações e dos
operadores das mesmas.
Introdução
• Corrosão sob tensão  fratura de certos
materiais, quando tensionados em certos
ambientes, sob condições tais que nem a
solicitação mecânica nem a corrosão
ambiente isoladamente conduziriam à fratura.
Introdução
• Obs: muitas vezes ocorre fratura por tensão
sem que ocorra dissolução anódica do
material – isso significa que o processo não é
de corrosão, mas apenas um fenômeno de
natureza física.
Problemas
Parede de tubo em contato
com ambiente corrosivo
rompido depois de repetidos
ciclos de pressurização
Fratura em estojos de
munição feitos de latão
Eixo de manivela com fratura por
fadiga
Corrosão por fadiga
em avião
corrosão sob tensão e corrosão intergranular de
um tubo pré-aquecedor em aço inox 316Ti
Casos para estudo
• Corrosão sob fadiga
• Corrosão com erosão, cavitação e
impingimento
• Corrosão sob atrito
• Fragilização por metal líquido
• Fragilização pelo hidrogênio
• Fendimento por álcali
• Corrosão sob tensão
Corrosão sob fadiga
• Metal sofre solicitações mecânicas alternadas
ou cíclicas
• Inicia-se por uma pequena trinca, em ponto
de concentração de tensões, que penetra
lentamente o metal, numa direção
perpendicular à tensão – após certo tempo, a
área do elemento se reduz de tal modo que
não pode mais suportar a carga aplicada,
ocorrendo fratura final e repentina.
Corrosão sob fadiga - Reconhecimento
• A região de início da trinca tem um aspecto
liso, devido ao atrito entre as faces sucessivas
da trinca em cada ciclo.
• A segunda região é a área, de aspecto rugoso,
fibroso ou cristalino, onde se verifica a fratura
repentina
Corrosão sob fadiga - Ocorrência
• Tubulações de equipamento de perfuração de
poços, usadas para bombear petróleo, têm
vida limitada devido à corrosão por fadiga
resultante do meio corrosivo (água salgada).
• Tubulações transportando vapores ou líquidos
de temperaturas variáveis, podem fratura
devido ao ciclo térmico (expansão e contração
periódicas)
Corrosão sob fadiga - Ocorrência
• Trocadores ou permutadores se corroem
devido a vibrações imprimidas pelas bombas
nos líquidos, e que são transmitidas ao
equipamento.
• Diversos vasos de pressão
Corrosão sob fadiga - Mecanismo
• Concentração de tensões nos locais de entalhe
ou pites formados pelo meio corrosivo.
• Fendas, na superfície do metal, produzidas
por intrusões e extrusões microscópicas
formadas durante os ciclos de tensões. Tais
fendas resultam de deslizamentos localizados
dentro dos grãos do metal.
Corrosão sob fadiga - Proteção
• Proteção catódica
• Uso de inibidores (diminuição da corrosividade
dos meios)
• Revestimentos metálicos anódicos ou de
sacrifício
• Películas não-metálicas pigmentadas com pó de
zinco
• Jateamento na superfície do metal ou introdução
de esforços de compressão
• Alteração de projeto
Corrosão por erosão, cavitação e
impingimento
• Ocorre quando um fluido em movimento está
em contato com uma superfície metálica.
Corrosão por erosão, cavitação e
impingimento
• Erosão  deterioração de materiais metálicos
ou não-metálicos pela ação abrasiva de fluidos
em movimento, podendo ser aceleradas pela
presença de partículas sólidas em suspensão.
– Mais intensa em estrangulamentos ou em desvios
de fluxo
– Exemplos: desgaste de palhetas de turbinas ou de
hélices, em alta velocidade, sob a ação de
gotículas de água, e de rotores ou impelidores de
bombas.
Corrosão por erosão, cavitação e
impingimento
• Cavitação  ação dinâmica, no interior do
fluido, associada à formação e ao colapso de
cavidades nas regiões que ficam abaixo da
pressão absoluta de vapor do líquido.
• Impingimento  ação mecânica, com
desgaste de material, provocada pelo
impingimento ou impacto direto do fluido
sobre uma superfície metálica.
– Bolhas de ar aumentam o efeito do impingimento.
Corrosão por erosão, cavitação e
impingimento
• CORROSÃO – EROSÃO: a erosão é considerada
um fenômeno puramente mecânico, em que o
metal é removido ou destruído mecanicamente,
sofrendo somente alterações físicas. Na erosãocorrosão ocorrem fenômenos físico-químicos,
sendo caracterizada por sua aparência sob a
forma de sulcos, crateras, ondulações, furos
arredondados e um sentido direcional de ataque.
No entanto, em função da própria erosão, a
superfície fica isenta de possíveis produtos de
corrosão.
Corrosão por erosão, cavitação e
impingimento
Erosão em tubo de aço-carbono causada por
ação de ácido sulfúrico concentrado
Corrosão por erosão, cavitação e
impingimento
• Proteção contra a corrosão-erosão:
– Emprego de materiais mais resistentes
– Alteração de projeto
– Acréscimo de diâmetro da tubulação
– Dirigir as tubulações de entrada para o centro de
tanques ao invés de colocá-las próximas às
paredes laterais
– Inserir virolas nas extremidades das entradas de
tubos
Corrosão por erosão, cavitação e
impingimento
• Proteção contra a corrosão-erosão:
– Usar bombas com partes vulneráveis facilmente
substituíveis.
– Inserir placas defletoras ou substituíveis na área
de impingimento.
– Montar tubos de maneira que eles fiquem, no
lado de entrada do fluido, alguns centímetros
além dos espelhos de trocadores de calor.
– Modificações no meio corrosivo, por desaeração e
emprego de inibidores.
Corrosão por erosão, cavitação e
impingimento
• Proteção contra a corrosão-erosão:
– Uso de revestimentos, como borracha,
elastômeros artificiais (neoprene), basalto (silicato
de alumínio fundido) ou aço inoxidável com alto
teor de crômio e níquel somente nas partes
sujeitas a ação erosiva.
– Proteção catódica.
Corrosão por erosão, cavitação e
impingimento
• CORROSÃO – CAVITAÇÃO: quando cavidades
ou bolhas sofrem colapsos ou implosão na
superfície metálica há uma ação mecânica
conjugada a uma ação química que dá
condições para que ocorra uma corrosão com
cavitação.
– É comum em hélices de navios, turbinas
hidráulicas e a vapor, bombas hidráulicas e em
camisas de cilindros de motores Diesel na face
refrigerada com água.
Corrosão por erosão, cavitação e
impingimento
• Fases do ciclo da ação da cavitação:
– Áreas de pressões baixas são produzidas devido a
irregularidades no escoamento;
– Formação de cavidades ou bolhas de vapor;
– Colapso das bolhas ou cavidades contra a superfície
do metal.
• A continuidade do processo deixa a superfície
com pites ou alvéolos, podendo até arrancar
pedaços do metal
Corrosão por erosão, cavitação e
impingimento
Cavitação em camisa de cilindro
de motor Diesel
Ampliação da região de
cavitação
Corrosão por erosão, cavitação e
impingimento
• Esquema do ataque por cavitação: (A) líquido em repouso em
temperatura e pressão ambientes; (B) expansão e formação de
bolhas de vapor em temperatura ambiente e pressão reduzida; (C)
compressão e colapso, ou implosão da bolhas de vapor, em
temperatura ambiente e aumento de pressão; (D) destruição da
película de óxido, ou revestimento, pelo impacto da onda de
choque transmitida pela implosão da bolha de vapor; (E)
reconstituição da película de óxido e redução da espessura do
material metálico.
Corrosão por erosão, cavitação e
impingimento
• Proteção contra a corrosão-cavitação:
– No projeto do equipamento, eliminar:
• Possibilidades de áreas de quedas de pressão
• Abruptas modificações de seções para evitar
turbulência
• Vibrações de partes críticas
– Outros processos:
• Introdução de ar no fluido em escoamento para aliviar
as áreas de baixa pressão
Corrosão por erosão, cavitação e
impingimento
• Proteção contra corrosão-cavitação
• Emprego de materiais com alta ductibilidade, alta
resistência à fadiga ou superfícies endurecidas
• Revestimento com materiais resistentes
• Emprego de inibidores
• Proteção catódica
• Preenchimento das áreas danificadas por cavitação com
solda e em seguida retificá-las
Corrosão por erosão, cavitação e
impingimento
• ATAQUE POR IMPINGIMENTO – CORROSÃO POR
TURBULÊNCIA
– Corrosão associada ao fluxo turbulento de um fluido –
ocorre quando um fluido está em movimento e passa
de uma tubulação de grande diâmetro para outra de
menor diâmetro (a turbulência sempre aparece na
região de menor diâmetro)
– Ocorre em entradas dos tubos de condensadores,
saídas de registros, válvulas, bombas centrífugas,
hélices e outros dispositivos que provoquem variações
acentuadas da seção transversal do fluido ou
modifiquem o seu deslocamento lamelar.
Corrosão por erosão, cavitação e
impingimento
• ATAQUE POR IMPINGIMENTO – CORROSÃO
POR TURBULÊNCIA
– O fluido em movimento turbulento pode conter
gases, formando bolhas que se deslocam com ele.
A ação da turbulência aliada aos choques que
resultam do rompimento das bolhas provoca um
tipo de corrosão-erosão denominada
impingimento.
Corrosão por erosão, cavitação e
impingimento
Aspecto característico de erosão
por impingimento e, curva de
tubulação de linha de
condensado, causada por vapor
dágua.
Corrosão por erosão, cavitação e
impingimento
• Proteção contra corrosão por impingimento:
– Usar ligas de cobre com cerca de 5% de estanho,
ou latões de alumínio, ou ainda ligas de
cobre/níquel/ferro.
– Reduzir a velocidade do fluido
– Diminuir a quantidade de ar ou partículas sólidas
– Modificar a geometria dos equipamentos,
evitando curvas acentuadas
– Usar placas defletoras
Corrosão por Atrito
• Provocada por pequenos deslizamentos
relativos, originados por vibrações
• A interface do metal deve estar sujeita a carga
• Formação de produtos pulverulentos de
corrosão, em alguns casos pites, que podem
servir de núcleos para a ocorrência de fraturas
por fadiga
Corrosão por atrito
• MECANISMO
– Desgaste mecânico na ausência de ambiente
corrosivo.
– O atrito entre os materiais vai expondo novas
superfícies do metal, as quais ficam cobertas com
oxigênio ou outro agente corrosivo. A próxima
aspereza retira o óxido ou pode, mecanicamente,
ativar a reação do oxigênio adsorvido com o metal
para formar óxido, que por sua vez é arrastado,
formando novamente uma superfície metálica limpa.
Corrosão por atrito
• Proteção contra corrosão por atrito:
– Combinação de metal mole com metal duro
(impede o processo de solda nos pontos de
contato entre metais similares)
– Construção de superfícies de contato de maneira a
evitar quase por completo o deslizamento
– Uso de lubrificantes
– Uso de juntas de elastômeros ou materiais de
baixo coeficiente de atrito
Fragilização por metal líquido
• Ocorre quando metais no estado sólido são
submetidos a tensões residuais ou externas,
concomitantemente em contato com metais
fundidos.
• A falha ocorre pela nucleação e subsequente
propagação para o interior de uma trinca na
superfície molhada do sólido. Esse processo
de falha não envolve modificação química do
metal sólido.
Fragilização pelo Hidrogênio
• O hidrogênio interage com a maioria dos
metais por uma série de mecanismos,
resultando em modificações das propriedades
mecânicas que levam a fraturas frágeis e
altamente danosas.
• O hidrogênio penetra nos metais na forma
atômica, e devido ao seu pequeno volume
atômico é capaz de se difundir rapidamente
na malha cristalina.
Fragilização pelo Hidrogênio
• Dentre os metais que mais comumente
incorporam hidrogênio na rede cristalina
estão o cobre, o ferro e a prata.
• O hidrogênio pode ser absorvido por:
– Alta solubilidade no metal em estado líquido,
levando a grandes concentrações no metal
solidificado na forma de peças fundidas ou na de
filetes de solda.
– Decapagem por meios químicos ou eletroquímicos
Fragilização pelo Hidrogênio
• O hidrogênio pode ser absorvido por:
– Deposição eletrolítica de metais, onde o hidrogênio,
juntamente com o metal a depositar, é formado no
cátodo.
– Ação de gases ricos em hidrogênio em condições de
temperatura e pressão favoráveis
– Decomposição térmica de hidrocarbonetos, em
temperaturas elevadas.
– Craqueamento de amônia
– Reações generalizadas com água, quando um metal
reage formando óxido e liberando hidrogênio
Fragilização pelo Hidrogênio
Trecho de tubulação com empolamento pelo hidrogênio,
ocasionado por gás sulfídrico, H2S, e umidade.
Fragilização pelo Hidrogênio
• Mecanismo
– Dois tipos: irreversível e reversível
• No processo irreversível, a presença de
hidrogênio conduz à danificação da estrutura do
metal, comprometendo sua resistência mecânica
– Quando o hidrogênio é produzido na suprefície do
metal, ele se difunde para seu interior na forma
atômica, e no interior do metal ele retorna à forma
molecular, preferencialmente nos defeitos internos,
provocando a formação de bolhas que levam
finalmente à ruptura do metal
Fragilização pelo Hidrogênio
• O processo reversível caracteriza-se pela
necessidade de existir a presença simultânea
de tensões e hidrogênio. A eliminação do
hidrogênio antes da aplicação da tensão
restaura a ductibilidade do metal.
– A fragilização aumenta com a diminuição da
velocidade de formação, isto é, exige-se a ação
conjunta da tensão e hidrogênio durante algum
tempo para que a fratura ocorra.
Fragilização pelo Hidrogênio
• Proteção
– Evitar que possa haver absorção de hidrogênio
pelo metal; nos casos onde não há fragilização
irreversível, uma posterior ação danosa pode ser
evitada submetendo-se o material, onde possa ter
absorvido esse elemento, e uma vez terminado o
processo, ao recozimento a uma temperatura
relativamente baixa (geralmente em torno de
190ºC), que permita sua difusão e liberação na
superfície
Fendimento por Álcali
• Ocorre em caldeiras para produção de vapor que
apresentam junções rebitadas. A fim de se evitar
a corrosão do ferro pela água, a ela se adicionam
substâncias alcalinas, pois estas tornam o ferro
passivo.
• No entanto, vazamentos podem fazer a solução
alcalina se concentrar de tal modo que acaba
atacando o ferro. Fendas entre os rebites podem
enfraquecer a caldeira, podendo levar a uma
explosão.
Fendimento por Álcali
• Mecanismo
– Formação de hidrogênio devido ao ataque do aço pela
solução concentrada de hidróxido de sódio:
Fe + 2 NaOH  Na2FeO2 + H2
• Proteção
– Substituição de rebites por soldas, seguida de
tratamento térmico para diminuir as tensões;
– Adição de substâncias tamponantes;
– Revestir as partes sujeitas ao ataque com níquel ou
ligas de níquel (resistente a álcalis)