Características gerais:
Os aços inoxidáveis caracterizam-se por uma resistência à corrosão superior à dos outros aços. Sua denominação não é totalmente correta, porque na realidade os próprios aços ditos inoxidáveis são passiveis de oxidação em determinadas circunstancias. A expressão, contudo, é mantida por tradição. Quanto à composição química, os aços inoxidáveis caracterizam-se por um teor mínimo de cromo da ordem de 12%.
A resistência à corrosão destes aços é explicada por varias teorias. Uma das mais bem aceitas é a teoria da camada protetora constituída de óxidos. Segundo essa teoria, a proteção é dada por uma fina camada de óxidos, aderente e impermeável, que envolve toda a superfície metálica e impede o acesso de agentes agressivos.
Outra teoria, surgida posteriormente, julga que a camada seja formada por oxigênio adsorvido. O assunto é controverso e continua sendo objeto de estudos e pesquisas. Entretanto, o que parece estar fora de dúvida é que, para apresentarem suas características de resistência à corrosão, os aços inoxidáveis devem manter-se permanentemente em presença de oxigênio ou de uma substância oxidante.
Dependendo da aplicação, estes aços também devem possuir boa resistência mecânica e ao calor, além da resistência à corrosão.
Classificação:
Costuma-se agrupar os aços inoxidáveis, segundo sua estrutura metalográfica, nas seguintes classes:
Aços inoxidáveis ferrticos,
Aços inoxidáveis martensíticos,
Aços inoxidáveis austeníticos,
Havendo ainda os de estrutura mista.
A estrutura metalográfica dos aços inoxidáveis é determinada basicamente por sua composição química, sobretudo pelos teores de carbono, cromo, níquel, manganês, molibdênio, etc., bem como pelos tratamentos térmicos e mecânicos realizados:
Influência do teor de carbono:
O teor de carbono influencia as características dos aços inoxidáveis em diferentes sentidos.
A partir de um certo teor, o carbono torna temperáveis determinados aços, que por este motivo são classificados como martensíticos; com teores mais baixos de carbono, o mesmo aço não é temperável, enquadrando-se entre os aços ferríticos.
Esse é o caso típico dos aços-cromo com 13% a 18% Cr.
Quanto às características de resistência à corrosão, o carbono tem uma influência desfavorável nos aços austeníticos: os de teor mais elevado são normalmente mais propensos a sofrer corrosão intercristalina do que os de teor mais baixo.
Influência dos elementos de liga:
Examinaremos rapidamente a função e a influência dos principais elementos de liga comumente adicionados aos aços inoxidáveis. CROMO- é o elemento de liga fundamental dos aços inoxidáveis. Adicionado em teores mínimos da ordem de 12%, sua função básica está relacionada com a formação de uma película impermeável, que protege o aço contra o ataque de agentes agressivos. NÍQUEL – depois do cromo, é o elemento de liga mais importante e mais característico dos aços inoxidáveis. O níquel favorece a formação de austenita, tendendo a aumentar o campo de existência desta fase, que se estende até a temperatura ambiente no caso dos aços inoxidáveis austeníticos. Além disso, o níquel aumenta consideravelmente a resistência ao calor e à corrosão dos aços inoxidáveis. MOLIBDÊNIO – geralmente adcionado em teores da ordem de 2% a 4%, melhora sensivelmente a resistência à corrosão e ao calor dos aços inoxidáveis.
TITÂNIO, NIÓBIO, TÂNTALO – possuem grande afinidade pelo carbono e são adicionados aos aços inoxidáveis como estabilizadores de estrutura, formando carbonetos muito estáveis. Sua presença evita a formação de carbonetos de cromo, removendo assim o fator principal da corrosão intercristalina. Isso é particularmente importante nas peças soldades que por qualquer circunstância não possam ser recozidas após a soldagem.
ENXOFRE – quando adicionado intencionalmente aos aços inoxidáveis, tem a função de melhorar a usinabilidade, tal como nos aços para construção mecânica. O SELÊNIO tem a mesma finalidade
Corrosão:
A corrosão é geralmente entendida como uma destruição parcial ou total de um metal ou liga metálica, por via química ou eletroquímica. Neste tópico, para fins de simplificação, usaremos indiferentemente os termos metal e liga metálica como sinônimos. Conforme a extensão, a forma e as circunstancias do ataque, costuma-se dividir a corrosão nos seguintes tipos principais:
CORROSÃO GERAL:
É a corrosão que se desenvolve uniformemente em toda a superfície da peça atacada. Os dados constantes nas tabelas de corrosão são normalmente obtidos através de ensaios de laboratório em que os corpos de prova ficam preponderantemente expostos a solicitações de corrosão geral.
CORROSÃO INTERCRISTALINA:
A corrosão intercristalina ocorre nos contornos dos grãos dos metais e frequentemente propaga-se pelo interior da peça, dexando poucos sinais visíveis na superfície. Esta forma de desenvolvimento representa um grande perigo, pois a corrosão pode progredir consideravelmente sem ser notada.
A causa da corrosão intercristalina é a precipitação de carboneto de cromo dos contornos de grãos, resultante de permanência mais ou menos prolongada do aço na faixa de temperaturas entre 400 e 900ºC.
Entre os aços inoxidáveis, os mais sensíveis à corrosão intercristalina são os austeníticos; para evitar ou reduzir a ocorrência deste tipo de ataque nestes aços, usam-se diversos meios:
a) Quando viável, realizar um recozimento destinado a promover uma completa redissolução dos carbonetos precipitados.
b) Usar aços com teor de carbono extremamente baixo, da ordem de 0,02 a 0,03%
c) Usar aços estabilizados, isto é, aços com adição de elementos de liga como o titânio, tântalo ou nióbio, que possuem maior afinidade pelo carbono do que o cromo.
CORROSAO SOB TENSÃO:
A corrosão sob tensão ocorre quando o metal se encontra sob a ação simultânea de um meio corrosivo e de uma tensão mecânica, produzida, por exemplo, por uma deformação a frio.
Para reduzir os efeitos da corrosão, recomenda-se remover a tensão por meio de um recozimento em temperatura adequada.
CORROSÃO GALVÂNICA:
A corrosão galvânica ocorre quando dois metais de potenciais eletroquímicos diferentes se encontram imersos em um mesmo eletrólito e mantêm contato galvânico entre si. O mesmo processo pode realizar-se no caso de metais de igual potencial imersos em eletrólitos diferentes ou no caso de metais diferentes em eletrólitos diferentes. A intensidade da corrosão galvânica depende de vários fatores como o tipo, a estrutura, o estado da superfície, a passividade e outras características dos metais em contato galvânico; a composição, a concentração, o pH, a temperatura e outras características do eletrólito; a diferença de potencial eletroquímico; a quantidade de oxigênio dissolvido no eletrólito, a presença de contaminantes; a relação entre a área catódica e a área anódica, etc.
Diversos processos são utilizados para eliminar ou reduzir a corrosão galvânica.
Como regra geral, deve-se evitar, dentro das possibilidades do projeto e da operação, o contacto galvânico entre metais que apresentem grande diferença de potencial eletroquímico. Isso obtém-se pelo uso de materiais isolantes como borracha, pela aplicação de camadas protetoras (tinas, plásticos, etc.), em alguns casos por um rearranjo do projeto, etc.
Outro sistema de medidas consiste na remoção do eletrólito, sobretudo quando de natureza incidental (água de chuva ou de condensação, acúmulos de agentes corrosivos, etc.).
Em algumas aplicações, é necessário o uso de proteção catódica; este processo é complexo e requer a assistência de especialistas.
CORROSAO ALVEOLAR
A corrosão alveolar, também conhecida como corrosão localizada (pitting em inglês), consiste num ataque localizado de uma peça por um agente corrosivo. Este tipo de corrosão caracteriza-se por uma penetração do ataque em pontos isolados, que pode eventualmente provocar a perfuração da peça, enquanto as regiões circunvizinhas permanecem praticamente inatacadas. Um dos casos mais freqüentes de corrosão alveolar ocorre em peças metálicas imersas em água do mar.
As causas da corrosão alveolar são muito diversas e estão geralmente ligadas ao estado de superfície da peça, à aeração, à composição do eletrólito, etc.
A adição de molibdênio aos aços inoxidáveis austeníticos aumenta consideravelmente a resistência desses aços à corrosão alveolar. Em muitas aplicações é praticamente inevitável a ocorrência desse tipo de corrosão; para minorar seus efeitos, recomenda-se manter a peça em bom estado de limpeza, com a superfície polida e livre de corpos estranhos aderentes, etc.
A corrosão alveolar é muitas vezes associada à corrosão galvânica e nesses casos torna-se necessário combater simultaneamente as duas formas de ataque.
CORROSAO EM FRESTAS:
Este tipo de corrosão ocorre em frestas, recessos, cavidades e outros espaços confinados onde se acumula um agente corrosivo. Atribui-se geralmente a corrosão em frestas a uma deficiência de aeração, que não permite a presença de oxigênio suficiente para formar e manter a camada passivadora de óxido de cromo.
A proteção contra a corrosão em frestas consiste principalmente em evitar dentro do possível a criação de espaços confinados, por meio de projeto e construção adequados.
Resistência à corrosão em temperaturas elevadas:
A resistência dos aços inoxidáveis à corrosão em temperaturas elevadas é condicionada por uma serie de fatores, como o meio circundante, o processo de fabricação da peça ou equipamento, o ciclo de operação, etc. A seguir examinaremos em linhas gerais a ação de alguns agentes agressivos sobre os aços inoxidáveis em altas temperaturas.
AR E GASES OXIDANTES EM GERAL:
O ataque por gases oxidantes é provavelmente a causa mais freqüente de corrosão dos aços inoxidáveis em temperaturas elevadas. O ataque provoca, a partir de certa temperatura, a formação de uma espessa crosta de óxido. Essa temperatura é fortemente afetada pela composição dos gases presentes.
As temperaturas de oxidação, em serviço contínuo e em serviço intermitente, mencionadas em catálogos de aços inoxidáveis, são normalmente determinadas em ar atmosférico praticamente puro, sobretudo isento de gases sulfurados, e devem ser considerados como indicações orientativas. É muito importante levar este fato em consideração na fase de seleção dos aços, pois a presença de contaminantes produz eventualmente um abaixamento considerável da temperatura de oxidação.
GASES REDUTORES:
A presença de gases redutores em temperaturas elevadas afetam os aços inoxidáveis por diversos modos e assim cada caso deve ser estudado separadamente.
GASES SULFURADOS:
Oxidantes – Estes gases são geralmente menos nocivos que os redutores. Entretanto, sua presença produz um abaixamento de 100 a 200ºC, ou eventualmente mais, na temperatura de oxidação dos aços inoxidáveis isentos de níquel ou com baixo teor desse elemento.
Redutores – Estes gases, como exemplo o H2S, são altamente corrosivos, sobretudo para os aços que contêm níquel. Por este motivo, os aços inoxidáveis austeníticos não são recomendados para aplicações que envolvam a presença de gases sulfurados redutores.
METAIS FUNDIDOS:
Os metais fundidos geralmente atacam os aços inoxidáveis. Para cada caso é necessário consultar tabelas de corrosão e/ou realizar testes práticos.
As indicações contidas nas tabelas de corrosão refletem geralmente os resultados de ensaios de laboratório realizados sob condições rigorosamente controladas e com reagentes de alta pureza. As condições encontradas na prática muitas vezes se afastam sensivelmente das condições ideais em que se basearam as tabelas, seja pela variação da composição do agente agressivo, seja pela presença de contaminantes, pelas diferenças de temperatura, etc.
Essas variações geralmente afetam de modo considerável o comportamento do aço em presença do agente agressivo. Por estes motivos, na escolha de um aço inoxidável para determinada aplicação, recomendamos submeter o aço a um teste pratico nas condições reais de serviço ou, quando isto não for viável, realizar um ensaio de laboratório que simule aquelas condições da melhor forma possível.
Soldagem:
Basicamente os aços inoxidáveis podem ser soldados por qualquer processo de solda. É necessário, contudo, fazer algumas restrições e observar certas cautelas.
A soldagem oxi-acetilênica deve ser evitada sempre que possível. Entretanto, se por algum motivo for necessário o seu uso, é da máxima importância que a chama se mantenha rigorosamente neutra durante todo o processo. O excesso de oxigênio provoca a oxidação do cromo e produz um cordão de solda poroso, ao passo que o excesso de acetileno provoca a carbonetação do cordão.
Alguns requerem preaquecimento, outros requerem recozimento imediatamente após o termino da soldagem. Estas indicações constam dos catálogos dos aços e devem ser estritamente observadas.
Os eletrodos devem ter basicamente a mesma composição química do material de base. Entretanto, usam-se frequentemente eletrodos com maior teor de elementos de liga, para compensar eventuais perdas na soldagem.
Para obter-se uma indicação segura sobre o eletrodo mais adequado, recomendamos consultar as firmas especializadas.
Sobremetal para usinagem:
Os produtos fornecidos no estado bruto de laminação ou de forjamento apresentam sempre defeitos superficiais e descarbonetação das camadas periféricas, inerentes ao processo de fabricação.
A fim de evitar que esses defeitos subsistam nas peças acabadas, é necessário prever um sobremetal para usinagem, que deverá ser removido até atingir-se o material são.
A tabela indica o valor do sobremetal correspondente a diversas faixas de dimensões.
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Medida acabada mm
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Sobremetal
mm |
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acima de
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até
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Os sobremetais acima aplicam-se ao diâmetro das barras redondas, ao lado de barras quadradas e à largura de barras de seção retangular. Para se determinar o sobremetal na espessura de barras de seção retangular, entra-se na tabela com um número índice, igual à semi-soma da largura e da espessura.
Escolha de um aço inoxidável:
Para a escolha de um aço inoxidável, os seguintes fatores devem ser considerados:
Solicitação da peça:
Química: agente corrosivo, concentração, contaminantes, temperatura.
Mecânica: tração, compressão, torção, flexão, impacto, fadiga, desgaste, etc.
Processo de fabricação da peça ou equipamento:
Deformação a frio, usinagem, soldagem, etc.
Viabilidade de tratamento térmico.
Fonte: AÇOS VILLARES S.A.
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