Corrosão uniforme do aço e de outros metais – mecanismo, taxa de corrosão e seleção de materiais

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A corrosão uniforme, também conhecida como corrosão generalizada, é uma das formas básicas de destruição de metais. Em contraste com corrosão por pite ou fenda, não se concentra em pontos isolados da superfície, mas causa uma perda de material relativamente uniforme em uma grande área.
Um exemplo típico é a ferrugem gradual do aço carbono desprotegido exposto a uma atmosfera úmida. No entanto, a corrosão uniforme também pode ocorrer em aços inoxidáveis, aços de alta liga e ligas de níquel se o material for usado em um ambiente que exceda sua resistência à corrosão.
No caso dos aços inoxidáveis, a corrosão generalizada ocorre principalmente quando a camada passiva que protege a superfície do metal se torna instável em um determinado ambiente. Isso pode ocorrer em ambientes como ácidos fortes, soluções alcalinas quentes ou uma combinação desfavorável de temperatura, concentração química e contaminantes.
A corrosão uniforme costuma ser mais previsível do que a corrosão localizada. Isso permite determinar a taxa de perda de material e a vida útil estimada do componente.

O que é corrosão uniforme?

Na corrosão uniforme, as reações de corrosão ocorrem em uma grande porção da superfície do metal. O material é gradualmente liberado no ambiente na forma de íons ou produtos de corrosão, causando uma redução na espessura do componente.
No caso do aço carbono, isso pode ser visível como uma camada de ferrugem cobrindo uma grande superfície. No aço inoxidável, o processo pode ser diferente: a superfície pode ficar opaca, perder o brilho ou sofrer corrosão gradual sem a característica ferrugem vermelha.
A característica mais importante da corrosão uniforme é que a perda de material é distribuída de forma relativamente homogênea. Isso a diferencia da corrosão por pite, onde uma pequena área superficial pode ser atacada a uma profundidade muito grande.

corrosão uniforme e corrosão localizada

Paradoxalmente, a corrosão uniforme costuma ser menos perigosa do que a corrosão localizada. Isso não significa, é claro, que ela possa ser ignorada. Se a taxa de perda de material for alta, pode levar à redução da espessura das paredes de tanques, tubulações ou trocadores de calor abaixo dos limites de segurança.

Sua vantagem, do ponto de vista do projetista, no entanto, reside na capacidade de monitorar relativamente bem as alterações na espessura do material e prever a durabilidade da instalação.

Taxa de corrosão uniforme – mm/ano

A resistência de um material à corrosão uniforme é frequentemente descrita pela taxa de corrosão expressa em milímetros de perda de espessura do material por ano – mm/ano.
Em testes de laboratório, uma amostra de material é exposta a um meio específico por um período de tempo determinado. Após a remoção dos produtos de corrosão, a perda de massa é calculada. A taxa de corrosão correspondente pode então ser calculada com base na área da superfície da amostra, no tempo de exposição e na densidade do material.
Para aços inoxidáveis, uma taxa de corrosão inferior a aproximadamente 0,1 mm/ano é frequentemente considerada uma excelente resistência à corrosão uniforme. No entanto, este não é um limite de projeto universal. A perda admissível depende do tipo de dispositivo, da durabilidade exigida, da espessura da parede, da pressão, da temperatura e dos requisitos de segurança.

Os valores fornecidos são indicativos. Ao projetar uma instalação específica, devem ser utilizados dados referentes ao meio, temperatura e concentração reais, e os requisitos de projeto devem ser levados em consideração.

Por que o aço inoxidável pode sofrer corrosão uniforme?

A resistência dos aços inoxidáveis ​​provém da presença de uma camada passiva muito fina em sua superfície, rica em óxidos de cromo. Essa camada separa o metal do ambiente e pode se autorregenerar sob as condições adequadas.

No entanto, se o ambiente for muito agressivo, o estado passivo pode se tornar instável. Em vez de danos localizados na camada, como na corrosão por pite, ele pode se desestabilizar em uma grande área e iniciar a dissolução generalizada do material.

Portanto, mesmo o aço inoxidável 1.4301 (AISI 304) ou 1.4404 (AISI 316L) pode corroer rapidamente em certos ácidos ou em altas temperaturas.

O que influencia a taxa de corrosão uniforme?

As taxas de corrosão não são uma propriedade constante de um determinado tipo de aço. O mesmo material pode não apresentar praticamente nenhuma corrosão em um ambiente e deteriorar-se muito rapidamente em outro.

Os fatores mais importantes que influenciam a taxa de corrosão são:

• tipo de meio químico,
• concentração de ácido ou base,
• temperatura,
• pH
• a presença de oxigênio e outras substâncias oxidantes,
• presença de cloretos e outras impurezas,
• velocidade de fluxo média,
• aeração da solução,
• condição da superfície do material,
• microestrutura do material,
• tratamento térmico e soldagem,
• presença de outros metais na instalação.

Efeito da temperatura

A temperatura é um dos parâmetros mais importantes que influenciam a corrosão. Em muitos ambientes, mesmo um aumento relativamente pequeno na temperatura pode aumentar significativamente a taxa de reações de corrosão.
Por essa razão, a informação de que uma determinada espécie é resistente a um ácido específico, sem especificar sua concentração e temperatura, tem pouco valor técnico.
Um material adequado para uma solução ácida a 10% à temperatura ambiente pode não ser necessariamente adequado para uso com a mesma solução a 80 ou 100°C.

Efeito da concentração química

A relação entre a concentração de ácido e a taxa de corrosão nem sempre é linear. Concentrações mais elevadas não significam automaticamente taxas de corrosão mais elevadas.
Alguns ambientes, à medida que sua concentração muda, passam de um caráter redutor para um mais oxidante ou causam a formação de uma camada passiva mais estável. Portanto, a resistência de materiais em, por exemplo, ácido sulfúrico deve ser analisada com base em diagramas de isocorrosão ou tabelas de resistência para uma concentração e temperatura específicas.

Corrosão uniforme em ácido sulfúrico

O ácido sulfúrico (H₂SO₄) é um dos ambientes clássicos nos quais as diferenças entre os diferentes tipos de aço inoxidável são muito claramente visíveis.
Os aços padrão 1.4301 (304) e 1.4404 (316L) têm uso limitado em ácido sulfúrico. À medida que o ambiente se torna mais agressivo, pode ser necessário usar aços com maiores teores de níquel, molibdênio e cobre.
Um dos exemplos mais conhecidos é o aço 1.4539 – AISI 904L / UNS N08904. Essa liga foi desenvolvida, entre outras aplicações, para uso em ácido sulfúrico. Seu teor de níquel, molibdênio e cobre aumenta significativamente sua resistência em comparação com os aços padrão 304 e 316L.
O aço 1.4529 / UNS N08926, que contém cerca de 6% de molibdênio, uma grande quantidade de níquel e adições de nitrogênio e cobre, oferece uma resistência ainda maior em muitos ambientes agressivos.

Corrosão uniforme em ácido clorídrico

O ácido clorídrico (HCl) é um meio particularmente agressivo para os aços inoxidáveis. É um ácido redutor que, simultaneamente, introduz íons cloreto no meio, desestabilizando a camada passiva.
Por esse motivo, aços inoxidáveis ​​populares como o 304 e o 316L têm aplicabilidade muito limitada em soluções de ácido clorídrico. Mesmo os aços inoxidáveis ​​de alta liga não podem ser considerados automaticamente adequados para todas as concentrações e temperaturas de HCl.
Para condições mais exigentes, são utilizadas ligas com teores muito elevados de níquel e molibdênio. Um exemplo é a liga 2.4819 – Liga C-276, que apresenta resistência significativamente maior à corrosão generalizada em ácido clorídrico do que os aços austeníticos típicos.
A seleção do material para o HCl deve sempre ser feita com base na concentração, temperatura, presença de oxigênio e outros componentes do meio.

Corrosão uniforme em ácido fosfórico

O ácido fosfórico (H₃PO₄) é geralmente menos agressivo que o ácido clorídrico, mas sua corrosividade real em aplicações industriais pode ser muito maior devido à presença de impurezas.
De particular importância são os cloretos, fluoretos e ácido sulfúrico encontrados no ácido fosfórico produzido industrialmente.
Em condições mais amenas, pode-se utilizar o aço 316L. Em instalações mais exigentes, utilizam-se os aços 904L, 1.4529 / Alloy 926, 254 SMO e ligas de níquel adequadamente selecionadas.

Ácidos orgânicos

Os aços inoxidáveis ​​também são amplamente utilizados em instalações que contêm ácidos orgânicos, incluindo ácido acético e ácido fórmico.
No entanto, a resistência depende do tipo de ácido, de sua concentração, da temperatura e da presença de impurezas. O ácido fórmico pode ser significativamente mais agressivo do que muitos outros ácidos orgânicos.
Em condições amenas, o aço 304 ou 316L pode ser suficiente, enquanto em processos mais exigentes, são utilizados aços de alta liga e ligas de níquel.

Aços 304 e 316L – qual a diferença?

O aço 1.4301 / AISI 304 é um dos aços inoxidáveis ​​mais utilizados. Oferece boa resistência em diversos ambientes atmosféricos, aquosos e alimentícios, bem como em contato com inúmeros produtos químicos moderadamente agressivos.
O aço 1.4404 / AISI 316L contém molibdênio, o que o torna muito mais resistente à corrosão localizada, especialmente em ambientes com cloretos.
No entanto, não presuma que o aço 316L será automaticamente resistente a todos os ácidos. O molibdênio melhora a resistência a muitos ambientes, mas tanto o 304 quanto o 316L podem apresentar altas taxas de corrosão generalizada em ácidos redutores fortes.

904L - 1.4539

1.4539/AISI 904L/UNS N08904 É um aço austenítico de alta liga com teor elevado de níquel e molibdênio e adição de cobre.
Este tipo de aço foi desenvolvido para ambientes muito mais agressivos do que aqueles normalmente utilizados nos aços 304 e 316L. Uma de suas aplicações clássicas é em instalações com ácido sulfúrico.
O 904L é utilizado, entre outros, em:

• indústria química e petroquímica,
• instalações de ácido sulfúrico,
• trocadores de calor,
• tanques de processo,
• instalações de dessulfurização de gases de combustão,
• hidrometalurgia.

1.4529 / Liga 926

Aço 1.4529 / UNS N08926 / Liga 926, pertence ao grupo de aços superausteníticos de alta liga.
O alto teor de molibdênio, níquel e cromo, bem como a adição de nitrogênio e cobre, proporciona uma resistência muito alta tanto à corrosão generalizada quanto a muitas formas de corrosão localizada.
O material apresenta excelente resistência tanto a meios oxidantes quanto redutores. É utilizado, entre outras aplicações, em sistemas contendo ácido sulfúrico e fosfórico diluídos, mesmo na presença de cloretos.

254 SMO – 1.4547

1.4547 / UNS S31254 / 254 SMO é um aço super-austenítico que contém aproximadamente 6% de molibdênio e um teor elevado de nitrogênio.
Essa classe de aço está principalmente associada à altíssima resistência à corrosão por pites e frestas, mas, ao mesmo tempo, apresenta alta resistência à corrosão uniforme em diversos ambientes químicos agressivos.
É utilizado em instalações químicas, sistemas de água do mar, dessalinização, na indústria de celulose e papel e em dispositivos de purificação de gás, entre outros.

Duplex constante e superduplex

Os aços duplex, como o 1.4462 / Duplex 2205, e os aços superduplex, como o 1.4410 / Superduplex 2507, combinam uma estrutura austenítica e ferrítica.
Caracterizam-se por elevada resistência mecânica e excelente resistência à corrosão localizada e à fissuração por corrosão sob tensão induzida por cloretos.
Eles também apresentam excelente resistência à corrosão generalizada em diversos ambientes. No entanto, isso não significa que os aços superduplex sejam sempre mais resistentes a produtos químicos do que todos os aços austeníticos. Na presença de ácidos redutores fortes, aços superausteníticos com alto teor de níquel ou ligas de níquel podem ser uma solução melhor.

Ligas de níquel em ambientes altamente corrosivos

Se a agressividade do ambiente exceder a capacidade dos aços inoxidáveis, são utilizadas ligas com alto teor de níquel, cromo e molibdênio.
Exemplos incluem:

• 2.4856 / Liga 625 / UNS N06625,
• 2.4858 / Liga 825 / UNS N08825,
• 2.4819 / Liga C-276 / UNS N10276,
• Liga 22 / UNS N06022,
• Liga 59 / UNS N06059.

As ligas de Ni-Cr-Mo podem proporcionar uma resistência muito elevada à corrosão generalizada em ácido sulfúrico, ácido fosfórico e muitos outros meios agressivos.
Ligas de níquel com alto teor de molibdênio, como a liga C-276, exibem resistência particularmente alta a ácidos redutores, incluindo o ácido clorídrico. No entanto, isso não significa que uma única liga seja a melhor em todos os ambientes. A natureza do meio, o potencial de oxidação, a temperatura e a contaminação podem alterar completamente a ordem de resistência de cada material.

Comparação de materiais de amostra

Como se testa a resistência uniforme à corrosão?

Um dos métodos básicos é o teste de imersão em laboratório. Uma amostra com área de superfície e massa conhecidas é colocada em um meio químico específico a uma temperatura e por um período de tempo determinados.
Após a conclusão do teste, os produtos de corrosão são removidos e a variação de massa da amostra é determinada. A partir disso, a taxa de corrosão pode ser calculada.
Os procedimentos para a realização de testes de imersão em laboratório são descritos, entre outros, na norma ASTM G31, enquanto a preparação, limpeza e avaliação de amostras após testes de corrosão são descritas na norma ASTM G1.
No entanto, os resultados dos testes de laboratório devem ser interpretados com cautela. Instalações reais podem conter contaminantes, temperaturas variáveis, fluxo, depósitos, soldas e outros fatores não presentes em um simples teste de laboratório.

Diagramas de isocorrosão

Os diagramas de isocorrosão são frequentemente usados ​​para comparar materiais em ambientes ácidos. Eles mostram combinações de temperatura e concentração do meio correspondentes a uma taxa de corrosão específica, por exemplo, 0,1 mm/ano.
Isso permite que você veja rapidamente que a faixa de operação segura de um material pode mudar drasticamente com a temperatura ou a concentração de ácido.
Essas tabelas são particularmente úteis na seleção de materiais para ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ácido fosfórico e outros meios industriais agressivos.

É possível prever a durabilidade de um elemento?

Se a corrosão for verdadeiramente uniforme e sua taxa for conhecida, a perda esperada na espessura do material pode ser estimada aproximadamente.
Por exemplo, com uma taxa de corrosão de 0,1 mm/ano, a perda teórica após 10 anos é de aproximadamente 1 mm.
Este cálculo simples pode ser útil no dimensionamento de uma margem de corrosão, mas não deve ser usado indiscriminadamente. As taxas de corrosão podem variar ao longo do tempo com mudanças na temperatura, composição do fluido, fluxo ou condição da superfície.
Este cálculo também não se aplica a fissuras por corrosão por pites, frestas ou sob tensão, onde danos localizados podem se desenvolver muito mais rapidamente do que a perda de massa média sugeriria.

Como reduzir a corrosão uniforme?

O método básico consiste em selecionar o material correto para as condições de operação. Se a taxa de corrosão do aço padrão for muito alta, o uso de um aço com maior teor de liga pode ser uma solução.
Dependendo da aplicação, também podem ser utilizadas as seguintes opções:

• revestimentos protetores,
• revestimentos de piso resistentes a produtos químicos,
• inibidores de corrosão,
• proteção catódica,
• controle de temperatura,
• alteração no pH do meio,
• limitar o conteúdo de poluentes agressivos,
• margem de corrosão adequada,
• Medições regulares de espessura de parede.

Selecionando o tipo de aço adequado para um ambiente corrosivo

Não existe uma única ordem universal de resistência dos materiais que nos permita afirmar que um tipo é sempre melhor que outro.
Por exemplo, os aços superduplex podem apresentar melhor desempenho do que os aços austeníticos em ambientes com cloretos, enquanto aços com alto teor de níquel, como o 904L ou a liga 926, podem ter melhor desempenho em certos ambientes ácidos. Em ácidos muito agressivos, pode ser necessário substituir os aços inoxidáveis ​​por ligas de níquel, como a liga 625, a C-276 ou a liga 22.

Portanto, antes de selecionar um material, você deve determinar pelo menos:

• a composição exata do meio,
• concentração de substâncias individuais,
• temperatura mínima e máxima,
• teor de cloretos e outros poluentes,
• condições de fluxo,
• a presença de oxigênio ou outros oxidantes,
• tempo de operação previsto,
• perda de espessura admissível.

A corrosão uniforme é um processo que causa perda gradual de metal em uma porção significativa de sua superfície. Comparada à corrosão por pites ou à corrosão sob tensão, geralmente é mais fácil de detectar, medir e prever.
Isso não significa, porém, que seja um fenômeno inofensivo. Em meios agressivos, a taxa de corrosão pode ser tão rápida que reduz significativamente a espessura das paredes de dispositivos e instalações em um período relativamente curto.
A resistência do material depende principalmente da composição química, da temperatura e da concentração do meio. Os aços inoxidáveis ​​padrão 304 e 316L são suficientes para muitos ambientes moderados, enquanto para condições mais agressivas, são utilizados materiais como 904L, 1.4529 / Alloy 926, 254 SMO, aços duplex e superduplex e, para os ambientes mais severos, ligas de níquel de alta liga.
Ao selecionar um material, não se deve basear apenas no termo "aço inoxidável". É crucial adequar a classe específica ao meio específico, sua concentração, temperatura e mecanismo de corrosão previsto.

A corrosão pode ocorrer por diversos mecanismos, dependendo do material, do ambiente e das condições de operação. Saiba mais sobre outros tipos de corrosão:

Tipos de corrosão do aço e dos metais

Corrosão uniforme do aço e dos metais
Corrosão por pite em aços inoxidáveis
Corrosão por frestas em aços inoxidáveis
Corrosão intergranular do aço inoxidável
Trincas por corrosão sob tensão (SCC)
Corrosão galvânica
corrosão erosiva
corrosão por cavitação
Fadiga por corrosão
corrosão por atrito
Corrosão microbiológica (MIC)
Corrosão em alta temperatura

Divisão da corrosão de acordo com o ambiente

Corrosão marinha – corrosão do aço e de outros metais em água do mar.
Korozja atmosferyczna
corrosão do solo
Corrosão em água doce e industrial
Corrosão em ambientes com cloreto
Corrosão em ambientes ácidos
Corrosão em ambientes alcalinos
Corrosão em gases e gases de escape
Corrosão em sistemas de esgoto e redes de esgoto
Corrosão em ambientes químicos e petroquímicos

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CPT – temperatura crítica de corrosão por pite de aços inoxidáveis ​​e ligas de níquel
PREN – índice de resistência à corrosão por pite para aço inoxidável
CCT – Temperatura crítica de corrosão por frestas de aços inoxidáveis ​​e ligas de níquel