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6ª Conferência sobre
Tecnologia de Equipamentos
ASPECTOS DA CORROSÃO INTERGRANULAR DOS AÇOS INOXIDÁVEIS
AUSTENÍTICOS AISI 304L, AISI 316L, AISI 321 E AISI 347, USADOS EM
REFINARIAS
Adriano Sampaio Lima
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
Hamilton Ferreira Gomes De Abreu
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
Pedro de Lima Neto
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
Ana Vládia Cabral Sobral
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
Marcelo J. G. Da Silva
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
Alex Maia do Nascimento
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
6°° COTEQ CONFERÊNCIA SOBRE TECNOLOGIA DE EQUIPAMENTOS
22°° CONBRASCORR – CONGRESSO BRASILEIRO DE CORROSÃO
SALVADOR – B AHIA
19 a 21 de agosto de 2002
As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade do(s)
autor(es)
.
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SINÓPSE
Os aços inoxidáveis austeníticos são bem conhecidos por sua resistência à corrosão e por
apresentarem boas propriedades mecânicas a elevadas temperaturas. Estes aços estão sujeitos
a corrosão intergranular, causada pela segregação de carbono nos contornos de grão,
formando carbone tos M23C6 . A região próxima ao contorno de grão torna-se mais pobre em
cromo e suscetível à corrosão, dizemos então que o aço está sensitizado. Para evitar este
problema, elementos estabilizantes como Ti(AISI 321) e Nb(AISI 347) são adicionados para
induzir a formação de TiC ou NbC, reduzindo assim o conteúdo de carbono em solução
sólida.Podemos também, reduzir o teor de carbono, diminuindo assim a formação de carbetos
de cromo a elevadas temperaturas (AISI 304L e AISI 316L).
Neste trabalho foram estudados os comportamentos dos aços AISI 304L, AISI 316L, AISI
321 e AISI 347, nas temperaturas de 380°C, 450°C, 500ºC, 550ºC e 600ºC, simulando assim
as operações de trabalho de uma refinaria (LUBNOR – PETROBRÁS). Foram realizados
tratamentos térmicos nessas temperaturas por 24h, 36h, 48h, 60h, 72h, 84h e 96h. Após cada
tratamento foi realizada uma caracterização microestrutral por técnicas de microscopia
eletrônica de varredura e microscopia ótica. Em seguida foram realizados ensaios de
reativação potenciocinética para avaliar o grau de sensitização das amostras.
Nos quatro aços a 380°C e 450ºC não constatamos a sensitização, de 500ºC a 600ºC
verificou-se a senstização. Foi concluído com esses experimentos que os aços AISI 321 e
AISI 347, são mais resistentes a corrosão intergranular do que os aços de baixo carbono AISI
304L e AISI 316L.
Palavras-Chaves: Aço Inoxidável, Corrosão Intergranular, Sensitização.
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1. INTRODUÇÃO
A corrosão intergranular nos aços inoxidáveis é conseqüência da sensitização, que se
caracteriza pela precipitação de carbonetos de cromo nos contornos de grão. O crescimento
destes carbonetos faz surgir nas suas adjacências uma zona empobrecida em cromo, que é o
elemento que confere a resistência à corrosão nos aços inoxidáveis, tornando-o assim
suscetível à corrosão intergranular. A exposição térmica necessária para sensitizar um aço
pode ser relativamente breve, como num processo de soldagem, ou muito longa, como em
operações de equipamentos a temperaturas elevadas.
Os graves problemas com corrosão em refinarias e o alto custo das tubulações de aços
inoxidáveis, tornaram o estudo da suscetibilidade a corrosão intergranular de grande
importância. Falhas por corrosão podem ser evitadas quando a escolha dos materiais e dos
processos de fabricação são feitas de maneira adequada com a sua aplicação.
O objetivo deste trabalho é analisar a suscetibilidade à corrosão intergranular dos aços
inoxidáveis austenítcos AISI 304L, 316L, 321 e 347 na faixa de temperatura entre 380° a
600°C, utilizando métodos metalográficos e métodos eletroquímicos(EPR-DL).
2. A CORROSÃO INTERGRANULAR
2.1. SENSITIZAÇÃO
Os aços inoxidáveis austeníticos quando submetidos a operações a elevadas temperaturas
podem sofrer o fenômeno da sensitização. A sensitização consiste na precipitação de carbetos
ricos em cromo (M23C6), nos contornos de grão, enquanto que as regiões adjacentes se tornam
empobrecidas de cromo.
Para os aços austeníticos a temperatura de sensitização está entre 450-850°C, sendo máxima a
cerca de 650°C (1).
O aço quando sensitizado fica com a resistência a corrosão diminuída, deixando-o suscetível a
corrosão intergranular (ver item 2.2), caracterizada pelo aparecimento de trincas nos
contornos de grão.
Existem duas soluções para contornar a sensitização:
- adição de pequenas quantidades de elementos estabilizantes, com maiores afinidades
ao carbono (Ti, Nb e Ta), produzindo os aços AISI 321, AISI 347 e AISI 348;
- a redução da quantidade de carbono, produzindo os aços AISI 304L e AISI 316L.
2.2. CORROSÃO INTERGRANULAR - CONSEQÜÊNCIAS
Devido ao fenômeno de sensitização num metal, formam-se trincas microscópicas ao longo
dos contornos de grãos da estrutura metalúrgica do material, não havendo praticamente
alteração nas dimensões da peça. Quando as trincas atingem uma certa profundidade, a peça
pode se romper, ou podem se destacar pedaços do material, pela ação de esforços mecânicos,
mesmo muitos baixos.
A corrosão intergranular ocorre principalmente em aços inoxidáveis, em alguns meios
corrosivos, quando a periferia dos grãos fica com menor quantidade de cromo livre do que o
interior dos grãos, tornando-se, assim, regiões anódicas, aonde vão se formar as trincas.
Posteriormente ocorrerá o rompimento precoce do material, fenômeno que agora junto aos
esforços mecânicos, se denominará de Corrosão sob Tensão.
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3. MATERIAIS E MÉTODOS
Os aços inoxidáveis austeníticos a serem estudados foram AISI 304L, AISI 316L, AISI321 e
AISI 347 (fig.1). Os materiais recebidos foram cortados em amostras de aproximadamente 1
cm2 cada. Foi utilizada a microscopia óptica e eletrônica para caracterização das amostras. A
análise química foi fornecida pelo fabricante do material. Nos aços AISI 321 e AISI 347
foram realizados o EDAX (análise de energia dispersiva de raio-X) para detecção (qualitativa)
dos elementos estabilizantes, no caso o Nióbio e o Titânio, respectivamente.
As amostras foram aquecidas em um Forno de Mufla , nas temperaturas de 400°C, 450°C,
500°C, 550°C e 600°C, durante o intervalo de até 100 horas cada amostra, para que em
seguida no MEV (Microscópio Eletrônico de Varredura), modelo XL 30 da Philips, analisar a
evolução da sensitização. Em seguida avaliou-se através do método eletroquímico (EPR-DL),
o grau de sensitização.
Para realização do ensaio EPR-DL foram confeccionadas amostras com área aproximada de 1
cm2 , que em seguida foram polidas manualmente em lixas de granulometria 100 a 400,
posteriormente atacadas eletronicamente com solução 10% em peso de ácido oxálico
(H2C 2O4 .2H 2O), segundo a norma ASTM 262-93a (2), utilizando uma densidade de corrente
de 1 A/cm2 , a temperatura ambiente, por 1.5 minutos. As curvas de polarização de reativação
potenciocinética cíclica (EPR) foram realizadas em meio de H2 SO4 0,5M + KSCN 0,1 M na
temperatura de 25°C (3). Foram utilizados como eletrodos de auxiliar e de referência, platina
e calomelano, respectivamente.
Este ensaio foi realizado no potenciostato da AUTOLAB (Fig. 2), modelo PGSTAT 20,
interfaciado com o software G.P.E.S. (General Purpose Eletrochemical Systems), versão 4.4
para leitura de medidas eletroquímicas.
4. EPR X MICROSCOPIA - CONCLUSÃO
O ensaio de reativação potenciocinética - EPR-DL, mostrou-se capaz de diferenciar materiais
sensitizados com elevada sensibilidade. As conclusões através desse método foram
comprovadas através da Microscopia Ótica e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV).
Na análise do EPR, verificamos algumas variações no comportamento da sensitização nos
aços em estudo:
- No aço AISI 321, verificou-se que a sensitização é máxima em 100h(600ºC);
- No aço AISI 347, verificou-se que a sensitização é máxima em 50h(600ºC);
- No aço AISI 304L, verificou-se que a sensitização é máxima em 80h (500ºC);
- No aço AISI 316L, verificou-se que a sensitização é máxima em 20h(500°C).
Comparando com o MEV, foi concluído:
• Nas temperaturas de 380°C e 450°C, os aços em estudo não se apresentaram
sensitizados, pois estão fora da faixa de sensitização, vistos em 2.1 (fig. 3);
• Constatou-se que a 600ºC, os aços inoxidáveis AISI 321(tab. 1) e AISI 347 (4),
apresentavam-se com alto grau de sensitização a 100h(fig.4) e 50h respectivamente;
• Verificamos nos aços AISI 304L e AISI 316L que a 500ºC, já se apresentavam
sensitizados em diferentes tempos de exposição, 80h e 20h respectivamente (fig. 5 a
8);
• Os aços austeníticos AISI 321(5) e AISI 347, apresentam-se mais resistentes a
sensitização do que os aços AISI 304L e AISI 316L.
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FIGURAS
Fig. 1 – Resumo dos aços inoxidáveis austeníticos.
Fig. 2 – Esquema do ensaio eletroquímico de reativação potenciocinética cíclica (EPR-DL).
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Figura 3 – Micrografia de amostra de aço AISI 321 a 380ºC apresentando algumas
precipitações. Eletrolítico: 10% oxálico.1000X
Fig. 4 - Microestrutura de uma amostra de aço AISI 321, submetida a um tratamento térmico
de 100 horas a 600ºC. Eletrolítico: 10% oxálico. 2000X
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Tratamento
novo_1
novo_2
ns3h_1
ns3h_2
ns50h_1
ns50h_2
ns100h_1
ns100h_2
Ir/Ia
1,4321
1,6344
1,5997
1,7614
1,6616
1,9688
2,3484
1,8527
Tabela 1 – Ir/Ia (AISI 321)
1 – 24h
2 – 36h
3 – 48h
4 – 60h
5 – 72h
6 – 84h
7 – 96h
Ir
0,00564
9,48E-04
0,00166
0,00192
0,00191
Ia
0,02234
0,00798
0,00923
0,01075
0,00872
a – AISI 304L
b – AISI 316L
c – AISI 321
d – AISI 347
Ir/Ia
0,252462
0,118743
0,179848
0,178605
0,219037
b500
grau de sensitização
Aço
b501
b503
b504
b505
b507
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
b501
Fig. 5 – Comportamento do aço AISI 316L, a 500ºC.
b503
b504
b505
temperatura
b507
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Fig. 6 - Aço 304L, exposto a 450°C (96h), não sensitizado. Microscopia ótica. (1000X)
A501
A502
A506
A507
1 – 24h
2 – 36h
3 – 48h
4 – 60h
5 – 72h
6 – 84h
7 – 96h
Ir
0,00746
0,00749
0,01238
0,00811
Ia
Ir/Ia
0,03489
0,03076
0,03719
0,02643
0,213815
0,243498
0,332885
0,306848
a – AISI 304L
b – AISI 316L
c – AISI 321
d – AISI 347
a500
Grau de sensitização
Aço
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
Fig. 7 – Comportamento do aço AISI 304L, a 500ºC.
a501
a502
a506
Temperatura
a507
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Fig. 8 - Aço 304L, exposto a 500°C (84h), sensitizado. Microscopia ótica. (1000X)
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
(1) Telles P. C. S. “Materiais para Equipamentos de Processo”, Quinta Edição, Rio de
Janeiro, Editora Interciência, 1979, pág. 128.
(2) ASTM A 262 – 93a, “Standard Practices for Detecting Susceptibility to Intergranular
Attack in Stainless Steels”, 1993.
(3) Sedriks A.J.“Corrosion of Stainless Steels”, 2ª edição, New York, USA, John Wiley &
Sons, 1996
(4) Júnior M. F. S. “Suscetibilidade à corrosão intergranular do aço inoxidável austenítico
AISI 347”, Fortaleza – CE, 2001.
(5) Da Silva M. J.G,.”Estudo da Temperatura de Solubilização de Aços Inoxidáveis
Austeníticos ASTM A312 TP321 para Operação em Indústria Petroquímica”,
Fortaleza – CE, 2001.