Métodos de Ensaio de Corrosão para Aço

O que um ensaio acelerado pode e não pode fazer

A fonte é direta sobre isso, e o aviso é a frase mais útil em todo o assunto. Ensaios de neblina salina têm sido usados por mais de cem anos como ensaios acelerados para a corrosibilidade de metais ferrosos e não ferrosos e para o grau de proteção que revestimentos inorgânicos e orgânicos proporcionam. São usados mais frequentemente para comparar o desempenho relativo de metais e revestimentos contra um padrão conhecido e retido, para controle de qualidade. As variâncias de reprodutibilidade foram discutidas longamente, assim como a correlação questionável dos resultados com o desempenho real em serviço, e a fonte nomeia a causa. O ensaio nunca foi destinado a simular um ambiente ou condição de serviço específica, exceto nos raros casos em que existem dados corroborantes para apoiar esse uso. O que ele realmente aplica é uma quantidade padronizada de atividade corrosiva para que materiais e revestimentos possam ser comparados entre si.

Esse enquadramento decide como um resultado de corrosão deve ser lido em um pedido de aço. Um valor de neblina salina sustenta uma afirmação sobre consistência e posição relativa. Não sustenta uma afirmação sobre quanto tempo um molde durará, e a diferença importa mais nos casos em que o cliente está fazendo a segunda pergunta e o fornecedor está respondendo com a primeira.

Ensaios em câmara e as condições nas quais são executados

Os métodos de neblina salina mais comumente usados nos Estados Unidos e em grande parte do resto do mundo são os de ASTM B 117, ASTM B 368 e ASTM G 85, e muitas normas nacionais e de empresas conformam-se em grande parte a esses detalhes. O mesmo aparelho, devidamente equipado, também executa os ensaios de umidade, que usam água deionizada como único agente corrosivo e não contêm sal algum. A tabela abaixo reúne os métodos com seu eletrólito, pH, temperatura e estrutura de etapas, incluindo os ensaios cíclicos que foram desenvolvidos para aproximar a exposição de um ciclo ao ar livre, alternando estágios úmidos, secos e salinos.

Métodos de ensaio de corrosão em câmara comumente usados, conforme tabulados pela fonte, agrupados em ensaios estáticos e ensaios cíclicos. Os ensaios de umidade usam água deionizada como único agente corrosivo e não contêm sal. Condensado da Tabela 1 do artigo.

Duas leituras dessa tabela merecem ser mantidas. A primeira é que os métodos estáticos de névoa neutra ocupam todos o mesmo lugar, 5% de cloreto de sódio a um pH entre 6,5 e 7,2 e uma temperatura de 35 C, e as diferenças entre as normas nacionais estão principalmente em tolerâncias menores. As variantes acidificadas deslocam o pH para entre 2,8 e 3,3, e a variante acelerada por cobre adiciona 0,25 gramas por litro de cloreto de cobre e eleva a temperatura para 49 C, que é como o ensaio é tornado mais rápido sem alterar o aparelho. A segunda leitura é que um ensaio cíclico não é uma versão mais severa de um estático. É um experimento diferente, e uma classificação obtida a partir de um dos métodos cíclicos não necessariamente corresponderá a uma classificação obtida a partir da névoa estática, ainda que ambos sejam chamados de névoa salina.

Métodos eletroquímicos e o que eles acrescentam

Os métodos eletroquímicos são o caminho para um número em vez de uma classificação. A base é que a resistência à polarização, definida como a inclinação da curva de polarização no potencial de corrosão onde a corrente é zero, está inversamente relacionada à densidade de corrente de corrosão, e a relação é a equação de Stern e Geary. A densidade de corrente de corrosão é igual a uma constante B dividida pela resistência à polarização, e B é calculada a partir das inclinações de Tafel anódica e catódica. Onde as inclinações não são conhecidas, a fonte observa que uma constante B entre 13 e 26 milivolts é frequentemente usada para estimativas qualitativas, e essa é a origem da maior parte da discordância entre dois laboratórios que relatam taxas diferentes para o mesmo aço.

Métodos eletroquímicos para ensaios de corrosão conforme apresentados pela fonte. Os métodos de pequeno sinal são descritos como não destrutivos, o que permite que sejam repetidos na mesma amostra.

Dois efeitos experimentais decidem se uma medição de resistência tem algum valor. O primeiro é a velocidade de varredura. Se o potencial for varrido muito rápido, a resistência de polarização medida sai muito baixa e a taxa de corrosão é superestimada. O segundo é a resistência não compensada entre o eletrodo de referência e a superfície, que se soma ao valor medido porque a resistência experimental contém ambos os termos. Esse erro pode ser significativo em um sistema com alta taxa de corrosão em uma solução pouco condutora, e pode ser removido durante a medição por realimentação positiva ou interrupção de corrente, ou subtraído depois. Ambos os efeitos apontam na mesma direção na prática. Uma taxa citada a partir de uma medição de resistência de polarização sem o método de controle de potencial e o tratamento da queda ôhmica é um valor que não pode ser comparado com outro, mesmo no mesmo aço.

Os métodos de pequeno sinal têm uma propriedade que importa para um fornecedor. Como apenas um pequeno sinal é aplicado para que o sistema permaneça linear, a medição é não destrutiva e pode ser repetida muitas vezes na mesma amostra. É isso que torna possível a monitoração contínua, e a fonte apresenta a principal vantagem da via da resistência de polarização sobre a perda de massa periódica como a capacidade de acompanhar uma taxa instantânea continuamente em vez de amostrá-la. A espectroscopia de impedância vai além e descreve o sistema em um ponto de operação fixo em uma faixa de frequência muito ampla, tipicamente de 100 kHz até 1 mHz, razão pela qual é apresentada como um diagrama de Bode em vez de uma única resistência e pela qual é necessário um modelo de circuito equivalente para transformar um espectro em uma taxa.

Colocando duas taxas lado a lado

As taxas de corrosão são reportadas em unidades que não podem ser comparadas diretamente, porque algumas são baseadas em massa e outras em penetração. A conversão entre elas exige uma quantidade extra, a densidade do metal, já que uma perda de massa por unidade de área só se torna uma profundidade de metal perdido quando a densidade é conhecida. A tabela abaixo apresenta o conjunto completo de relações para as unidades de uso comum, e o termo de densidade aparece como o símbolo d nos fatores que o exigem.

Os fatores de conversão entre as unidades comumente usadas para taxas de corrosão, leia na horizontal a partir da unidade na coluna da esquerda. O símbolo d representa a densidade do metal em gramas por centímetro cúbico, razão pela qual as unidades baseadas em massa não podem ser convertidas em taxa de penetração sem ele. Fonte, Tabela 1 da seção de conversão de taxa de corrosão.

Para o trabalho com aço ferramenta, a consequência prática é simples. Uma taxa citada em mils por ano de uma fonte americana e uma taxa citada em milímetros por ano de uma fonte europeia precisam ser trazidas para a mesma unidade antes de qualquer comparação, e uma taxa citada em miligramas por decímetro quadrado por dia precisa ser dividida pela densidade do aço também. A conversão em si não é a parte difícil. Decidir qual taxa pertence à condição de superfície à sua frente é, porque um acabamento de laminação e um acabamento retificado do mesmo grau não testam o mesmo.

Qual teste responde a qual pergunta

Vale a pena separar os tipos de pergunta, porque o teste errado geralmente é escolhido porque a pergunta certa nunca foi escrita. Um fornecedor que pergunta se um lote é consistente com o anterior precisa de um teste de classificação contra um padrão retido, que é o que uma câmara de névoa salina ou uma exposição a cloreto férrico fornece. Um engenheiro que pergunta quanto tempo um componente durará precisa de dados de campo do mesmo ambiente ou de um potencial de repassivação usado como limite operacional, e nenhum desses é um teste de câmara. Um engenheiro de processo que pergunta se um circuito de resfriamento está corroendo atualmente precisa de um método contínuo em vez de um cupom, que é a rota de resistência à polarização ou monitoramento de resistência.

O que cada classe de ensaio de corrosão pode e não pode sustentar, tomado da forma como a fonte declara o propósito de cada um. A ideia predominante é que um ensaio acelerado classifica materiais e confirma uma condição, e não prevê o tempo até a falha.

Um limite atravessa toda a tabela e vale a pena ser declarado por si só. Fazer a média de uma taxa de corrosão uniforme é exatamente a operação que oculta o ataque localizado, porque um pite que perfura uma parede pode consumir uma massa de aço desprezível. É por isso que a fonte descreve os métodos elétricos e eletroquímicos on line como mais adequados para monitorar corrosão uniforme do que corrosão localizada, e por que uma avaliação de pitting tem de ser um exame separado. O lado do pitting disso é abordado em Corrosão por pites em aço para ferramentas e moldes, e a versão de fresta do mesmo exame em corrosão por frestas em aço para moldes.

O que isso significa em um pedido de aço ferramenta

Três coisas decorrem disso. Nomeie o ensaio assim como o requisito, porque salt spray, cloreto férrico e uma varredura de polarização classificarão os mesmos três graus em ordens diferentes. Declare a densidade junto com qualquer taxa baseada em massa, ou declare a taxa como profundidade de penetração e evite a conversão por completo. E mantenha a verificação de corrosão localizada separada da medição da taxa uniforme, porque as duas respondem a perguntas diferentes e a segunda não detecta a primeira. A rota geral de inspeção e verificação na qual isso se insere está em Verificação de qualidade do aço ferramenta, como a química do aço é testada e coleta de amostra de aço para ensaio de laboratório, o lado da preparação de corpos de prova que decide a maioria desses resultados está em Métodos de teste de dureza e medição de inclusões e tamanho de grão, os graus e seu comportamento à corrosão estão mapeados em o gráfico de resistência à corrosão do aço inoxidável, e a norma de embalagem na qual uma classificação de corrosividade se baseia está descrita em prevenção de ferrugem no armazenamento e no transporte.

Fonte: ASM Handbook, Volume 13A, Corrosion: Fundamentals, Testing, and Protection, ASM International, 2003.